以STEP-NC為編程接口的數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、STEP-NC是近年來提出的新型數(shù)控編程接口標(biāo)準(zhǔn)，它與傳統(tǒng)G代碼的本質(zhì)區(qū)別在于：前者面向特征，強(qiáng)調(diào)加工什么；后者面向加工過程，強(qiáng)調(diào)如何加工。STEP-NC的發(fā)展使得STEP延伸到了自動(dòng)化加工的底層設(shè)備，建立了一條貫穿整個(gè)制造網(wǎng)絡(luò)的高速公路，可望取代傳統(tǒng)的G代碼成為新的數(shù)控編程接口。鑒于STEP-NC對(duì)數(shù)控行業(yè)所帶來的巨大影響以及廣闊的發(fā)展空間領(lǐng)域，使得STEP-NC成為近幾年數(shù)控領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)STEP-NC在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)

2、用，對(duì)STEP-NC的生成、譯碼、擴(kuò)充以及實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。
　　首先，為了實(shí)現(xiàn)STEP-NC程序的自動(dòng)生成，按照符合ISO14649標(biāo)準(zhǔn)的STEP-NC程序文件結(jié)構(gòu)，開發(fā)了模塊化的STEP-NC程序生成器。將程序生成器按照邏輯關(guān)系分為6個(gè)功能模塊，闡述了各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)論述了STEP-NC程序生成器實(shí)現(xiàn)中的4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：基于AP203文件的特征識(shí)別方法、實(shí)體屬性設(shè)置順序、特征幾何參數(shù)賦值方法和STEP-NC程

3、序行號(hào)的設(shè)置方法。
　　其次，為了實(shí)現(xiàn)STEP-NC在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，開發(fā)了STEP-NC程序譯碼器。詳細(xì)分析了EXPRESS和C++語言的映射規(guī)則；論述了STEP-NC的譯碼方法，將譯碼器模塊分為初始化、信息提取、實(shí)體識(shí)別、類庫建立、特征實(shí)例化和刀軌規(guī)劃6個(gè)核心功能模塊，對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述；提出了STEP-NC類庫設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，詳細(xì)闡述了基本實(shí)體類、加工特征類和操作類的建立方法；以2.5D制造特征和銑削加工

4、操作為例，詳細(xì)分析并論述了刀軌規(guī)劃功能的具體參數(shù)；最后歸納了STEP-NC坐標(biāo)系的分類和層次，并提出了坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法。
　　再次，對(duì)STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充是當(dāng)今STEP-NC的研究熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)行的ISO14649-12標(biāo)準(zhǔn)中所涉及到的特征都是一般的2維車削特征，為了STEP-NC能夠描述3維車削特征，擴(kuò)充了平底的軸向槽、徑向槽、斜槽、徑向圓周孔和復(fù)制車削特征等5個(gè)車削特征，對(duì)各個(gè)特征實(shí)體的屬性參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明，將僅適用于普通車

5、削加工的ISO14649-12標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充到了適用于車削加工中心的銑削加工。分析了NURBS曲線和曲面的數(shù)學(xué)表達(dá)，依ISO10303標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，構(gòu)建了NURBS曲線和曲面在STEP-NC中的定義，并對(duì)各個(gè)屬性參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明。
　　然后，為了驗(yàn)證譯碼器所產(chǎn)生刀具軌跡信息的正確性，開發(fā)了基于STEP-NC的銑削加工仿真系統(tǒng)和車削中心加工仿真系統(tǒng)。根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，將STEP-NC仿真系統(tǒng)分成了不同的功能模塊，對(duì)個(gè)模塊的功能以及模

6、塊之間的調(diào)用關(guān)系進(jìn)行了說明。對(duì)兩個(gè)仿真系統(tǒng)的工件數(shù)據(jù)模型的建立方法進(jìn)行了詳細(xì)的討論，著重研究了仿真系統(tǒng)表面形成方法的兩個(gè)步驟：刀具掃描域判斷和節(jié)點(diǎn)高度更新（車削為頂點(diǎn)半徑更新）。
　　同時(shí)，為了驗(yàn)證STEP-NC譯碼器在數(shù)控系統(tǒng)中的可行性，建立了以STEP-NC為編程接口數(shù)控系統(tǒng)。首先闡述了實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的開放式數(shù)控系統(tǒng)HITCNC的整體結(jié)構(gòu)以及所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，分析了HITCNC的模塊化結(jié)構(gòu)；分析了STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的加工原理，

7、確定了以DLL的形式在HITCNC中實(shí)現(xiàn)STEP-NC譯碼器的方法，詳細(xì)研究了譯碼器DLL的函數(shù)和接口設(shè)計(jì)，對(duì)譯碼器DLL的調(diào)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。最后，參照單段刀軌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，描述了刀軌的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法。最終建立了以STEP-NC為編程接口的數(shù)控系統(tǒng)。
　　最后，構(gòu)建了以STEP-NC為編程接口的用于控制3坐標(biāo)立式數(shù)控銑床的開放式數(shù)控系統(tǒng)HITCNC。通過一系列的仿真和實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所開發(fā)的STEP-NC加工仿真系統(tǒng)、STEP