数控机床网络化方法研究

摘要：本文对数控机床网络化的可行性、必要性进行了分析。从组网结构上对数控机床网络化方法进行研究，阐述了不同结构下机床网络化的优缺点。

关键词：机床网络化;串口;CAD/CAM;DNC

1.引言

信息技术和计算机网络技术的发展使世界经济正经历着一场深刻的革命，这场革命对于制造业的影响也极其重大，使得机床开始向数控机床柔性制造系统的方向发展，而当前主要是以运用信息技术和网络技术实现工厂的网络化制造为主要发展趋势^[1]。整个企业网络化制造的基础是设备的网络化，而设备层的网络化制造包括设备的远程控制、远程故障诊断、设备资源的异地共享和设备及生产现场的远程监视等方面。

2机床网络化的必要性和可行性

2.1机床网络化的必要性

随着数控技术的不断成熟和完善，数控机床的加工精度，加工速度，稳定性等指标已经达到了一个较高的水平，提高企业生产效率的途径正在从提升单台机床的加工能力向实现整个车间的网络化控制转变^[2]。对于整套的生产线，实现网络化是实现生产线整体加工流程的前提，而对于数控机床独立加工的车间，进行整个车间数控机床的网络化建设，同样是提高生产效率，确保机床加工安全性和可靠性的有力手段。

2.2 机床网络化的可行性

网络化制造给企业带来生产率和经济效益的同时也对机床产生了两个基本的要求：一是网络技术，即机床本身能够应用网络技术进行系统集成;二是信息技术，即机床本身要支持管理软件对其信息进行采集和管理。较为先进的数控系统能够满足以上的两个要求，本身带有网络接口，可以方便、快捷地实现客户机与服务器及机床之间的数据交换。对于只具有串行通信的数控机床来说，可以通过RS232端口实现数控程序的接收和发送，这种信息传送方式就是DNC（Direct Numerical Control），同样可以实现机床的网络化。

3数控机床网络化方法分析

网络化制造的前提就是用电子计算机对具有数控装置的机床群直接进行联机控制和管理，这就是DNC（Direct Numerical Control）。机床联网系统主要包括：网络服务器、局域网线、CAD/CAM计算机、CNCLINK-4.0管理系统、联网系统主控机、远程通讯接口、通讯电缆、数控机床。其中网络服务器、局域网线、CAD/CAM系统和数控机床是企业已存在的资源。按照数控机床网络化连接的要求将数控机床分为两种，一种是具有网络接口的先进数控机床，另一种是只具有串行通信接口的传统数控机床。

3.1 串口通信数控机床组网

3..1局域网结合点对点式结构

應用网络服务器实现车间局域网和Internet的连接。具有DNC接口的数控机床，可直接通过串行通信实现数据的传输和机床信息的采集，对于不具有DNC接口的数控机床，需要为计算机添加信息采集卡。机床操作人员在计算机上通过浏览器获取数控程序、作业计划等制造数据，把需要下载的数据，下载到本地计算机上，再通过串行传输通信软件把数控程序传输给数控机床，这属于点对点式结构。

这种结构可以实现在计算机上浏览和编辑数控程序，查看计划、零件图形和工件加工配置信息，同时计算机可以进行工件加工状态收集、工序数据和劳动力数据收集。但是由于为每台数控机床均配置计算机，导致车间内的计算机过多，企业的一次性投资过大，投资回报期长，后期还存在大量计算机的维护工作和机床操作人员的培训工作。

3.1.2 局域网一对多式结构

由于点对点式的局域网络结构给企业的一次性投资较大，可以考虑采用一台多串口设备服务器，实现多台数控设备与以太网的连接，这样在以太网上的任意一台计算机都可以对该网络中的任意一台数控机床进行数控加工程序、零件图形下载上传等操作，这种结构属于一对多式。

这种结构具有降低成本的优势，在采用功能强大的计算机作为服务器时，其数据采集和下载的性能也是可以保证的，具有很强的实用性。但当作为连接多台计算机的服务器发生故障时，其所连接的机床网络将全部无法使用，而点对点的连接方式则不用担心这样的问题，机床与机床之间互不影响。

3.1.3采用具有以太网接口PLC的局域网结构

还可以应用具有以太网接口的串口服务器实现车间局域网（以太网）和数控机床串行通信口的连接，实现数据的传输。如果考虑同时实现数据传输和机床信息采集功能，串口服务器可采用具有以太网接口的可编程逻辑控制器（PLC），这种可编程逻辑控制器同时具有信号输入输出口、串行通信接口和以太网接口，其串行通信口与机床的串行接口连接实现数据的传输，而信号输入口和机床的信息采集点连接实现信息的采集。把这种适应DNC通信系统要求的串口服务器称为DNC控制器，可集成在数控机床控制柜中。根据数控机床通信协议，可编制不同的通信软件并保存在串口服务器中，实现异构DNC的构建，如图1。

这种结构的优点是能够减少计算机的数量，从而降低投资回报期，是一种简洁高效的解决方案，同时这还能针对不同类型的数控设备开发通讯程序，建立通讯协议库。其缺点是，与采用一台服务器连接多个机床相比，对每一台数控机床安装这样一个DNC控制器的成本相对较高。

3.2车间网络化结构

要实现整个车间的网络化，应该根据车间所具有机床数量和数控系统情况具体分析，图2是车间网络化结构的示意图，其中包括一对多的局域网结构和应用具有以太网接口的可编程逻辑控制器（PLC）的结构，还包含了可以采用网络接口直接连接到以太网的先进数控机床。这就构成了车间的DNC平台，再将各个机床的数据上传到网络服务器之后就可以实现远程用户通过互联网实现对数控机床程序和数据的远程读取和操作，同时还可以提取机床的故障信息等，实现远程故障诊断的功能。

4 结语

整个企业网络化制造的基础是设备的网络化，而设备层的网络化制造包括设备的远程控制、远程故障诊断、设备资源的异地共享和设备及生产现场的远程监视等方面，这些功能的实现，尤其是对不同数控系统的网络化建设具有很大的挑战，值得进一步研究和实践。

参考文献

[1]史晋芳，张华，吴健.基于嵌入式的数控网络化技术研究[J].机械设计与制造，2007（8）.

[2]汪惠芬，刘婷婷，张友良.基于网络的数控机床远程管理[J].机床与液压，2007（10）..

作者简介：德懿，女，1983年5月生，工程师，自动化专业，工学学士。沈阳机床（集团）有限责任公司。