STEP-NC数控系统相关技术研究.docx

? ? STEP-NC数控系统相关技术研究 ? ? 钟建琳，李树春，常城 (北京信息科技大学 机电学院,北京 100192) 0 引言 数控技术自出现以来经过近六十年的发展给机械制造业带来了巨大的变化，同时随着计算机及信息技术的快速发展，作为现代加工车间最重要装备的数控机床，其发展也应朝着开放化、智能化、网络化发展。 但众所周知，到目前为止，数控编程依然是基于G/M代码即ISO6983标准。这种标准的数控程序是面向过程的，它通过直接指定机床轴的运动来实现加工，而不包含产品数据的其他信息。因此不支持现场对产品的修改及编程，CAD/CAM系统与数控系统之间信息只能单向传输、数控程序依赖于所用的数控系统等。这些问题制约着数控系统智能化、集成化、网络化的发展。 针对这些问题，国际标准化组织ISO在STEP(standard exchange of product data model即产品模型数据交换标准)的基础上制定了CAM与CNC之间新的数据接口标准——STEP-NC(STEP compliant data interface for numerical control，ISO14649)来取代传统的数据接口标准ISO6983[1]。STEP的目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述整个生命周期中的产品数据，同时保持数据的一致性和完整性。其优点如下：不需要后置处理，消除数控程序对数控系统的依赖性，极大地提高数控程序的可移植性和系统的柔性；实现数控系统与CAD/CAM系统之间双向数据交换，加工现场可得到较全面的产品信息，为网络化制造创造有利条件等。 1 STEP-NC数据模型结构 STEP-NC数控程序文件能够完整地描述产品的设计和制造信息，其在结构上可分为文件头和数据段两部分。文件头的标记为“HEADER”，主要说明加工零件的相关信息及注释，如文件名称，编程人员及日期等。数据段则以“DATA”开始，是程序的主体部分，包含了加工零件所需的所有信息和操作任务[2]。其中“PROJECT”语句是整个加工程序执行的起点，主要包括工作计划、可执行语句、技术描述、几何描述等信息，如图1所示。它与传统的数控加工程序最大的不同在于STEP-NC数控程序是面向加工对象即加工特征的。 图1 STEP-NC数据模型 2 STEP-NC数控系统相关技术的研究 目前关于STEP-NC的国内外研究主要可分为两方面。1) 是有关STEP-NC标准的建立与完善，2) 针对STEP-NC的应用研究。二者相辅相从，相互促进共同提高。对STEP-NC的应用研究主要集中在以下几方面：对STEP-NC控制器体系结构的研究，STEP-NC标准数控程序的生成，对STEP-NC文件进行解释(即STEP-NC程序解释器)，STEP-NC加工仿真等方面。 2.1 STEP-NC控制器的体系结构 STEP-NC控制器的体系结构大致可分为三类：传统控制器改造型、新控制器和智能控制器[3]。传统控制器改造型是在传统的CNC控制器上加上STEP-NC插件使之能读取STEP-NC文件，通过处理后生成G/M代码，再输入到现有的数控机床进行加工。这种控制器实际上并不是真正意义上的直接读取STEP-NC程序，只是将STEP-NC文件转换成了G/M代码。 新控制器自身带有一个STEP-NC程序解释器，能够直接读取STEP-NC数控程序，并按照所获取的信息，自动生成刀具轨迹，直接驱动机床运动，按顺序执行数控程序中的加工工步。这种控制器能够生成刀具轨迹，但不具备智能化功能。目前国内外对STEP-NC控制器的研究大多属于这一类。 智能控制器是STEP-NC控制器的发展方向。这种STEP-NC数控系统具有较高的智能功能，如自动识别特征、自动生成无碰撞的刀具轨迹、自动选择刀具、自动选择切削参数、检测机床状态和自动恢复，以及反馈加工状态与结果等。 2.2 STEP-NC程序的生成 对STEP-NC程序的生成研究较为深入的是国外的STEP Tools公司。其他对STEP-NC程序生成的研究有在国外ST-Developer上进行二次开发的，也有在独立开发平台上生成STEP-NC程序。 STEP-NC数控程序的生成如图2所示，可分为四步：结构设计(又称为编译预处理)，特征识别，工艺规划，生成STEP-NC文件。现在大多数CAD软件都有STEP转换接口，可以输出AP203格式的文件，但AP203文件仅包括零件的几何信息，并不包括零件的制造信息。AP203文件也是由文件头和数据段两部分组成。 图2 STEP-NC数控程序生成流程图 首先对AP203文件进行编译预处理，生成STEP-NC文件结构。STEP-NC的头文件可通过AP203文件的文件头生成或者通过人机交互的方式生成。STEP-NC程序的数据段则