CN108268012A - 一种参数化驱动生产的机床系统改造方法 - Google Patents

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Abstract

一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，根据不同参数生成NC代码，依据NC代码预估每个工件的加工时间，将生成的NC代码上传至数控机床完成工件加工；本发明提出的这种机床改造方法，不仅解决了在个性化定制下，不同参数的改变，NC代码自动生成的问题，而且实现对NC代码自动生成及替换，减少人工操作，提高了效率和可靠性；提供加工时间预估的一种方法，根据预估的加工时间进行排产，合理的分配生产和资源利用率。实现从NC代码生成到加工排产再到实际加工的全部智能化，避免了传统的单一的数控机床系统生产所带来的问题及不便，提高生产效率。

Description

一种参数化驱动生产的机床系统改造方法
技术领域
本发明涉及智能制造领域，尤其是基于参数化驱动生产的机床系统改造的方法。
背景技术
智能制造是基于新一代的制造技术、信息技术、物流技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造系统的各个环节，具有信息的深度自知、智慧化自决策、精准的自我控制的先进制造过程。智能制造过程具有显著的生产不确定性、复杂多变性和订单的个性化的特征；特别的在订单个性化方面，加工参数复杂多变，给生产加工带来了许多困难，同时由于紧急订单的存在，给车间的生产分配带来了严峻的挑战。因此迫切需要一套合理的机床系统，对生产过程进行优化，以提高生产效率。目前，传统的机床系统基本上都单纯的以数控机床为一个独立的对象进行生产加工，该系统只具备加工的功能，难以实时根据加工的零件自动生成NC代码，并估算加工时间，对生产过程进行合理分配。
发明内容
为了克服个性化定制生产过程中参数多变而带来的生产困难，提高生产的分配合理性，本发明专利提出一种参数化驱动生产下一种机床系统改造的方法，通过这种改进，不仅可以根据个性化定制工件的参数变化自动产生NC代码，同时在生产过程中预估加工时间，从而根据加工时间来合理分配生产，以提高生产效率。
本发明技术方案如下：一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，根据不同参数生成NC代码，依据NC代码预估每个工件的加工时间，将生成的NC加工代上传至数控机床完成工件加工；包括以下步骤：
S1：根据加工工件对其进行形状特征的划分；
S2：基于形状特征，用C#编写NC程序生成的函数，生成NC代码；
S3：根据NC代码，提取加工信息，利用C#编写加工时间预估的函数，预估加工时间；
S4：根据预估的加工时间，对生产加工进行合理的分配，以达到效率最大化；
S5：根据机床的内部的IO地址，利用C#编写机床的控制函数、监控函数及NC程序的替换函数；
S6：将以上的程序放置于同一个工控机内，形成一套机床系统。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述首先要找出加工工件最基本的形状特征，包括轴类、平板类；再根据加工工件的个性化，将其进行形状特征分解成基本的形状特征。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述S2包括以下步骤：
S21：根据基本的形状的特征，利用C#编写基础NC代码；
S22：读取个性化定制工件的加工信息；
S23：根据加工信息，编写加工过程中尺寸得到的算法；
S24：将上述代码进行汇总，生成完整NC加工程序。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述定制工件的加工信息包括工件的种类信息、工序信息以及加工尺寸信息。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述加工信息存储在RFID标签里，每个定制工件对应一个RFID标签。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述S23中算法根据实际加工尺寸，对比毛坯尺寸，选取切削深度、背吃刀量、循环次数，用以生成合理的加工代码。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S3包括以下步骤：
S31：读取NC代码，提取主轴转速和进给速度，所述进给速度分为分进给速度和转进给速度；
S32：根据直线进给与圆弧进给将NC代码进行分类，分为直线进给的代码形式与圆弧进给代码形式；
S33：分别提取直线进给与圆弧进给的参数，所述参数包括坐标点、半径；所述坐标点包括相对坐标点和绝对坐标点；
S34：根据所提取的坐标点，编写计算加工路径距离算法，所述计算加工路径距离算法包括直线进给时距离的计算以及圆弧进给时距离的计算方法；
S35：根据加工路径距离及进给速度，获得预估的加工时间；若是分进给方式，则根据加工路径距离与分进给速度的比值获得预估的加工时间；若是转进给方式，先由转进给速度乘以转速得到分进给速度后，再根据加工路径距离与分进给速度的比值获得预估的加工时间。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S4包括以下步骤：
S41：根据S3对每个工件的预估加工时间，进行初步排产；
S42：判断预估的排产后总时间与交货期时间之间的紧急程度，来进行紧急订单的处理，在加工时，则优先加工紧急订单。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述S5通过查找机床相应功能的内部控制IO地址，每个功能与IO地址是一一对应的，通过对这些IO地址所对应的值进行读和写的操作，实现对机床的操控和监测。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，利用C#编写程序来实现对这些IO地址进行读写操控，包括：控制函数、监控函数及NC程序替换函数。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述控制函数实现机床的自动循环加工，包括对机床的进给速度控制功能、机床转速控制功能、切换到自动模式功能、程序启动功能、程序暂停功能、急停功能。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述监控函数判断机床在程序执行过程中加工进程，监控机床在加工过程中是否出现报警信息及异常状态，包括对机床的转速监控、程序执行状态监控以及机床所有报警和警告信息的监控。
进一步地，一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，所述NC代码替换函数，根据订单信息生成NC代码之后，将代码上传至数控机床，同时对之前的NC代码进行替换，当进行下一步加工时，执行新的NC代码。
本发明提出的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，不仅解决了在个性化定制下，不同参数的改变，NC代码自动生成的问题，而且实现对NC代码自动生成及替换，减少人工操作，提高了效率和可靠性；提供加工时间预估的一种方法，根据预估的加工时间进行排产，合理的分配生产和资源利用率。本发明提出的这种机床改造系统，实现从NC代码生成到加工排产再到实际加工的全部智能化，避免了传统的单一的数控机床系统生产所带来的问题及不便，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明提供的改造机床系统组成结构示意图；
图2为本发明提供的参数化驱动生产的NC代码自动生成方法的流程图；
图3为本发明提供的加工时间预估方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解发明，下面将参照相关发明附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明较好的一种实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来展现，并不局限于本文所描述的实施方案，提供这些方法的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻和全面。需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有科学和技术术语与所属于本发明的技术领域的技术人员的通用理解含义相同。
一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，根据不同参数生成NC代码，依据NC代码预估每个工件的加工时间，将生成的NC加工代上传至数控机床完成工件加工；包括以下步骤：
S1：根据加工工件对其进行形状特征的划分；
S2：基于形状特征，用C#编写NC程序生成的函数，生成NC代码；
S3：根据NC代码，提取加工信息，利用C#编写加工时间预估的函数，预估加工时间；
S4：根据预估的加工时间，对生产加工进行合理的分配，以达到效率最大化；
S5：根据机床的内部的IO地址，利用C#编写机床的控制函数、监控函数及NC程序的替换函数；
S6：将以上的程序放置于同一个工控机内，形成一套机床系统。
如图1所示为机床系统结构图，在机床系统中放置工控机，搭建程序运行环境；工控机是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称，它与计算机类似，具有CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统，应用广泛；在工控机中搭建好运行程序的环境，将编写的加工时间预估程序、NC代码自动生成程序、机床控制及监控程序放入到工控机中，通过工控机运行这些程序。
在NC代码生成过程流程如图2所示，详细描述如下：
S1：根据加工工件对其进行形状特征的划分；
首先要找出加工工件最基本的形状特征，包括轴类、平板类；再根据加工工件的个性化，将其进行形状特征分解成基本的形状特征。
S2：基于形状特征，用C#编写NC程序生成的函数，生成NC代码；根据不同形状特征编写不同的NC代码生成程序，相同形状特征下的NC代码是类似的，只是加工尺寸不同，根据不同的加工尺寸生成不同的NC代码。
S21：根据基本的形状的特征，利用C#编写基础NC代码；
S22：读取个性化定制工件的加工信息；
S23：根据加工信息，编写加工过程中尺寸得到的算法；
S24：将上述代码进行汇总，生成完整NC加工程序。
本步骤中，定制工件的加工信息包括工件的种类信息、工序信息以及加工尺寸信息；加工信息存储在RFID标签里，每个定制工件对应一个RFID标签；算法根据实际加工尺寸，对比毛坯尺寸，选取切削深度、背吃刀量、循环次数，用以生成合理的加工代码。根据工件类型及工艺类型，提取当前加工所需要的加工尺寸，作为变量输入，生成当前加工的NC代码。编写NC代码自动生成程序时，NC代码的格式大体上是固定的，将首尾固定格式单独提取出来，作为不变量；对于此类参数驱动的生产加工，工件外形是相似的，变化的只是其加工尺寸，所以中间部分的加工程序，加工过程的代码是相似的，只是其中的尺寸不同，以工件尺寸为变量输入，合理设置加工循环次序，生成不同参数下工件加工NC代码。
S3：根据NC代码，提取加工信息，利用C#编写加工时间预估的函数，预估加工时间，如图3所示；
S31：读取NC代码，提取主轴转速和进给速度，所述进给速度分为分进给速度和转进给速度；
S32：根据直线进给与圆弧进给将NC代码进行分类，分为直线进给的代码形式与圆弧进给代码形式；通过NC代码中的坐标点信息判定是车削加工还是铣削加工，依据坐标点的维度不同进行划分，车削加工的坐标点是X、Z，铣削加工坐标点是X、Y、Z；
S33：分别提取直线进给与圆弧进给的参数，所述参数包括坐标点、半径；所述坐标点包括相对坐标点和绝对坐标点；提取坐标点时，根据是直线指令(G01)或圆弧指令(G02)将坐标点进行分类，要注意的是，直线指令与圆弧指令是模态的指令，因此可能在写过G01或G02指令之后，之后的运动与之前一样则可以不写，代码则没有这种明显的特征，在分析直线和圆弧坐标点的时候，根据是否有模态来将直线与圆弧的坐标点很好的划分出来；另一方面，编程坐标系分为绝对坐标系和相对坐标系，在编程时也分为绝对坐标编程、相对坐标编程及混合坐标编程，按照不同类型相应提取坐标点；
S34：根据所提取的坐标点，编写计算加工路径距离算法，所述计算加工路径距离算法包括直线进给时距离的计算以及圆弧进给时距离的计算方法；
S35：根据加工路径距离及进给速度，获得预估的加工时间；若是分进给方式，则根据加工路径距离与分进给速度的比值获得预估的加工时间；若是转进给方式，先由转进给速度乘以转速得到分进给速度后，再根据加工路径距离与分进给速度的比值获得预估的加工时间。
工件加工NC代码是自动生成的，在之前编写自动生成程序时，NC代码的格式是设置好的，为了减少预估加工时间的难度，可以按照一定规则编写NC代码的生成格式，方便坐标点的提取及路径的计算。

Claims (13)

1.一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，根据不同参数生成NC代码，依据NC代码预估每个工件的加工时间，将生成的NC代码上传至数控机床完成工件加工；包括以下步骤：
S1：根据加工工件对其进行形状特征的划分；
S2：基于形状特征，用C#编写NC程序生成的函数，生成NC代码；
S3：根据NC代码，提取加工信息，利用C#编写加工时间预估的函数，预估加工时间；
S4：根据预估的加工时间，对生产加工进行合理的分配；
S5：根据机床的内部的IO地址，利用C#编写机床的控制函数、监控函数及NC程序的替换函数；
S6：将以上的程序放置于同一个工控机内，形成一套机床系统。
2.根据权利要求1所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述首先要找出加工工件最基本的形状特征，包括轴类、平板类；再根据加工工件的个性化，将其进行形状特征分解成基本的形状特征。
3.根据权利要求1所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S2包括以下步骤：
S21：根据基本的形状的特征，利用C#编写基础NC代码；
S22：读取个性化定制工件的加工信息；
S23：根据加工信息，编写加工过程中尺寸得到的算法；
S24：将上述代码进行汇总，生成完整NC加工程序。
4.根据权利要求3所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述定制工件的加工信息包括工件的种类信息、工序信息以及加工尺寸信息。
5.根据权利要求3所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述加工信息存储在RFID标签里，每个定制工件对应一个RFID标签。
6.根据权利要求3所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S23中算法根据实际加工尺寸，对比毛坯尺寸，选取切削深度、背吃刀量、循环次数，用以生成合理的加工代码。
7.根据权利要求1所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S3包括以下步骤：
S31：读取NC代码，提取主轴转速和进给速度，所述进给速度分为分进给速度和转进给速度；
S32：根据直线进给与圆弧进给将NC代码进行分类，分为直线进给的代码形式与圆弧进给代码形式；
S33：分别提取直线进给与圆弧进给的参数，所述参数包括坐标点、半径；所述坐标点包括相对坐标点和绝对坐标点；
S34：根据所提取的坐标点，编写计算加工路径距离算法，所述计算加工路径距离算法包括直线进给时距离的计算以及圆弧进给时距离的计算方法；
S35：根据加工路径距离及进给速度，获得预估的加工时间；若是分进给方式，则根据加工路径距离与分进给速度的比值获得预估的加工时间；若是转进给方式，先由转进给速度乘以转速得到分进给速度后，再根据加工路径距离与分进给速度的比值获得预估的加工时间。
8.根据权利要求1所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S4包括以下步骤：
S41：根据S3对每个工件的预估加工时间，进行初步排产；
S42：判断预估的排产后总时间与交货期时间之间的紧急程度，来进行紧急订单的处理，在加工时，则优先加工紧急订单。
9.根据权利要求1所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述S5通过查找机床相应功能的内部控制IO地址，每个功能与IO地址是一一对应的，通过对这些IO地址所对应的值进行读和写的操作，实现对机床的操控和监测。
10.根据权利要求9所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：利用C#编写程序来实现对这些IO地址进行读写操控，包括：控制函数、监控函数及NC程序替换函数。
11.根据权利要求10所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述控制函数实现机床的自动循环加工，包括对机床的进给速度控制功能、机床转速控制功能、切换到自动模式功能、程序启动功能、程序暂停功能、急停功能。
12.根据权利要求10所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述监控函数判断机床在程序执行过程中加工进程，监控机床在加工过程中是否出现报警信息及异常状态，包括对机床的转速监控、程序执行状态监控以及机床所有报警和警告信息的监控。
13.根据权利要求10所述的一种参数化驱动生产的机床系统改造方法，其特征在于：所述NC代码替换函数，根据订单信息生成NC代码之后，将代码上传至数控机床，同时对之前的NC代码进行替换，当进行下一步加工时，执行新的NC代码。
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