基于ISO14649标准的STEP-NC程序生成方法研究

论文摘要

自数控机床诞生的60年以来,数控技术有了很大的发展,然而现今使用的主流数控程序仍是以数控机床诞生早期制定的G&M代码（ISO 6893）编制的,这种面向过程的编程方法已逐渐成为数控技术进步的瓶颈。为了突破这一瓶颈,国际上提出了一种新型数控编程接口——STEP-NC,它是产品模型数据交换标准STEP （ISO 10303）向数控领域的延伸。STEP-NC程序采用的是面向对象的编程方法,程序中包含了产品从设计到制造所涉及到所有信息,为实现CAX与CNC系统的无缝集成以及数控系统的智能化提供了广阔的发展空间。本文在深入研究STEP及STEP-NC标准的基础之上,对STEP-NC程序的生成方法进行了研究,主要内容如下：论文首先对STEP及STEP-NC标准的EXPRESS描述语言、应用协议以及文件结构进行了研究。在此基础上对STEP-NC程序的数据来源STEP AP203文件的三维显示与检错方法进行研究。根据EXPRESS语言面向对象的特性,建立与STEP文件中几何拓扑实体对应的C++类,设计相应的算法,提取和存储STEP文件中的的几何拓扑信息。将属性邻接图特征识别方法与STEP标准相结合,详细设计了基于STEP的边的凹凸性判断算法,可以有效的从零件的STEP文件中准确的判断各个边的凹凸性。针对于传统属性邻接矩阵的缺陷,对其进行扩展与变换,解决了其二义性表达的问题。根据ISO 14649中定义的制造特征构建与其对应的属性邻接矩阵,设计零件的特征邻接子矩阵提取与匹配算法,识别出零件所包含的制造特征。分析STEP-NC程序中所需要的各种加工-r艺数据,设计基于特征的工艺规划流程,建立零件的工艺信息库,保存所添加的工艺信息；对STEP-NC程序的生成过程进行分析,设计工艺信息C++类,结合上述各部分所得到的几何信息、特征信息和工艺信息生成STEP-NC程序。最后,在本文理论研究的基础上,使用VC++开发了STEP-NC程序生成系统,并给出了一个系统实现的实例,使用美国NIST提供的STEP-NC程序解析器读取系统生成的STEP-NC程序进行检查,证明上述研究的可行性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 STEP-NC国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 STEP-NC程序生成技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 STEP与STEP-NC标准及其结构
• 2.1 STEP标准及其文件结构
• 2.1.1 STEP标准概述
• 2.1.2 ISO 10303 AP203协议
• 2.1.3 STEP描述语言EXPRESS
• 2.1.4 STEP Part21文件结构
• 2.2 STEP-NC标准及其文件结构
• 2.2.1 STEP-NC标准概述
• 2.2.2 ISO 14649与ISO 10303 AP238
• 2.2.3 STEP-NC文件结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 STEP文件数据处理
• 3.1 STEP文件的三维显示
• 3.1.1 AutoVue控件介绍
• 3.1.2 AutoVue控件在系统中的使用
• 3.2 STEP AP203文件几何拓扑信息提取
• 3.2.1 STEP AP203文件结构
• 3.2.2 C++实体类的设计
• 3.2.3 信息提取与存储
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于属性邻接图的特征识别
• 4.1 STEP-NC中的制造特征
• 4.2 属性邻接图特征识别方法
• 4.3 基于STEP的属性邻接图特征识别方法
• 4.3.1 基于STEP的边的凹凸性判断
• 4.3.1.1 直线边的凹凸性判断
• 4.3.1.2 圆弧边的凹凸性判断
• 4.3.2 属性邻接矩阵
• 4.3.3 STEP-NC典型制造特征的定义
• 4.3.4 特征子矩阵提取与匹配
• 4.3.4.1 特征子矩阵提取
• 4.3.4.2 特征子矩阵匹配
• 4.4 本章小结
• 第五章 工艺规划与STEP-NC程序生成
• 5.1 工艺规划流程
• 5.2 工艺信息库的建立
• 5.3 STEP-NC文件生成
• 5.4 本章小结
• 第六章 STEP-NC程序生成器的设计及开发
• 6.1 系统主界面设计
• 6.2 STEP文件数据处理模块
• 6.3 特征识别模块
• 6.4 工艺规划模块
• 6.5 STEP-NC程序生成模块
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历