基于STEP-NC的CNC集成技术研究

目的提供描述产品整个生命周期信息的统一数据模型,实现整个制造过程中产品信息的标准化,解决实现基于STEP-NC的CNC(计算机数字控制)制造技术集成问题.方法分析了STEP-NC的数据模型和程序结构,给出了STEP-NC程序文件的基本结构和STEPAP238文件的生成方法.结果生成符合STEP-NC的数控加工程序(AP238文件),从零件的几何模型(由CAD系统输出)中识别出需进行机械加工的制造特征.采用UG软件,实现了零件的设计、工艺规划和生成STEP-NC文件一体化,即实现了CAD/CAM的集成.结论STEP-NC程序在统一的数据模型基础上建立产品信息,保证了数据信息的集成和共享,促进了数控技术智能化、网络化和集成化的发展.

面向STEP-NC控制器的数控加工工艺规划模型

STEP -NC是欧美提出的一种用以取代ISO 6983的新数控接口标准 (ISO1 4649)。分析了STEP -NC数据模型及其对数控系统的影响 ,基于STEP -NC的基本思想将数控加工中的工艺规划划分为离线规划、在线规划和实时规划 ,重点研究了基于STEP -NC控制器的在线规划问题。为了避免过多地占用加工时间 ,提出了按工步级规划→特征级规划→零件级规划的在线规划模式 ,并据此分别给出了工步级铣削用量的优化模型、特征级工艺路线的筛选方法以及基于启发式算法的工步排序方法。

STEP-NC——新一代机床控制器

STEP -NC是新近提出的采用STEP规范的数控机床数据接口标准。STEP -NC控制器将不再使用G、M代码来编程 ,而使用STEP标准的三维产品数据模型加上工艺和刀具信息直接产生加工程序。本文介绍了STEP -NC的基本概念、研究概况 。

基于STEP-NC数控编程的实现方法

目的基于STEP-NC新的数控接口标准,在统一的数据模型的基础上,研究STEP-NC数控编程的编制流程与STEP-NC数控程序的生成方法.方法分析和研究STEP-NC的二种应用标准,探讨Part 21和Part 28的应用范围及Part 21的文件格式和部分关键信息的产生方法,研究ST-Developer环境下ROSEC++类库的编程接口和ROSE库函数在应用程序开发中的连接、操作、编译方法,分析应用程序的早、迟联编方式.结果设计了整个程序的编程流程,分为信息提取、特征识别和工艺规划几个过程.按照头段和数据段的属性顺序及实体关系写入信息,生成STEPAP238文件.结论STEP-NC数控编程是进行数控加工的关键步骤,随着相关应用标准的发展,STEP-NC数控程序内容需要进一步完善和补充,为STEP-NC数控技术的发展提供参考.

基于STEP-NC数控系统的研究

阐述了ISO6983的缺点及STEP -NC的优点 ;分析了STEP -NC产品数据模型的具体组成、文件结构、描述方法和生成途径 ;研究了STEP -NC数控系统的组成 ,提出SOFT型开发式STEP -NC控制器的概念及实现原理 ;指出STEP -NC对数控技术及制造业的深远影响。

XML在基于STEP-NC网络化制造中的应用

为实现新的数控编程语言STEP-NC在网络化协同制造中的应用,实现网络企业间的产品信息集成和共享,使信息可以在远程、异质、异构环境下进行共享和交流,需要把STEP-NC的描述语言EXPRESS转换为XML语言.分析了EXPRESS语言和XML语言的数据类型及特点,研究了EXPRESS语言和XML语言之间的映射方法,提出了基于XML模式库和DOM接口2种EXPRESS与XML转换方法,最后给出了使用DOM接口方法进行转换的具体实现过程.为企业开展异地产品协同设计、网络化制造提供技术支持.

基于STIX库的STEP-NC解释器的研究

目的分析STEP-NC解释器的功能结构,探究基于STIX库实现信息处理功能的STEP-NC解释器的实现功能.方法在VC++6.0环境下,创建符合AP238协议中实体定义项对应的C++类,使用STIX库函数,依据AP238文件信息结构逐一识别储存加工零件所需的所有操作任务和具体信息.结果通过创建各类对象实现STIX库函数的功能,解释器从AP238文件中读取加工零件包含的工程,工作计划,工步,制造特征及技术描述、几何描述等信息,进而过滤出几何参数、坐标、刀具等数据信息存储到指定的数据结构中,为STEP-NC控制器内核提供数据源.结论基于STIX库的STEP-NC解释器作为数控系统中的一个单独的功能模块,具有良好的模块化特性,结构简单,功能强,效率高.它将AP238文件释译成数控系统内核可识别的信息,在AP238文件与CNC系统之间架起一座桥梁.

基于STEP-NC的工艺过程设计与优化技术研究

为了简化工艺决策过程的复杂性和实现工艺决策过程的模型化和算法化,在深入分析STEP-NC数据模型的基础上,针对数控工艺的特点,提出了元加工操作及制造特征加工链等概念,建立了支持非线性工艺设计的分步工艺决策过程;进而提出了基于排列和辅助时间的加工工步排序和优化的方法,实现了加工工步排序和优化过程的统一处理,使CAPP系统能够提供多个可选的工艺方案。通过一个基于STEP-NC的CAPP原型系统的实现及实例零件的工艺过程设计表明,所提出的工艺决策过程和优化方法是简单有效的。

STEP-NC数控技术研究进展

为全面掌握STEP-NC标准的产生、发展与研究情况,分析和总结了近10年来相关领域的研究成果。在分析和总结过程中,将相关研究分为5个主要方向,分别总结了各个研究方向的研究情况和存在的问题,归纳出未来研究中的主要科学问题和技术难点;指出STEP-NC制造系统的核心技术;提出STEP-NC制造系统架构和STEP-NC数控系统的发展趋势。

基于STEP-NC数控程序生成方法研究

目的研究ROSE C++类库环境下STEP-NC数控程序生成流程与数控程序的生成方法.方法使用STEP-NC的文件格式和数据模型,在非线性工艺规划环境下,编写零件加工的非线性工艺规划的EXPRESS SCHEMA.利用ROSE C++类库提取零件的所有加工信息,用遗传算法建立零件工艺优化的数学模型.结果对整个程序的编程流程(分为信息提取、特征识别、非线性工艺规划几个过程),按照先头段后数据段的属性顺序写入信息.在C++编程环境下利用ROSE库函数提取生成STEP AP238文件,得到优化或接近优化的零件加工工艺路线.结论非线性工艺规划是STEP-NC数控加工智能化的关键,随着更多非线性工艺规划方法的应用,STEP-NC数控程序将进一步完善和补充,可为数控机床智能化水平的提高提供技术支持.

基于STEP-NC智能数控系统的研究

论述了基于STEP-NC智能数控系统的工艺流程,提出一种基于多智能体STEP-NC智能数控系统的体系结构,整个系统由解释Agent、工艺规划Agent、监控Agent和决策Agent等12个不同功能的Agent组成,各Agent之间相互协作,共同实现STEP-NC智能数控系统的各种功能。以系统中的两个核心模块——解释Agent和工艺规划Agent为例,阐述了其实现的具体方法。给出了开发完成的原型系统部分功能模块。提出的构建智能型STEP-NC数控系统的策略和方法,对深入研究基于STEP-NC智能数控系统具有一定参考作用。

基于ISO14649标准的STEP-NC程序生成器

为实现STEP-NC程序的自动生成,开发了STEP-NC程序生成器。首先阐述了程序生成器的工作原理和各个模块的功能及其实现方法。详细论述了程序生成器实现中的三项关键技术。最后,结合一个包含平面、孔和型腔特征的AP203文件,利用所开发的程序生成器生成符合ISO14649标准的完整的STEP-NC程序,并通过STEP-NC铣削仿真系统对所生成的程序进行切削仿真。仿真结果表明,所开发的STEP-NC程序生成器是可行的。

STEP-NC数控加工程序解析方法的研究与实践

阐述了STEP-NC的信息模型以及AP238程序文件的数据格式,运用面向对象的方法实现了EXPRESS语言到PYTHON语言的映射,利用PYTHON语言的高级数据结构类型以及其强大的字符串处理功能完成了AP238文件的解析,并根据STEP-NC的信息层次关系建立了以project(project工程,AP238文件的执行切入点)为根节点的树形数据结构.所开发的软件模块实现了信息的提取和显示,为后续的数据处理以及刀位轨迹的生成奠定了基础.

基于XML的STEP-NC程序解释器的设计与实现

通过分析STEP-NC数据模型及程序结构,指出ISO10303 Part21物理文件格式数控程序不适合在网络上传输的缺点.因而在对现有数控系统进行基于STEP-NC的改造时,采用XML作为STEP-NC数控程序的文件格式,并提出面向网络化制造STEP-NC数控系统的基本框架,阐述了各组成模块的功能.同时从数据存储结构、解析XML、信息提取方法三个方面重点介绍基于XML的STEP-NC程序解释器的设计.最后采用JAVA语言实现了该解释器的功能,并通过STEP-NC标准草案里的一个实例验证该设计的正确性.

面向铣削加工的STEP-NC文件到G代码转换技术

为使STEP-NC能在传统的数控系统中得到应用,研究了面向铣削加工的STEP-NC数控文件到传统G代码程序的转换技术,提出了一种面向制造特征的刀具轨迹规划方法。首先对制造特征进行分类,然后为每类制造特征设计走刀轨迹模型,在进行G代码转换时,通过前置处理将制造特征的走刀轨迹模型转换成对应数控系统的宏程序,不但提高了G代码的转换效率,而且缩短了G代码程序的长度。论述了STEP-NC文件信息提取和信息处理技术,以及G代码程序自动转换过程。最后,以一个铣削类零件为例,对上述技术进行了测试和验证。

面向STEP-NC基于混合式遗传算法的工艺路线优化

为适应STEP-NC技术的发展需求,解决基于STEP-NC非线性工艺路线优化问题,在深入分析STEP-NC基于加工特征的数据模型基础上,探讨了工艺路线优化中存在的问题及其相关约束,提出采用基于操作优先图的智能搜索与遗传算法相结合的混合式算法。首先考虑加工操作排序中的强制性约束,采用基于操作优先图的智能搜索算法,获取多个可行的加工操作顺序,并将其作为遗传算法的初始化种群;然后综合考虑机床选择、刀具选择和刀具运动方向选择,以加工成本最低为目标函数,根据优化约束条件,通过遗传算法的复制、交叉和变异等操作实现有效工艺路线的优化决策,得到满足车间要求的最优或接近最优的工艺路线。通过实例,验证了该算法在面向STEP-NC加工特征的零件工艺路线优化上的可行性和有效性。

基于STEP-NC的数控车削加工仿真系统

提出了一种基于STEP-NC的数控车削加工仿真系统,该仿真系统能够验证STEP-NC数控程序、模拟实际系统运行。讨论了仿真系统的译码器、基于特征的加工数据库、实体建模以及仿真驱动等组成模块实现的关键技术和方法。介绍了仿真系统的建模工具V isua l C++和O penGL。最后指出了本文研究对于STEP-NC数控加工研究的意义。

基于STEP-NC的闭环加工技术研究与实现

在研究闭环加工系统数据流需求和STEP-NC的基础上,提出了基于STEP-NC的闭环加工系统框架以及辅助实现STEP-NC执行和CAPP/CAM系统与CNC系统双向闭环的一种高层过程控制器,并对集成工艺规划、STEP-NC程序的后置处理、测量数据反馈与关联,以及工艺改进与优化等关键技术进行了研究与实现。开发并建立了一个闭环加工系统原型,通过STEP-NC标准测试件,验证了基于STEP-NC达到闭环加工的可行性与有效性。

面向特征的STEP-NC加工方法研究

介绍了STEP-NC数据结构的基本特征,分析了STEP-NC控制器的功能结构,研究了从STEP-NC文件中直接提取制造信息并在实验平台上进行实际加工的基本方法,建立了基于特征的数控加工系统,提出了相应的实现方法和技术。最后在VC++6.0和ST-Developer 10集成环境下,利用开放式三维实验平台提供的运动控制器函数库和动态连接库,开发了一个基本的STEP-NC控制平台,其基本功能包括STEP-NC文件的翻译、制造信息的提取、执行和控制等,并能以特征为单位进行加工实验。

面向STEP-NC的铣削知识库建立及其刀轨规划方法

目的研究VC++环境下STEP-NC铣削知识库的建立及其刀具路径的生成方法.方法以Visual C++6.0为平台,建立基于知识工程(Knowledge-Baced Engineering,KBE)技术的STEP-NC知识库,在其基础上针对AP238程序中各加工特征进行刀具运动轨迹规划,驱动实验平台的刀具运动.结果STEP-NC知识库能够存储STEP-NC文件中与制造有关的刀具信息、铣削用量等制造信息及几何信息,为刀具路径生成模块提供数据源,生成各加工特征的刀具运动轨迹.结论STEP-NC知识库为面向AP238的刀具路径生成器提供了良好的数据支持,刀具路径生成器将AP238文件释译成机床可识别的刀具轨迹信息,使得STEP-NC程序能够被CNC系统所识别.