专利名称：面向生产线的开放式数控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控系统，具体地说是一种面向生产线的开放式数控系统。
背景技术：
开放式数控系统是一种不依赖于特定的软硬件平台的数控系统，作为用户希望能够在选用硬件上具有更大的自由度，而作为机床生产厂商，面对市场快速变化的需求，设计和集成系统的时间要求越来越紧迫，因此，机床生产厂商也希望数控系统的各个构成要素具有标准的接口，具有即插即用的特性。CNC (计算机数字控制机床)系统的模块化建立在对机床的各个构成要素功能的逻辑性分析的基础上，将其分解为逻辑上相互独立的模块，实现模块与功能之间的一一对应关系，为这些模块之间的连接制定接口标准。模块化的构成要素能够满足用户和制造厂商的多样化、多层次的要求，能够采用少量模块组合出多种产品，高效、优质地满足不同用户的需求。开放式数控系统由于其在通用性、可扩展性、兼容性、可移植性等方面的优越性，越来越受到世界范围内数控系统制造商、数控系统用户、尤其是计算机系统制造商的关注。基于微机的开放式数控系统已成为世界数控技术的发展潮流，是数控技术发展的必然趋势。随着工业PC机的快速发展，价格大幅度降低，可靠性大为提高，以工业PC机为核心的控制系统已经被工业控制领域所接受。基于PC的开放式数控系统具有成本低、标准化、软件资源丰富、可靠性高、便于联网等优点。从国内外相关文献来看，数控技术发展的一个重要方向是数控系统的开放化。一方面，以往的数控系统由于其封闭性无法将计算机技术发展的最新成果运用于数控系统中，严重地阻碍了数控技术的发展。另一方面，由于加工的多样化、专业化，对加工“个性化”的要求越来越高。对于生产线控制的数控系统研究较少，大部分是对单机版开放式数控系统的研究。现有的开放式数控系统存在着以下几个问题1)自由曲面应用越来越广泛，设计水平进步很快，但加工技术相对滞后，算法方面更是滞后；2)加工工艺规划方面的研究，几乎为空白；3) G代码格式不统一，不通用，导致每个机床成为“孤岛”，难以协调，难以实现柔性化生产。通过对开放式数控系统、及其主要软、硬件资源发展现状的分析，当前所普遍使用的开放式数控系统不能满足对加工工艺规划、加工任务分配、不同品牌数控系统或数控机床调度等任务全过程管理的要求，因此，迫切需要构建一种面向多工序加工、多台机床参与、生产线模式的开放式数控系统。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种面向生产线的开放式数控系统，其能够实现对多个数控机床组成的生产线进行自动化生产控制。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是面向生产线的开放式数控系统，包括服务器、CAM (computer Aided Manufacturing,计算机辅助制造)系统、CAPP (computeraided process planning,计算机辅助工艺过程设计)系统和以太网，其特征是，还包括工控机和运动控制卡；所述服务器、CAM系统、CAPP系统和工控机分别接入以太网，所述运动控制卡设置在对应数控机床上并与工控机连接；所述服务器包括工艺知识数据库和资源知识数据库；所述开放式数控系统的软件系统架构包括应用单元、业务逻辑单元和数据访问单元三个层次，所述应用单元包括工艺规划单元、任务分配单元、刀具路径优化单元和G代码转换单元，用以分别完成生产过程中不同阶段的设计和执行任务；所述业务逻辑单元包括面向生产的管理与监控系统，负责宏观生产任务的协调和监控，并为各应用单元提供数据交换的统一界面；所述数据访问单元包括基于Web的文档协同管理平台，用以保存生产过程中的项目文件、产品设计信息和各应用单元间的数据交换文件，同时提供文件的浏览、检入、检出、审核、发布、版本管理和权限管理。进一步地，面向生产线的开放式数控系统还包括交换机，所述交换机设置在工控机与以太网之间。优选地，所述工控机包括IPC控制器。优选地，所述工艺规单元包括刀具选择、走刀方式、工序分配、加工工时和任务分配过程。本发明的有益效果是，本发明实现了多台不同数控系统品牌的机床之间的信息交互和任务分配，实现了对加工工艺规划、加工任务分配、各个工序加工路径生成、不同品牌数控系统或数控机床参与加工的全过程管理。另外，本发明采用串口通讯技术与接收模块进行数据传输，具有传输距离远，可靠性高、拓展能力强、安装方便、界面美观的特点。
下面结合附图对本发明进一步说明图1是本发明的结构示意图；图2是本发明所述面向生产线的开放式数控系统的软件系统架构示意图。
具体实施例方式如图1和图2所示，本发明的一种面向生产线的开放式数控系统，它包括服务器、CAM系统、CAPP系统、以太网、工控机、运动控制卡和交换机。所述服务器、CAM系统、CAPP系统和交换机分别接入以太网，所述运动控制卡设置在对应数控机床上并与工控机连接；所述工控机与交换机连接。其中，所述服务器包括工艺知识数据库和资源知识数据库；所述开放式数控系统的软件系统架构包括应用单元、业务逻辑单元和数据访问单元三个层次，所述应用单元包括工艺规划单元、任务分配单元、刀具路径优化单元和G代码转换单元，用以分别完成生产过程中不同阶段的设计和执行任务；所述业务逻辑单元包括面向生产的管理与监控系统，负责宏观生产任务的协调和监控，并为各应用单元提供数据交换的统一界面；所述数据访问单元包括基于Web的文档协同管理平台，用以保存生产过程中的项目文件、产品设计信息和各应用单元间的数据交换文件，同时提供文件的浏览、检入、检出、审核、发布、版本管理和权限管理。优选地，所述工控机采用IPC控制器。
优选地，所述工艺规单元包括刀具选择、走刀方式、工序分配、加工工时和任务分配过程。本发明以固高GT-400-SG运动控制卡构筑了一个上下位机形式的开放式数控平台，其对基于运动控制卡的开放式数控系统具有一定的通用性，系统采用功能强大的运动控制卡完成插补计算、位置控制、速度控制等实时任务，以PC机实现友好的人机界面、灵活的系统配置、增强的外部软件接口，采用基于COM的模块式软件结构，本发明所述的开放式数控系统具有较强的控制性能，实现了软硬件的开放性和模块的二进制复用，构建了面向生产线的开放式数控系统，通过加工工序规划、机床自动选取、G代码转换、工艺知识库、资源知识库等技术的研究与功能开发，实现了自由曲面加工过程中的不同机床、不同数控系统的协调统一，达到了柔性化组织生产的目的；提出了基于等残留高度的螺旋型刀具轨迹计算法，通过曲面信息自动提取、曲面拟合、曲线拟合等技术的研究，完成了刀具路径自动生成模块的开发。本发明所述的工艺规划包括刀具选择、走刀方式、工序分配、加工工时、任务分配等，其将好的、成熟的工件加工工艺吸收，建立了基于自由曲面加工，优化加工工艺，提高加工质量的工艺模型知识库，并可以随时根据经验进行修改、完善。本发明采用特征建模技术，建立了描述机床设备的资源知识数据库，将车间里具体设备进行抽象和统一的描述，能够对整个生产资源加工能力进行评价首先读取零件和工艺基本信息，并根据设备资源信息和筛选规则进行零件外形尺寸、零件精度、零件特征及工艺详情的判断，其次通过判断，将通过必须规则筛选的设备放入设备的备选集，再次经过初步筛选后，根据其参数对应关系建立加工能力模糊评价矩阵，并根据一定规则将矩阵正则化，以达到量纲的统一，最后进行多级模糊综合评价，以得到选择机床的顺序。本发明以等残留高度为基础，结合螺旋排布方式，构造了能够实现连续切削的等残留高度螺旋轨迹，从而进行刀具路径优化。刀具路径优化将有序刀位点表示的刀具路径，成功转化为NURBS形式表示的刀具路径，很好地对刀位点数据进行NURBS曲线的拟合处理，从而将插补方式和刀位轨迹计算方法进行最佳选择。该种面向生产的开放式数控系统用PC机作为上位机，上位机运行内核管理平台并与DNC服务器直接相连，互通信息，一方面，上位机可以通过DNC (数控机床联网系统)月艮务器经集成器向生产线中的各机床发出调度指令，从而实现任务分配；另一方面DNC服务器可以将生产过程中检测的信息反馈给上位机，从而实现了多台不同数控系统品牌的机床之间的信息交互和任务分配。本发明最终实现了上位机对加工工艺规划、加工任务分配、各个工序加工路径生成、不同品牌数控系统或数控机床参与加工的全过程管理其界面及曲面规划显示功能，通过界面操作，可以接收数据和指令。本发明所述系统的软件安装在终端上，可以启动单机版开放式数控系统，对工件进行加工，而集中控制管理系统用PC机(上位机)作为操作平台，采用串口通讯技术与接收模块进行数据传输，具有传输距离远，可靠性高、拓展能力强、安装方便、界面美观的特点。上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.面向生产线的开放式数控系统，包括服务器、CAM系统、CAPP系统和以太网，其特征是， 还包括工控机和运动控制卡； 所述服务器、CAM系统、CAPP系统和工控机分别接入以太网，所述运动控制卡设置在对应数控机床上并与工控机连接；所述服务器包括工艺知识数据库和资源知识数据库； 所述开放式数控系统的软件系统架构包括应用单元、业务逻辑单元和数据访问单元三个层次，所述应用单元包括工艺规划单元、任务分配单元、刀具路径优化单元和G代码转换单元，用以分别完成生产过程中不同阶段的设计和执行任务；所述业务逻辑单元包括面向生产的管理与监控系统，负责宏观生产任务的协调和监控，并为各应用单元提供数据交换的统一界面；所述数据访问单元包括基于Web的文档协同管理平台，用以保存生产过程中的项目文件、产品设计信息和各应用单元间的数据交换文件，同时提供文件的浏览、检入、检出、审核、发布、版本管理和权限管理。
2.根据权利要求1所述的面向生产线的开放式数控系统，其特征是，还包括交换机，所述交换机设置在工控机与以太网之间。
3.根据权利要求1所述的面向生产线的开放式数控系统，其特征是，所述工控机包括IPC控制器。
4.根据权利要求1所述的面向生产线的开放式数控系统，其特征是，所述工艺规单元包括刀具选择、走刀方式、工序分配、加工工时和任务分配过程。
全文摘要
本发明公开了一种面向生产线的开放式数控系统，它包括服务器、CAM系统、CAPP系统、以太网、工控机、运动控制卡和交换机，所述服务器、CAM系统、CAPP系统和交换机分别接入以太网，所述运动控制卡设置在对应数控机床上并与工控机连接；所述工控机与交换机连接。本发明实现了多台不同数控系统品牌的机床之间的信息交互和任务分配，实现了对加工工艺规划、加工任务分配、各个工序加工路径生成、不同品牌数控系统或数控机床参与加工的全过程管理。另外，本发明采用串口通讯技术与接收模块进行数据传输，具有传输距离远，可靠性高、拓展能力强、安装方便、界面美观的特点。
文档编号G05B19/418GK103034205SQ20121053930
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者曹树坤 申请人:济南大学