数控机床信息化接口的设计与实现分析

2021-04-07刘志川李成龙汪一博

信息记录材料 2021年2期

刘志川，李成龙，刘淼，汪一博

（首都航天机械有限公司北京 100076）

1 引言

数控机床是当前制造业生产过程中的重要装置，其有高精度、高效率的特点，一定程度上提升了现代化工业制造的质量。而在现代社会发展过程中，以信息化技术为基础的第四代工业革命已经展开。美国、德国纷纷计划开展信息化工业革命，计划将智能化技术、信息技术更多地应用到工业生产当中，促进工业生产效力增加。而在此背景下，数控机床信息化建设展开，而数控机床信息化建设过程中，信息化接口的有效应用是极为关键的环节。

2 数控机床机及其信息化建设

2.1 数控机床

数控机床是一种现代化的数字控制机床装置，也是工业生产过程中应用的重要装置。其在具体应用的过程中，应用了自动化程序控制系统，能够实现机床自动化工作运行，提升了机床工作运行的效率。在数控机床工作运行过程中，其内部核心系统是程序控制系统，控制系统具有逻辑编程处理功能，并完成数据信号转化。在车床加工过程中，数控机床使用者将图纸要求及加工零件尺寸要求结合，实现对数控机床的合理控制，保证零件加工精度提升。

数控机床与传统机床加工相比最重要的特点就是零件加工精度高，能够精准控制零件加工精度和数据，也能够在最大程度上控制零件加工精度。数控机床加工过程中可以节省大量的人力资源，其加工改造仅需对数据进行输入改造，不仅实现了加工成本降低，同时也实现了加工生产力需求减少，对于数控机床加工而言有非常重要的作用。另外，数控机床工作运行过程中，对于操作人员的综合素质要求更高，促进了整个工业生产行业的内部优化。

2.2 数控机床信息化

随着信息技术的发展以及智能化技术的发展，社会生产将进入到新发展时期，制造业也朝向信息化、网络化、集成化方向发展。与此同时美国率先提出工业互联网政策，应用互联网进行工业生产。德国也开展了工业4.0计划，而我国则是提出了“大力推进信息化与工业化融合”理念，对于现代化工业发展起到了非常重要的作用。

在此背景下，数控机床信息化建设被提出，目的是通过信息化技术融入，最大程度上提升数控机床的信息化建设效率。例如，当前数控机床中应用McIs通讯系统、机床PLc远程I／O接口设计应用等，都会在最大程度上提升数控机床的工作运行效率。

3 数控机床信息化接口设计应用的重要作用

数控机床信息化建设对于数控机床技术的发展有非常重要的作用。首先，数控机床信息化建设有利于数控机床工作效率提升，数控机床工作是对逻辑信号进行转换，并利用程序控制系统进行操作，而通过信息化接口以及信息化技术应用，能够保证数控机床技术更有效率，提升了技术的数据处理功能，也实现了数据控制功能生产效率提升。另外，数控机床信息化接口设计实现，也是为了提升数控机床的控制功能，保证数控机床控制更有效果，最终提升现代化数控机床的信息化控制水平。

4 数控机床信息化接口设计方案分析

数控机床信息化接口设计是数控机床技术应用的重要组成部分，也直接关系到数控机床的信息化建设效果。在数控机床信息化接口设计研究过程中，本文选择对某工程LGMazak数控机床进行信息化接口设计改造，其中改造主要包括以下几方面内容。

4.1 LGMazak数控机床信息化接口设计原则

LGMazak数控机床信息化接口设计过程中，应该应用一定的设计原则，通过设计原则的合理控制，保证信息化接口设计能够更加高效，最大程度上提升信息化接口设计效果。一方面，在数控机床信息化接口设计过程中要遵循合理化原则，保证信息化接口接入能够更加有效。另外一方面，在数控机床信息化接口设计过程中，要求遵循节能性原则，保证LGMazak数控机床工作更加节能高效。

4.2 LGMazak数控机床信息化接口需求改造

数控机床信息化接口设计实现过程中，首要工作就是根据数控机床信息化系统建立信息化接口设计目标，也是对信息化接口的功能需求分析，表1为LGMazak数控机床信息化接口设计的功能分析表。在LGMazak数控机床接口设计中主要对通信、写入以及读取功能进行了实际的分析[1]。

表1 LGMazak数控机床信息化接口分析

4.3 LGMazak数控机床信息通信接口设计

通信模块是信息接口设计过程中的重要模块，对于通信功能设计也有非常重要的影响，一定程度上直接关系到数控机床信息化接口的通信功能，在LGMazak数控机床信息化接口设计过程，其通信接口设计包括以下几点内容，（图1为LGMazak数控机床信息化通信接口结构图）。（1）数控机床通讯接口设计过程中应用以太网交换机作为中枢网络模块，建立了MCIS信息化系统与PLC控制系统之间的网络通道。（2）以太网交换机与数控机床之间建立了程序传输功能的无线网卡，建立了机床与数控系统之间的良好联系，也能够在最大程度上实现整个系统的功能连接。（3）机床系统与PLC控制系统中增设I/O数据传输接口，型号为AP15接口和AP28能够最大程度上实现PLC系统与数控机床之间的网络通讯传输。构建整体网络通讯架构，对于整个系统的信息化功能提升有非常重要的作用[2]。

图1 LGMazak数控机床通讯结构原理图

4.4 LGMazak数控机床硬件设计

数控机床信息化建设过程中，信息化硬件设备建设应用非常关键，最大程度上提升系统的工作运行效率。保证系统运行更加高效。以下是对LGMazak数控机床硬件设计进行总结；在实际的硬件设计中包括对PLC系统硬件进行设计，PLC控制系统是整个系统工作运行过程中的重要应用，一定程度上决定了系统的工作运行效率。并且在实际的信息化硬件建设中，选择欧姆龙PLC作为系统硬件。欧姆龙PLC系统具有良好的工作效率，其自身控制能力也相对比较强。另外，在LGMazak数控机床接口硬件设计中，选择应用x50、x5l、x52、x53和x54接口进行实际应用，能够在最大程度上提升系统建设应用，保证系统构建更加高效。通过接口硬件以及控制系统硬件设计，保证整个数控机床信息接口设计合理。在LGMazak数控机床硬件设计过程中，PLC系统连接接口设计8个硬件接口、而MCIS硬件设计接口设计为4个输入信号接口，能够实现整个系统的启动和停止信号建设，最大程度上提升系统信号应用合理。

4.5 LGMazak数控机床PLC程序设计

LGMazak数控机床信息化接口设计过程中，还包括对PLC系统程序接口进行合理设计，保证程序接口设计合理，也能够在最大程度上提升信息化接口设计合理性。

首先，数控机床PLC系统程序设计过程中，包括对整体系统进行程序设计，保证GMazak数控机床信息化接口能够合理应用。在本次设计中，对欧姆龙PLC进行实际设计，其中包括模式切换设计、程序设计、程序启动设计、程序停止设计以及程序复位设计等多方面内容，通过各方面设计功能良好展开，能够最大程度上提升系统设计功能质量。保证数控机床欧姆龙PLC系统能够与信息化接口良好融合，促进其工作效率提升[3]。

其次，LGMazak数控机床信息化接口设计中包括对机床程序进行设计。主要是对机床启动功能进行实践设计。如在系统设计中，将LGMazak数控机床的启动输入信号设置为x50、x5l，x52输入为1，寓意为数据指令。

最后，信息化接口程序设计中，对机床状态信息输出接口进行程序设计，其中包括机床状态信息输入系统设计以及欧姆龙PLC处理程序设计两个方面，保证整个系统设计更加高效。在欧姆龙PLC处理程序设计中，主要包括对自动运行数据采集、对机床故障进行信号采集、对堵料信号进行采集、对机床换刀模式进行控制等多方面功能设计，保证信息系统工作运行更加高效（图2为欧姆龙PLC处理程序图）[4]。

图2 欧姆龙PLC处理机床状态信息程序图

4.6 数控机床设计应用分析

本文针对LGMazak数控机床设计进行了分析，并对机床PLC程序、机床信息化接口进行了设计，而在实践研究过程中，为了验证本文所设计数控机床符合实际应用效果，并能够满足数控机床信息化接口的应用需求，在文章研究中，对LGMazak数控机床信息化接口设计进行了实践检验。试验中利用MCIS系统对数控机床进行实际的控制，并对机床的信息化接口功能进行分析。

首先，LGMazak数控机床分析过程中，针对信息化接口进行机床状态信息知识功能分析。接口试验中，通过MCIS系统与L12-Yx2机床进行实际连接，并对机床进行启动操作、机床复位操作、模式切换操作。在实际的控制过程中，采用MCIS系统可以对机床状态信息进行合理的采集，并能够针对性控制机床各项操作，证明LGMazak数控机床接口设计更具有合理性。

其次，LGMazak数控机床数控机床信息化接口功能分析过程中，针对人工呼叫功能进行了实践证明。在实际的设计中，对机床某环节进行破坏，其系统自动发出设备呼叫，其故障数据也直接上报到对应的MCIS系统显示模块当中，证明LGMazak数控机床数控机床信息化接口功能合理。

最后，在LGMazak数控机床信息化接口功能分析过程中，针对各个接口的信息化数据传输功能进行检测，实际的检测过程中，主要利用数据获取装置对接口的通讯网络数据以及通讯功能数据进行分析获取，并对数据接口信息进行合理的验证，通过实践分析研究表明实际的信息化接口设计数据通信功能以及数据传输状态良好，可以正常投入使用，对于LGMazak数控机床信息化连接有重要的作用。