一种基于STEP-NC的智能数控系统技术方案

一种基于STEP-NC的智能数控系统，连接布置在机床本体上，其由下述几部分构成：计算机控制装置、机床加工控制器、驱动器、伺服装置、接口、机床监控装置；其中：机床加工控制器分别与计算机控制装置和驱动器连接，驱动器还通过接口与伺服装置连接；伺服装置连接布置在机床本体上；机床监控装置分别连接着计算机控制装置、机床本体。本发明专利技术有助于加工数据流的自由访问和数据共享,CAD/CAM与CNC之间的瓶颈效应也不复存在,产品的生产周期将大大缩短。其具有重要的经济意义和较为重大的社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于STEP-NC的数控系统整体结构设计和应用
，特别提供了一种基于STEP-NC的智能数控系统。
技术介绍
现有技术中，为提高加工质量和加工效率，现代金属切削机床普遍采用了数控技术，数控机床已广泛应用于航空、航天、国防、机械制造等各个生产领域，是装备制造业的基础。数控技术作为数控机床的核心，是各国竞相发展的高新技术，其技术复杂，研究难度大，我国在这方面的研究相对于西方发达国家还有很大差距。努力缩短与西方发达国家的差距、尽快赶上他们的水平是我国数控技术发展的重要研究课题。目前的数控技术经过了50多年的发展，取得了长足的进步，NC编程数据接口已成为国际化的标准(标准号为IS06983)。但是随着对加工效率和加工质量要求的不断提高，按照IS06983数据接口标准开发的数控系统的固有弊病越来越明显地暴露出来，主要表现在以下几个方面:①柔性化和智能化程度不高。由于该接口采用G/Μ代码来描述零件的加工，它提供给系统的主要是刀具中心的运动轨迹和速度等低层次的信息，而不包括零件的几何和工艺信息，所以在系统中难以实现三维刀具形状尺寸及加工余量的补偿。当实际工作情况有所不符(如刀具尺寸变化)时，原有程序无法使用，操作者无法在线进行干预。另外，由于程序中缺乏对被加工零件的几何和工艺等高层次信息的描述，所以造成了整个系统仅仅是一个被动的执行机构，缺乏柔性和智能性。②产品信息从CAD/CAM到CNC是单向流动，难以实现信息的共享和集成。零件程序一旦生成便无法更改，当车间层的加工条件发生变化时，变化信息难以反馈给上游的设计部门；另外，由于不同类型数控系统、不同厂家生产的数控机床编程的方法都不尽相同，因此在编程时不但要了解所选用的数控机床的规格型号、性能、系统所具有的功能，还要详细了解数控系统的编程说明书及指令格式，这种强烈依赖于具体数控系统的特点使得程序不具有可移植性。因此，不但系统和上游的系统间难以实现信息的集成和共享，而且不同的系统之间也难以实现信息的交换和共享。③不支持样条插补功能。由于受传统CNC系统插补(直线、圆弧插补，在三坐标以上加工时仅采用空间直线插补)能力的限制，在实际生产中，自由曲面零件的数控加工一般都采用CAM软件进行NC编程。CAM软件的工作过程如下:首先对自由曲面进行刀具轨迹规划与生成，然后通过大量的微小直线段逼近刀具轨迹曲线，生成刀位数据文件和NC程序。采用这种方法有以下缺点:第一，势必产生大量的NC程序(GOl)和相对较大的逼近误差；第二，会导致刀具轨迹曲线各GOl段连接处几何上一阶、二阶导数的不连续，使本来光滑的轨迹曲线不光滑。在加工中，由于刀具轨迹曲线的不连续会引起进给速度和加速度的不连续，将导致刀具运动方向和受力情况的突然变化，从而不可避免地引起机床振动，产生较差的表面质量，并加快刀具的磨损；第三，在CNC系统内由于频繁的程序段处理会导致较长的运算时间，也会限制进给速度的提高；第四，在复杂的精密零件加工中，NC代码段定义的位移极小，在高速加工时会出现过切或欠切的可能性。因此，传统的CNC系统的插补技术严重影响了曲面加工的插补精度和加工效率。④IS06983数据按口存在语义歧义，不能保证数据被数控系统正确识别和理解。IS06983数据接口存在的上述不足使CAD/CAM与CNC的集成很难实现，特别是在网络化制造模式下，企业分布在全球各地制造中心的数控设备、加工能力、生产系统和员工素质是不完全相同的，同一个产品在不同的加工地点制造需要进行大量的数据转换、处理，这样不仅浪费大量的人力、物力，延长制造周期，而且很难保证产品质量的一致性。因此企业迫切需要具有可移植性、智能化和自适应性的新一代数控设备，以满足网络化条件下的柔性智能制造。基于IS06983已成为数控技术进一步发展的瓶颈，为了实现产品数据在CAD/CAM/CNC链之间的双向无缝流动，真正实现设计、制造的一体化和数控机床的智能化、可移植性和自适应性，国际标准化组织最近制定了一套新的数控数据模型标准IS014649用于取代目前的IS06983标准。由于IS014649是已有的产品数据交换接口(STEP)向数控领域的扩展，它定义了不依赖于具体机床的双向CNC数据交换标准，称之为“STEP-NC”。基于STEP-NC标准的数据和CAD/CAM系统使用的数据一样都遵循STEP格式，这就使得CAD/CAM和CNC之间的产品数据交换不再需要数据转换，同时数据还可以双向传递。STEP-NC的本质特征是面向对象的，描述的是加工什么(what),而不是如何加工(how),具体的加工操作应由数控系统根据机床的具体资源状况自行确定。STEP-NC的数据模型包括了工件的所有加工任务，包括从毛坯到成品件的所有信息。加工过程是以工步作为基本单元。工步是对机床具体动作的概括描述，内容涉及三维几何信息、刀具信息、制造特征与工艺信息。由于STEP-NC数控程序信息的完备性，使得机床可以在完全“了解”零件的条件下根据自身的具体情况调整或优化具体的操作，这就为机床加工过程的智能控制奠定了基础。STEP-NC的研究始于欧洲工业界和大学，其中1997年欧共体的OPTIMAL计划开发了遵从STEP标准的、面向对象数据模型作为铣削加工编程的数据接口，这为后续STEP-NC研究项目提供了基础。目前，STEP-NC的部分标准化工作已完成，并形成了国际标准。欧美等国家从智能制造的高度致力于基于STEP-NC的数控技术研究，并已取得了阶段性成果。欧洲通过在Siemens 840D上附加STEP-NC解释器和相应界面，开发出世界上第一台能直接读取STEP-NC数据的机床控制器。美国开发了一个STEP-NC数据库及其相应数据接口，称为超级模型，同时还开发了一系列的插件，用以从超级模型中读取数据后驱动传统数控机床。韩国的许多大学和研究机构如Seoul National University、HonikUniversity、Inha University等都参加了 STEP-NC技术的研究。为了推动这一技术的深入研究，韩国科技部还成立了 STEP-NC技术国家实验室，专门从事STEP-NC数控技术的研究。目前该实验室主要针对STEP-NC的数控系统的框架结构和实施策略等进行研究，并且已经成功研制出了 STEP-NC数控铣削加工系统原型机，建立起了 STEP-NC数控车削数据模型。新西兰奥克兰大学的Xun.ff.Xu教授在基于STEP-NC的CAD/CAM/CAPP/CNC集成和基于STEP-NC的在线检测方面进行了深入的研究，取得了一系列研究成果。英国的Newman教授在STEP-NC控制器、基于STEP-NC的工艺规划方面也进行了卓有成效的研究。基于STEP-NC的巨大优势，世界上的一些著名汽车厂商和控制器厂商如戴姆勒-克莱斯勒公司、沃尔沃公司、西门子公司等都积极参加STEP-NC技术的研究，对该技术的发展起了有力的推动作用。近年来，我国一些大学也陆续开展了 STEP-NC的研究工作。山东大学在基于STEP-NC铣削数据模型的基本理论和技术方面进行了深入的研究，建立了基于特征的现场规划模型，提出了运动特征的概念和基于agent型的STEP-NC控制器的框架结构；西北工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于STEP?NC的智能数控系统，连接布置在机床本体（6）上共同构成基于STEP?NC的智能数控机床，其特征在于：所述基于STEP?NC的智能数控系统具体由下述几部分构成：计算机控制装置（1）、机床加工控制器（2）、驱动器（3）、伺服装置（4）、接口（5）、机床监控装置（8）；其中：机床加工控制器（2）分别与计算机控制装置（1）和驱动器（3）连接，驱动器（3）还通过接口（5）与伺服装置（4）连接；伺服装置（4）连接布置在机床本体（6）上；机床监控装置（8）分别连接着计算机控制装置（1）、机床本体（6）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒启林，王国勋，王军，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：