基于STEPNC的数字化设计和制造首页—常州铁道高等.doc

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基于STEPNC的数字化设计和制造首页—常州铁道高等

基于STEP-NC的数字化设计和制造 喻佩佩 (常州铁道高等职业技术学校 江苏 常州 213011) 摘 要:随着制造技术的飞速发展,对于CNC的要求越来越高,传统的G/M代码已经成为现代先进制造技术的瓶颈。而基于STEP标准的STEP-NC将为现代CNC的高速和高精度加工提供条件。 关键词:STEP-NC;CAD/CAM;数字化制造 1:当前NC系统面临的问题: 自1952年世界上的第一台数控机床在美国MIT诞生以来,数控技术得到迅猛的发展,由初期的晶体管分立元件系统发展到了今天基于PC的开放式计算机数控系统。 尽管近年来硬件技术和软件技术的飞速发展给CNC的高速和高精度加工提供了保证,但由于目前在工业化应用中的NC所采用的编程方式还是基于50多年前开发的ISO6983(G/M代码)标准。这种代码仅包括一些简单的运动指令和辅助指令,而不包含零件几何形状、刀具路径生成、刀具选择等信息,因此需人工干预确定这些数据,导致编程效率低等问题。随着计算机辅助系统CAX技术、系统集成技术等的飞速发展和广泛应用,该标准已成为制约数控技术乃至自动化制造发展过程中的瓶颈问题。 2:STEP和CAD/CAM的集成: 自上个世纪80年代以来,人们已开始通过采用统一的数据模型STEP(ISO10303)标准来实现CAD/CAM系统间的集成。STEP标准中的应用协议AP203通过边界描述来定义零件实体模型,CAM系统通过读取CAD系统生成的AP203文件获取零件的信息内容,运用工艺设计知识,设计合理的加工工艺,选择优化的加工参数和加工设备,自动生成零件的NC加工程序。 3:STEP-NC的研究现状: 虽然采用STEP标准实现了CAD/CAM间的产品数据共享,但是传输到CNC仍是单向流动,制造过程中下游的信息不能反馈给上游,而STEP-NC的出现和基于STEP-NC/STEP的全零件信息建模为系统集成提供了一条有效的途径,它是一个面向对象的新型NC编程数据接口国际标准(ISO 14649),包括13个部分,分3个阶段发布,目前已发布有:基本概念和原理规则、通用标准、数控铣削加工工艺、铣削刀具等几个部分。 近几年,欧美已经启动了几个有关STEP-NC的项目,如OPTIMAL,MATRAS,STEP-NC等,其中欧洲的STEP-NC项目旨在实现和测试铣削加工数据接口,共有20多个CAD/CAM、NC和数控机床领域的企业和研究机构参与了该项目的研究工作。2001年,符合STEP-NC标准的二维半和三维数控铣削加工过程已经在德国Siemens、意大利FIDIA公司以及欧洲开放式体系结构的CNC原型系统中得以实现,其性能已在实验室环境中得到验证。 4:STEP-NC的数据模型: 一个基于STEP-NC的数控加工程序由几何信息和工艺信息组成。几何信息采用STEP数据格式描述,CNC系统可以直接从CAD系统读取STEP数据文件,从而消除了由于数据类型转换而可能导致的精度降低问题。 STEP-NC定义了一种称为AP-238的应用协议,要求STEP系统直接使用符合STEP标准的CAD三维产品数据模型(包括工件三维几何数据与制造特征信息)、加工工艺信息和刀具信息,产生加工程序,进而控制加工过程。其间CAM系统只负责加入工艺信息和刀具信息而不必进行常规自动编程系统中的后置处理操作。图1所示为一个简化STEP-NC数据模型。 图一:STEP-NC的简化数据模型 图1中的工件是指最终的零件成品,工件上需要去除材料的区域由一系列加工特征定义。零件的加工过程被定义成若干个工步序列,一个基于零件加工特征的加工步骤决定了哪些加工操作(如钻、铣削)将被执行,同时这里的操作本身也符合ISO 14649中采用的面向对象的概念,它包含了工艺信息、刀具信息、加工策略和刀具路径等信息。 5:基于STEP-NC的CAPP和CNC: 基于STEP-NC的CAPP系统与传统CAPP系统在功能上有很大的区别,其最突出的特点是基于特征的工艺设计,并能与CAD、CNC系统实现双向数据交换。它不但包含传统CAPP所具有的功能,而且还具有特征识别/特征映射能力以及CAM的功能。 传统的CNC系统是封闭的、不开放的,用户无法对其内部进行任何修改和扩充;NC程序用G/M代码表示,它传递给CNC系统是有限的刀具运动位置和速度信息,由于CNC缺乏对高层信息的了解,使得它仅仅是一个被动的执行机构。而基于STEP-NC的CNC系统由于获取了丰富的零件几何和制造信息,因此它具有一定的自主性和智能性。同时由于采用统一的STEP-NC数据模型描述各种制造信息,这使得CNC系统实现了与上游的CAD/CAPP系统进行双向的数据交流,而这正是实施并行工程的基础和前提。基于STEP-NC的CAD/CAPP/CNC的集成系统框图如图2

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