基于STEP-NC数控技术的研究

论文摘要

传统的数控机床程序编制是基于ISO6983,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是STEP（标准10303）在制造领域的延伸,作为新的数控系统数据接口的规范（ISO14649）,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ISO6983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ISO6983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ISO6983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ISO14649与应用解释模型AP238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 Part21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Part21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 Part21规范映射为STEP-NC数控程序。4.研究开发STEP-NC数控程序解释器,其中包括EXPRESS向C++的映射、对数控程序的语法分析以及几何信息和工艺信息等信息的添加存储。提出了基于内存的STEP-NC数控程序解释方法。并以加工工步为基本单位,研究了工步序列树的生成算法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于传统数据接口标准（ISO 6983）的数控编程
• 1.2.1 传统数控加工数据接口ISO 6983
• 1.2.2 基于ISO 6983 数控程序的局限性
• 1.3 STEP 的出现、发展及其在制造领域的延伸
• 1.3.1 STEP―NC 概念的提出
• 1.3.2 STEP―NC 的优点
• 1.4 国际国内STEP―NC 研究发展情况
• 1.4.1 欧洲的研究项目及内容
• 1.4.2 美国超级项目计划
• 1.4.3 IMS 国际联盟STEP―NC 项目
• 1.4.4 我国对STEP―NC 的研究
• 1.5 研究的目的、意义和内容
• 1.5.1 本课题的具体研究目标是
• 1.5.2 本课题研究的意义
• 1.5.3 本文研究主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 STEP―NC 数据模型分析
• 2.1 产品数据交换标准 STEP
• 2.1.1 STEP 描述方法（step description methods）—形式化描述语言EXPRESS
• 2.1.2 EXPRESS 数据类型
• 2.1.3 EXPRESS 语言中的说明
• 2.1.4 EXPRESS 语言的继承机制
• 2.1.5 EXPRESS―G
• 2.2 集成资源和应用协议
• 2.2.1 集成资源（Integrated resources）
• 2.2.2 应用协议Ap（Application Protocols）
• 2.2.3 STEP 实现方法
• 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 10303 AP238
• 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 STEP―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 Part21 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 程序解释器及工步序列优化
• 4.1 概述
• 4.2 解释器的功能结构
• 4.2.1 解释器的功能分析
• 4.2.2 解释器的结构分析
• 4.3 解释器的数据存储结构
• 4.4 解释器的工作流程及实现
• 4.4.1 解释器的工作流程
• 4.4.2 解释器的实现
• 4.5 工步序列优化
• 4.5.1 非线性工步序列简介
• 4.5.2 非线性工步序列优化
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 参考文献
• 致谢