远程制造的多功能数控接口技术
现代制造工程 2005 (1)
远程制造的多功能数控接口技术 3
郭隐彪 兰 劲 龚子伟
摘要 为满足制造信息化和集成化的需求 ,设计并实现了基于远程制造的可用于多台数控机床数据传输的控制软件。
系统基于 RS2232C标准化串行接口和 W indows2000、W indows98操作系统 ,以 VB作为开发工具 ,可设置多个通讯参数 ,从
而达到面向多台机床进行远程控制的要求。
关键词 :远程制造 串行接口 NC程序 VB
中图分类号 : TH16; TP31115 文献标识码 : A 文章编号 : 1671—3133 (2005) 01—0042—04
Design and achievem ent of m uti2function ser ial
interface based on rem ote manufacture
Guo Y inbiao, Lan Jin, Gong Z iwei
Abstract In order to meet the requirement of the informationization and integration. Designs and realizes a kind of data transm is2
sion system used in remote manufacture for several different numerical control machine tools. This system bases on RS2232C
standard interface,W indows2000 and W indows98 operating system and uses VB610 as develop ing tool. Muti2parameters can be
set, so the system can be used for several different NC machines.
Key words: Rem ote manufacture Computer in terface NC program Visua l Basic
1 系统设计
111 系统模型
本系统采用了 C /S (Client/Server)结构。假设与
机床相连的数控机床用的是安装 Server软件系统的工
控 PC,而远程 PC安装 Client的系统。Server和 Client
3 国家“8638042416”基金资助项目
图 4 仿真模块流程
仿 真 模
块 主 要 功 能
有 :提供单步
及 全 过 程 的
用 户 选 择 模
式、刀具库浏
览功能、加工
步 骤 的 详 细
记 录 和 显 示
以 及 仿 真 过
程 中 的 各 种
状 态 监 测。
仿 真 结 果 包
括刀具轨迹、
工 件 切 削 形
状。仿 真 采
用 三 维 实 体
模型逼真地显示仿真结果 ,不同的刀具加工 ,在实体模
型中分色显示切削痕迹 ,仿真图形有实体模式、线架模
式等多种方式显示 ,并可测量和查询各种尺寸参数 ,对
于仿真图形可以任意旋转、缩放 ,并可保存、打印。
传输模块是把经过编程模块、仿真模块反复修改、
验证的数控程序通过计算机通讯接口传送到数控加工
中心 ,进行数控加工。
4 结语
该数控加工过程仿真系统采用三维 CAD 造型系
统 SolidWorks作为数控加工模拟图像显示平台 ,选择
V isual Basic 为开发环 境 , 利 用 VB 和 OLE 技术 与
SolidWorks实现进程间通讯 ,以应用系统为后台控制 ,
SolidWorks为前台图形显示 ,实现数控加工过程中的
三维实体真实感模拟图形显示 ,从而简化仿真系统设
计难度 ,有效提高设计效率 ,大大降低了开发成本。目
前 ,本仿真系统已经在德国产五坐标四联动数控设备
MAHO8000投入使用并获得用户好评。
参 考 文 献
1 贾策 ,李汉明. SolidWorks2001实践与提高 [M ]. 重庆 :重庆
大学出版社 , 2000, 3
2 赵付青 ,余冬梅. SolidWorks接口开发技术的实现 [ J ]. 甘肃
科学学报 , 2003, 15 (4)
作者简介 :仝美娟 ,硕士研究生 ,主要研究基于网络的现代设计。
作者通讯 地址 : 山西太原 理工 大 学 机 械 工 程 学 院 3177 信 箱
(030024)
收稿日期 : 20040817
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数控加工技术
现代制造工程 2005 (1)
使用的是类似的界面 ,这样有利于节省操作人员学习
界面操作的时间。装有 Server系统的工控 PC 采用
RS2232C标准通信端口与机床相连 ,在其参数输入模
块 ,用户可以选择通信端口、波特率、奇偶校验位、数据
位、停止位。远程用户也可以通过远程控制选择对应
的通信参数 ,具体的硬件连接如图 1所示。
图 1 系统的硬件连接
设计要求用单一软件系统实现面向多台不同数控
机床的数据传输 ,然而由于目前还没有统一的通讯格
式 ,不同厂家生产的数控机床的数据通信格式都或多
或少有些不同 ,因此在数据文件传输前要进行数据文
件格式的转换。各个厂家生产的机床都有自己的特有
格式 ,也就是说若要实现微机与数控机床的通讯 ,首先
必须遵循它的“特有格式 ”才行。经过不断地研究探
索 ,终于发现 ,各种数控机床的数据文件格式 (即“特
有格式 ”) ,就是相应的位置程序段和后置程序段的不
同 ,也就是说只需在数据传输时对文件的头部和尾部
进行相应的格式处理即可。此外 ,在传输系统中还应
对通 讯 参 数 做 相 应 的 设 置 , 如 通 信 端 口 ( COM1 /
COM2) 、波特率的选择 (4800bps/9600bps等 )、奇偶校
验位 (奇 /偶 /无校验 )、数据位 (7b /8b)、停止位 (1b /
115b /2b)等。
112 系统的硬件布线
根据系统模型 ,在工厂或车间内 ,每台机床都用
RS2232C标准通信端口与一个有上网功能的工控 PC
机相连。CNC机床的 PLC设置把 RS2232C的连接线
分为有握手协议的连接线和无握手协议的连接线 ,但
无论有无握手协议 ,标准 RS2232C通信接口实现数据
通讯功能的逻辑连接都如图 2所示。CNC机床的物
理结构把 RS2232C端口分为 25针针头、25针孔头、9
针针头和 9针孔头 ,但无论哪种物理结构 ,按其 RS2
232C端口上的端口标号 ,可以得到 9针对 9针和 9针
对 25针的端口硬件结构如图 3所示。
发送数据 SD
接收数据 RD ×SD 发送数据
RD 接收数据
发送请求 RTS
允许发送 CTS ×RTS发送请求
CTS允许发送
数据设备就绪 DSR
数据终端就绪 DTR ×DSR 数据设备就绪
DTR 数据终端就绪
屏蔽地 G ——— G屏蔽地
信号地 SG ——— SG信号地
图 2 系统逻辑连接
图 3 系统的端口标号
113 系统的软件设计
通过系统模型的描述 ,提出由三个模块组成 Cli2
ent版的软件系统 : 1)文件格式处理模块。该模块负
责处理不同数控机床前置程序段和后置程序段的特有
文件格式 ,作为数据传输前的准备。2)参数设定模
块。该模块负责设定与远程计算机通信的参数。3)
数据发送模块。该模块负责把 PC上的数据文件传输
到远程的服务器端。另有三个模块组成 Server版的软
件系统 : 1)数据接收模块。该模块接收远程 PC机传
送过来的数据文件。2)数据传送模块。该模块负责
把传送过来的数据文件传送到机床上。3)状态显示
模块。该模块负责把网络状况和与机床的通信状况及
时地反映在用户界面上。系统软件结构如图 4所示。
图 4 系统的数据流程
2 系统软件实现
211 系统概述
系统采用 VB 作为应用程序开发工具。由于 VB
是“可视化 ”的 Basic,采用了 Basic的语法结构 ,同时
加入了“面向事件 ”设计的特性 ,极大地简化了“W in2
dows程 序 的 开 发。同 时 , VB 提 供 了 MSCOMM 和
W INSOCK控件 ,具有同步和异步的数据传送和接收功
能 ,并提供了使用 TCP和 UDP协议进行远程数据传输
和接收的功能。系统的关键在于如何运用这两个控件
来实现远程数据通信和 RS2232C端口的传送功能 ,并
且能面对不同的数控机床实现多功能可扩展的数据传
送。以下主要叙述这两个子系统。
212 串口数据接收和发送模块
串口通信使用 MSCOMM 控件 ,MSCOMM 控件通
过串行端口传输和接收数据 ,为应用程序提供串行通
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数控加工技术
现代制造工程 2005 (1)
讯功能。MSCOMM控件在串口编程时非常方便 ,不必
花时间去了解较为复杂的 API函数 ,它为应用程序提
供了通过串行接口收发数据的简便方法。在 COM2
MPORT属性中设置用来通讯的串口号 ,在 SETTING
属性中设置串口的通讯参数 ,而在 ONCOMM 事件中
来设置对串口接收和发送数据的处理。
213 远程数据传送模块
远程的数据传送运用 W INSOCK 控件 , 并采用
TCP协议。TCP协议即数据传输协议 ,它允许创建和
维护与远程计算机的连接 ,使其彼此可以进行数据传
输。利用 TCP协议通讯必须分别建立客户应用程序
和服务器应用程序。在客户端设置 RemoteHost来设
置等待连接的服务器端的 IP地址 ;而 RemotePort设置
等待连接的服务器正在侦听的端口号。在服务器端
LocalPort设置侦听端口号 ,然后开始侦听。
214 软件的界面设计
软件的界面是用来与用户进行交互的 ,而在服务
器端主要是让用户可以更改侦听的端口号 ,并且知道
最近从远程传送过来的数据及其进度 ,以及要通过服
务器软件从 RS2232C口传送到机床的参数设置 ,客户
端是用户与机床交互的主要界面 ,分为以下几个部分 :
选择传送机床类型、选择传送文件、选择远程服务器端
的 IP地址及侦听端口号、编辑前置和后置程序段的特
有文件格式以及预览传送文件的数据。
3 数据传送实验
实验所 用的 CNC 机床 包括 : FANUC 车 床 , SI2
MENS铣床 ,MARZAK加工中心和慢走丝线切割机。
使用以上设计的软件进行实验 ,实验过程中使用表 1
的参数来设置硬件。
表 1 实验硬件参数
CNC机床类型 串口类型 串口参数 握手协议
FANUC车床
SIMENS铣床
MARZAK加工中心
慢走丝切割机
25孔头
9针头
25孔头
9针头
4800, e, 7, 1
9600, n, 8, 1
9600, e, 7, 1
9600, e, 8, 1
/
RTS/CTS
/
/
以下所列分别为软件系统和 FANUC车床及 SI2
MENS铣床的通信源程序。
1)车床传送源程序
MSComm11CommPort = 1
MSComm11Settings =“4800, e, 7, 1”
MSComm11RTSEnable = True
MSComm11DTREnable = True
?NNN为数控指令条数
For i = 1 To NNN
DoEvents
‘NCP ( )存放数控指令
MSComm11Output =NCP ( i) + Chr(13) &Chr(10)
Next i
MSComm11PortOpen = False
2)铣床传送源程序
MSComm11CommPort = 1
MSComm11Settings =“9600, n, 8, 1”
MSComm11RTSEnable = True
MSComm11DTREnable = True
‘等待机床应答
Do UntilMSComm11CTSHolding = True
OrMSComm11DSRHolding = True
Loop
‘铣床接收文件头部格式为 :
‘“% _N_文件名 _MPF”
‘“S| PATH = /_N_MPF_D IR”
MSComm11Output =“% _N_”+ FileName_ +“_MPF”+ Chr(13)
&Chr(10)
MSComm11Output =“S| PATH = /_N_MPF_D IR”
?NNN为数控指令条数
For i = 1 To NNN
DoEvents
‘NCP ( )存放数控指令
MSComm11Output =NCP ( i) + Chr(13) &Chr(10)
Next i
MSComm11PortOpen = False
当客户端各传输参数设置完成后 ,传输数据文件
给服务器。当数据文件到达服务器端 ,可直接将数据
文件通过串口送入机床 ,也可选择保存 ,待机床加工时
再传送。当然 ,在服务器端也可打开本地数据文件 ,设
置各通信参数 ,通过串口送入机床。
实验中车床使用的是 FANUC20T系统 ,机床控制
系统端口的串口参数的设置是一定的。实验时使用的
是波特率 4800,偶校验 ,数据位为 7 位 ,停止位为 1
位 ,传送 1个字节数据之间无间隔 ,由于车床的 NC程
序一般较短 ,因此传送到车床的数据文件一般应小于
1k,若传送大于 1k的数据则车床可能只接收前 1k的
数据。SIMENS铣床和 MARZAK加工中心在机床端可
以设置波特率、奇偶校验、数据位、停止位等参数 ,因此
只要在机床端和控制的计算机端的串口参数设置相同
即可传送 ,在具体的实验中为了检验传送软件的功能 ,
设置为不同的参数。具体参数如表 1所示。
4 结语
针对远程制造的数据传送软件系统的设计及实
现 ,系统使用 C /S的编程技术和网络技术 ,提供了对
各种数控机床系统的数据传送及远程数据传送功能。
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现代制造工程 2005 (1)
薄壁杆系考虑节点柔度特征的计算模型及其应用
沈光烈 韦志林 李江柳 闫剑涛
摘要 在有限元梁理论中节点完全刚性的假设和实际薄壁杆系节点局部变形的出现产生矛盾 ,不得不考虑薄壁杆系节
点刚度特征对结构分析结果的影响。该问题引起国内外研究者的重视。针对上述问题 ,提出一个能够考虑薄壁杆系节
点刚度特征的计算模型。该模型的优点在于它包括了用壳单元离散的节点超单元和梁单元共同构成薄壁杆系计算模
型。在一次计算中能提供节点设计所需要的节点细部应力分布特征 ,同时也提供梁截面设计所需要的截面内力。
关键词 :薄壁杆系 节点柔度 有限元法
中图分类号 : TH16 文献标识码 : A 文章编号 : 1671—3133 (2005) 01—0045—03
Caculation model which consided the node’s rigid character of thin walled bars and application
Shen Guanglie,W ei Zhilin, L i Jiangliu, Yan Jiantao
Abstract The deformation in joint area of thin walled bars is conflictwith the hypothesis that node is rigid in FEA theory. So the
influence of node’s rigid character of thin walled bars be considered in the analysis result. A new model is presented,which used
both shell element and beam element to discretize joint area. By it, detail information of stress distributing at node area and inter2
nal force of element which need for beam’s cross2section design can get by only one time analytical calculation.
Key words: Thin walled bars Node rig id FEM
1 薄壁杆系节点柔度特征方面的研究
研究表明 ,在很多情况下不考虑节点刚度特征、应
力和变形的误差是不可能的。因此考虑薄壁杆系节点
刚度特征的问题引起了国内外研究者的重视 ,并进行
了多年的工作。
下面分别对客车车身骨架和汽车车架计算方法进
行归纳。
111 汽车车架的计算模型与计算方法
汽车车架的联接接头几何形状各异 ,应力分布复
杂。边梁式车架的结构计算方法可分为两大类。
11111 不考虑节点柔度特征即不考虑接头形状的计
算方法有 :最小变形能法、Erz法、传递矩阵法和空间
梁有限元法 4种。以上算法均没有考虑接头的几何形
状对计算结果的影响。其不足之处在于以下三个方
面 : 1)忽略了接头的柔度 ; 2)无法确切计算接头区域
的应力分布 ,这对于车架的设计和优化却很重要 ; 3)
只用梁单元不能反映设计的修改 ,如接头形状和联接
形式的改变。
11112 考虑接头形状的计算方法有 :完全法和混合法
两种。1)完全法用壳单元来离散整个车架 ,工作量
大。2)混合法交替使用有限元法和力法 ,混合法的局
限性在于它只适用于能将车架简化为直杆的车架。
112 考虑节点柔度特征的新的计算模型
它能反映出节点区域的刚度特性 ,既能提供节点
区域应力信息 ,又能提供骨架横截面的内力 ,可以满足
截面优化和节点设计所需 ,同时使位移及固有频率和
振型达到比较好的精度 。研究表明 :节点处存在应力
实验结果表明 : 1)设计机床数据通信软件时 ,应注意
各数控系统文件格式的不相兼容性。主要是要解决机
床传送文件除了加工用 NC代码外的文件头部和尾部
附加特殊字符串问题。2)传送过程中有无握手协议
很大程度改变了传送程序的编写和硬件的连接。3)
CNC机床的串口通信参数的设置决定了与之相连的
工控 PC的串口参数设置。
参 考 文 献
1 兰红波 ,丁玉成 ,洪军等. 基于 W eb的快速模具远程制造服
务系统 [J ]. 机械工程学报 , 2002 (9) , 38 (9)
2 Erkes J W , Kenny K B,Lewis J W. Imp lementing shared manu2
facturing services on the world2wide web [ J ]. Communications
of ACM, 1996, 39 (2)
3 黄进 ,江平宇 ,严隽琪等. 基于 Internet/W eb的快速成型远
程制造服务系统 [J ]. 上海交通大学学报 , 2000 (3) , 34 (3)
4 Brooke N igel, Herklot Tim. Choosing and imp lementing a serial2
data interface[ J ]. Electronic Engineering, 96 (6) , 68
作者简介 :龚子伟 ,大学本科生。
郭隐彪 ,教授 ,研究方向为精密加工、机电一体化、微补
偿控制技术、微机电系统等。
作者通讯地址 :厦门大学机电工程系 (361005)
收稿日期 : 20040620
54
CAD /CAPP /CAM /CAE
远程制造的多功能数控接口技术.pdf
