基于电子技术的数控机床网络化设计与制造研究

摘　要：

摘　要：在迅猛发展计算机网络技术的背景下，计算机网络被充分的运用到制造企业的组织形式之中，致使“网络经济”时代成为世界经济的新格局。制造环境受网络经济的影响，所发生的变化都是根本性的。因此，制造企业要想获得竞争优势，获得持续发展的机会，最为重要的就是以现代信息技术为平台，把外部的知识和技术以及资源充分利用起来，在广泛的合作中把个性化的产品提供给客户，这是有效途径，也是唯一途径。而网络制造的核心思想关键就是利用互联网，实现组织社会制造资源的灵活和快速，进而能够动态地快速重组分散的生产设备资源和智力资源，以某一生产目的为导向，把必需的生产实体组建起来，从而使所要完成的生产目标达到经济和优质以及高效。本文研究了CAXA系列软件被应用在网络化设计与制造中情况。运用CAXA软件平台能使现代制造自动化和信息化所要求的软件系统得以满足。

关键词：

关键词：分布式数字控制　网络化制造　CAXA系列软件　资源按权限共享

     电子技术是根据电子学的原理，运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括 Analog （模拟） 电子技术和 Digital （数字） 电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。而就我国制造业来看，以往我国属于制造业大国，但逐步转化为制造业强国。而我国制造企业将面临着信息化和数字化的转型，这是其未来发展的首要选择，而生产效率的提高运用高新技术，实现数控机床的网络技术管理；对这一需求进行满足而开发产品就是CAXA系列软件，它具有全中文界面。它充分的集成了CAD和CAM以及DNC，有机地联系了设计图纸和工艺文件以及加工的NC代码，统一调用和修改NC代码和刀具以及夹具等信息，致使重复利用代码和信息资源的程度被提高。在建设网络化制造实验室中，以CAXA软件平台为依托，达到有机结合先进制造技术软硬件资源，对于制造业信息化建设来说属于成功的尝试。

1　CAXA系列软件在设计生产过程中的应用

1.1　CAXA系列软件的概况

   管理和设计，制造和工艺是CAXA系列软件相关的领域，核心技术自己独有。如图1是在设计生产过程中应用CAXA系列软件的情况。

1.2　 CAXA系列软件中各模块的功能

     1.2.1　设计部分

     二维绘图CAXA电子图板和三维设计的创新设计工具以及CAXA实体设计为设计的主要内容，从产品的概念和结构以及整体设计等都可以完成，还可以设计国标标准的文档和共享平台等。

　　1.2.2　工艺设计部分

　　针对CAXA设计的工艺图表和工艺汇总；对工艺知识库的建立，工艺编制效率的提高，生成材料清单等提供如何掌握知识。

　　1.2.3　制造部分

　　根据不同系统的数控设备控制情况，提供CAXA数控车和CAXA线切割等自动编程的CAM软件。

　　1.2.4　工程设计数据管理部分（图文档）

　　用于设计和制造管理产品的图档和文档等的数据。CAXA系列软件提供的平台充分的融合了产品和工艺设计，编辑和修改以及仿真数控程序，具备高效的特征。在上机床前，从程序上能够仿真加工轨迹和实体，这样有利于及时发现问题，进而对程序进行修改，并且对加工中的错误可避免出现，防止刀具的损坏。凭借网络DNC软件，能够监测在线加工和状态等，有机结合先进制造技术软硬件。本文以东南大学建设设计与制造的网络化平台为依据，对网络DNC进行重点介绍。

2　网络DNC的实现

2.1　机床通信无线局域网络接入方式

　　如图2就是无线局域网络接入的具体方式，该无线局域网络的组成把多台数控设备接入其中，是无线网络节点充分的配合无线网络交换机所形成的。

　　从理论上看，半径100m以内为无线网络交换机覆盖范围，80m为实际有效直线通信距离。每台机床设置1台才能实现网桥被接入无线节点，需要在机床顶部放置。组建机床无线通讯网络依靠把就近的无线AP接入来实现，以寻址方式为导向依靠AP控制器对相应的AP进行转交，最后向有线网络进行传入。一台中心的无线访问点被放置在车间顶部，Access Point模式为工作模式，以实现连接中心有线局域网络和无线终端接入，达到自身无线覆盖区域。1台无线网络客户端被放置在每台机床顶部，DNC服务器所在局域网的连接依靠中心无线访问点实现，制造系统的设计依靠网络数字化完成的，在特征方面完全不同于传统的CAD或CAM系统，在研究和开发这种系统过程中突出的特点和要求就是把异地性和协同性以及集成性等主要体现出来。这就是与传统 CAD或CAM系统的明显不同之处，以下几个方面为这些特点的主要体现：优化产品体系，把建模和集成过程的核心思想确定为基于产品全生命周期展开协同设计，这样设计者在设计时就应该实现全系统和全方位，把用户需求和产品设计等各阶段可能出现的问题充分考虑到产品设计之中；原来的个体设计工作已经不能适应这种系统，应充分的实现多用户和多学科以及多专家的群体工作设计方式；而异地协作性就是运用网络资源环境，针对不同地点的设计者情况完成不同的分工，依靠网络平台使设计实现协同化。

2.2　通讯测试

　　主要是对RS232C通信能够在机床和标准PC串口间完成进行确认。波特率和奇偶校验以及反馈字符等为串行通信参数的内容。调试时相应参数与数控设备自身的串口通信参数必须保持一致，这是确保数据传输进行的必要条件。 

2.3　数控程序的传输流程

　　在主干网接入CNC系统后DNC传输就可以进行。是利用CAXA通信模块对机床和服务器实现启动的，通过数控程序完成机床DNC在线加工和自动应答测试以及双向全自动交换等，该软件系统对无线网络通讯和联接不同数控系统的数控机床情况进行支持。其数控程序是由CAD/CAM生成的并向服务器进行提交，在机床端依靠命令对服务器上的程序进行直接调用，也可以在操作上把数控程序向服务器等进行上传。

2.4　网络DNC系统数据管理方式

　　CAXA网络的DNC系统管理模块能够完成管理所有数据的任务，客户端或服务器方式为工作方式。依靠编辑和仿真，以及上传和调用等客户端对数控程序进行完成。在服务器上集中了所有的数控程序，服务器数据库可以完成管理程序号和零件代号等信息。是数据安全的保障，并能够为查询与管理提供方便，如果信息需要备份，备份的自动和手工方式2种功能系统可提供。每个用户登录系统时用户名和密码必须输入，，登录系统的用户必须是经过确认的、合法的。对系统管理员以不同角色为依据赋予的不同权限进行享受。

3　CAXA系列软件的应用效果

　　生产制造部在操作上工作效率和各部门协同工作效率在运用CAXA网络DNC的基础上得到大大的提高，而且出错的可能也被极大的减少。从而在管理代码传输和刀具库以及任务通知等方面使用该系统能够具有较高的成功率，并实现了操作的高效率。实施网络DNC，就可运用1台服务器对多台数控设备程序传输进行控制，也可对其DNC加工进行控制，从而能够双向发送和接收加工数据，并进行双向远程调用文件，这样具备DNC功能的数控设备被连接在网络内的在DNC操作上远程可同时实现，编辑和比较以及轨迹绘图数控文件功能同时拥有，在24小时开动服务器状态下可实现无人看守的自动化；并以车间技术管理要求为导向，实现管理数控程序。该方案以稳定可靠的技术平台服务于制订和监控以及执行技术管理计划，从而能够规范化和标准化以及程序化管理设计到生产制造各技术环节，从而使管理难度和风险被大大降低，并可根据权限分配各部门间的资源，达到共享技术文档的目的。

4　网络化制造技术发展趋势

　　网络化制造模式属于全新形式，基本特征充分的融合了数字化和柔性化以及敏捷化。对于客户化需求进行快速响应的基础就是实现柔性化与敏捷化，快重组结构和快响应性能，并行过程和实现决策的分布式就是其具体表现。而以下方面为其优势的具体体现：金字塔式多层次管理结构转变为扁平式网络管理结构，这样层次和中间环节就被大大的减少，信息的传递速度被极大的加快。系统的顺序方式将被并行工作方式逐渐替代，工作周期被缩短，工作效率被进一步提高。企业发展方向为将小型化规模，实现组织分子化，就是在大型企业中，针对市场需求信息企业内部在反应权力和能力上实现快速自主的应对。企业间联盟灵活多样的建立起来依靠的是网络组织和虚拟企业等形式，达到有效灵活配置企业内外资源的效果。网络化制造的组成单元为一定功能的制造网络，而其中的基本元素则为一个个的企业，是它们向网络制造进行的逐渐转变。 

5　结语

　　就科技创新网络化设计与制造而言，正在发挥极为重要作用的就是CAXA系列软件，它改变了设计制造过程的传统模式，使其变得更加简单易行，在工厂的协同设计和集成化控制与管理企业数控车间方面其应用价值极大。因此，可进行广泛的推广，是建设制造业信息化的积极借鉴模式。