基于step-nc的计算机数控关键技术研究

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1、基于STEP-NC的计算机数控关键技术研究第1O卷第6期2004年6月计算机集成制造系统ComputerIntegratedManufacturingSystemsVo1.10NO.6Jun.2004文章编号:1006—5911(2004)06—0641—05基于STEP—NC的计算机数控关键技术研究刘日良,张承瑞,张元才,王锐(山东大学机械工程学院,山东济南250061)摘要:为解决数字制造系统中信息模型不统一,系统不兼容等问题,使设计到制造阶段的信息流更加通畅且可以双向流动,根据STEP—NC的发展及其数据模型的特点,研究了STEP—NC控制器的基本支撑技术.首先提出

2、并分析了STEP—NC数据模型.介绍了在ST—Developer环境下将零件的加工程序转化为内部数据(c++对象)的方法以及从中提取信息的基本函数调用流程,然后将数控加工中的工艺信息分为3类并讨论了STEP—NC控制器的相应处理原则.在此基础上,进一步提出了单工步切削用量(铣削)的优选方法,最后讨论了将离散的工步序列细化为完整加工方案的基本方法.关键词:计算机数控;数据接口;工艺规划中图分类号:TH164;TP273.~5文献标识码:A0引言从早期的数控(NC)机床到现在的计算机数控(CNC)系统,数控编程的规范基本没有发生变化,其基本标准仍然是ISO6983.随着数字制

3、造技术的发展,这种基于低级代码(G代码)的接口形式已成为系统集成的瓶颈,严重制约着数控系统乃至制造业的发展].STEP—NC是近几年欧美等国家提出并正在积极研发的一种新的数据接口规范,其基本思想可以简述为:采用符合STEP(ISO10303)的三维几何模型,加上工艺信息后直接作为数控系统的输入,消除CAM与数控系统之间的信息流瓶颈,并基于STEP建立起支持产品全生命周期的信息高速公路.这样不仅可以解决目前数字制造系统中信息模型不统一,系统不兼容等问题,更重要的是,它使从设计到制造阶段的信息流更加通畅,而且可以双向流动,为网络制造,集成制造,并行工程和敏捷制造等提供基础条件

4、].由此可见,STEP—NC不只是数控系统的数据接口规范,而且也是当代集成制造的重要支撑技术.目前,STEP—NC的部分标准化工作已完成,并形成了新的国际标准(ISO14649)草案].欧美等国家从智能制造的高度致力于标准的完善及相关技术的研究,基于STEP—NC的数控技术是其中的研究重点之一,并已取得了阶段性成果.欧洲通过在Siemens840D上附加STEP—NC解释器和相应界面,开发了第一台能直接读取STEP—NC数据的机床控制器[4].美国开发了一个STEP—NC数据库及其相应数据接口,称为supermodel[5],同时还开发了一系列的插件,用以从supermo

5、del读取数据后驱动传统数控机床(包括数控系统).韩国对基于STEP—NC的数控系统的框架结构和实施策略等进行了研究,建议基于STEP—NC开发智能型数控系统'.从当前的发展趋势看,以STEP—NC为接口的CNC必将向着以自治和自主加工为基本目标的智能化方向发展.本文将结合这种发展趋势,根据STEP—NC数据模型的特点,分析研究STEP—NC控制器(基于STEP—NC的CNC)的基本支撑技术.收稿日期:2003—06—06;修订日期:2003—09—03.作者简介:刘日良(1968一),男,山东安丘人,山东大学机械工程学院博士研究生,主要从事CAD/CAM技术,计算机数控

6、技术等方面的研究.E--mail:liuriliang@sdu.edu.cn.642计算机集成制造系统第1O卷1STEP—NC数据模型及分析根据ISO14649,任意零件的数控加工都被当作一个方案(project).如图1所示,方案的加工计划(workplan)通常包含一系列的工步(working—step),并通过工步将数据模型中的几何信息和工艺信息联系在一起.几何信息的基本内容为一系列的制造特征(manufacturing—feature).具体的制造特征包括孔(hole),槽(slot)等加工特征(machining—feature),以及组合特征(compound

7、—feature),过渡特征(transition—feature)等.操作(operation)是对一定加工行为的概括性描述,包括一定的工艺方法,刀具(machining—too1),走刀策略(strategy),工艺参数(technology)和机床辅助功能(machine—func—tions)等.从编程的角度看,工步是STEP—NC数控程序的基本单位.数控程序通过工步调用一定的操作对具体特征进行加工.一般地,一个特征通常由若干工步来完成,不同的工步可以调用不同的操作,但每一个工步只能包含唯一的特征和唯一的操作.STEP