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新式STEP-NC数控加工方法
发布时间:2018-05-24 点击: 次   编辑:admin

  

一、导言
近年来数控技能得到了迅猛的展开,操控体系由前期的硬件衔接方法展开到现在的依据PC的开放式数控体系。尽管硬件技能和软件技能的飞速展开给CNC的高速/高精度加工奠定了根底,但现在NC加工中所选用的编程方法仍是依据半个世纪前所开发的ISO6983(G/M代码)规范,这种代码仅仅包含一些简略的运动指令(如G01、G02)和辅佐指令(如M03、M08),而不包含零件几许形状、刀具途径生成、刀具挑选等信息,使得CNC与CAD/CAM通道之间构成瓶颈。数控加工中编程困难、规划与加工等信息不能彻底同享的问题约束了数控体系的进一步展开,使其面对新的革新。
为了处理这些问题,欧共体于1997年提出了OPTIMAL方案,将STEP(Standard for the Exchange of Product model date ,ISO 10303)规范延伸到主动化制作的底层设备,开发了一种STEP-NC的数据模型,作为铣削加工编程的数据接口。该接口遵照STEP规范,具有面向目标的特征。STEP-NC将产品模型数据变换规范STEP扩展到CNC范畴,从头拟定了CAD/CAM与CNC之间的接口,它要求CNC体系直接运用契合STEP规范的CAD三维数据模型(包含工件几许数据、参数装备和制作特征)、工艺信息和刀具信息直接发生加工程序。
二、STEP-NC的研讨现状
STEP-NC是一个面向目标的新式NC编程数据接口世界规范(ISO 14649),它于1996年头开端拟定,在2001年末成为世界规范草案(Draft International Standard, DIS),由世界规范化安排ISO/TC184工业数据技能委员会正式命名为ISO14649,其意图旨在替代在数控机床中广泛运用的ISO 6983规范。
近几年,欧美现已发动了几个有关STEP-NC的项目,如OPTIMAL、MATRAS、STEP-NC和Super Model Project等。其间欧洲的STEP-NC项目旨在完结和测验铣削加工数据接口,共有20多个CAD/CAM、NC和数控机床范畴的企业和研讨机构参与了该项意图研讨作业。新式STEP-2001年,契合STEP-NC规范的二维半和三维数控铣削加工进程现已在Siemens、FIDIA公司以及欧洲开放式体系结构OSACA的CNC原型体系中得以完结,其性能在实验室环境中已得到验证。现在原型体系已在第一个用户——Daimler Chrysler公司进行点评,已测验了多面体零件的钻孔加工和二维对折控铣削加工进程,现开端测验三维数控铣削加工进程。
从2000年开端,美国STEP Tools公司在国家规范技能协会NIST的赞助下起动了为期3年的“超级模型”(Super Model)项目。该项目(全称为Model Driven Intelligent Control of Manufacturing)的首要方针是树立一个适合于铣削、车削的数据库和软件东西,验证CNC机床能否直接读取3D规划和制作数据,进行快速、安全和智能化的零件制作。2001年秋季,Super Model 项目与韩国展开的世界IMS STEP-NC项目中的内容兼并。2000年6月韩国POHANG科技大学的STEP-NC技能国家研讨实验室NRL-SNT开端了为期5年(分2个阶段进行)的STEP-NC研讨方案,要点展开车削STEP-NC中从数据模型到智能化加工相关技能的研讨。日本于2001年发动了名为“数字大师”(DIIGITAL MASTER)的项目,尽管该项目未列入世界IMS STEP-NC项目中,但研讨作业与STEP-NC建模有关。世界IMS STEP-NC项目于2001年夏日发动,参与的国家与区域有欧盟、瑞士、美国以及韩国等,并于2003年在德国的亚琛(Aachen)市开端施行了一个IMS STEP-NC车间。
韩国为了使CAD/CAM体系与CNC操控器能随时沟通数据,STEP Tools公司树立了STEP-NC数据库的操作规范体系和自保护、管理体系。2000年年末,该公司完结了第一阶段的方针,在第三届IRB(Industrial Review Board)会议上演示了使用“超级模型”完结具有某种加工特性的加工目标铣削全进程。别的,该公司还与Lawrence Livermore国家实验室协作,在OMAC的根底上开发出了STEP-NC接口。
尔后,STEP-NC 安排在世界范围内举行了一系列会议,如2001年在德国汉诺威(Hanover)举行了展开STEP-NC作业的会议,断定了最终用户、体系供货商、以及学术研讨同伴的组成。2001年10月在德国亚琛(Aachen)举行了用于铣削的会议,由最终用户对依据西门子的2维半铣削加工处理方案进行了检测及点评。2001年11月在意大利举行了STEP-NC的概括切削实验会议,对第一个用于木材、玻璃及石材概括切削的STEP-NC原型进行了检测及点评。2002年8月在德国斯图加特评论了车削工艺,拟定了展开后续作业的时刻表。2001年12月在瑞士日内瓦会议上对第一个用于电火花加工的原型STEP-NC体系进行了测验及点评。2002年9月在德国乌尔姆评论了将CMM集成到STEP-NC中的可能性。2002年11月在德国斯图加特会议中断定了查验、电火花加工以及概括切削中的要害要素。2002年10月IMS STEP-NC项目会议评论了用于AP238协议的车削数据模型及相关注释。找到了车削模型中的注释处理方案。2002年12月在美国Boeing公司用CATIL软件生成了一个STEP-NC零件程序,然后在西门子公司的一台具有STEP-NC功用的机床进步行了运转,证明STEP-NC可支撑多种不依赖于NC编程的机床。2003年6月在德国斯图加特会议上介绍了铣削、车削、电火花加工以及概括切削的当时开展。2003年3月12日举行的IMS STEP-NC 会议,首要的议题是数据沟通的方法,STEP Tools公司演示了将AP-203文件格局(STEP规范)快速变换成AP238文件格局(STEP-NC规范)的进程。2004年10月将在德国亚琛(Aachen)举行STEP-NC检测方面的会议,内容触及:评论用于检测内容的数据模型界说的开展作业、评论STEP-NC检测中要害问题的处理方案。
三、依据STEP-NC的数控体系结构
自20世纪50年代以来,传统数控体系一向沿袭G、M代码(ISO6983),CNC与CAD/CAM之间的数据沟通为单向传输,现场对NC程序的修正无法直接反应到CAD/CAM体系。而选用STEP-NC规范,CNC与CAD/CAM可完结双向数据沟通,使零件程序和优化的加工描绘及时地反应到规划部分(CAD),以便规划部分及时进行数据更新,削减加工信息的丢掉。
现在,STEP基准现已广泛地使用于CAD/CAPP/CAM体系,因而依据STEP-NC的数控体系可直接读取CAD/CAM体系输出的STEP文件(AP238格局),传统CAD/CAM体系中的加工编程后处理器在CAD→CAM→CNC的进程中会逐步消失,取而代之的是在CAD/CAM体系中参加STEP-NC插件,直接输出AP238文件。
考虑到ISO14649彻底替代ISO6983需求一个过渡周期,因而依据STEP-NC的数控体系除了可履行AP238文件以外,还应具有履行传统G/M代码的功用。所以在依据STEP-NC的数控体系结构中,不只要树立STEP-NC解说器(解说AP238文件)模块,还要保存ISO6983的解说器模块,作为CNC体系的一个子体系。

 

  图1所示的是一种选用了STEP-NC规范的数控体系结构模型,该结构模型包含了当时STEP-NC与数控体系结合的三种形式。形式1依然选用传统的NC操控器,严格来说它仅仅一种过渡形式,上层契合STEP规范的CAD/CAM体系与STEP-NC接口完结双向数据活动,基层经过增加契合STEP-NC规范代码变换接口,将STEP-NC数据代码变换为G/M等代码,进而完结对现行数控体系的操控。形式2是一种比较简略、初级的形式,与形式1的差异在于基层选用了新式STEP-NC操控器,直接读取STEP数据格局加工文件。形式2从信息活动形式与操控方法来说,现已彻底契合STEP-NC的规范,具有了下一代数控机床的特性,是真实意义上的依据STEP-NC的数控体系模型。形式3是形式2的展开与完善,体系的集成度更高,规划层与车间层之间的功用也将从头区分,CAM体系微观规划与CAD体系集成,微观功用与车间层的现场编程模块SFP(Shop Floor Programming)集成。为了使操控体系进一步完结智能化,在数控体系结构形式3中,还树立了依据STEP-NC的智能模块,完结各种智能化操作,包含刀轨生成、刀具的主动挑选、刀具监控、差错检测补偿、在线丈量和突发事件处理等许多数控体系的高档功用,以进步出产功率和加工质量。

  

  图1 依据STEP-NC的数控体系结构模型
四、依据STEP-NC的数控图形编程体系
现行惯例的数控图形编程体系依据ISO6983规范,该规范是一种面向加工进程的数控编程规范。图2所示的是传统数控图形编程体系的主流程,流程中的规划信息均契合IGES(Initial Graphics Exchange Specification)表达规范(IGES仅仅关于几许信息沟通的规范,跟着数控技能的展开已逐步被STEP所替代)。由图2可知,CAD模块生成的规划信息经过数据模块进行精简和核算,一起经过人机交互方法进行工艺流程规划,发生描绘刀具运动的刀位文件,经后置处理模块生成驱动机床运动的数控代码。因为ISO6983(G、M代码)规范所能描绘的信息量少,所以这种编程体系不能为零件加工供给更为杂乱的描绘。别的,因为CAD/CAM体系、数控体系及其他的扩展部分之间的数据不能进行双向沟通,构成了加工进程中很多信息变换作业重复进行的现象。

  
图3所示的是依据STEP-NC的新式数控图形编程体系主流程。该流程中CAD图形规划模块发生的数据表达形式契合STEP规范,由模型信息(AP203)、几许信息(AP214)以及特征信息(AP224)等信息组成。其间模型信息是编程体系用来从规范模型库中提取契合该产品的加工模型的依据,几许信息是用来断定详细刀具轨道的依据,特征信息是进行工艺流程规划的依据。规划模块的信息传递给工艺规划模块后,增加工艺信息(AP213)生成数控指令所需信息(AP238),再传给指令生成模块,生成NC指令。最终生成刀具轨道,并进行切削仿真和磕碰查看,构成查看信息(AP219)。假如发生磕碰,该信息将进行反应修正,因为检测信息表达也契合STEP规范,所以能被规划模块辨认,各个模块均可依据反应信息进行修正。与现行的数控体系比较,该体系的一切数据表达都契合STEP规范,体系内部数据就可完结双向活动。

  

  图3 依据STEP-NC的
新式数控图形编程体系主流程图
五、STEP-NC数控加工方法的展开趋势
现在STEP-NC规范仅完结了一部分,国内外对依据STEP-NC的数控技能研讨处于起步阶段,但其展开势头微弱。已取得的研讨成果标明,该技能将对数控技能甚至机械制作业带来深远的影响,首要体现在以下几个方面:
(1)数控机床将抛弃沿袭已久的G、M等代码(ISO 6983),代之以愈加高效、易于了解和操作更便利、描绘性更强的数控言语。这种数控程序经过一系列的加工使命(作业过程)描绘制作进程中的一切操作,以面向目标(而不是面向动作)的编程使得现场编程界面大为改观。依据现在的开展估测,STEP-NC的广泛使用将在近10年内完结,G、M代码将从此成为前史。
(2) CAD/CAM/CNC之间可完结无缝衔接。CAD/CAM与CNC的双向数据活动,使得规划部分能够清楚的了解到加工实况,而且可依据现场编程返回来的信息对出产规划进行及时快速的调整,出产功率可得到极大的进步。别的,CAD、CAM、CNC之间的功用将会从头区分:CAM体系的微观规划将与CAD体系集成,微观功用将与CNC集成。
(3)完结彻底意义上的开放式智能数控加工。因为ISO-6983(G/M代码)的加工信息量过少,因而各机床出产商对G代码都进行了根本语义外的扩展,构成各种类型的数控机床操控体系之间互不兼容,阻止数据的沟通和信息同享,构成“信息孤岛”,难以完结体系的开放性。与此相反,如选用STEP-NC规范,其数据格局、接口规范彻底一致,且STEP-NC数据包含了加工产品所需的一切信息,NC数控加工方法关于STEP-NC操控器而言,它只需求通知CNC要加工的内容,详细动作由CNC自行决定,使程序具有杰出的互操作性和可移植性,为CNC体系的开放性和智能化奠定了安定的根底。
(4)网络化规划/制作成为实际。现代制作企业经过网络同享各种信息,一起因为全球制作企业选用一致的STEP-NC数据接口规范,企业之间的数据活动能够在依据PC机的CNC机床与数据库效劳器之间直接进行,操作人员只需求对数据库中的三维工件模型进行简略的参数设置,就能够使机床完结预期动作。不难想象,在依据网络化制作的根底上,很多的数字化产品模型数据库将会呈现,数字制作更趋多元化。
六、结束语
STEP-NC是由世界规范化安排(ISO)近年来展开起来的一个世界性的规范,它将STEP基准扩展到数控加工范畴,为CNC的开放性和智能化供给了宽广的展开空间,一起它也处理了CNC与CAD/CAM之间双向无缝衔接的核心问题,消除了长期以来困扰人们的数据不兼容问题,也为网络制作、灵敏制作、虚拟制作、并行工程等先进制作技能和形式供给了技能确保。据STEP Tools公司的研讨数据标明:STEP-NC的使用将使现在加工前数据准备时刻削减75%,工艺规划时刻削减35%,加工时刻削减50%。可见,大力展开依据STEP-NC的CNC体系(特别是规范拟定、数据库和STEP-NC操控器)的研讨关于进步我国数控水平甚至全面进步主动化制作水平是至关重要的。

  

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