數(shù)控機床信息化接口的設(shè)計與實現(xiàn)分析

劉志川，李成龍，劉 淼，汪一博

（首都航天機械有限公司 北京 100076）

1 引言

數(shù)控機床是當前制造業(yè)生產(chǎn)過程中的重要裝置，其有高精度、高效率的特點，一定程度上提升了現(xiàn)代化工業(yè)制造的質(zhì)量。而在現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)的第四代工業(yè)革命已經(jīng)展開。美國、德國紛紛計劃開展信息化工業(yè)革命，計劃將智能化技術(shù)、信息技術(shù)更多地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當中，促進工業(yè)生產(chǎn)效力增加。而在此背景下，數(shù)控機床信息化建設(shè)展開，而數(shù)控機床信息化建設(shè)過程中，信息化接口的有效應(yīng)用是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2 數(shù)控機床機及其信息化建設(shè)

2.1 數(shù)控機床

數(shù)控機床是一種現(xiàn)代化的數(shù)字控制機床裝置，也是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的重要裝置。其在具體應(yīng)用的過程中，應(yīng)用了自動化程序控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機床自動化工作運行，提升了機床工作運行的效率。在數(shù)控機床工作運行過程中，其內(nèi)部核心系統(tǒng)是程序控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)具有邏輯編程處理功能，并完成數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化。在車床加工過程中，數(shù)控機床使用者將圖紙要求及加工零件尺寸要求結(jié)合，實現(xiàn)對數(shù)控機床的合理控制，保證零件加工精度提升。

數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床加工相比最重要的特點就是零件加工精度高，能夠精準控制零件加工精度和數(shù)據(jù)，也能夠在最大程度上控制零件加工精度。數(shù)控機床加工過程中可以節(jié)省大量的人力資源，其加工改造僅需對數(shù)據(jù)進行輸入改造，不僅實現(xiàn)了加工成本降低，同時也實現(xiàn)了加工生產(chǎn)力需求減少，對于數(shù)控機床加工而言有非常重要的作用。另外，數(shù)控機床工作運行過程中，對于操作人員的綜合素質(zhì)要求更高，促進了整個工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)的內(nèi)部優(yōu)化。

2.2 數(shù)控機床信息化

隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及智能化技術(shù)的發(fā)展，社會生產(chǎn)將進入到新發(fā)展時期，制造業(yè)也朝向信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向發(fā)展。與此同時美國率先提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)政策，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)進行工業(yè)生產(chǎn)。德國也開展了工業(yè)4.0計劃，而我國則是提出了“大力推進信息化與工業(yè)化融合”理念，對于現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展起到了非常重要的作用。

在此背景下，數(shù)控機床信息化建設(shè)被提出，目的是通過信息化技術(shù)融入，最大程度上提升數(shù)控機床的信息化建設(shè)效率。例如，當前數(shù)控機床中應(yīng)用McIs通訊系統(tǒng)、機床PLc遠程I／O接口設(shè)計應(yīng)用等，都會在最大程度上提升數(shù)控機床的工作運行效率。

3 數(shù)控機床信息化接口設(shè)計應(yīng)用的重要作用

數(shù)控機床信息化建設(shè)對于數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展有非常重要的作用。首先，數(shù)控機床信息化建設(shè)有利于數(shù)控機床工作效率提升，數(shù)控機床工作是對邏輯信號進行轉(zhuǎn)換，并利用程序控制系統(tǒng)進行操作，而通過信息化接口以及信息化技術(shù)應(yīng)用，能夠保證數(shù)控機床技術(shù)更有效率，提升了技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能，也實現(xiàn)了數(shù)據(jù)控制功能生產(chǎn)效率提升。另外，數(shù)控機床信息化接口設(shè)計實現(xiàn)，也是為了提升數(shù)控機床的控制功能，保證數(shù)控機床控制更有效果，最終提升現(xiàn)代化數(shù)控機床的信息化控制水平。

4 數(shù)控機床信息化接口設(shè)計方案分析

數(shù)控機床信息化接口設(shè)計是數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，也直接關(guān)系到數(shù)控機床的信息化建設(shè)效果。在數(shù)控機床信息化接口設(shè)計研究過程中，本文選擇對某工程LGMazak數(shù)控機床進行信息化接口設(shè)計改造，其中改造主要包括以下幾方面內(nèi)容。

4.1 LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計原則

LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計過程中，應(yīng)該應(yīng)用一定的設(shè)計原則，通過設(shè)計原則的合理控制，保證信息化接口設(shè)計能夠更加高效，最大程度上提升信息化接口設(shè)計效果。一方面，在數(shù)控機床信息化接口設(shè)計過程中要遵循合理化原則，保證信息化接口接入能夠更加有效。另外一方面，在數(shù)控機床信息化接口設(shè)計過程中，要求遵循節(jié)能性原則，保證LGMazak數(shù)控機床工作更加節(jié)能高效。

4.2 LGMazak數(shù)控機床信息化接口需求改造

數(shù)控機床信息化接口設(shè)計實現(xiàn)過程中，首要工作就是根據(jù)數(shù)控機床信息化系統(tǒng)建立信息化接口設(shè)計目標，也是對信息化接口的功能需求分析，表1為LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計的功能分析表。在LGMazak數(shù)控機床接口設(shè)計中主要對通信、寫入以及讀取功能進行了實際的分析[1]。

表1 LGMazak數(shù)控機床信息化接口分析

4.3 LGMazak數(shù)控機床信息通信接口設(shè)計

通信模塊是信息接口設(shè)計過程中的重要模塊，對于通信功能設(shè)計也有非常重要的影響，一定程度上直接關(guān)系到數(shù)控機床信息化接口的通信功能，在LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計過程，其通信接口設(shè)計包括以下幾點內(nèi)容，（圖1為LGMazak數(shù)控機床信息化通信接口結(jié)構(gòu)圖）。（1）數(shù)控機床通訊接口設(shè)計過程中應(yīng)用以太網(wǎng)交換機作為中樞網(wǎng)絡(luò)模塊，建立了MCIS信息化系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通道。（2）以太網(wǎng)交換機與數(shù)控機床之間建立了程序傳輸功能的無線網(wǎng)卡，建立了機床與數(shù)控系統(tǒng)之間的良好聯(lián)系，也能夠在最大程度上實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能連接。（3）機床系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)中增設(shè)I/O數(shù)據(jù)傳輸接口，型號為AP15接口和AP28能夠最大程度上實現(xiàn)PLC系統(tǒng)與數(shù)控機床之間的網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸。構(gòu)建整體網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)，對于整個系統(tǒng)的信息化功能提升有非常重要的作用[2]。

圖1 LGMazak數(shù)控機床通訊結(jié)構(gòu)原理圖

4.4 LGMazak數(shù)控機床硬件設(shè)計

數(shù)控機床信息化建設(shè)過程中，信息化硬件設(shè)備建設(shè)應(yīng)用非常關(guān)鍵，最大程度上提升系統(tǒng)的工作運行效率。保證系統(tǒng)運行更加高效。以下是對LGMazak數(shù)控機床硬件設(shè)計進行總結(jié)；在實際的硬件設(shè)計中包括對PLC系統(tǒng)硬件進行設(shè)計，PLC控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)工作運行過程中的重要應(yīng)用，一定程度上決定了系統(tǒng)的工作運行效率。并且在實際的信息化硬件建設(shè)中，選擇歐姆龍PLC作為系統(tǒng)硬件。歐姆龍PLC系統(tǒng)具有良好的工作效率，其自身控制能力也相對比較強。另外，在LGMazak數(shù)控機床接口硬件設(shè)計中，選擇應(yīng)用x50、x5l、x52、x53和x54接口進行實際應(yīng)用，能夠在最大程度上提升系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用，保證系統(tǒng)構(gòu)建更加高效。通過接口硬件以及控制系統(tǒng)硬件設(shè)計，保證整個數(shù)控機床信息接口設(shè)計合理。在LGMazak數(shù)控機床硬件設(shè)計過程中，PLC系統(tǒng)連接接口設(shè)計8個硬件接口、而MCIS硬件設(shè)計接口設(shè)計為4個輸入信號接口，能夠?qū)崿F(xiàn)整個系統(tǒng)的啟動和停止信號建設(shè)，最大程度上提升系統(tǒng)信號應(yīng)用合理。

4.5 LGMazak數(shù)控機床PLC程序設(shè)計

LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計過程中，還包括對PLC系統(tǒng)程序接口進行合理設(shè)計，保證程序接口設(shè)計合理，也能夠在最大程度上提升信息化接口設(shè)計合理性。

首先，數(shù)控機床PLC系統(tǒng)程序設(shè)計過程中，包括對整體系統(tǒng)進行程序設(shè)計，保證GMazak數(shù)控機床信息化接口能夠合理應(yīng)用。在本次設(shè)計中，對歐姆龍PLC進行實際設(shè)計，其中包括模式切換設(shè)計、程序設(shè)計、程序啟動設(shè)計、程序停止設(shè)計以及程序復(fù)位設(shè)計等多方面內(nèi)容，通過各方面設(shè)計功能良好展開，能夠最大程度上提升系統(tǒng)設(shè)計功能質(zhì)量。保證數(shù)控機床歐姆龍PLC系統(tǒng)能夠與信息化接口良好融合，促進其工作效率提升[3]。

其次，LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計中包括對機床程序進行設(shè)計。主要是對機床啟動功能進行實踐設(shè)計。如在系統(tǒng)設(shè)計中，將LGMazak數(shù)控機床的啟動輸入信號設(shè)置為x50、x5l，x52輸入為1，寓意為數(shù)據(jù)指令。

最后，信息化接口程序設(shè)計中，對機床狀態(tài)信息輸出接口進行程序設(shè)計，其中包括機床狀態(tài)信息輸入系統(tǒng)設(shè)計以及歐姆龍PLC處理程序設(shè)計兩個方面，保證整個系統(tǒng)設(shè)計更加高效。在歐姆龍PLC處理程序設(shè)計中，主要包括對自動運行數(shù)據(jù)采集、對機床故障進行信號采集、對堵料信號進行采集、對機床換刀模式進行控制等多方面功能設(shè)計，保證信息系統(tǒng)工作運行更加高效（圖2為歐姆龍PLC處理程序圖）[4]。

圖2 歐姆龍PLC處理機床狀態(tài)信息程序圖

4.6 數(shù)控機床設(shè)計應(yīng)用分析

本文針對LGMazak數(shù)控機床設(shè)計進行了分析，并對機床PLC程序、機床信息化接口進行了設(shè)計，而在實踐研究過程中，為了驗證本文所設(shè)計數(shù)控機床符合實際應(yīng)用效果，并能夠滿足數(shù)控機床信息化接口的應(yīng)用需求，在文章研究中，對LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計進行了實踐檢驗。試驗中利用MCIS系統(tǒng)對數(shù)控機床進行實際的控制，并對機床的信息化接口功能進行分析。

首先，LGMazak數(shù)控機床分析過程中，針對信息化接口進行機床狀態(tài)信息知識功能分析。接口試驗中，通過MCIS系統(tǒng)與L12-Yx2機床進行實際連接，并對機床進行啟動操作、機床復(fù)位操作、模式切換操作。在實際的控制過程中，采用MCIS系統(tǒng)可以對機床狀態(tài)信息進行合理的采集，并能夠針對性控制機床各項操作，證明LGMazak數(shù)控機床接口設(shè)計更具有合理性。

其次，LGMazak數(shù)控機床數(shù)控機床信息化接口功能分析過程中，針對人工呼叫功能進行了實踐證明。在實際的設(shè)計中，對機床某環(huán)節(jié)進行破壞，其系統(tǒng)自動發(fā)出設(shè)備呼叫，其故障數(shù)據(jù)也直接上報到對應(yīng)的MCIS系統(tǒng)顯示模塊當中，證明LGMazak數(shù)控機床數(shù)控機床信息化接口功能合理。

最后，在LGMazak數(shù)控機床信息化接口功能分析過程中，針對各個接口的信息化數(shù)據(jù)傳輸功能進行檢測，實際的檢測過程中，主要利用數(shù)據(jù)獲取裝置對接口的通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及通訊功能數(shù)據(jù)進行分析獲取，并對數(shù)據(jù)接口信息進行合理的驗證，通過實踐分析研究表明實際的信息化接口設(shè)計數(shù)據(jù)通信功能以及數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)良好，可以正常投入使用，對于LGMazak數(shù)控機床信息化連接有重要的作用。

5 結(jié)語

LGMazak數(shù)控機床數(shù)控機床信息化接口設(shè)計對于數(shù)控機床信息化發(fā)展有非常重要的作用。本文筆者以LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計為例，從信息化接口通訊、硬件以及需求三個方面總結(jié)了LGMazak數(shù)控機床信息化接口設(shè)計的重要策略。希望能夠?qū)?shù)控機床信息化接口設(shè)計應(yīng)用有所幫助。