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基于STEP-NC数控铣削加工若干关键技术研究

2020-11-22阅读(980)

基于STEP-NC数控铣削加工若干关键技术研究

论文摘要

传统的数控机床程序编制是基于ISO 6983,传递到数控系统的数控程序中并不包含高层信息,如被加工零件的三维几何信息、公差信息等,使数控系统与上游的CAD/CAPP/CAM系统之间不能实现完整的信息传递。STEP-NC（STEP-Compliant Data Interface for Numeric Controls）是STEP（STandard for Exchange of Product model data）在制造领域的延伸,作为新的数控系统数据接口的规范（ISO 14649）,它与STEP具有相同的几何信息描述形式。因此,基于STEP-NC的数控程序不仅使得零件的三维几何信息能够直接传递到CNC控制器,而且还包含了工艺信息和加工信息,从而克服了传统的基于ISO 6983标准的数控程序的诸多缺点,如因几何图形文件和数控程序数据格式不一致而导致的信息损失、程序修改困难且修改后的结果很难及时有效地反馈到规划部门、不同数控系统之间数控程序的互换性差等。 与传统数控程序相比,本质上的区别是STEP-NC数控程序是中性的,并不针对特定的数控系统。论文以新型数控程序接口STEP-NC为基础,对基于STEP-NC的数控铣削加工关键技术进行研究,主要研究内容如下: 1.针对传统数控编程数据接口ISO 6983的局限性,分析了产品数据交换标准的发展历程,指出STEP在制造领域的扩展—STEP-NC取代ISO 6983的历史必然性,同时对国外几种经典数控系统模式进行对比研究,总结了数控系统的发展趋势。 2.分析STEP-NC的基本原理、结构体系,阐述STEP-NC与STEP的联系与区别。研究了STEP-NC的应用参考模型ISO 14649与应用解释模型AP 238的本质区别,以及实现的难易程度。 3.研究STEP-NC的三种实现方法。并重点研究ISO 10303 Part 21格式STEP-NC数控程序的生成过程,包括特征识别、宏观工艺规划和向Part 21物理文件的映射。STEP-NC制造特征的识别是从输入的只包含零件几何和拓扑信息的STEP文件中识别出工件上所具有的STEP-NC制造特征,将特征识别的结果即STEP-NC制造特征作为宏观工艺规划的基础。研究了宏观工艺规划的过程,并将宏观工艺规划的结果按照ISO 10303 Part 21规范映射为STEP-NC数控程序。 4.基于开放式、模块化思想,提出基于STEP-NC铣削数控系统的功能结构模型,将STEP-NC数控系统的主要功能模块分为数控程序解释器、微观工艺规划、刀具路径生成器和运动控制器等模块。研究微观工艺规划模块,分析了STEP-NC数控程序中主要实体数据之间的逻辑关系,实现了工艺参数信息、机床功能信息的获取、修改和更新。最后分析了运动控制卡PMAC的加工指令格式,研究了由刀具路径信息、工艺参数和机床功能等信息生成PMAC加工指令的方法。

论文目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 基于ISO 6983的数控编程方法和数控系统
  • 1.2.1 数控编程方法的发展
  • 1.2.2 传统数控加工数据接口ISO 6983
  • 1.2.3 数控系统的研究现状
  • 1.3 STEP的出现、发展及其在制造领域的延伸
  • 1.3.1 产品数据交换标准的发展及 STEP的出现
  • 1.3.2 STEP在 CAD，CAPP，CAM领域的发展
  • 1.3.3 STEP在 CNC领域的尝试及 STEP-NC的提出
  • 1.4 STEP-NC相关的国际国内研究项目及内容
  • 1.4.1 欧洲的研究项目及内容
  • 1.4.2 美国“Super Model”项目
  • 1.4.3 IMS国际联盟 STEP-NC项目
  • 1.4.4 ISO 6983与 STEP-NC之间互相转换的研究
  • 1.4.5 国内有关 STEP-NC的主要研究
  • 1.5 本研究的课题来源、目标和内容
  • 1.5.1 课题来源
  • 1.5.2 研究意义
  • 1.5.3 课题研究目标
  • 1.5.4 本论文的主要内容
  • 1.6 本章小结
  • 第二章 STEP-NC数据模型
  • 2.1 引言
  • 2.2 产品数据交换标准 STEP的方法论
  • 2.2.1 STEP描述方法——形式化描述语言 EXPRESS
  • 2.2.2 集成资源和应用协议
  • 2.2.3 STEP执行方法基本原理
  • 2.2.4 一致性测试
  • 2.3 数控编程数据接口STEP-NC
  • 2.3.1 ISO 14649
  • 2.3.2 ISO 10303AP238
  • 2.3.3 ISO 10303 AP238与ISO 14649的关系
  • 2.4 相关的重要应用协议及相互关系
  • 2.4.1 ISO 10303 AP203
  • 2.4.2 ISO 10303 AP219
  • 2.4.3 ISO 10303 AP224
  • 2.4.4 ISO 10303 AP240
  • 2.4.5 STEP-NC与相关协议之间的关系
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 STEO-NC数控程序的生成
  • 3.1 引言
  • 3.2 STEP-NC的生成方法
  • 3.2.1 ISO 10303 Part 21物理文件
  • 3.2.2 具有SDAI的数据库
  • 3.2.3 可扩展性标记语言 XML
  • 3.3 Part-21格式 STEP-NC数控程序生成步骤
  • 3.3.1 功能模块
  • 3.3.2 STEP-NC制造特征的识别
  • 3.3.3 宏观工艺规划
  • 3.3.4 生成 STEP-NC数控程序的映射过程
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 STEP-NC数控系统功能结构模型
  • 4.1 引言
  • 4.2 STEP-NC数控系统功能分析
  • 4.3 数控程序解释器
  • 4.4 微观工艺规划
  • 4.4.1 STEP-NC数控程序中主要实体数据的逻辑关系
  • 4.4.2 工艺参数信息的获取、显示和更改
  • 4.5 刀具路径生成器
  • 4.6 运动控制器
  • 4.6.1 PMAC加工指令格式
  • 4.6.2 生成 PMAC的加工指令
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 STEP-NC数控程序解释器
  • 5.1 引言
  • 5.2 STEP-NC数控程序解释器的结构
  • 5.3 EXPRESS向C++映射规则
  • 5.3.1 简单数据类型的映射
  • 5.3.2 聚合数据类型的映射
  • 5.3.3 命名数据类型的映射
  • 5.3.4 SCL和 WinSTEP
  • 5.4 STEP-NC数控程序解释过程
  • 5.4.1 将 STEP-C数控程序转换成内存格式
  • 5.4.2 生成工步序列树
  • 5.4.3 工件图形的显示
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 基于 STEP-NC加工特征的刀具路径生成算法
  • 6.1 引言
  • 6.2 STEP-NC加工特征几何信息的提取
  • 6.2.1 平面特征几何信息的提取
  • 6.2.2 型腔特征几何信息的提取
  • 6.3 刀具匹配算法
  • 6.4 进刀/退刀路线
  • 6.5 STEP-NC加工特征的刀具路径的生成方法
  • 6.5.1 平面特征的刀具路径生成方法
  • 6.5.2 型腔特征的刀具路径生成方法
  • 6.6 本章小结
  • 第七章 STEP-NC数控系统 CAM原型
  • 7.1 引言
  • 7.2 STEP-NC数控程序解释器
  • 7.3 微观工艺规划
  • 7.3.1 加工特征
  • 7.3.2 加工操作
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 总结与展望
  • 8.1 全文总结
  • 8.2 论文主要创新点
  • 8.3 今后工作展望
  • 参考文献
  • 附录（STEP-NC数控程序源代码）
  • 攻读博士学位期间参加的科研项目
  • 攻读博士学位期间发表的学术论文

    • 相关论文文献

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