数控机床的工作状态监测,对于提高生产效率、保证加工质量、降低维护费用具有重要意义。传统的机床状态监测和故障诊断往往单纯地进行时域和频域分析,并没有将机床的实时加工任务信息与机床数据关联起来,存在对数控机床数据分析处理上出现误判的问题。本文基于华中8型数控系统和智能从站设计实现数控机床指令域示波器,在指令域内对机床状态进行监测,本文主要工作包括以下几个方面:首先,在需求分析的基础上,针对传统数控机床数据指令域对齐的方法较为复杂,提出一种易于实现、精度高的数据同步采集与指令域对齐方案。以华中8型数控系统和智能从站为基础,基于IEC 61131-3标准、HPAC软件平台、OPC UA规范和LabVIEW对数控机床指令域示波器进行总体方案设计,以OPC UA作为数据交换标准实现的指令域示波器独立于平台且能实现工业现场数据更加安全可靠地访问。然后,对智能从站进行功能开发。实现基于NCUC总线的华中8型数控系统和基于Ether CAT总线的智能从站之间的互联互通。获取时间戳并上行至华中8型数控系统,为机床在高速、高精加工中实现高精度信号捕捉和精准控制以及对重要模拟量信号的精准回溯提供高精度时间戳。基于乒乓双缓冲机制对机床执行工作任务中的G代码行号等机床内部数据和外接传感器的振动信号等高速数据进行同步采集和指令域对齐,对齐的时间误差不超过1ms。基于OPC UA的客户端/服务器架构,设计实现指令域示波器的通信协议,实现OPC UA服务器并集成至脚本层,通过脚本层支持的共享数据访问API和服务器对象方法将机床数据映射至OPC UA服务器地址空间,使得指令域示波器能够获取到机床数据并进一步分析和可视化。再则,基于LabVIEW实现数控机床指令域示波器,并作为OPC UA客户端与脚本层中的OPC UA服务器进行通信,订阅服务器地址空间中的节点,监视节点变量数据的变化,获取到机床数据后进行分析和可视化,实现对机床状态的在线监测,同时对机床数据进行存储以支持离线分析功能。最后,对时间戳、机床数据同步采集与指令域对齐、指令域示波器进行验证。