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一種基于宏指令的數控加工進度采集方法
0 引言
在網絡化集成制造中，底層機床的加工信息占有很重要地位，沒有這些信息，生產管理和調度過程的優化無法完成。操作人員管理和操作多臺數控機床進行加工時，需要隨時掌握加工進度，以便在一些特殊工步后，對工件進行尺寸檢測后再繼續加工；對于模具等復雜工件和大型工件加工，多為單件或小批量加工，加工時間較長，簡單的工件件數統計已經滿足不了生產管理優化的需求，也要求獲取工件加工進度信息。操作與管理人員掌握工件加工進度信息，對于確保加工任務的按時按需完成，輔助時間的縮短，生產管理及調度過程的優化，機床利用率的提高機床具有重要的意義。中國碩士論文網提供大量免費金融碩士論文,如有業務需求請咨詢網站客服人員！
目前，工件生產進度自動識別與跟蹤的研究與應用比較多，它們主要利用CCD 采集圖像監控整個加工過程、監控功率曲線獲取加工進度信息以及人工觀測統計工件的加工進度。機械加工車間的生產加工環境復雜，如多塵、多灰、多油，此時采用傳統方法CCD 長期對現場加工信息進行采集，其結果往往存在偏差。CCD 與監控功率曲線均需要傳感器、采集卡等硬件，增加了設備支出。企業普遍采用的人工統計加工進度方法，它受人為因素制約，難以保證統計結果的準確性和實時性。目前，有研究通過監控NC 程序的執行監控加工進度，但僅限于統計各指令的執行次數及時間，不能提供詳盡準確的加工進度信息。
考慮到加工進度信息采集的準確性，實時性，方便的應用性及設備支出，本文提出一種基于宏指令數控加工進度采集方法。加工前在NC 程序中嵌入包含加工進度信息的程序段，加工時機床上傳工件加工進度信息至本地終端及服務器，供相關制造系統訪問調用。這種方法實現數控加工中工件進度信息的自動采集, 有效地支持網絡化制造中的制造系統對工件加工進度信息的動態提取，提升企業信息化集成的敏捷及準確能力。
1 NC 代碼結構及特點
與數控機床工件加工進度采集的提出一般而言，完整的數控加工程序由四個部分組成：程序開始符及結束符，程序號，程序內容（若干程序段），程序結束。一個程序段完成一個動作，如快退，定位，直線或圓弧插補，也可實現一種功能，如調用子程序，完成多孔加工。
但目前數控代碼還沒一個統一的標準，各個數控系統生產廠家都有自己的一套標準，雖然大都根據ISO 標準，但一般均有擴展。不同廠家，會有不同的擴展指令；同一廠家不同類型數控系統，擴展指令也不同。但對于同一類系統，它們基本功能大同小異，如數控銑床系統，其基本功能均支持快速定位、直線插補、圓弧插補、及換刀等。利用數控代碼對加工進度進行判斷，必須先解釋NC 代碼的語意，而不同數控系統指令不盡相同，為了適應不同的數控指令系統，不僅需要對通用的基礎指令解釋分析，而且要對不同數控系統擴展指令進行解釋分析。
FUNAC 及HAAS 等數控系統具有外部通信指令DPRNT，可以指定向外部設備實時輸出數據。加工前按2.4 所示格式指定加工進度相關數據并通過外部通信宏指令嵌入到NC 程序，加工時數控機床通過串口RS232 和企業局域網上傳工件加工進度信息至本地終端及服務器的數據庫。這種方法減少了采集設備支出，排除環境及人為因素干擾，能夠準確無誤地掌握工件加工進度信息。
2 數控加工進度信息
采集系統的實現采用 Visual C++為開發工具編制用戶界面，實現與機床通信，初始設置，數據處理，添加嵌入進度信息的指令，進度顯示及數據上傳共享等功能。本系統主要針對FUNAC Oi-MA,FUNAC Oi-MB, FUNAC Oi-T, HAAS 等系統，可根據用戶需要擴展，添加支持其他系統擴展指令動態鏈接庫，實現多種數控系統的集成。查看淺探利用空氣和土壤換熱系統。
2.1 工件加工進度信息
采集系統的工作流程＝，用戶首先進行初始設置，選擇機床系統類型，批量，單件，配置工藝規劃信息及通信參數等；采集系統讀入NC 文件(本地或從機床上傳到本地), 調用加工進度信息嵌入模塊在NC 文件中嵌入包含加工進度信息的指令，修改后的NC 文件通過RS232 串口下載至數控機床；加工時工件的加工進度信息通過外部通信宏指令由機床發送到采集系統，系統進行數據處理，最終進度信息在本地終端顯示并通過網絡上傳至企業服務器的數據庫，供企業生產部門和車間調度室等需要部門查詢及調用。
2.2 NC 程序中加工
進度信息的嵌入為了在加工過程中采集系統能夠實時、準確地從機床接收工件加工進度信息，需要準確地識別及嵌入NC 程序的加工進度信息，這也是數控加工進度信息采集系統實現的關鍵。
NC 文件中加工進度信息的嵌入流程 所示，它說明了加工進度信息的判斷及嵌入過程。
下面對該流程做出說明：
1)NC 文件。本地或從機床下載的NC 文件。
2)預處理。分行讀入NC 文件，逐行存儲。
3)通用指令語意分析。分析通用的數控指令語意。記錄每條G 指令的起始、終止位置及插補方式；根據初始設置模塊中設置的工藝參數和對加工進度有影響的GM 碼及相關TFSXYZR 等信息初步判斷其加工開始、加工停止、換刀動作、加工類型、粗精加工等。
4)輪廓判定。根據G 指令執行前后位置坐標及插補方式判定輪廓形狀，如直線、逆時針圓弧、順時針圓弧。
5)擴展指令語意分析。根據初始設置模塊的參數動態調用對應數控系統的動態鏈接庫，進一步分析NC 程序，確定其各語句功能及相應的加工進度信息。如Funac oi-Ma 系統中G74表示鉆孔�？筛鶕脩羰褂玫南到y增加對應動態鏈接庫，擴展采集系統所支持的數控系統類型。
6)加工進度信息分析。由幾何信息、加工信息、輔助信息、機床信息、刀具信息及輪廓信息等，確定NC 程序執行時的工件加工進度信息。
7)嵌入加工進度信息指令。根據工件加工進度信息按2.4 所示格式在NC 代碼中增添宏指令。
8)新NC 文件。形成新NC 文件，上傳至機床。
2.3 數控程序工件進度
信息輸出在 NC 代碼中使用數控系統的外部輸出指令DPRNT, POPEN, PCLOS。打開指令POPEN，在數據輸出命令之前使用，以建立與外部設備輸入/輸出設備的鏈接。數據輸出指令DPRNT 指定需要的輸出數據。關閉指令PCLOS，在全部數據輸出指令已經完成時使用，以解除與外部設備輸入/輸出的鏈接。
2.4 嵌入數據格式
2.4.1 工件的工藝規劃信息
加工進度信息的組成方式：機床編號+工件編號+數控程序編號+開(停)。如，N-001*N-530-01*O0001*STR 表示工件N-530-01 在N-001 上的加工開始，使用的數控程序編號為0001。
2.4.2 工件的加工狀態信息
加工進度信息的組成方式：加工輪廓(加工類型)+刀具+開始(停止)..粗(半精、精)..子程序編號。其中粗加工( 半精、精) 、子程序編號可選，由設置的參數選擇添加。如FLAT*T01*STR*O0010 表示加工平面開始，刀具號為01，使用子數控程序編號為0010。
2.5 工件加工進度
表示以工步為單位，構造一個鏈表，不同結點描述工件加工進度的不同狀態信息。鏈表各結點的結構，應用實例及分析本文中，基于外部通信宏指令的數控加工進度狀態信息采集系統在某FUNAC Oi-MA系統機床上進行驗證。加工的工件為一殼體，其結構示意簡圖如圖3 所示。
2）系統采集加工進度信息，進行驗證。開始采集后，加工時采集系統自動采集工件的加工進度信息，本地終端實時顯示工件加工的進度信息，并通過網絡把2.5 結構體各結點參數上傳至服務器的數據庫，供企業生產部和車間調度室等需要部門動態查詢及調用。本地終端用戶界面圖4 所示，其工件加工的進度信息如下：編號為N-530-01 的工件在編號為001機床上進行加工，已完成工序3 的工步1（銑平面），正在進行工步2（鉆中心孔），已加工件數為0，并對加工時間等信息做出統計。經比較，此結果與車間現場機床的實際加工過程和工藝規劃保持一致，驗證了本方法的可行性。
4 結束語
針對具有外部通信宏指令的數控系統，提出了一種分析NC 代碼獲取工件加工進度信息的新方法，并建立了數控程序中嵌入加工進度信息的流程，據此，在加工過程中，實時、準確獲取工件的加工進度狀態。
2)工件加工的進度信息上傳至制造企業數據服務器的數據庫，以數據形式共享，供其他系統動態調用，提高網絡制造系統中工件加工信息的透明度，可以給生產管理者提供實時、動態、準確的數據 ,幫助管理人員準確了解加工動態，對企業生產管理和規劃進行判斷、調整和決策。
傳統的數控機床不提供加工進度信息，使得操作和管理人員只能依靠人工進行粗略統計，難以對制造加工過程進行高效的管理。通過試驗可知，這是一種可行、準確的數控加工進度采集的方法，具有一定實用性和價值。
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