DNC与数控仿真在教学中的应用 - 全文

 

　　阐述了应用网络DNC技术和数控仿真技术拓展实习工位，提高教学效率的方法，并给出了具体实施方案。目前职业教育、技能培训风起去涌，该方案对于从事数控技能培训的机构来说，有很好的参考价值。

　　一、需求分析

　　实习一直采用车间与机房配套实习模式，已建立覆盖全范围的CAD/CAM局域网，数控设备在使用和管理上存在着一些问题。

　　1.手工输入程序，增加了大量的加工准备时间

　　盐城技师学院的数控设备全部用于实训教学，每一个训练课题都需要一个专门的程序，每个学生的程序都要求独立编制，练习时采用由学生手工录入再核对的方式进行操作，大量的练习时间都花在了程序输入上，大大降低了数控设备的利用率。而且，频繁的输入操作也导致了MDI键盘故障率升高。

　　2.无法实现DNC在线加工，高级班和技师班自动编程课题的教学无法开展

　　高级班和技师班要求开设自动编程课题，利用CAM软件对零件进行程序编制。CAM软件生成的程序一般容量比较大，手工输入比较困难，尤其是复杂零件，程序往往会超出数控设备内存的容量，这就需要应用DNC在线加工技术进行加工。以前一直采取单机传输的方法，缺点是在机床旁边要放一台计算机，由于车间环境恶劣，计算机损坏现象比较严重。

　　3.编程训练的学生无法验证编制程序的正确性

　　除了在机床上操作的学生，剩下的学生在机房或教室进行编程训练，编制的程序只能通过机床加工才能得到验证。

　　二、系统调研，确定方案

　　根据以上的一些存在问题，我们走访了一些企业，发现这些企业一般采用以下几种方案。

　　1.每台机床配备1台计算机

　　每台机床配备1台计算机，利用RS232进行单机传输，再将这些计算机进行联网管理。这样做的好处是，资金用量较小，且计算机放在机床旁边，信号质量能够得到保证。但缺点是，车间环境恶劣，不利于计算机的管理和使用，容易造成计算机的高故障率。

　　2.利用多串口卡

　　利用多串口卡和相应软件，由一台计算机统一管理，将RS232线连接到各机床。此方案计算机离数控设备距离较远(有的超过30米)，信号质量不能得到保证，同时，多串口卡采用开关方式，不能同时对几台机床进行操作，实际还是存在线路争用现象。

　　3.选用DNC软件

　　使用先进的DNC管理软件，结合现代的网络管理技术，选用RJ45与RS232转换设备，由一台性能稳定的服务器集中管理。

　　为了更好的实现学校与工厂的无缝接轨，有必要使每个学生对当前先进的软件以及加工管理模式有一个全面的了解和感性接触;同时为了方便学校教学，使编程、操作更加连贯，提高现有机床的使用效率，解决数控设备少而学生不断增多的矛盾，同时更好的服务于学校的教学和学生考试，以及更多的为社会培养高素质的人才，因此有必要对现有数控设备进行现代化和信息化管理，故而采用3号方案。同时，引入数控加工仿真软件(vnuc、Vericut等)，解决了学生程序验证的问题，真正达到了利用计算机扩展数控机床工位的目的。

　　目前国内较为常见的DNC软件有CIMCO公司的DNC-MAX、ASCENDANT TECHNOLOGIES公司的eXtremeDNC、北京机床研究所的JCSDNC以及CAXA(数码大方)的CAXA网络DNC等，通过比较这些软件的功能特点，我们选用了eXtremeDNC软件。

　　三、eXtremeDNC软件的功能特点

　　1.联网控制

　　将eXtremeDNC软件安装在局域网的一台电脑上作为通信服务器，连接MOXA产的NPort 5110单串口服务器与网络交换机，然后将串口服务器放到到机床RS232口处，并连接到机床的RS232端口。使用带屏蔽的五类双绞线通信距离可达100m，超过100m可用长线驱动器扩展。该特点解决传统RS232传输距离短，抗干扰能力差的问题。

　　2.联网协议

　　该软件支持TCP/IP协议，只要有TCP/IP网络协议即可接入局域网，实现网络管理。

　　3.通信硬件

　　采用MOXA公司生产的专用串口服务器，通信速率可高达230kB,所有口同时可达115 kB。它通过网络交换机可连接多台数控机床，并可与服务器相连。

　　4.控制数量

　　每个EXtremeDNC 服务器能同时控制多达256台数控机床，可实现多台机床同时传输程序，同时在线加工的需求。

　　5.远程控制

　　可以在数控机床处直接从EXtremeDNC服务器中调用数控程序，机床操作人员无须操作计算机，省去了传统DNC传输模式下的计算机与机床之间来回奔波的时间。

　　6.数据的安全性

　　数据传输安全可靠，数据传输后可用文件比较器验证输入文件的准确性，并可对文件的不同点加以彩色标识。

　　7.权限管理

　　强大的权限管理功能，通过设置不同的权限，不同的操作者所控制的机床数量和权限不同。

　　8.数控轨迹绘图

　　能够实时数控文件比较、数控文件编辑、数控文件轨迹绘图。

　　9.易使用性

　　软件的编写采用Windows Office风格，会Windows操作就会用eXtremeDNC软件，而且软件采用开放式结构，它可以无限地同第三方应用软件包交互使用，如Microsoft浏览器、计划任务程序、数据库和命令等。

　　10可扩展性

　　设置了简单快速的扩充接口，确保了在需要时随时随地以本系统为基础进行功能升级或是规模扩展。

　　11.数据管理

　　可与PDM、ERP多个信息管理系统之间实现互联。

　　通过对以上功能特点的分析，该软件完全能够满足我院实训教学的需要。

　　四、系统实施及应用

　　1.硬件配置

　　(1)布线及测试

　　车间原本采用桥架布线，所以只要通过桥架放入连接机房与机床的双绞线即可。完成系统布线工作后，进行每一台机床的通信测试。测试结果是全部线路均满足通信要求。

　　(2)应用实例

　　例如，1号机床的编号为C101，线号为101，通信端口为COM101，波特率为9600，数据位为7，停止位为2，校验为EVEN，流控制为XON/XOFF，代码为ISO AUTO CONNECT，PORT为R，收发目录的发件箱为C:\DNC\C101\OUT\，收件箱为C:\DNC\C101\IN\，远程命令名为O1111。下面是其程序格式。

　　%

　　(WW GET P2222 WW);(P2222为欲远程调用的程序名，可以进行更改，因为O为FANUC系统的保留字，不能通过键盘输入，故利用eXtremeDNC软件的字符替换功能实现用P代替O。)

　　M30

　　%

　　将线序配置好，并将参数设置正确，就可以正常地通信了。

　　(3)服务器配置

　　由于用于学生实习，同时该软件对服务器要求不高，只要稳定就好，所以暂时选用性能较稳定的联想电脑代用。

　　2.软件配置

　　(1)操作系统

　　服务器端安装了WINDOWS 2000 Server，保证系统稳定性。

　　(2)eXtremeDNC软件安装和功能测试

　　eXtremeDNC软件的安装非常简单，这里不再赘述。在功能测试上，分别就以下主要功能进行了反复验证。

　　◎使用一台计算机同时控制所有具备串行通信功能并被连接在网上的数控设备，实现加工数据的双向发送和接收;

　　◎所有被连接设备均可同时实现数控文件远程调用;

　　◎所有被连接的具备DNC功能的数控设备同时实现远程DNC操作;

　　◎数控文件的编辑、比较和数控文件轨迹绘图;

　　◎通过远程命令查看软件服务器指定机床的文件目录;

　　◎不同用户的使用权限设置、管理功能;

　　◎断刀点续传功能;

　　◎软件介绍的其他功能;

　　五、实施效果

　　1.扩展了数控实训工位，提高了数控实训教学的水平

　　通过eXtremeDNC软件和数控仿真加工软件在数控车间的实施后，学生拿到课题后可以直接在仿真机房编程、仿真，先完成的同学经过老师审核通过后即可将程序传入DNC服务器，然后到车间机床上通过远程请求将程序传到机床上进行加工，减少了机床的待机时间和程序验证时间，其他同学同样排队进行加工，先加工的同学加工结束后可安排下课题内容继续回机房编程仿真，这样，数控机床和仿真机房一直处在交替连续的工作中，充分发挥了现有设备的使用效能，在同样的实习时间内，可以给学生更多的训练时间。90余台数控设备与210台计算机配套，相当于将90个工位扩展到了300个，大大节约了教学资源。

　　可以轻松实现DNC在线加工，为自动编程教学和高级工、技师技能训练提供了有力的硬件支持。

　　通过机床联网，在数控实训教学中同时引入了计算机技术、通信技术和数控技术的教学内容，使学生能紧跟现代制造技术的时代步伐，提高了学生的知识水平与能力水平。

　　有利于项目式教学法在数控专业教学中的开展，教学中模拟模仿企业生产过程与管理模式，使学生对所进行实训项目的目的明确，过程清晰，极大的激发了学生的学习积极性，收到了良好的效果。

　　2.缓解设备压力并降低设备管理成本

　　采用网络传输程序，提高了机床工作效率，延长了MDI面板的寿命，从另外一个角度来讲，还缓解了数控实训教学中设备紧缺的压力。

　　所有机床系统参数及补偿数据全部通过网络在计算机中备份，一旦发生系统问题，可以迅速重设参数，恢复系统，提高了设备的自维护能力，降低了设备维护成本。

　　六、结束语

　　通过实施数控机床联网，有效的实现了数控机床实训工位的扩展，不过此次仅仅应用了eXtremeDNC 软件程序传输的功能，在此基础上，还可实现数控设备的实时监控和现场数据采集，还有很多实用的功能需要我们去深入挖掘。