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基于Internet的STEP-NC的研究

2020-11-29阅读(200)

基于Internet的STEP-NC的研究

论文摘要

传统的数控加工将数控机床限定为简单的执行机构,缺乏智能性,与上游的CAD、CAM系统也存在着模块割裂、信息不能共享的缺点。现在,一种新的数控编程语言STEP-NC为数控加工提供了新的数据模型,它采用高层次、具有工程语义的信息,使数控机床具有智能性。这种高层次的语义信息,也恰好为STEP-NC与CAD/CAM的集成奠定了良好的基础。与网络技术结合,可以发展到基于Internet的集成制造系统。同时开放式的体系结构为解决曲线曲面的直接插补加工问题,提供了前提保证。本文围绕这些相关领域先进技术分四部分展开研究:（1）深入研究了STEP及STEP-NC标准,强调指出在STEP中使用的是设计特征而STEP-NC中使用的是制造特征,制造特征有利于与CAD、CAM的信息集成。在此基础上,提出了面向STEP-NC的制造特征模型,讨论了制造特征的定义原则、分类方法及信息存储结构。制定了特征建模要遵守的规则,提出制造特征的建模思想,就是从毛坯上去除制造特征,与加工过程一致,以此达到信息的集成共享。以Pro/ENGINEER软件为开发平台,以SQL Server 2000数据库管理系统为支持,开发了原型系统,最后给出了制造特征建模的实例。（2）研究并实现了基于制造特征模型的工艺设计。建立以制造特征为核心的工艺知识库,数据表的组织尽量考虑与STEP-NC的实体及实体关系一致,达到信息共享的目的,同时降低工艺设计的难度,方便STEP-NC的生成。工艺决策以制造特征驱动,同时提出并实现了利用优先级进行工步排序的算法,减少了人为因素,实现了自动化。并以已经建立的制造特征模型为实例,进行工艺设计,最终生成了STEP-NC程序,实现了基于制造特征的CAD/CAM与STEP-NC的集成。（3）研究了STEP-NC在Internet上的实现。提出了基于Schema的两步法实现STEP-NC与XML的映射的思想,实现STEP-NC物理格式文件到XML的转换,并且开发了图形化界面,可以以图形化方式直观地查看STEP-NC中的加工信息。同时还开发了STEP-NC物理文件到现有数控机床使用的GM代码的转换接口,并且集成到该图形界面中,可以利用现有机床执行、测试STEP-NC加工数据。另外,提出了XML信息传输的三种模式,并以高级模式为基础,建立了基于SOA架构和WEB服务技术的制造集成框架,给出了实施步骤。同时研究了SOA架构的基本结构、运行方式及WEB服务技术的体系。（4）研究了STEP-NC中曲线、曲面描述及其插补算法。实现了基于泰勒展开式的NURBS曲线实时插补算法。采用进给速度自适应的方法,保证加工精度,即曲线的轮廓误差。另外,利用S型曲线进行加减速处理,提出利用NURBS曲线的对称性进行减速点的预测,解决了速度规划的难题。在高速加工中,在曲线的尖点处,由于曲率半径很小,又要保证轮廓误差,进给速度会发生剧烈波动,这会影响加工精度。提出并实现了尖点预处理的方法,在尖点区域,提前减速,降低加速度,满足机床的动态特性及加工精度的要求。曲线插补算法是曲面插补算法的基础,曲面的直接插补加工比曲线的直接插补更具有实际意义与应用价值。研究并实现了基于参数线法曲面插补算法,利用等参数步长法实现了加工路径的规划,计算简单、速度快。最后通过实例,对算法在实时性、加工精度、速度波动等方面都进行测试及仿真分析,能够满足实际的需要。STEP-NC是开放体系结构,将该算法集成到STEP-NC系统中,就能够解决自由曲线曲面的直接插补加工问题。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 前人的研究成果
  • 1.2.1 STEP标准的提出及应用
  • 1.2.2 STEP-NC标准及研究现状
  • 1.2.3 基于WEB服务的制造业的集成框架
  • 1.2.4 特征技术和CAD/CAM集成化的研究
  • 1.2.5 NURBS曲线曲面插补技术的研究
  • 1.3 选题依据
  • 1.4 主要研究内容及论文结构
  • 1.4.1 主要研究内容
  • 1.4.2 论文的结构
  • 第二章 面向STEP-NC的制造特征模型
  • 2.1 STEP-NC标准的研究
  • 2.1.1 产品信息建模思想
  • 2.1.2 STEP-NC的描述方法
  • 2.1.3 物理文件的交换格式
  • 2.1.4 从EXPRESS到交换文件的映射
  • 2.1.5 STEP-NC的信息模型
  • 2.1.6 几个重要实体的分析
  • 2.2 设计特征与制造特征
  • 2.3 面向STEP-NC的制造特征模型
  • 2.3.1 信息模型
  • 2.3.2 建模思想及建模规则
  • 2.3.3 制造特征的分类与定义
  • 2.4 系统实现及实例研究
  • 2.4.1 特征库的建立与使用
  • 2.4.2 Pro/TOOLKIT菜单设计
  • 2.4.3 用户界面及数据库接口的开发
  • 2.4.4 应用实例
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 基于制造特征模型的工艺设计
  • 3.1 特征驱动的工艺设计的总体结构
  • 3.2 建立以制造特征为核心的工艺知识库
  • 3.2.1 加工方法库
  • 3.2.2 制造资源库
  • 3.2.3 加工工艺库
  • 3.3 工艺设计中的决策推理
  • 3.3.1 加工方法链的决策推理
  • 3.3.2 工步的决策排序
  • 3.3.3 生成STEP-NC接口文件
  • 3.4 实例研究
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 STEP-NC在Internet上的实现
  • 4.1 STEP、STEP-NC与XML的转换
  • 4.1.1 XML技术体系
  • 4.1.2 两步法实现STEP-NC到XML的转换
  • 4.1.3 EXPRESS与XML Schema的映射
  • 4.1.4 STEP Part21物理文件到XML的转换
  • 4.2 STEP-NC的图形化显示及与CNC的接口
  • 4.3 应用XML实现CAD/CAM/STEP-NC在Internet上的集成
  • 4.3.1 XML信息传输模式的研究
  • 4.3.2 集成框架
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 STEP-NC中曲线曲面描述及插补技术的研究
  • 5.1 NURBS曲线的数学表示及性质
  • 5.1.1 STEP-NC中曲线曲面的描述
  • 5.1.2 NURBS曲线的齐次坐标表示
  • 5.1.3 NURBS曲线的性质
  • 5.2 NURBS曲线实时插补技术的研究
  • 5.2.1 实时插补算法
  • 5.2.2 NURBS曲线点的求值和导矢计算
  • 5.2.3 精度控制及进给速度的自适应调节
  • 5.2.4 曲线尖点的离线预处理
  • 5.2.5 NURBS曲线实时插补的速度控制
  • 5.3 NURBS曲线实时插补的性能测试分析
  • 5.3.1 插补模块的实时性测试
  • 5.3.2 加工精度测试与分析
  • 5.3.3 进给速度的波动分析
  • 5.4 NURBS曲面插补算法
  • 5.4.1 NURBS曲面的数学表示
  • 5.4.2 参数线法曲面插补算法
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 工作总结
  • 6.2 创新点
  • 6.3 展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 研究成果及发表的学术论文
  • 作者及导师简介
  • 附件

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