基于CAN的DNC系统单元级设备通信与实时调度

摘要

2010年,我国拥有数控机床近80万台,其中,高级型、普及型、经济型数控机床的比例约为1:3:6。高中低档数控机床并存、机床效能发挥不够是我国目前数控机床应用的现状。为提高制造业水平,需要在开发与生产高性能数控机床的同时,充分发挥现有装备的性能与效率。DNC技术是实现网络化制造与集成制造的重要途径,单元级设备的DNC实现,是DNC系统的基础,也是实现网络化制造与集成制造的基础。开展DNC技术研究与应用,切实解决现有大量中低档数控机床使用中存在的问题,将促进企业制造水平与管理水平的提高,促进现有数控机床加工能力与使用效率的提升。本文围绕基于CAN总线的DNC系统单元级设备通信与实时调度开展研究。
　　 利用CAN总线实现DNC系统单元级异构设备的集成,根据设备情况,实现不同层次的DNC功能。从NC程序运行机理研究着手,探寻程序消耗率对DNC系统通信的影响,建立避免DNC系统通信冲突的数学模型,通过对系统参数的分析,提出了DNC系统参数设计方法,为DNC系统设计提供理论依据。针对DNC系统运行过程动态变化的特点,研究已有DNC系统面向具体生产任务的通信调度策略,以实现对DNC系统的柔性化控制,提高系统对不同生产任务的适应能力。为实现对DNC系统运行中各节点负载不均衡性和动态变化特性的定量表征,提出了程序消耗率的概念与面向加工过程的程序消耗率仿真测定方法。在不消耗生产资源的情况下,实现了对程序消耗率的快速、准确测定,测定出的程序消耗率为DNC系统设计与通信调度提供依据。为提高程序运行效率和程序传输效率,对非圆曲线插补、孔系加工两种典型工序的NC程序进行了优化。最后对研究的问题进行了实验验证。
　　 通过研究得到,在基于CAN总线的DNC系统中,由于各节点的程序消耗率远低于网络传输速度,在CAN总线和数控机床通信接口的传输速度确定的条件下,DNC主机所能接入的进行DNC加工的数控机床数量应以程序消耗率作为基本依据进行确定。采用节点在系统调度中的状态和任务的截止期限确定一个节点的调度优先级,并由节点申请程序事件触发调度,可以提高DNC系统对实际工况的适应能力。由于移动轴在移动过程中存在加减速控制,数控系统的程序消耗率与所运行的NC程序的插补步长和编程指令速度间呈非线性关系,按编程指令速度与移动路径长度计算的程序消耗率与实际程序消耗率间存在很大差异。通过优化NC程序,在保证加工质量的前提下,采用尽可能大的插补步长,可有效地减少一定加工任务下NC程序单节数量,提高程序的运行效率,并降低程序消耗率,有利于程序运行效能与DNC系统通信效率的提高。