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STEP-NC车削系统的数据处理与工艺规划技术研究

2020-12-01阅读(648)

STEP-NC车削系统的数据处理与工艺规划技术研究

论文摘要

数控技术是现代制造最重要的制造方式之一,在其诞生后的半个多世纪里取得了长足的进步。但是,数控编程的标准却没有随着数控技术的发展而发生根本的变化,仍然是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何加工,其本质特征是面向加工过程。近年来的研究和实践表明,随着人们对加工质量和加工效率要求的不断提高,计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术在数控编程和加工领域的广泛应用,G,M代码已成为阻碍制造系统信息集成的瓶颈,严重制约着数控系统乃至制造业的发展。为此,西方国家提出了一种面向现代计算机数控系统的新型数据接口STEP-NC,旨在取代现行的ISO6983。STEP-NC遵从STEP（ISO10303）中对几何信息的描述规则,同时又加入了与数控加工有关的工艺信息,并以面向对象的方式通过一系列特征和工步来描述整个数控加工任务,从而将产品数据交换STEP标准（ISO 10303）延伸到数控加工领域,建立起一条贯穿产品设计与制造过程的信息高速公路。以STEP-NC取代ISO6983对于数控系统乃至数字化制造都有着深远的影响,它使得数控系统不仅知道如何加工,还知道加工内容、加工要求等,有利于实现数控系统的智能化。本研究是基于STEP-NC的智能化车削数控系统开发的一部分,着重讨论STEP-NC程序的解析、工艺规划和刀具路径规划,为实现STEP-NC车削数控系统的智能化提供依据。对于STEP-NC数控系统而言,首要的也是最基本的功能就是程序的识别与翻译。STEP-NC程序废弃了传统数控程序中直接对坐标轴和刀具动作进行编码的做法,采用了STEP数据格式和面向特征的编程原则,遵循ISO13030-21的文件格式,使得零件加工程序（数控程序）无论在格式还是内容方面都发生了重大变化。通常情况下STEP-NC的程序都比较复杂冗长,人工处理难度大。文中提出了用编程语言开发翻译器的基本方案。首先,将STEP-NC标准的描述语言EXPRESS与现今流行的面向对象语言Java进行了映射,将STEP-NC中的实体及其属性翻译成Java类。然后,把STEP-NC的程序读进所开发的翻译系统,将其中的信息转化为类对象进行操作,将读取到的信息通过三维显示模块和特征树等方式进行校验。实践验证这种方法是可行的。除了程序的翻译,STEP-NC数控系统的另一个重要任务就是工艺规划和刀具路径规划。传统方式下,工艺规划和刀轨规划都属于外部CAM系统的范畴,STEP-NC的提出彻底改变了这种功能分离的模式。本文提出了以工步作为工艺规划和刀具规划的基本单元的思想。文中首先分析了STEP-NC程序中工艺数据模型和加工工步与特征与操作之间的关系;然后针对工艺规划主要介绍了工艺参数的优化以及工步的调整的原则和方法。针对刀具路径规划,根据STEP-NC程序的组织形式,提出了一般路径规划的基本步骤;最后,利用STEP-NC标准中的示例程序,验证了路径规划方案的正确性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 STEP-NC概述
  • 1.2.1 STEP-NC标准
  • 1.2.2 STEP-NC核心概念
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.3.1 国内外研究机构
  • 1.3.2 最新研究进展
  • 1.3.3 存在的不足
  • 1.4 课题的研究内容及意义
  • 1.4.1 内容安排
  • 1.4.2 研究意义
  • 第2章 STEP-NC车削数据模型分析
  • 2.1 STEP-NC车削数据模型框架
  • 2.2 车床上位机系统框架
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 信息提取
  • 3.1 STEP-NC程序结构
  • 3.2 程序解析
  • 3.3 EXPRESS语言
  • 3.4 EXPRESS到Java的映射
  • 3.5 读取流程
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 三维显示
  • 4.1 平台选择
  • 4.2 Java3D中的场景图
  • 4.3 显示流程
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 工艺规划与STEP-NC程序再生成
  • 5.1 工步划分与调整
  • 5.1.1 工步划分与调整的原则
  • 5.1.2 程序实现
  • 5.2 工艺参数优化
  • 5.2.1 STEP-NC工艺数据
  • 5.2.2 工艺数据调整与优化
  • 5.3 STEP-NC程序重生成
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 加工路径规划
  • 6.1 STEP-NC路径规划单元的选择
  • 6.1.1 以特征为单位
  • 6.1.2 以工步为单位
  • 6.2 STEP-NC路径规划研究
  • 6.2.1 STEP-NC车削操作
  • 6.2.2 STEP-NC车削加工策略
  • 6.3 加工路径规划
  • 6.3.1 确定特征外形
  • 6.3.2 确定切削方式
  • 6.3.3 确定具体路径
  • 6.4 本章小结
  • 第7章 系统模块开发
  • 7.1 程序的读取
  • 7.2 三维显示
  • 7.3 工艺规划
  • 7.4 路径规划
  • 7.5 本章小结
  • 总结与展望
  • 总结
  • 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 附录
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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