[发明专利]一种基于虚拟机床模型的云端数控系统实现方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于数控系统技术领域，具体涉及一种基于虚拟机床模型的云端数控系统实现方法，实现数控系统对数控机床提供云计算服务的目标。

背景技术

数控机床是一种高效、自动化的机床，由机床本体和数控系统两部分组成。机床本体主要由床身、立柱、工作台、导轨等基础件和刀库、刀架等配套件组成，为叙述方便，以下将机床本体简称为机床。数控系统是一种程序控制系统，包括数控装置、驱动、电机（马达），其中数控装置包括人机界面、参数设置、代码输入器、解释器、运动规划器、轴运动控制器，以及附加的加值软件等模块。附图1是目前一般数控系统的架构图，附图1也标示了数控装置内的主要模块。人机界面模块负责用户与数控装置之间的交互，参数设置模块用于设置数控装置运行时的参数，代码输入器主要负责数控加工程序、控制参数、补偿数据等的输入，解释器主要对数控加工程序的程序段进行译码处理，运动规划器主要完成速度处理以及插补运算，轴运动控制器主要负责位置控制，加值软件则是一些实现附加功能的软件模块，例如刀具轨迹的仿真等。

云计算是一类信息化技术，云计算通过网络在远程提供计算以及数据的服务，而用户端可以不需要知道远程服务的来源。目前云计算在车间的使用还在起步阶段，且集中在对数控系统与机床的远程监控及数据服务方面。在车间云计算的架构设计上，目前的方法都是将数控系统与机床绑成云架构里的同一单元。换言之，数控系统与机床之间不经过云架构相连，如附图2所示。此处所说的云架构是指实施云计算的模块。采用云计算技术的数控系统称为云端数控系统，云端数控系统的组织结构称为云端数控架构。

近年来，流行一种新型的数控系统架构，如附图3所示。这种数控系统架构将数控装置拆成上位机、下位机；下位机包含与实时操作有关的运动规划器与轴运动控制器，其它的模块放在上位机。在目前的数控系统架构中，上位机与下位机都安装在机床旁边，上、下位机之间通过总线相连。

无论是传统的单机结构或最近流行的上位机、下位机结构，都面临相同的商业挑战：如何提高性能同时降低成本。尤其近年来数控系统的计算功能越来越复杂，这使得对数控装置的内核与内存的要求越来越高，造成成本上升的压力。另一个相关问题是：这些复杂功能在车间的吵杂、混乱环境下难以被机床操作员有效地操作，造成浪费。

目前车间通用的两个网络数据传送协议是MTConnect与NCUC-Bus。MTConnect的制定单位是由AMT（美国制造协会）支持的MTConnect Institute，第一版发布于2009年。MTConnect协议基于HTTP（在TCP/IP之上）与XML，支持内网与外网的云计算服务，同时提供一般车间应用的数据模型。NCUC-Bus现场总线协议规范的制定单位是中国机床工具工业联合会，第一版刚递交政府批准。其协议基于fieldbus，主要面对单一机床的周边应用与近程应用，例如数控上位机、下位机之间的通信。NCUC-Bus只服务原始数据，没有提供数据模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟机床模型的云端数控系统实现方法及系统，本发明可以大幅降低生产企业的成本，同时为机床操作员提供舒适的工作环境。

本发明提供的一种基于虚拟机床模型的云端数控系统实现方法，其特征在于，该方法为每个数控装置下位机建立一个对应的虚拟机床模型模块，该虚拟机床模型模块包括机床和数据系统的基本参数；利用云端服务器即远程服务器完成人机交互、数控加工程序的输入及预处理、数控加工程序的译码；云端服务器通过网络与数控装置下位机通讯。

本发明提供的一种基于虚拟机床模型的云端数控系统，包括上位机和数控装置下位机，其特征在于，该系统包括至少一个虚拟机床模型模块，虚拟机床模型模块用于存储机床及数据系统的基本参数；所述上位机为云端上位机；数控装置下位机与虚拟机床模型模块的数量相同，每一个虚拟机床模型模块一一对应一个数控装置下位机；所述数据装置下位机通过网络与云端上位机通讯；

云端上位机主要负责数控加工程序的预处理、数控加工程序的译码；云端上位机加载对应的数控机床的虚拟机床模型数据，并设置运行参数，并完成对加工程序的预处理、编译，并将包括速度与位置数据在内的控制数据提供给数控装置下位机；

数据装置下位机通过网络接收云端上位机提供的控制数据，对机床的速度及位置进行控制。

作为上述技术方案的改进，所述云端上位机内设置有上位机人机界面模块。

作为上述技术方案的更进一步改进，所述云端上位机通过网络连接或者直接连接有至少一个客户端，所述客户端用于完成人机交互功能，以及数控加工程序的输入。