專利名稱：一種基于step-nc的智能數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及基于STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，為提高加工質(zhì)量和加工效率，現(xiàn)代金屬切削機(jī)床普遍采用了數(shù)控技術(shù)，數(shù)控機(jī)床已廣泛應(yīng)用于航空、航天、國(guó)防、機(jī)械制造等各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)作為數(shù)控機(jī)床的核心，是各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的高新技術(shù)，其技術(shù)復(fù)雜，研究難度大，我國(guó)在這方面的研究相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距。努力縮短與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的差距、盡快趕上他們的水平是我國(guó)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要研究課題。目前的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)了50多年的發(fā)展，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，NC編程數(shù)據(jù)接口已成為國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為IS06983)。但是隨著對(duì)加工效率和加工質(zhì)量要求的不斷提高，按照IS06983數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)的固有弊病越來(lái)越明顯地暴露出來(lái)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①柔性化和智能化程度不高。由于該接口采用G/Μ代碼來(lái)描述零件的加工，它提供給系統(tǒng)的主要是刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等低層次的信息，而不包括零件的幾何和工藝信息，所以在系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)三維刀具形狀尺寸及加工余量的補(bǔ)償。當(dāng)實(shí)際工作情況有所不符(如刀具尺寸變化)時(shí)，原有程序無(wú)法使用，操作者無(wú)法在線進(jìn)行干預(yù)。另外，由于程序中缺乏對(duì)被加工零件的幾何和工藝等高層次信息的描述，所以造成了整個(gè)系統(tǒng)僅僅是一個(gè)被動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，缺乏柔性和智能性。②產(chǎn)品信息從CAD/CAM到CNC是單向流動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)信息的共享和集成。零件程序一旦生成便無(wú)法更改，當(dāng)車間層的加工條件發(fā)生變化時(shí)，變化信息難以反饋給上游的設(shè)計(jì)部門；另外，由于不同類型數(shù)控系統(tǒng)、不同廠家生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床編程的方法都不盡相同，因此在編程時(shí)不但要了解所選用的數(shù)控機(jī)床的規(guī)格型號(hào)、性能、系統(tǒng)所具有的功能，還要 詳細(xì)了解數(shù)控系統(tǒng)的編程說(shuō)明書及指令格式，這種強(qiáng)烈依賴于具體數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)使得程序不具有可移植性。因此，不但系統(tǒng)和上游的系統(tǒng)間難以實(shí)現(xiàn)信息的集成和共享，而且不同的系統(tǒng)之間也難以實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。③不支持樣條插補(bǔ)功能。由于受傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)插補(bǔ)(直線、圓弧插補(bǔ)，在三坐標(biāo)以上加工時(shí)僅采用空間直線插補(bǔ))能力的限制，在實(shí)際生產(chǎn)中，自由曲面零件的數(shù)控加工一般都采用CAM軟件進(jìn)行NC編程。CAM軟件的工作過(guò)程如下:首先對(duì)自由曲面進(jìn)行刀具軌跡規(guī)劃與生成，然后通過(guò)大量的微小直線段逼近刀具軌跡曲線，生成刀位數(shù)據(jù)文件和NC程序。采用這種方法有以下缺點(diǎn):第一，勢(shì)必產(chǎn)生大量的NC程序(GOl)和相對(duì)較大的逼近誤差；第二，會(huì)導(dǎo)致刀具軌跡曲線各GOl段連接處幾何上一階、二階導(dǎo)數(shù)的不連續(xù)，使本來(lái)光滑的軌跡曲線不光滑。在加工中，由于刀具軌跡曲線的不連續(xù)會(huì)引起進(jìn)給速度和加速度的不連續(xù)，將導(dǎo)致刀具運(yùn)動(dòng)方向和受力情況的突然變化，從而不可避免地引起機(jī)床振動(dòng)，產(chǎn)生較差的表面質(zhì)量，并加快刀具的磨損；第三，在CNC系統(tǒng)內(nèi)由于頻繁的程序段處理會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間，也會(huì)限制進(jìn)給速度的提高；第四，在復(fù)雜的精密零件加工中，NC代碼段定義的位移極小，在高速加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)切或欠切的可能性。因此，傳統(tǒng)的CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)技術(shù)嚴(yán)重影響了曲面加工的插補(bǔ)精度和加工效率。④IS06983數(shù)據(jù)按口存在語(yǔ)義歧義，不能保證數(shù)據(jù)被數(shù)控系統(tǒng)正確識(shí)別和理解。IS06983數(shù)據(jù)接口存在的上述不足使CAD/CAM與CNC的集成很難實(shí)現(xiàn)，特別是在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，企業(yè)分布在全球各地制造中心的數(shù)控設(shè)備、加工能力、生產(chǎn)系統(tǒng)和員工素質(zhì)是不完全相同的，同一個(gè)產(chǎn)品在不同的加工地點(diǎn)制造需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理，這樣不僅浪費(fèi)大量的人力、物力，延長(zhǎng)制造周期，而且很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。因此企業(yè)迫切需要具有可移植性、智能化和自適應(yīng)性的新一代數(shù)控設(shè)備，以滿足網(wǎng)絡(luò)化條件下的柔性智能制造。基于IS06983已成為數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在CAD/CAM/CNC鏈之間的雙向無(wú)縫流動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造的一體化和數(shù)控機(jī)床的智能化、可移植性和自適應(yīng)性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織最近制定了一套新的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)IS014649用于取代目前的IS06983標(biāo)準(zhǔn)。由于IS014649是已有的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口(STEP)向數(shù)控領(lǐng)域的擴(kuò)展，它定義了不依賴于具體機(jī)床的雙向CNC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，稱之為“STEP-NC”?；赟TEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和CAD/CAM系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)一樣都遵循STEP格式，這就使得CAD/CAM和CNC之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換不再需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)數(shù)據(jù)還可以雙向傳遞。STEP-NC的本質(zhì)特征是面向?qū)ο蟮?，描述的是加工什?what),而不是如何加工(how),具體的加工操作應(yīng)由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床的具體資源狀況自行確定。STEP-NC的數(shù)據(jù)模型包括了工件的所有加工任務(wù)，包括從毛坯到成品件的所有信息。加工過(guò)程是以工步作為基本單元。工步是對(duì)機(jī)床具體動(dòng)作的概括描述，內(nèi)容涉及三維幾何信息、刀具信息、制造特征與工藝信息。由于STEP-NC數(shù)控程序信息的完備性，使得機(jī)床可以在完全“了解”零件的條件下根據(jù)自身的具體情況調(diào)整或優(yōu)化具體的操作，這就為機(jī)床加工過(guò)程的智能控制奠定了基礎(chǔ)。STEP-NC的研究始于歐洲工業(yè)界和大學(xué)，其中1997年歐共體的OPTIMAL計(jì)劃開發(fā)了遵從STEP標(biāo)準(zhǔn)的、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型作為銑削加工編程的數(shù)據(jù)接口，這為后續(xù)STEP-NC研究項(xiàng)目提供了基礎(chǔ) 。目前，STEP-NC的部分標(biāo)準(zhǔn)化工作已完成，并形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。歐美等國(guó)家從智能制造的高度致力于基于STEP-NC的數(shù)控技術(shù)研究，并已取得了階段性成果。歐洲通過(guò)在Siemens 840D上附加STEP-NC解釋器和相應(yīng)界面，開發(fā)出世界上第一臺(tái)能直接讀取STEP-NC數(shù)據(jù)的機(jī)床控制器。美國(guó)開發(fā)了一個(gè)STEP-NC數(shù)據(jù)庫(kù)及其相應(yīng)數(shù)據(jù)接口，稱為超級(jí)模型，同時(shí)還開發(fā)了一系列的插件，用以從超級(jí)模型中讀取數(shù)據(jù)后驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床。韓國(guó)的許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)如Seoul National University、HonikUniversity、Inha University等都參加了 STEP-NC技術(shù)的研究。為了推動(dòng)這一技術(shù)的深入研究，韓國(guó)科技部還成立了 STEP-NC技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，專門從事STEP-NC數(shù)控技術(shù)的研究。目前該實(shí)驗(yàn)室主要針對(duì)STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和實(shí)施策略等進(jìn)行研究，并且已經(jīng)成功研制出了 STEP-NC數(shù)控銑削加工系統(tǒng)原型機(jī)，建立起了 STEP-NC數(shù)控車削數(shù)據(jù)模型。新西蘭奧克蘭大學(xué)的Xun.ff.Xu教授在基于STEP-NC的CAD/CAM/CAPP/CNC集成和基于STEP-NC的在線檢測(cè)方面進(jìn)行了深入的研究，取得了一系列研究成果。英國(guó)的Newman教授在STEP-NC控制器、基于STEP-NC的工藝規(guī)劃方面也進(jìn)行了卓有成效的研究。基于STEP-NC的巨大優(yōu)勢(shì)，世界上的一些著名汽車廠商和控制器廠商如戴姆勒-克萊斯勒公司、沃爾沃公司、西門子公司等都積極參加STEP-NC技術(shù)的研究，對(duì)該技術(shù)的發(fā)展起了有力的推動(dòng)作用。近年來(lái)，我國(guó)一些大學(xué)也陸續(xù)開展了 STEP-NC的研究工作。山東大學(xué)在基于STEP-NC銑削數(shù)據(jù)模型的基本理論和技術(shù)方面進(jìn)行了深入的研究，建立了基于特征的現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃模型，提出了運(yùn)動(dòng)特征的概念和基于agent型的STEP-NC控制器的框架結(jié)構(gòu)；西北工業(yè)大學(xué)杜鵑等研究了基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)功能的體系結(jié)構(gòu)，提出了基于STEP-NC的工藝設(shè)計(jì)和基于遺傳算法的工步序列優(yōu)化技術(shù)，研究了基于STEP-NC/XML的CAD/CAPP/CNC的系統(tǒng)集成技術(shù)，并對(duì)STEP-NC解析器的開發(fā)做了部分的研究。合肥工業(yè)大學(xué)的桂貴生、何慶在STEP-NC方面的研究主要集中于STEP-NC的數(shù)據(jù)模型、加工實(shí)體以及編程等方面；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王永章等對(duì)STEP-NC銑削控制器及其刀具規(guī)劃、加工仿真做了較為深入的研究；清華大學(xué)的葉佩青等提出了基于soft型開放式STEP-NC控制器的概念及實(shí)現(xiàn)原理，并對(duì)基于STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用XML實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CNC集成進(jìn)行了研究；哈爾濱工程大學(xué)的祝海濤等研究了基于STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM集成接口 ；華南理工大學(xué)的李偉光對(duì)STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)及基于STEP-NC的圖形編程方式進(jìn)行了研究；東南大學(xué)的仇曉黎則重點(diǎn)對(duì)基于STEP-NC的產(chǎn)品信息共享進(jìn)行了較為深入的研究。除此之外，國(guó)內(nèi)的華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校的研究人員也在STEP-NC方面做了一些研究。我們課題組近幾年也對(duì)基于STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，先后完成了制造特征自動(dòng)提取和識(shí)別、基于特征的工藝規(guī)劃和STEP-NC文件的生成、STEP-NC程序的解釋等方面的研究，取得了豐碩的研究成果。相對(duì)國(guó)外的研究狀況，國(guó)內(nèi)的STEP-NC研究還處于起步階段，研究也主要集中在銑削方面。盡管國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織推出了新的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)IS014649，然而如何實(shí)現(xiàn)在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下的智能數(shù)控系統(tǒng)目前還處于探索階段。當(dāng)前研究的基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)主要有三種類型:傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)、新型CNC系統(tǒng)和智能化CNC系統(tǒng)，如

圖1所示。傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)是在現(xiàn)有的CNC系統(tǒng)中添加一個(gè)模塊來(lái)識(shí)別STEP-NC程序，并從中提取相應(yīng)信息轉(zhuǎn)換成G/M代碼。這種類型的CNC系統(tǒng)仍然是基于G/Μ代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的加工的，因此并不是真正意義上的STEP-NC控制器。新型CNC系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的CNC的基礎(chǔ)上不僅增加了 STEP-NC程序的解釋器，而且還增加了 CAM 功能，即系統(tǒng)具有STEP-NC程序解釋模塊和刀具軌跡自動(dòng)生成模塊。這種控制器與傳統(tǒng)CNC控制器不同，其輸入格式不再是基于G/Μ代碼，所以很容易解決不同機(jī)床互不兼容的問(wèn)題，提高了數(shù)控系統(tǒng)的開放性。然而這種控制器只能遵循STEP-NC程序中規(guī)定的加工策略和順序來(lái)進(jìn)行加工，缺乏智能性。智能化CNC系統(tǒng)是在新型CNC系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加智能控制模塊，是一種理想的STEP-NC控制器。其主要特點(diǎn)是具有智能性，可以自主地按照加工環(huán)境執(zhí)行加工任務(wù)。目前歐美等國(guó)雖然研究并展示了一些原型系統(tǒng)，但都是基于上述類型I和類型2的，都不具有智能性。人們期望獲得一種技術(shù)效果更好的基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和相關(guān)的應(yīng)用方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種技術(shù)效果更好的基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)；其針對(duì)傳統(tǒng)的基于IS06983數(shù)控系統(tǒng)固有的缺陷提出了新一代數(shù)控系統(tǒng)的一種新的設(shè)計(jì)模型，其能支持智能化動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)工藝規(guī)劃，為數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展開拓了新的技術(shù)基礎(chǔ)。[0012]本實(shí)用新型提供了一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，連接布置在機(jī)床本體6(在此將機(jī)床中的機(jī)械部件和與計(jì)算機(jī)控制裝置無(wú)直接關(guān)系的其他檢測(cè)和控制部件的整體統(tǒng)稱為機(jī)床本體)上共同構(gòu)成基于STEP-NC的智能數(shù)控機(jī)床，其特征在于:所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)具體由下述幾部分構(gòu)成:計(jì)算機(jī)控制裝置、機(jī)床加工控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服裝置、接口、機(jī)床監(jiān)控裝置；其中:機(jī)床加工控制器分別與計(jì)算機(jī)控制裝置和驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器還通過(guò)接口與伺服裝置連接；伺服裝置連接布置在機(jī)床本體上；機(jī)床監(jiān)控裝置分別連接著計(jì)算機(jī)控制裝置、機(jī)床本體。所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:計(jì)算機(jī)控制裝置中還包含有用于對(duì)來(lái)自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進(jìn)行翻譯和解釋的STEP-NC文件解釋器101。在STEP-NC文件解釋器101對(duì)來(lái)自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進(jìn)行翻譯和解釋之后，進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工工藝規(guī)劃和檢測(cè)規(guī)劃處理；之后分別及逆行那個(gè)刀具路徑生成及規(guī)劃處理、測(cè)頭路徑生成及規(guī)劃處理；然后根據(jù)刀軌信息和測(cè)頭軌跡信息生成最終的加工和測(cè)試指令，并借助于控制程序指揮機(jī)床本體按控制要求進(jìn)行工作。STEP-NC文件解釋器101可以由專門的硬件支持這一功能模塊，也可以作為計(jì)算機(jī)控制裝置中的一個(gè)軟件功能模塊存在并發(fā)揮作用。所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)還滿足下述要求:機(jī)床加工控制器是運(yùn)動(dòng)控制器，其具體加工位置控制裝置和加工速度控制裝置；機(jī)床監(jiān)控裝置具體是下述幾者的組合:機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)件監(jiān)控裝置、加工位置檢測(cè)裝置、加工速度檢測(cè)裝置、加工刀具檢測(cè)裝置、零件表面質(zhì)量和加工精度檢測(cè)裝置、意外和故障檢測(cè)裝置。所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)中，伺服裝置具體是伺服電機(jī)。伺服裝置4通常為多個(gè)，分別支持多個(gè)機(jī)床坐標(biāo)軸的動(dòng)力。在本實(shí)用新型 的技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中，盡管到目前為止人們對(duì)基于STEP-NC的數(shù)控技術(shù)的研究還處于初步階 段，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的智能化數(shù)控系統(tǒng)，但已有的研究成果表明，基于STEP-NC的數(shù)控技術(shù)必將會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)乃至制造業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①?gòu)漠?dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)看，基于STEP-NC的CNC將逐漸取代傳統(tǒng)的CNC，并向著以自治和自主加工為基本目標(biāo)的智能化方向發(fā)展。②CAD/CAM/CNC之間將會(huì)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。CAD/CAM與CNC的雙向數(shù)據(jù)流動(dòng)，使得設(shè)計(jì)部門能夠清楚地了解到加工實(shí)況，并且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)編程返回的信息對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行及時(shí)快速的調(diào)整，生廣效率將得到極大的提聞。③網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)/制造成為現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)代制造企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享各種信息，同時(shí)由于全球制造企業(yè)采用統(tǒng)一的STEP-NC數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)可以在基于PC機(jī)的CNC機(jī)床與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間直接進(jìn)行。④實(shí)現(xiàn)完全意義上的開放式智能數(shù)控系統(tǒng)。由于STEP-NC數(shù)據(jù)包含了加工產(chǎn)品所需的所有信息，對(duì)于STEP-NC控制器而言，它只需要告訴CNC要加工什么，具體動(dòng)作由CNC自行決定，使程序具有良好的互操作性和可移植性，為CNC系統(tǒng)的開放性和智能化奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是衡量國(guó)家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志，先進(jìn)制造技術(shù)的核心是數(shù)控技術(shù)。STEP - NC的出現(xiàn)，對(duì)數(shù)控技術(shù)乃至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。STEP-NC不僅是真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)論何時(shí)，無(wú)論何地(Whenever and Wherever) ”的網(wǎng)絡(luò)化制造，而且STEP-NC引發(fā)了一種嶄新的制造和產(chǎn)品理念。打破了傳統(tǒng)有形的真實(shí)產(chǎn)品的固有產(chǎn)品理念，將產(chǎn)品理念推廣到無(wú)形的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型這一更大范圍。為相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了更為廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型所述的基于STEP-NC智能數(shù)控銑削系統(tǒng)是智能數(shù)控技術(shù)的一個(gè)重要例證，在整個(gè)加工過(guò)程中有助于加工數(shù)據(jù)流迅速地實(shí)現(xiàn)在各個(gè)部門、各個(gè)企業(yè)甚至國(guó)際間的自由訪問(wèn)和數(shù)據(jù)共享，CAD/CAM與CNC之間的瓶頸效應(yīng)也不復(fù)存在，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期將大大縮短。根據(jù)STEP Tools公司的研究數(shù)據(jù)表明:STEP-NC的應(yīng)用將使目前加工前數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間減少75%，工藝規(guī)劃時(shí)間減少35%，加工時(shí)間減少50%。本實(shí)用新型是從技術(shù)角度出發(fā)提出的基于STEP-NC技術(shù)的智能數(shù)控銑削系統(tǒng)的一種現(xiàn)實(shí)可行的整體設(shè)計(jì)和應(yīng)用方案，其具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和較為重大的社會(huì)效益。本實(shí)用新型針對(duì)傳統(tǒng)的基于IS06983數(shù)控系統(tǒng)固有的缺陷提出了新一代數(shù)控系統(tǒng)的一種新的設(shè)計(jì)模型，其能支持智能化動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)工藝規(guī)劃，為數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展開拓了新的技術(shù)基礎(chǔ)。其創(chuàng)新特色突出表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:1、提出閉環(huán)控制的、智能化的新一代數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)支持CAD/CAM/CNC的信息雙向傳遞；2、其更為契合動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)工藝規(guī)劃方法的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)機(jī)床的資源狀況優(yōu)化數(shù)控加工工藝的技術(shù)目的；使得機(jī)床能充分利用現(xiàn)有制造資源以最佳的工藝參數(shù)進(jìn)行加工并得到最好的加工精度等質(zhì)量保證；是數(shù)控機(jī)床智能性發(fā)展的一個(gè)重要嘗試；3、基于本實(shí)用新型，人們可以進(jìn)一步研究面向制造特征的刀軌生成算法，使數(shù)控機(jī)床能夠真正實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的制造特征、加工精度和加工策略確定最佳的刀具軌跡成為可能；也從而進(jìn)一步體現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的智能性；
·[0029]4、本實(shí)用新型可以以IS014649標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的STEP-NC程序文件作為數(shù)控程序代碼，徹底擯棄傳統(tǒng)的G/Μ代碼；同時(shí)具有無(wú)干涉刀具軌跡自動(dòng)生成和優(yōu)化功能，并具有加工過(guò)程的故障診斷及自動(dòng)監(jiān)控功能，并可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和結(jié)果反饋。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:圖1為現(xiàn)有技術(shù)中STEP-NC控制器的三種類型工作原理示意簡(jiǎn)圖；圖2為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)整體構(gòu)成原理示意簡(jiǎn)圖；圖3為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)工作流程示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖中的各附圖標(biāo)記含義如下:計(jì)算機(jī)控制裝置1、機(jī)床加工控制器2、驅(qū)動(dòng)器3、伺服裝置4、接口 5、機(jī)床本體6、CAD系統(tǒng)7、機(jī)床監(jiān)控裝置8。關(guān)于附圖3的說(shuō)明:圖3為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意圖，其側(cè)重于針對(duì)編程過(guò)程說(shuō)明體系中的重點(diǎn)內(nèi)容；圖中的文字內(nèi)容按照本領(lǐng)域常規(guī)表達(dá)方式說(shuō)明了硬件模塊內(nèi)部的功能支持軟件的構(gòu)成和各自的關(guān)系；關(guān)于附圖4的說(shuō)明:圖4為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)工作流程示意圖，其側(cè)重于針對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明；圖中的文字內(nèi)容按照本領(lǐng)域常規(guī)表達(dá)方式說(shuō)明了硬件模塊內(nèi)部的功能支持軟件的構(gòu)成和各自的關(guān)系。實(shí)施例1一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，連接布置在機(jī)床本體6 (在此將機(jī)床中的機(jī)械部件和與計(jì)算機(jī)控制裝置I無(wú)直接關(guān)系的其他檢測(cè)和控制部件的整體統(tǒng)稱為機(jī)床本體6)上共同構(gòu)成基于STEP-NC的智能數(shù)控機(jī)床；所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)具體由下述幾部分構(gòu)成:計(jì)算機(jī)控制裝置1、機(jī)床加工控制器2、驅(qū)動(dòng)器3、伺服裝置4、接口 5、機(jī)床監(jiān)控裝置8 ;其中:機(jī)床加工控制器2分別與計(jì)算機(jī)控制裝置I和驅(qū)動(dòng)器3連接，驅(qū)動(dòng)器3還通過(guò)接口 5與伺服裝置4連接；伺服裝置4連接布置在機(jī)床本體6上；機(jī)床監(jiān)控裝置8分別連接著計(jì)算機(jī)控制裝置1、機(jī)床本體6。
所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)控制裝置I中還包含有用于對(duì)來(lái)自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進(jìn)行翻譯和解釋的STEP-NC文件解釋器101。在STEP-NC文件解釋器101對(duì)來(lái)自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進(jìn)行翻譯和解釋之后，進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工工藝規(guī)劃和檢測(cè)規(guī)劃處理；之后分別及逆行那個(gè)刀具路徑生成及規(guī)劃處理、測(cè)頭路徑生成及規(guī)劃處理；然后根據(jù)刀軌信息和測(cè)頭軌跡信息生成最終的加工和測(cè)試指令，并借助于控制程序指揮機(jī)床本體按控制要求進(jìn)行工作。所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)還滿足下述要求:機(jī)床加工控制器2是運(yùn)動(dòng)控制器，其具體是加工位置控制裝置和加工速度控制裝置的組合應(yīng)用；機(jī)床監(jiān)控裝置8具體是下述幾者的組合:機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)件監(jiān)控裝置、加工位置檢測(cè)裝置、加工速度檢測(cè)裝置、加工刀具檢測(cè)裝置、零件表面質(zhì)量和加工精度檢測(cè)裝置、意外和故障檢測(cè)裝置。所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)中，伺服裝置4具體是伺服電機(jī)。本實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)控制裝置I具體為工控機(jī)，機(jī)床加工控制器2具體由數(shù)字信號(hào)處理器DSP和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPRG相結(jié)合的組件承擔(dān)對(duì)應(yīng)功能，驅(qū)動(dòng)器3和伺服裝置4具體可由電機(jī)及其專用驅(qū)動(dòng)單元共同承擔(dān)對(duì)因功能，接口 5、機(jī)床監(jiān)控裝置8主要進(jìn)行下述監(jiān)控任務(wù)實(shí)施:機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、加工位置和速度檢測(cè)、加工刀具檢測(cè)、零件質(zhì)量和精度檢測(cè)、意外和故障檢測(cè)；機(jī)床監(jiān)控裝置8具體是一些檢測(cè)用的測(cè)量裝置的組合應(yīng)用；接口 5具體提供電連接和信號(hào)交互支持。在本實(shí)施例的技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中，提供了一種基于STEP-NC的數(shù)控技術(shù)的研究方案。盡管到目前為止人們對(duì)基于STEP-NC的數(shù)控技術(shù)的研究還處于初步階段，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的智能化數(shù)控系統(tǒng)，但已有的研究成果表明，基于STEP-NC的數(shù)控技術(shù)必將會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)乃至制造業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①?gòu)漠?dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)看，基于STEP-NC的CNC將逐漸取代傳統(tǒng)的CNC，并向著以自治和自主加工為基本目標(biāo)的智能化方向發(fā)展。②CAD/CAM/CNC之間將會(huì)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。CAD/CAM與CNC的雙向數(shù)據(jù)流動(dòng)，使得設(shè)計(jì)部門能夠清楚地了解到加工實(shí)況，并且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)編程返回的信息對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行及時(shí)快速的調(diào)整，生廣效率將得到極大的提聞。③網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)/制造成為現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)代制造企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享各種信息，同時(shí)由于全球制造企業(yè)采用統(tǒng)一的STEP-NC數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)可以在基于PC機(jī)的CNC機(jī)床與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間直接進(jìn)行。④實(shí)現(xiàn)完全意義上的開放式智能數(shù)控系統(tǒng)。由于STEP-NC數(shù)據(jù)包含了加工產(chǎn)品所需的所有信息，對(duì)于STEP-NC控制器而言，它只需要告訴CNC要加工什么，具體動(dòng)作由CNC自行決定，使程序具有良好的互操作性和可移植性，為CNC系統(tǒng)的開放性和智能化奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，先進(jìn)制造技術(shù)的核心是數(shù)控技術(shù)。STEP - NC的出現(xiàn)，是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)數(shù)控技術(shù)乃至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。STEP-NC不僅是真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)論何時(shí)，無(wú)論何地(Whenever and Wherever) ”的網(wǎng)絡(luò)化制造，而且STEP-NC引發(fā)了一種嶄新的制造和產(chǎn)品理念。打破了傳統(tǒng)有形的真實(shí)產(chǎn)品的固有產(chǎn)品理念，將產(chǎn)品理念推廣到無(wú)形的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型這一更大范圍。本實(shí)施例作為實(shí)例所提出的具體技術(shù)方案為相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了更為廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)施例所述的基于STEP-NC智能數(shù)控銑削系統(tǒng)是智能數(shù)控技術(shù)的一個(gè)重要例證，在整個(gè)加工過(guò)程中有助于加工數(shù)據(jù)流迅速地實(shí)現(xiàn)在各個(gè)部門、各個(gè)企業(yè)甚至國(guó)際間的自由訪問(wèn)和數(shù)據(jù)共享，CAD/CAM與CNC之間的瓶頸效應(yīng)也不復(fù)存在，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期將大大縮短。根據(jù)STEP Tools公司的研究數(shù)據(jù)表明:STEP-NC的應(yīng)用將使目前加工前數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間減少75%，工藝規(guī)劃時(shí)間減少35%，加工時(shí)間減少50%。本實(shí)施例是從技術(shù)角度出發(fā)提出的基于STEP-NC技術(shù)的智能數(shù)控銑削系統(tǒng)的一種現(xiàn)實(shí)可行的整體設(shè)計(jì)和應(yīng)用方案，其具有重 要的經(jīng)濟(jì)意義和較為重大的社會(huì)效益。
權(quán)利要求1.一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng),連接布置在機(jī)床本體(6)上共同構(gòu)成基于STEP-NC的智能數(shù)控機(jī)床，其特征在于:所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)具體由下述幾部分構(gòu)成:計(jì)算機(jī)控制裝置(I)、機(jī)床加工控制器(2)、驅(qū)動(dòng)器(3)、伺服裝置(4)、接口(5)、機(jī)床監(jiān)控裝置(8);其中:機(jī)床加工控制器(2)分別與計(jì)算機(jī)控制裝置(I)和驅(qū)動(dòng)器(3)連接，驅(qū)動(dòng)器(3)還通過(guò)接口(5)與伺服裝置(4)連接；伺服裝置(4)連接布置在機(jī)床本體(6)上；機(jī)床監(jiān)控裝置(8 )分別連接著計(jì)算機(jī)控制裝置(I)、機(jī)床本體(6 )。
2.按照權(quán)利要求1所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)還滿足下述要求: 機(jī)床加工控制器(2)是運(yùn)動(dòng)控制器，其具體加工位置控制裝置和加工速度控制裝置的組合； 機(jī)床監(jiān)控裝置(8)具體是下述幾者的組合:機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)件監(jiān)控裝置、加工位置檢測(cè)裝置、加工速度檢測(cè)裝置、加工刀具檢測(cè)裝置、零件表面質(zhì)量和加工精度檢測(cè)裝置、意外和故障檢測(cè)裝置。
3.按照權(quán)利要求2所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述基于STEP-NC的智能數(shù)控 系統(tǒng)中，伺服裝置(4)具體是伺服電機(jī)。
專利摘要一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，連接布置在機(jī)床本體上，其由下述幾部分構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制裝置、機(jī)床加工控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服裝置、接口、機(jī)床監(jiān)控裝置；其中機(jī)床加工控制器分別與計(jì)算機(jī)控制裝置和驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器還通過(guò)接口與伺服裝置連接；伺服裝置連接布置在機(jī)床本體上；機(jī)床監(jiān)控裝置分別連接著計(jì)算機(jī)控制裝置、機(jī)床本體。本實(shí)用新型有助于加工數(shù)據(jù)流的自由訪問(wèn)和數(shù)據(jù)共享,CAD/CAM與CNC之間的瓶頸效應(yīng)也不復(fù)存在,產(chǎn)品的生產(chǎn)周期將大大縮短。其具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和較為重大的社會(huì)效益。
文檔編號(hào)G05B19/4093GK203117724SQ20132013809
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者舒啟林, 王國(guó)勛, 王軍 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)