9 1概述 9 1 1DNC定义 DNC是用一台或多台计算机 对多台数控机床实施综合控制的一种方法 是机械制造系统的一个重要发展 DNC系统属于自动化制造系统的一种模式 9 1 2DNC发展过程 群控 DirectNumericalControl 直接数字控制 DirectNumericalControl 也有人称它为 群控 60 s 分布式数控 DistributedNumericalControl DNC系统实施分级控制 CNC计算机直接控制数控机床并与DNC系统主机进行信息交互 DNC主机也可与其它计算机进行信息的交互 DNC系统配置的这种发展 使DNC的含义由直接数控变为分布式数控 DistributedNumericalControl 70 s 柔性DNC FlexibleDistributedNumericalControl DNC系统不仅用计算机来管理 调度和控制多台数控机床 而且还与CAD CAPP CAM 物料输送和存贮 生产计划与控制相结合 形成了柔性分布式数字控制 FlexibleDistributedNumericalControl FDNC 系统 80 s 9 2DNC系统的组成 功能 9 2 1DNC系统的组成 DNC控制计算机数据通信系统DNC接口 NC或CNC装置 软件系统 软件系统包括实时多任务操作系统 DNC通信软件 DNC管理和监控软件 NC程序编辑软件等 有时需要数据库管理系统 图形输入与编辑软件 刀具轨迹模拟和DNC接口管理软件等 通信系统 DNC应用软件 设备层 DNC接口 NC DNC接口 NC DNC接口 NC DNC接口 NC DNC控制计算机 NC程序库 DNC的组成 9 2 2DNC系统中的数据流 DNC接口 C D G B A F A 零件NC程序及机床号 B 对用户的认可信号 C 零件程序 D NC程序与控制命令 E 对设备的控制信号 F 设备状态反馈信号 G DNC接口反馈信息 NC设备 NC程序库 E 通信系统 DNC控制计算机 操作员或应用程序 9 2 3DNC系统的主要功能 目前多数DNC系统仅包括前三项功能 同时包括第四项功能的DNC还不多见 由于DNC系统的上述功能都是在DNC管理与控制软件 包括DNC接口软件 支持下完成的 因此DNC系统的功能实际上也是DNC管理与控制软件应具有的功能 NC程序的上载与下载 NC程序存储与管理 系统的简单控制与调度 系统状态信息的采集 处理和报告 根据生产作业计划进行生产调度与控制 计划 工装 刀具 量具 夹具 信息 物料数据的集成化生产管理 9 3DNC系统的控制结构 DNC系统的一般结构 NC CNC机床 NC CNC机床 数据通信系统 DNC控制计算机 多级DNC结构 第三级 第二级 第一级 三级DNC系统结构 1 2 1 2 m n 多级DNC结构 通常为树型结构 一般来说 底部的能力主要面向应用 具有专用的能力 用于完成规定的特殊任务 而顶部则具有通用的能力 控制与协调整个系统 DNC系统的结构与系统的规模有关 可能有二 三 四级的结构 常用的是二 三级结构 以三级为居多 最高级 自动编程 系统管理 生产计划和物料需求计划等项功能 中间级 接收来自上一级系统的指令信息 也可根据下一级的设备状态 进行任务分解和调度 实时地向各个设备分配加工任务及一些统计信息和系统状态信息的反馈 设备级 一般都是机床控制单元 它接受来自上一级的加工指令和控制信息 实现机床各坐标轴的运动及有关辅助功能的协调工作 也可向上一级反馈工况信息 9 4DNC通信系统的物理连接 采用RS 232C或RS422 采用RS 232C或RS422连接方式实现起来比较方便 成本也比较低 但也带来以下一些问题 1 传输距离短 如RS 232C的传输距离不超过50m 20mA电流环和RS 422 RS 423为1000m左右 2 传输不够可靠 这些接口和连接电缆的抗干扰能力较差 而且其传输过程的检错功能较弱 3 传输速率低 实时性差 响应速度慢 4 系统规模有限 由于一台计算机不可能提供很多串行接口 所连设备很有限 因此整个系统的规模就不可能很大 5 电缆费用高 系统复杂性增加 每台设备都需一条来自DNC主机的通信电缆 因此整个系统的电缆费用很大 而且导致系统环境的复杂性也大大增加 6 系统的扩展不容易 当系统需扩充时 不但要修改系统软件 而且也要更改硬件 采用计算机网络通信接口 新一代的CNC装置为了能连入到DNC FMS中设置了可直接与网络连接的专用通讯微处理器接口 通过该接口可以把数控设备连接在工业局域网 LAN 中 网络通信协议大多采用ISO开放系统互联参考模型七层结构为基础的有关协议 专用网络 美国AB公司DATA HIGHWAY DH 和DATA HIGHWAYPLUS网络 DH MAP网和工业以太网 FANUC Simens AB等 现场总线 FieldBus 结构简单 协议直观 价格低廉 性能稳定 实时性较高 抗干扰能力强 适用与工业现场通信 混合通信接口 混合通信接口实际上就是前几种方式的混合 例如计算机网络与RS 232C RS422 RS485混合 RS 422 RS 422 RS 232C 工作站计算机 多串口设备 CNC CNC NC或CNC NC RS 422 RS 232C CNC DNC网络接口 CNC 第一种连接 第二种连接 工业以太网 9 5DNC系统实例 大隈DNC 计算机 编程机 DNC控制器 CNC机床 良好的通信功能可以通信联网最多达16台数控设备 并可与4台数控设备同时通信 速率达89300bps 传送方式多样 可一次传送 逐次传送 同时传送 良好数据存储和管理功能具有对数据进行有效的管理功能 调度功能根据加工件数 交货期 生成对每台数控机床传送NC程序的调度指令 生产计划功能根据加工时间 作业时间及DNC的调度指令自动生成生产计划一览表 无人运转功能实现夜间的无人操作 特点 江西江铃齿轮股份有限公司DNC CAD CAPP 工艺路线 车间控制器 单元控制器 DNC控制器 计划需求管理 CNC机床1 NC程序管理 NC程序 生产计划计划完成情况 生产计划系统 CNC机床n 设备层 单元层 车间层 公司层 物料管理 工装工具管理 计划完工管理 设备管理 质量管理 综合查询 机床运行状态 ERP 工作站层 交换机 Hub1 DNC 1 DNC 2 WS1 WS2 WS3 WS5DNC 1 WS6DNC 2 Hub2 交换机 WS7 WS8 WS9 DNC 3 DNC 2 DNC 1 DNC 3 齿轮车间 热处理车间 壳体车间 设备1 设备n 设备1 设备n 设备1 设备n 设备1 设备n 设备1 设备n 设备1 设备n WS4 维修站WS10 工具库WS11 数据库服务器 计算中心 1000M 1000M 数控班组 车间现场HUB或交换机 信号处理板 信号处理板 剃齿班组 1000M 9 6DNC系统发展趋势 研究重点从通信技术转向生产管理技术 由直接数控和分布式数控向柔性分布式数控发展 基于标准化 通用化的DNC平台产品 应用高速数据通信技术及现场总线 DNC系统和INTERNET技术结合实现异地设计和异地制造 10 1FMS概述 10 1 1制造柔性 制造柔性是指一个制造设备或系统对生产需求变化的适应能力 通常制造柔性体现在以下几个方面 制造设备的柔性制造设备通过配备相应的刀具 量具 夹具 NC程序等 使得此设备具有制造给定零件族中任何零件的能力 这是一种固有的柔性 它与制造设备所具有的相关功能有关 如机附刀库的容量 控制的运动轴数等 加工柔性以不同加工工序和工艺加工一个零件的能力或在给定的一个工艺规划下以不同的加工路线实现零件的加工 制造工作站间和加工功能间的互换和替代 产品柔性能够经济 快速地转变生产产品的能力 零件流动路线柔性当系统出现局部故障时 能重新选择零件加工路径 并继续进行加工的能力 产量柔性系统运行可适应不同的生产批量 并具有良好的生产效益 系统重构柔性系统具有重构柔性 生产需求发生变化时 系统可以方便地扩展 收缩或重构 故障控制柔性当系统中的设备出现故障时 制造系统对故障的处理能力 10 1 2FMS定义 柔性制造系统 简称FMS 是由数控加工设备 物料储运装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统 它包括多个柔性制造单元 能根据制造任务或生产的变化迅速进行调整 适用于多品种中 小批量生产 依据 中华人民共和国国家军用标准 武器装备柔性制造系统术语 10 1 3FMS的组成与功能 硬件系统 第一部分 制造设备 数控加工设备 如加工中心 测量机 清洗机等 自动化储运设备 传送带 有轨小车 AGV 搬运机器人 立体库 中央托盘库 物料或刀具装卸站 中央刀库等 计算机控制系统及网络通信系统 软件系统 第二部分 系统支持软件 操作系统 网络操作系统 数据库管理系统等 FMS运行控制系统 动态调度系统 实时故障诊断系统 生产准备系统 物料 工件和刀具 管理控制系统等 1 FMS的组成 2 FMS的功能 能自动控制和管理零件的加工过程 包括制造质量的自动控制 故障的自动诊断和处理 制造信息的自动采集和处理 通过简单的软件系统变更 便能制造出某一零件族的多种零件 自动控制和管理物料 包括工件与刀具 的运输和存储过程 能解决多机床下零件的混流加工 且无需增加额外费用具有优化的调度管理功能 无需过多的人工介入 能做到无人加工 10 1 4FMS的特点 设备利用率高减少设备投资减少占地面积减少直接工时费用减少了在制品的数量 缩短了生产准备时间具有快速应变能力维持生产能力强产品质量高而稳定系统运行灵活性大产量变化适应性好便于实现工厂自动化投资高 风险大 开发周期长 管理水平要求高 10 1 5FMS的类型 1 按系统的规模分类 柔性制造单元 柔性制造系统 柔性生产线 2 按应用对象分类 切削加工FMS 钣金加工FMS 焊接FMS 柔性装配系统等 SONY柔性装配系统 3 按系统布局分类 直线型 机器人型 环型 10 2FMS制造工作站 10 2 1机械加工工作站 加工中心 MachiningCenterorProductionCenter 立式加工中心卧式加工中心 1 类别 一般在柔性制造系统中主要的机械加工设备是加工中心 常带有机附刀库 可实现主轴和机附刀库的刀具交换 同时MC还带有自动托盘交换装置 立式加工中心 卧式加工中心 集中了较多工序连续加工 节省设备投资 工件一次装卡 既减少装夹具次数 又提高了加工精度 缩短了更换刀具 装卸工件等辅助时间 提高了生产率 2 加工中心的主要特点 3 集成加工中心到FMS的基本条件 硬接口 托盘自动交换装置 AutomatedPalletChanger APC 和第二刀具交换点 软接口 具有通过计算机网络或其它通信接口实现与上级控制计算机通信的功能 4 加工中心在FMS中的配置方式 互替方式 就是一加工任务即可在这台机床上完成 也可在另一台上完成 互补方式 就是对一加工任务需通过两台加工中心联合加工方能完成 5 MC中的测量装置 零件的找正与测量 刀具磨损或破损检查 测量装置有硬线连接式 感应式 光学式和无线电式 6 刀具寿命的管理功能 带测量装置的MC 车削中心 TurningMachiningCenter 车削中心适用回转体零件的加工 在FMS中集成车削中心相对加工中心要方便一些 清洗站 清洗站可以放在柔性制造系统的生产线内 也可分开 也可与装卸站并为一体 所谓清洗 主要指清除切屑 包括洗涤零件 夹具和托盘 但不包括去除零件毛刺 测量站 检验工序有和离线两种方式 各有优点 检验仪可由编程令其投入工作 以判定加工误差和直接经由中央计算机进行刀具补偿调整 不是全部都能这样修正 检验系统的最大优点是能迅速确定制造中的问题 而离线检验则由于检验工位离得远 零件定位和夹紧费时 或缺少自动检验装置等原因具有滞后性 CNC测量机 10 3。