基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)控技術(shù)誕生50年來，它已取得了很大的發(fā)展，CNC系統(tǒng)己成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的核心組成部分。然而，一直以來，數(shù)控系統(tǒng)主要采用國際標準ISO 6983作為NC編程的數(shù)據(jù)接口，這種數(shù)據(jù)接口使得當前CNC系統(tǒng)存在著許多不足之處。當前，國際標準化組織ISO TC184/SC1正在制定能夠滿足CAC/CAM與CNC系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換的標準——STEP-NC(ISO 14649)。伴隨著STEP-NC標準的制定，一種基于STEP-NC的CNC(STEP

2、-CNC)系統(tǒng)引起了世界范圍內(nèi)的廣泛重視。STEP-NC數(shù)據(jù)接口的出現(xiàn)，不但為實現(xiàn)智能化、柔性化和開放式的CNC系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，而且也為CNC系統(tǒng)與其它系統(tǒng)間的信息交流和共享提供了可能。本文首次對STEP-NC及其在零件整個制造過程中的應(yīng)用技術(shù)進行了全面而深入的研究。在深入分析和研究STEP-NC數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，對其在CNC系統(tǒng)、工藝設(shè)計以及CAD/CAPP/CNC系統(tǒng)集成方面等的應(yīng)用技術(shù)分別進行了深入的研究。主要研究內(nèi)容如下：

3、 (1)研究了基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)。構(gòu)建了具有智能性的開放式STEP-CNC系統(tǒng)功能體系框架以及基于“通用PC機+PMAC運動控制器"的雙CPU控制的硬件體系結(jié)構(gòu)。新型的STEP-CNC系統(tǒng)不但包含了傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的全部功能，而且與當前所研究和開發(fā)的STEP-CNC系統(tǒng)相比較，具有以下特點：1)具有良好的可擴充性、可移植性和可操作性；2)具有智能性功能；3)支持網(wǎng)絡(luò)化的制造。 (2)在深入研究STEP-NC程序結(jié)構(gòu)的

4、基礎(chǔ)上，開發(fā)了一個STEP-NC程序解釋器。研究了STEP-CNC系統(tǒng)中刀具路徑的自動生成方法和過程，提出了以制造特征為對象，以加工工步為設(shè)計單位的一種面向?qū)ο蟮牡毒呗窂揭?guī)劃方法。 (3)以NuRBS曲面加工為示例，研究了STEP-CNC系統(tǒng)中自由曲面加工的刀具路徑自動生成方法以及插補技術(shù)。提出了基于等參數(shù)變化的刀觸軌跡生成方法以及能夠?qū)崿F(xiàn)恒速加工的等弧長變化的樣條插補技術(shù)，并通過一個實例的加工仿真對上述算法的正確性和有效性進行

5、了驗證。 (4)開發(fā)了一個簡單且有效的能夠適合任何曲面加工的干涉判斷和處理算法。 (5)在深入分析STEP-NC數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，認為STEP-CAPP中的工藝設(shè)計是一種能夠滿足柔性化加工的非線性工藝設(shè)計過程。文中論述了STEP-CAPP系統(tǒng)中工藝設(shè)計的特點，并對基于STEP-NC的非線性工藝設(shè)計原理和方法進行了詳細而深入的研究。 (6)研究了基于精英選擇遺傳算法的加工工步序列優(yōu)化技術(shù)。傳統(tǒng)的加工工藝路線是以工序

6、為制造單元，而在基于STEP-NC的加工中，是以加工工步為制造單元，并且面向數(shù)控加工(中心)的一種加工過程。本文以由加工工步變換所帶來的零件轉(zhuǎn)位、刀具更換等所消耗的輔助加工時間為最短作為優(yōu)化目標，來進行加工工步序列的優(yōu)化。針對上述的研究，作者開發(fā)了一個簡單的STEP-CAPP原型系統(tǒng)，演示了非線性工藝設(shè)計的方法和過程，并在此基礎(chǔ)上對加工工步序列的優(yōu)化算法進行了驗證。 (7)研究了基于STEP-NC/XML的CAD/CAPP/CN