数控网络体系的研发与实践

　　近几年，随着制造业空前的发展速度与较高的发展水平，中国正在成为全球制造业中心之一。

　　针对学习数控应用技术专业、模具设计与制造技术专业人数的急剧增多，学院陆续投入巨资改善机电系的办学条件，成立了金工实习与数控实训车间和CAD /CAM计算机实验室，仍不能满足教学与实操的需要。教改研究小组将数控机床与CAD /CAM计算机局域网联网，充分高效地发挥现有设备的潜力，增强学生的数控机床实操能力以及数控技术与计算机网络技术应用水平。

　　1．联网前已有的条件数控实训车间有立式数控铣镗床、数控车床与数控线切割机床十多台。

　　2．联网前存在的主要问题

　　2. 1程序传输效率低，设备的实训功效差数控实训车间有十多台机床，联网前对于一些程序量较少的数控加工，一直是采用最原始的手工键盘输入方式，这种方法的弊病是：效率低、占用机时长且易出错。学生在进行数控实习时手工输入程序的时间可占机床开机时间一半以上，严重影响了数控机床的使用效能。而对于一些程序输入量比较大的数控加工，则是通过RS232或RS422接口进行一对一专机传输，即使用一台计算机在机床边进行数据传输，该传输费时、费力。

　　实训车间即使每天实行两班作业制度，培训学生的能力还是有限，面对每年逐渐增多的学生，现有设备远远满足不了需求。

　　2. 2设备投资与维护成本高每台数控机床边都要配备一台计算机，十多台机床就得配备十多台计算机。其缺点是：操作环境恶劣，经常烧坏计算机的板卡，计算机后期维护困难。

　　2. 3现代先进管理与制造模式的教学与实践的差距CAD /CAM计算机局域网与数控机床没有进行任何的连接，参加实训的学生是在2个完全不同的环境下来完成数控加工的编程实训的，效果不是很好。程序文件的管理混乱，且在频繁地对传输电缆进行插拔操作时有烧坏串口设备的潜在危险，传输受距离的限制。

　　综上所述，各弊端已严重影响了数控加工实习时的效率，故迫切需要寻求一种能够解决以上问题的有效方法。

　　3．数控教学网络化管理系统的软硬件介绍针对以上问题，经过多方考察研究，决定设计一套符合学院现有状况的数控教学网络化管理系统，即采用局域网管理客户端+网络服务器+机床客户端的网络化管理系统。局域网CAD /CAM工作站通过TCP / IP协议与网络服务器相连，数控机床机群通过RS232串口与网络服务器所扩展的多串口卡相连，从而实现整个网络的信息交互。软件方面以数控机床联网软件作为数控教学的网络管理系统软件。以实现数控教学与实训的网络化管理，从而摆脱实训、实验两种不同的教学运作环境。

　　该数控教学网络管理系统主要包括CAD /CAM计算机局域网实验室、数控网络管理服务器和数控机床机群等部分组成。网络管理服务器是1台安装了数控网络管理专用软件的PC计算机，网络服务器通过多串口分配器、通讯电缆、两端加光电隔离器、长线驱动器的通讯模块及相关硬件设备与所有联网设备的RS- 232通讯接口进行连接通讯。局域网中多个工作站均可安装管理客户端窗口，访问网络服务器并与所有联网数控设备进行通讯，从而形成了一个多点位、立体式的数控设备通讯管理网络。

　　网络管理服务器的工作是接受联网的CAD / CAM计算机工作站（管理客户端）或数控机床（机床客户端）的指令调度，以实现数控机床与工作站间信息的统一管理。

　　数控机床联网系统软件分为3层，其内核为控制核心，负责完成多路实施调度，第2层为解释驱动层，负责完成对CNC描述语言的解释并驱动各类型数控机床的通讯接口，第3层为物理接口层，负责与各类不同数控机床的通讯接口进行通讯。3层相互协作，使CNC控制主机不仅可以连接并同时驱动多台、多种类型数控机床的通讯服务，而且CNC控制主机还可以同时响应多个不同类型数控机床的DNC请求。

　　4．数控教学网络化管理系统的主要功能学院数控实训车间经过上述技术整改后，通过一段时间的摸索运行和实践操作，证明现有的数控教学网络化管理系统具有明显的优势，不但提高了数控实训车间的设备利用率，而且扩展了许多教学功能。具体表现如下：（1）对具有DNC功能的数控系统，可以在网络上实现多台机床同时加工；（2）每台数控机床均可访问或下载本机床目录和公共目录下的NC程序；（3）彻底摆脱手工输入程序和单机输入程序的局面，实现长距离自动程序传输；（4）操作简单，无需借助其他设备或编程员的帮助，操作者在机床的操作面板上输入相应指令，就可以上传或下载零件加工程序；（5）可并行传输程序，即一台网络管理服务器可以同时面向多台数控机床进行数据通信；（6）传输可靠性高。利用专用软件具有的数据校验功能，如有错误立即报警。软件同时具有上传和下载文件的检查功能，每个文件上传后均可返回一个检查文件，确保数据的安全；（7）借助软件的传输日志功能，可查看数据传输的日期、时间、文件名以及上传还是下载等内容，用以记录操作者的操作过程及出错信息；（8）通过网络服务器自动地把CAD /CAM计算机工作站（管理客户端）上的程序长文件名转换成数控机床可接受的程序号，实现文件名与程序号的自动转换，彻底改变了程序号对NC程序管理的束缚；（9）数控机床联网数量不受限制；（10）网络管理服务器24 h工作，随时对网络上的数控机床实施管理及数据通信。

　　5．教学网络化管理系统实施后效果数控教学效率得到了极大提高，程序传输和程序管理方面都有了明显改善，实习车间实训学生排队输程序的现象没有了，彻底摆脱了频繁地对传输电缆进行插拔操作。

　　没有建设数控教学网络化管理系统前，数控程序基本处于初级管理状态。建设后，依赖于专用网络管理软件的功能，所有编制好的程序均放在对应于每台机床的目录下，每个程序按照零件图号编制名字，不会发生重名现象。参加实训的学生很快都能够熟练运用该数控网络管理系统，随时通过指令了解网络上的程序并下载使用。在以前相同的时间里能够做更多的编程训练，使同学们的动手编程的能力上了一个新的台阶。

　　联网前后对比，有下面几点明显的改变：（1）缩短传输程序的时间，也就是节约了昂贵的数控机床机时费用。操作者劳动强度减低，只需在机床面板输入简单指令就可完成程序传输。准确性高，零件程序重复使用时即使重新传输也可以保证绝对正确。易于修改，首次使用的程序如果在现场进行了修改，那么上传后就可供下次调用；（2）能满足数控教学的需要，充分而有效地发挥了现有设备的功效；（3）责任清楚，一旦出现问题，很容易分析出是编程原因还是操作原因；（4）管理实现了统一化、网络化，使学生初步掌握了现代先进管理与制造模式，为将来打下了一个好的基础。

　　自去年项目完工以来，该系统运行一直很稳定。该管理系统是基于RS - 232串口通信技术而建立的网络系统，目前国内企业有许多使用带普通RS- 232或RS- 422串口的数控机床和用微机改造的经济型数控机床，因此上述方案在现代制造企业的应用效益将是十分显著，是一种符合国情的、切实可行的技改解决方案。

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