1概述

数控(数控螺旋锥齿轮磨齿机正式下线) 技术是先进制造技术的基础，也是制造业实现自动化，柔性化，集成化，信息化的出发点。开放式数控系统是对传统封闭式数控结构的根本突破，是当今数控技术的发展主流和研究热点，更是新一代数控的关键技术，但是国内的开放式数控系统研究大多只针对一台数控机床，显然，这是一种单机系统，对其网络功能的研究还是不够深入。随着计算机与网络技术的突飞猛进，网络制造的需求非常迫切，网络制造以实现异地加工，资源共享与远程控制等功能为目标，所以对开放式数控系统的网络化研究是非常有必要的。

在对开放式数控系统的网络化进行了一定研究之后，提出了一个基于VC 平台的开放式网络化数控系统，实现了对机床的远程控制，代码同步仿真与远程加工，为网络化制造提供了一个解决方案，是实现网络化制造的基础。

2系统总体结构

2.1系统的总体框架

网络数控就是把数控系统网络化，通过网络技术将制造单元和控制部件相连，以实现网络制造和资源共享为目标，支持各种先进制造环境。在基于PC模块化开发的基础上增强数控系统的网络服务功能，使得通过网络对数控设备进行远程监控，实现远程零件加工成为了可能，并且可以将更多的信息通过网络提供给远程用户，本地控制端通过网络及时地向远程监控端提供当前加工状态信息并接受远程监控命令。

对于数控设备的网络化构架方式，当前市场上主要以这种一对多的方案为主，如图1所示。这种一对多的方案通常应用在异地制造中对设备的监控：(1)各地的设备由控制人员进行统一调度，监控它们的状态。(2)对现场设备的视频和运行状态信息进行采集，得到设备的实际状态，使远程监控系统对设备进行控制。

本文提出的网络化系统连接，如图2所示。多个远程计算机可以通过网络连接到本地的计算机，本地计算机通过与下位机的通信来对机床进行控制，实现远程计算机对本地机床的远程操作，这种构架方式的系统是一种多对一的方式，比较适合应用于专家诊断，对设备进行系统数据远程配置，调试与控制操作，也可以将本结构的网络数控系统应用于网络教学，在学生进行理论学习过程中，需要补充实际操作以加深对理论的理解，然而由于数控设备比较昂贵，教学中的数控设备是很有限的，这就难以满足实验的需要，通过本开放式的网络数控系统，多位学生可以在远端PC上与本地PC进行连接，通过网络进行数控代码的传输，进行实际加工之前的轨迹仿真，还可以进行远程的控制与实际加工，加深对远程数控技术的理解，大大节约了硬件设备的投入。

2.2软件系统结构和软件组成

2.2.1软件系统结构

目前基于网络的应用软件结构主要有浏览器/服务器结构(Browser/Server)和客户机/服务器结构(Client/Server)两种类型。

C/S结构包括一个客户机程序(运行于远程控制端)和一个服务器程序(运行在被控制的计算机端)。这种结构可以直接由客户机向服务器发出指令，服务器也可以返回信息到客户机，实现了端到端控制，能够满足一定的实时性控制要求。

2.2.2软件组成

模块化，良好的移植性与可扩展性正是开放式数控的特点。

本文利用面向对象与COM组件技术，对系统进行模块化设计。服务器和客户端包括界面模块，译码模块，插补模块，本地控制模块(服务器)和远程控制(客户端)，数控代码仿真模块，网络通信模块，串口通信模块。服务器和客户端界面，如图3，图4所示。

(1)译码模块：主要负责从用户界面获取零件加工代码，将标准的数控代码翻译成本系统能够识别的代码形式。

(2)插补计算模块：根据起点，终点，进给速度，按数控系统的当量，对轮廓轨迹进行细化。

(3)仿真模块：实现数控代码的轨迹仿真。

(4)本地控制模块：完成回零，启动，停止，润滑，暂停，速度调节等操作，并且将插补计算模块所得到的数据，通过串口通信的方式，发送给下位机，驱动步进电机。

(5)远程控制模块：实现远程控制，代码同步仿真和远程加工。

(6)网络通信模块：完成参数的设置，建立服务器端与客户端的连接。

(7)上下位机通信模块：实现上下位机的通信。

代码编辑区可以实现对数控代码的输入，编辑等操作。状态显示区可以显示当前系统的运行状况，比如在译码的进行过程当中出现错误，在状态显示区中就能给控制人员作出提示，使人机交互更加友好。坐标显示与仿真区能显示当前刀具的实时坐标位置，同时仿真出数控代码的运动轨迹。功能控制区是控制系统的一个核心区域，它包括了对数控机床的加工控制，自动加工，手动加工，辅助控制，速度调整以及网络通信等功能。

客户端通过发送控制指令给服务器端实现远程的控制，如机床的启动，停止，急停，恢复运行等操作。在代码的同步仿真与远程实际加工中，客户端可以发送数控代码给服务器端，服务器通过自己各模块的协作，取得仿真坐标信息与控制信息，完成工作。

3系统设计与实现

3.1SOCKET技术

Socket(套接字)是TCP/IP协议传输层所提供的接口[7]，是网络间通信的基石，Socket实际在计算机中提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。

数据信息在网络上传输，接收的信息都通过这个Socket接口来实现。有三种类型的套接字：流套接字，数据报套接字和原始套接字，MFC提供了两个类用于网络编程，即CSocket类和CAsync-Socket类，CSocket继承于CAsyncSocket，它是WindowsSocketAPI 的高层抽象。CAsyncSocket类提供全面的由事件驱动的Socket通信能力，可以创建自己派生的Socket类来捕获和响应事件，它封装了 WindowsSocketAPI，它被集成在MFC类库当中，使用CAsyncSocket可以用面向对象的思想来处理Socket，具有直接调用套接字API的灵活性。本系统采用CAsyncSocket类来实现客户端与服务器端的网络通信。

3.2远程控制

要实现远程控制功能，首先就要使服务器与客户端建立网络连接，两端的网络通信思路，如图5所示，在客户端与服务器端分别新建一个通信类CMySocket，用于远程控制，它派生于CAsync-Socket，当服务器侦听到客户端有连接请求时，服务器就构造出一个新的套接字与这个客户端进行连接，而此时服务器继续侦听是否有新的客户连接请求，这就实现了多对一的系统结构。在两端完成连接之后，服务器就可以在Receive()中接收到远程控制启动的指令，然后调用串口或 USB通信模块进行与下位机的通信，实现机床的远程控制，同时服务器也能将系统信息反馈给客户端。本系统实现了机床的远程启动，停止，急停，恢复运行等功能，比如在客户端的功能控制区内点击一个远程启动按钮来远程启动数控机床。

3.3远程同步仿真与远程加工

3.3.1插补理论

远程同步仿真与远程加工是在插补理论的基础上进行的，插补是在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值，每个中间点计算所需时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐TCP/IP网络多台远程计算机本地计算机串口或USB下位机 机床代码编辑坐标显示代码仿真状态显示同步仿真按钮远程启动按钮远程加工按钮第5期黄碧辉等：基于网络的开放式数控系统的研究165标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，所以插补算法是数控系统控制的核心[8]。逐点比较法是插补的典型方法，方法简单，误差较小，应用广泛。

要产生直线OA，起点在坐标原点O，首先向 X方向进给一步，这时若加工点M1 在直线的下方，则往 Y方向走一步，再点M2在直线的上方，则往 X方向走一步，以靠近直线OA.这样虽然走的是一条折线，但与要求的直线之间的偏差不会超过一步的距离，即一个脉冲当量。如果把脉冲当量取得足够小，则由此而产生的误差在允许范围之内。设终点A坐标为(Xe，Ye)，M(Xm，Ym)是一个动点，令F=XeYm-YeXm，当F=0时，点M在直线OA上，当F>0时，点M在直线OA上方，当F<0时，点M在直线OA下方。根据递推法，当F>=0时，F=F-Ye，当F<0时，F=F Xe，这样每一坐标点的偏差F都可以通过前一点的偏差值得到，若将这种方法应用到其他三个象限，在计算时以坐标值之差的绝对值计算即可。直线插补的程序设计流程。

3.3.2同步仿真

在使用数控机床进行产品加工之前，若能先了解数控代码的加工轨迹，这有助于控制人员对加工有一个初步的判断与了解，所以在系统中增加代码轨迹仿真功能是非常有必要的。数控代码仿真实现了数控程序的反读，根据数控程序里的功能字及其携带的坐标信息，编程实现其走刀轨迹。在客户端与服务器建立连接之后，客户端发送数控代码给服务器端，服务器端调用自己的译码，插补与仿真模块，进行轨迹仿真，而客户端也调用自身的模块进行仿真，这样就实现了代码的同步仿真，两地的用户可以同时监控到仿真的图象，点击客户端的同步仿真按钮，服务器对客户端发送过来的代码进行仿真，而客户端同时进行代码仿真，同步仿真流程。

3.3.3远程加工

在实现了代码的轨迹同步仿真之后，就可以在远程进行产品的实际加工了，在客户端输入数控代码，通过网络将它传输到服务器端，服务器端调用自己的译码，插补与串口通信模块，将控制指令发送给下位机，最终实现产品的异地加工。

4结论

本基于网络的开放式的数控系统采用客户机/服务器模式，提供了一个比较友好的人机交互界面，不仅实现了在本地对数控机床的控制，而且能通过 Internet，在远程对本地的数控机床进行控制以及代码的同步仿真，这是实现网络化制造的基础，能很好地应用于网络教学当中，为异地加工控制提供了一个具有实际意义的方案。