數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測的step-nc集成技術(shù)研究
宋文學(xué)1,2
（1西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，西安710072; 2西安航空技術(shù)高等�？茖W(xué)校，西安710077）
摘要：針對目前step-nc體系中缺乏對于數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測信息有效反饋并分析的缺點(diǎn)，本文提出了一種基于數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)預(yù)測技術(shù)的step-nc集成技術(shù)結(jié)構(gòu)，在采用開放式pc +i/o軟件化多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了這種新型step-nc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)原理。
關(guān)鍵詞：step-nc；狀態(tài)監(jiān)測；狀態(tài)預(yù)測；開放式結(jié)構(gòu)；數(shù)控系統(tǒng)
中圖分類號：tp273+．5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)04-0064-04
o引言
1997年歐共體通過optimal計(jì)劃開發(fā)了一種遵從step標(biāo)準(zhǔn)，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，提出了step - nc的概念，將step擴(kuò)展至cnc領(lǐng)域，為解決制造過程底層環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)交換問題開辟了新的途徑。它要求cnc系統(tǒng)直接使用符合step標(biāo)準(zhǔn)的cad三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型（包括幾何數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)和制造特征），加上工藝的信息和刀具信息，直接產(chǎn)生nc程序控制機(jī)床運(yùn)行，基于step - nc的數(shù)控程序廢棄了傳統(tǒng)的數(shù)控程序中直接對坐標(biāo)軸和刀具動(dòng)作進(jìn)行編程的做法，采用了iso -10303數(shù)據(jù)格式和面向特征的編程原則。它以工作步驟作為加工流程的基本單位，將特征與技術(shù)信息聯(lián)系到一起。
step-nc的發(fā)展使得step標(biāo)準(zhǔn)延伸到了自動(dòng)化加工的底層設(shè)備，建立了一整條制造網(wǎng)的高速公路。但是step-nc技術(shù)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，是需要對數(shù)控機(jī)床和刀具的信息進(jìn)行分析和處理，一般是采用建立機(jī)床和刀具參數(shù)信息庫的方式來實(shí)現(xiàn)，但目前采用的方式只是把數(shù)控機(jī)床和刀具的基本參數(shù)進(jìn)行分析，并未見遁過實(shí)時(shí)在線獲得各種參數(shù)信息的方式來現(xiàn)。由于沒有實(shí)時(shí)信息，數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)無法由step-nc獲得，會(huì)對step-nc具體規(guī)劃加工流程產(chǎn)生一定的影響，比如數(shù)控機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)軸的狀態(tài)信息，刀具磨損的狀態(tài)信息，甚至機(jī)床整體潛在故障的信息等，都會(huì)對整個(gè)加工流程產(chǎn)生比較大影響。
數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)預(yù)測技術(shù)，目前已經(jīng)有很多技術(shù)人員在進(jìn)行研究，主要針對故障預(yù)測和處理方面，少有人將這類技術(shù)應(yīng)用在加工過程工藝規(guī)劃方面。本文的研究重點(diǎn)是利用數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和狀態(tài)預(yù)測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)step-nc的加工過程工藝規(guī)劃(capp)與計(jì)算機(jī)輔助制造( cam)，以及數(shù)控系統(tǒng)(cnc)的集成技術(shù)。
1step-nc集成技術(shù)架構(gòu)
1.1傳統(tǒng)的數(shù)控加工設(shè)計(jì)制造
傳統(tǒng)的數(shù)控加工流程見圖1，cad完成產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品定型，capp接受cad的設(shè)計(jì)結(jié)果生成工藝方案，cam負(fù)責(zé)cnc加工程序的生成，cnc負(fù)責(zé)具體加工生產(chǎn)。這種方式把cad-capp-cam與cnc完全斷開，cad、capp、cam -般只根據(jù)需要加工的部件參數(shù)要求進(jìn)行處理，只有cam在利用后置處理的時(shí)候考慮數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，cnc只負(fù)責(zé)接受標(biāo)準(zhǔn)g、m指令代碼來實(shí)現(xiàn)加工。
l.2 step-nc的數(shù)控加工設(shè)計(jì)流程
針對傳統(tǒng)數(shù)控加工流程的不足，step-nc技術(shù)采用了如圖2所示的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)新的設(shè)計(jì)加工流程。普通cad輸出的step文件主要包含的是零件的幾何和拓?fù)湫畔�，而這些低層次的信息遠(yuǎn)不能滿足capp系統(tǒng)的需求。通過一個(gè)step中性文件轉(zhuǎn)換器，將特征信息加入到step文件中，它不但包含零件的幾何和拓?fù)湫畔�，還包含了公差、表面粗糙度、特征定義、材料和管理等高層次的信息。capp系統(tǒng)通過step文件來獲取零件的幾何和工藝信息，并進(jìn)行相應(yīng)的i藝設(shè)計(jì)。當(dāng)工藝設(shè)計(jì)完成后，將零件的加工費(fèi)用、加工時(shí)間以及零件的可加工性等信息反饋給cad系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)反饋信息進(jìn)行零件的****設(shè)計(jì)。cam和cnc系統(tǒng)則通過標(biāo)準(zhǔn)的step - nc數(shù)據(jù)接口來實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。
1.3基于數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)預(yù)測的step-nc加工流程
下面介紹的step-nc系統(tǒng)提供了一套比較好的cad-capp-cam-cnc的綜合體系，但這個(gè)體系也有一些不足之處，數(shù)控機(jī)床是一套非 |
