CA6140機床數(shù)控化改造設(shè)計（含全套CAD圖紙）,ca6140,機床,數(shù)控,改造,設(shè)計,全套,cad,圖紙 數(shù)控機床更加開放，可互操作的，智能的技術(shù)評論 摘要 新一代的計算機數(shù)控（CNC）機器的目的是可移植的，可互操作的，適應(yīng)能力強。近年，G-代碼（ISO 6983）已廣泛應(yīng)用于部分編程的數(shù)控機床，但在開發(fā)新一代的數(shù)控機床上也被認為是一個瓶頸。一個叫STEP-NC的新標準正在作為一種新型數(shù)控機床的數(shù)據(jù)模型而發(fā)展起來。數(shù)據(jù)模型是一個通用的標準，專門針對智能化的數(shù)控制造工作站，來實現(xiàn)一個標準CNC控制器和NC代碼生成工具的目標。它被認為是一個實現(xiàn)STEP-NC的數(shù)控機床更加開放的，更強適應(yīng)性的基礎(chǔ)架構(gòu)。本文概述了STEP-NC的未來主義觀點來支持通過全球網(wǎng)絡(luò)的自主制造工作站進行的可互操作的分布式STEP兼容數(shù)據(jù)的解釋，部分智能程序的生成，診斷和維護，監(jiān)測和作業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的智能制造。 2005年，愛思唯爾B.V.保留所有權(quán)利。 1. 介紹 從一開始在19世紀的工藝生產(chǎn)到20世紀初所開拓的大規(guī)模生產(chǎn)中已經(jīng)出現(xiàn)了制造系統(tǒng)中一些革命性的配置變化。最被認可的傳統(tǒng)配置制造系統(tǒng)是專用的傳輸（機器）線，它們使大規(guī)模生產(chǎn)在高效率和低成本下進行成為可能。為滿足20世紀70年代和20世紀80年代生產(chǎn)發(fā)展中需要的應(yīng)用范圍更廣的零部件的要求，“靈活”生產(chǎn)得以發(fā)展來滿足這些需求較小的批次不同的生產(chǎn)部分。這些系統(tǒng)使用幾組計算機數(shù)控（CNC）機器來重新編程使不同部分與自動傳送系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)結(jié)合。 這些CNC機床在系統(tǒng)中成為核心要點，例如在靈活的傳輸線上，柔性制造系統(tǒng)（FMS）中和柔性制造單元（FMC）中。 然而，這些系統(tǒng)的靈活性還是被認為是被限制了的。為了讓制造企業(yè)在面對日益頻繁，不可預(yù)測的市場變化中自信的做好準備，可互操作的更加開放的制造系統(tǒng)是必要的。在可互操作，開放的制造系統(tǒng)的設(shè)計和操作過程中有必要區(qū)分系統(tǒng)上的問題，組件上（即機床和控制）的問題還有減少加速時間的問題。大部分的研究工作都不遺余力地放在了系統(tǒng)的問題上，對組件的問題的研究很少，而減少加速時間的問題就更被人忽視了。在組件層面上，研究工作主要圍繞關(guān)于機床的控制問題。目的在于為模塊化和開放式體系結(jié)構(gòu)控制提供可行的數(shù)控技術(shù)。 在任何制造系統(tǒng)中，數(shù)控機床都是其主要成分。需求和新的機遇賦予數(shù)控機床急需的功能，例如，互操作性，適應(yīng)性，靈活性和可重構(gòu)性。為此，有兩個主要問題需要解決，即產(chǎn)品數(shù)據(jù)的兼容性/互操作性和數(shù)控機床適應(yīng)性。至目前為止，很少有研究在這一領(lǐng)域開展，但由于被稱為STEP-NC的新的CNC數(shù)據(jù)模型的發(fā)展，出現(xiàn)了一股研究活動在設(shè)法解決上述的問題。本文報道了這些研究活動，并試圖解決數(shù)控機床的互操作性和適應(yīng)性的問題。 目前的CNC技術(shù)的障礙 今天的數(shù)控機床設(shè)計在如多軸控制，誤差補償和多工藝制造（例如，聯(lián)合車/銑/激光和磨床）的幫助下很好的發(fā)展起來了。但與此同時，這些功能的編程任務(wù)越來越困難而且機床本身也較難適應(yīng)。為緩解這一問題已經(jīng)付出了一些努力，特別是開放式體系結(jié)構(gòu)控制的趨勢方面，基于OSACA[5]和開放式模塊化結(jié)構(gòu)控制器（OMAC）[6]，第三方軟件可用于在控制器內(nèi)工作于標準的Windows操作系統(tǒng)下。對于軟件控制器的應(yīng)用是一個公認的未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，PLC的邏輯編輯在軟件中而不是硬件。 雖然這些事態(tài)發(fā)展都提高了軟件工具和數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，但供應(yīng)商和用戶仍在尋求一個共同的語言，它集成了CAD，CAPP，CAM，CNC，每個階段的知識轉(zhuǎn)換不會丟失信息。雖然有很多的輔助工具支持NC制造，但從系統(tǒng)到系統(tǒng)的適應(yīng)性和互操作性問題，仍然被看作是限制更廣泛地使用這些工具的關(guān)鍵問題之一。 2.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)的兼容性和互操作性 數(shù)控機床完成產(chǎn)品的設(shè)計和制造生命周期，往往不在于他們必須與上游子系統(tǒng)進行溝通，如CAD，CAPP，CAM。像SET，VDA和初始圖形交換規(guī)范（IGES）在中立數(shù)據(jù)交換協(xié)議的情況下就會使用，在合成的CAD/CAM系統(tǒng)之間會發(fā)生信息交換。然而，這只有部分成功，因為這些協(xié)議主要是為了交換幾何信息但不完全適用于所有的CAD / CAPP / CAM行業(yè)的需求。因此，國際社會制定的ISO10303[7]設(shè)置標準，稱為STEP為我們所熟知。 通過實施STEP AP-203[8]和STEP AP-214[9]在計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)交換的屏障被除去。然而，CAD / CAM和CNC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換問題仍未得到解決。CAD系統(tǒng)設(shè)計精確地描述了一部分的幾何形狀，而CAM系統(tǒng)根據(jù)目前的CAD模型和車間現(xiàn)有的資源上的幾何信息來使用計算機系統(tǒng)生成計劃和控制制造業(yè)務(wù)。最終結(jié)果是，CAM系統(tǒng)是一組能在數(shù)控機床上執(zhí)行的數(shù)控程序。STEP AP-203和STEP AP-214只有統(tǒng)一為一個CAM系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。在CAM系統(tǒng)的輸出方面，一個50年歷史的國際標準ISO 6983（稱為G-代碼或RS274D）[10]仍占據(jù)大多數(shù)數(shù)控機床控制系統(tǒng)的主導(dǎo)地位。 ISO 6983已經(jīng)過時，但仍然被廣泛使用，ISO 6983只支持單向的信息流從設(shè)計到制造的。 CAD數(shù)據(jù)不利用在機床上。相反，他們所處理的后處理器只得到了一組低層次的，不完整的數(shù)據(jù)，這使得修改，驗證和仿真變的困難。在車間所做的更改不能直接反饋給設(shè)計師。因此，在車間的寶貴經(jīng)驗不能被保存和再利用。 2.2 不靈活的CNC控制制度 ISO 6983標準側(cè)重于編程的機軸，刀具中心位置（CL）的部分，而不是加工任務(wù)的路徑。因此，ISO 6983定義程序語句的語法，但在大多數(shù)情況下留下的語義含糊不清，再加上低級別的有限的控制程序執(zhí)行。這些程序在CAM系統(tǒng)的機器經(jīng)過特定的處理器加工后，變的依賴于機器。為了提高數(shù)控機床的能力，CNC控制器供應(yīng)商還開發(fā)了自己定制的控制命令集，以增加更多的功能到他們的CNC控制器上，擴展ISO 6983。這些命令由于不同的供應(yīng)商之間的差異，將進一步造成機床之間數(shù)據(jù)的不兼容。 目前不靈活的的CNC控制制度意味著從CAM系統(tǒng)的輸出具有不適應(yīng)性，這反過來又否認有任何互操作性的數(shù)控機床。主要的原因是基于G代碼的部分程序只包含低級別的信息可以被描述為“如何做”的信息。數(shù)控機床，不管他們的能力，能做的只是“忠實地”遵循G代碼程序。這是不可能執(zhí)行智能控制或加工優(yōu)化的。 3. STEP-NC標準 今天，一個正在被STEP-NC供應(yīng)商，用戶和全球范圍內(nèi)的學術(shù)機構(gòu)開發(fā)的新的標準ISO 14649[11-16]被非正式的確認了，這將給一種新的智能CNC提供一個數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型是一個專門針對NC編程的通用標準，這使得一個標準的CNC控制器和NC代碼生成工具的目標得以實現(xiàn)。目前正在開發(fā)兩個版本的STEP-NC ISO。首先是應(yīng)用參考模型（ARM）（即ISO 14649）和其他應(yīng)用程序的解釋模型（AIM），ISO 14649（即ISO 10303 AP-238 [17]）。欲了解更多使用方面信息和它們之間的差異的讀者可以參考[18,19]。 不同于當前的NC編程標準（ISO 6983），ISO 14649不是部分編程的方法，通常不會說明數(shù)控機床的刀具移動。相反，它采用各種信息表示基于功能的編程，如待加工功能，使用的工具類型，要執(zhí)行的操作，和遵循的操作順序，以一個詳細的，結(jié)構(gòu)化的接口提供給數(shù)控設(shè)備一個面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。雖然它能近似的定義為機床刀具使用STEP-NC標準的運動軌跡，這個標準的目的是讓后期的新品種智能控制器--STEP-NC控制器能生成這些命令。它的宗旨是讓STEP-NC零件程序可以只要編寫一次，但可以在許多不同類型的機床控制器上提供機器所需的處理能力。能做到這一點，數(shù)控機床和控制程序的適應(yīng)性和可互操作性就能得以實現(xiàn)了。圖.1說明幾何和加工信息，現(xiàn)在可以在CAD / CAM系統(tǒng)和STEP-NC控制器之間雙向傳送[20]。一個關(guān)鍵的問題是刀具路徑的運動信息是可選的，理想情況下應(yīng)該由STEP-NC控制器在機器上生成。 被定義為加工功能（類似的AP-224[22]）的幾何信息以稱為工作步驟的加工操作執(zhí)行一個或多個功能。這些加工步驟提供基本的“工作計劃”制造組件。圖.2示出了一個實際的數(shù)據(jù)提取物形成的工作計劃進行開槽，鉆孔和扒竊的加工步驟的一部分。要注意的重要的一點是，這個代碼是STEP-NC智能控制器導(dǎo)入和導(dǎo)出所傳送的（物理）文件。這個文件是由控制器解讀，在控制器上通過一個智能的人工數(shù)據(jù)接口（MDI）或CAD / CAM系統(tǒng)使數(shù)控運營商在一個工步水平（即加工操作）進行交互。使用STEP-NC的好處如下[23]。 · STEP-NC提供了一個完整的，結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)模型，幾何和技術(shù)的信息聯(lián)系起來，這樣在產(chǎn)品開發(fā)過程的不同階段不會丟失任何信息。 · 它的數(shù)據(jù)元素足夠來形容任務(wù)導(dǎo)向型的NC數(shù)據(jù)。 · 數(shù)據(jù)模型在進一步的技術(shù)和擴展性（一致性等級）上是可發(fā)展的，來匹配特定的CAM，SFP或者NC的能力。 · 可以大大減少中小型工作任務(wù)的加工時間，因為STEP-NC控制器能進行智能優(yōu)化。 · 后處理器機制將被淘汰，因為接口不要求機器特定的信息。 · 機床更安全而且有更強的適應(yīng)性因為STEPNC是從機床供應(yīng)商中獨立的。 · 在車間的改造可以保存并反饋給設(shè)計部門，因此可以實現(xiàn)雙向信息在CAD/ CAM和數(shù)控機床之間的傳輸。 · XML文件可以作為一個信息載體，從而基于Web進行分布式制造。 STEP-NC的價值主張有詳細的討論在OMAC STEP-NC工作組的一份報告[24]和其他出版物[20,23,25]中可以找到。 Fig. 1. STEP-NC的雙向信息流 [21]. Fig. 2.STEP-NC物理文件示例[20]. 4. STEP-NC更加開放和可互操作的機床 相關(guān)的STEP-NC的研究工作有四種類型：（1）傳統(tǒng)的CNC控制使用STEP-NC（2）啟用新的STEP-NC的控制；（3）STEP-NC的智能控制；（4）啟用協(xié)作STEP-NC的加工。從1型到4型，適應(yīng)性程度是遞增的。應(yīng)當注意的是，STEP-NC和STEP現(xiàn)已形成用于較完整的產(chǎn)品信息的通用數(shù)據(jù)模型。其深遠的影響在于一個完全整合的CAD，CAPP，CAM和CNC在完整的設(shè)計，制造產(chǎn)業(yè)鏈所需的互操作性和適應(yīng)性。由于本文的討論范圍有限，只有直接關(guān)系到支持STEP-NC的CAM / CNC的研究工作才進行了討論。 4.1 傳統(tǒng)的CNC控制使用STEP-NC 這種類型的研究，標志著STEP-NC的相關(guān)研究的努力。其主要目的是要回答兩個問題：“STEP-NC文件包含足夠的數(shù)控加工，并提供充足的信息嗎？'，如果是，”一個傳統(tǒng)的數(shù)控機床上能使用而無需改變該系統(tǒng)的硬件嗎？'。主要研究對“翻譯”的發(fā)展，可以在STEP AP-203和AP-224文件中讀取，并將其轉(zhuǎn)換為G代碼格式，有針對性的數(shù)控機床可以執(zhí)行。在許多CAD/ CAM或CAM系統(tǒng)中，翻譯是有點類似的“后處理器”。唯一不同的是，現(xiàn)在的CAD/ CAM，CAM和CNC系統(tǒng)在一定意義上，STEP標準的信息可以用來全線實現(xiàn)互操作。此外，設(shè)計信息，可以嵌入在STEP-NC文件中提供的數(shù)控系統(tǒng)。此方案說明了有堅實基礎(chǔ)的傳統(tǒng)制造業(yè)能啟用STEP AP-203。 在三個階段的超級模型項目的前兩個階段的工作進入到了這種類型的工作。在第一階段，包括Gibbs CAM軟件和各種第三方軟件開發(fā)了一系列的軟件工具（i.e.ST-計劃，ST-機，STIX[31]）。Gibbs CAM軟件STEP翻譯的示范部分在STEPAP-203格式下可以讀取。然后使用Gibbs CAM軟件的圖形界面編程，直觀地驗證其切割部分的渲染能力[32]。在第二階段，AP-238文件被Gibbs CAM軟件STEP-NC的轉(zhuǎn)接器插頭讀取使用，由STEP Tools公司開發(fā)。MDSI開放式數(shù)控控制器（基于軟件的CNC）[33]改造成在Gibbs CAM軟件和STEP-NC軟件的平臺上使用的布里奇波特立式加工中心。 使用AP-238文件中指定的工具和操作參數(shù)，STEP-NC適配器創(chuàng)建的Gibbs CAM軟件工具，過程，幾何元素和執(zhí)行Gibbs CAM軟件的功能來生成相應(yīng)的AP-238加工特征的刀具路徑。再一次，切割部分在呈現(xiàn)視覺驗證之前處理數(shù)據(jù)來生成現(xiàn)有的G代碼輸出。這項工作已經(jīng)證明STEP-NC的完全自動化CAM加工和刀具路徑生成的能力。它也顯著減少在CAD/ CAM數(shù)控編程所需的時間達85％[32]。 最近，在加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室（JPL）于2003年1月，STEP Tools公司展示了，AP-203的設(shè)計數(shù)據(jù)功能轉(zhuǎn)換成AP-238功能（即AIM版本的STEP-NC），使用ST-計劃AP-238數(shù)據(jù)。AP-238的數(shù)據(jù)在ST-機的協(xié)助下然后轉(zhuǎn)移到Gibbs CAM軟件，然后到了法道 五軸加工中心。2003年6月在NIST，Master CAM的接口與其他5軸機床進行了類似的設(shè)置。 4.2 新的STEP-NC的控制 與一些流行的CNC控制器或開放式模塊化結(jié)構(gòu)控制器密切合作[6]，在世界各地的幾個研究小組已經(jīng)能夠處理STEP-NC內(nèi)部信息的CNC控制器。隨著發(fā)展這是可以做到，而且能集成STEP-NC解釋器，控制器，可以忠實地執(zhí)行ISO 14649中規(guī)定的加工任務(wù)。 美國超級模型項目的第三階段工作可以看到，Gibbs CAM軟件集成了OMAC機床。AP-238提供的數(shù)據(jù)文件，所有的生產(chǎn)信息，讓Gibbs CAM軟件生成了刀具路徑數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)隨后被發(fā)送到臥式加工中心，然后發(fā)送到所謂的“行程的進程間通信”，而不是傳統(tǒng)的G-代碼，顯示出比通常通過ISO 6983實現(xiàn)更高級別的CAM / CNC一體化。 在歐盟開展的工作大部分屬于這一類的研究。主要重點一直是發(fā)展STEP-NC功能的采用西門子840D控制器的CNC控制系統(tǒng)[34]。這使得STEP-NC物理文件與控制器直接集成，在STEP-NC兼容的Shop Mill CAM系統(tǒng)版本采用可視化的加工特征和相關(guān)的加工步驟。同時進行編程的開發(fā)，和這項工作一起在WZL，德國亞琛大學進行，結(jié)合WZL車間編程系統(tǒng)，WZL Mill，STEP-NC兼容的編程系統(tǒng)和WZL-WOP（作坊式面向?qū)ο缶幊蹋?。在歐洲CATIA和OPENMIND系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)由沃爾沃和戴姆勒 - 克萊斯勒公司實現(xiàn)[34,15]說明CAD/ CAM產(chǎn)品和出口的標準納入STEP-NC的西門子840D控制器的輸出能力。 除了STEP-NC銑床的發(fā)展，技術(shù)也已延伸到數(shù)控車削加工。STEP Turn軟件模塊的原型已開發(fā)出ISW斯圖加特，與西門子840控制在勃林格NG200車床工作[34]，STEP Turn軟件可以導(dǎo)入CAD的幾何形狀和加工功能，定義加工策略和技術(shù)，并生成STEP-NC輸出。西門子控制器接收到這個輸出，并把它轉(zhuǎn)換成西門子Shop Turn的系統(tǒng)通過STEP-NC的進口設(shè)備。 4.3 STEP-NC的智能控制 進行智能控制數(shù)控機床的夢想從來沒有得到真正的實現(xiàn)。主要原因是，輸入到數(shù)控機床可用的信息（G-碼）是太低級的信息，只有最小量的優(yōu)化工作可以實時或接近實時進行。STEP-NC，無論是設(shè)計還是工藝信息都是提供給數(shù)控機床。對數(shù)控機床，或它們的控制器來說，進行高層次的智能活動，如部分設(shè)置自動化，自動化和優(yōu)化刀具路徑生成精確的加工狀態(tài)和結(jié)果反饋;完整的防撞檢查（考慮到夾具和進程中的幾何體），最佳工步序列;自適應(yīng)控制和上機檢測這是可能的。 研究人員在NRL-SNT（國家研究實驗室STEP-NC科技）在韓國POSTECH，已經(jīng)開發(fā)出一種基于特征的STEP-NC自主控制基于開放架構(gòu)的虛擬制造系統(tǒng)[35?37]。 ISO 14649的部分程序的信息通過一個解釋器被轉(zhuǎn)換成內(nèi)部數(shù)據(jù)格式，即形式“過程序列格拉夫過程順序（PSG）”。解釋器轉(zhuǎn)換物理文件，在“任務(wù)描述”成PSG的形式，如幾何，技術(shù)和工具的信息描述。PSG表示非線性的加工步驟序列中描述的加工特性的加工操作使用“與-或”的關(guān)系（表1和圖3）。上述的PSG，該器件可用多種方式加工，使數(shù)控靈活的，最佳的，智能的和自主的執(zhí)行。非直線過程序列模式符合STEP-CNC自治系統(tǒng)。為準備執(zhí)行的STEP-NC程序，刀具路徑的發(fā)電機（PosTPG），刀具路徑模擬器（PosTPS）和數(shù)控軟件 NCK / PLC已經(jīng)開發(fā)出來了[35]。NCK/ PLC的STEP-NC的數(shù)據(jù)能轉(zhuǎn)換到機床運動模型，并能夠進行NURBS插值，先行控制，位置/速度插值PID（比例，積分，微分）控制。它通過I / O板與機床的硬件（驅(qū)動器和電機）連接。 Fig.3.處理序列圖[37]. 制造系統(tǒng)實驗室，奧克蘭大學已經(jīng)開發(fā)的STEP標準的數(shù)控機床，展示了G-代碼免費加工方案[38]。這項研究工作由兩部分組成：改造現(xiàn)有的數(shù)控機床和發(fā)展STEPCNC（符合STEP-NC）轉(zhuǎn)換器。CompuCam的運動控制系統(tǒng)[39]是用來取代現(xiàn)有的CNC控制器，該控制器是可編程的，使用自己的運動控制語言-6 K運動控制語言，能夠通過如Visual Basic，Visual C ++和Delphi語言的接口與其他CAPP/ CAM程序連接。STEPCNC轉(zhuǎn)換器可以理解和處理STEP-NC代碼，并通過人機界面與CNC控制器連接。它使用的STEP-NC的信息，如工作計劃，工步，加工策略，加工功能和切割工具，是目前在STEP-NC AIM的一個文件。 4.4 協(xié)同STEP-NC的加工 可以說，STEP-NC的加工，最終目標是支持基于Web的分布式協(xié)同制造（圖4），一個“設(shè)計任何地方/建造任何地方'的場景。作為一個STEP-NC程序可以從一個特定的機床的制造業(yè)信息（怎么做）區(qū)分“通用”制造業(yè)信息（做什么）是有可能的。因此，一個通用的STEP-NC程序可以做成獨立于機器的，有優(yōu)勢超過傳統(tǒng)的機床，基于G代碼的NC程序，它總是產(chǎn)生一個特定的數(shù)控機床。對于這種類型的STEP-NC程序上實現(xiàn)本機的數(shù)控系統(tǒng)，本機生產(chǎn)知識必須輸入。為了實現(xiàn)這一功能，本機STEP-NC測繪系統(tǒng)的所謂的“原生STEP-NC適配器”已經(jīng)開發(fā)[40]。該適配器內(nèi)置有三個部分：本機數(shù)控系統(tǒng)的知識數(shù)據(jù)庫，翻譯和人機界面。本機數(shù)控系統(tǒng)的知識數(shù)據(jù)庫中有一個專用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使發(fā)展中的翻譯工作由簡單和連貫的NC編程組件在整個企業(yè)啟用。 最近，有使用XML（或者更確切地說，ISO 10303第28部分）來代替明確的語言（或ISO 10303第21部分[41]）表示STEP-NC信息的一種趨勢。這樣做的原因是顯而易見的。XML的處理能力，可以輕松地支持電子制造業(yè)的情況。數(shù)控機床可以通過Internet / Intranet與其他部門以及公司內(nèi)外共享信息。 ERC-ACI（先進控制和儀器儀表工程技術(shù)研究中心）在韓國首爾國立大學[42?44]一直致力于開發(fā)支持XML的STEP-NC數(shù)據(jù)模型的銑削。它可以搜索，提取和存儲工具中生成XML格式的路徑。銑床用于測試系統(tǒng)包含四個模塊（圖5）：XML數(shù)據(jù)輸入模塊，翻譯，刀具路徑生成器和運動控制卡。XML數(shù)據(jù)輸入模塊和翻譯器讓CAD文件生成STEP-NC程序，而另外兩個生成并執(zhí)行本機CNC加工計劃。 奧克蘭大學的一個符合STEP-CAPP系統(tǒng)的框架已經(jīng)開發(fā)[29,30]。該系統(tǒng)采用三層的，基于Web的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（圖6）。在客戶端層有一組應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，使用戶和系統(tǒng)之間相互作用。這個過程打算像STEP-NC的AIM標準中描述的，是用來輸入到數(shù)控系統(tǒng)中的。更高級別的信息，例如加工的功能，加工步驟和工作計劃用于構(gòu)成的處理計劃替代按ISO6983規(guī)定的低層次信息。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)已經(jīng)提出用于通用和本機制造信息，而XML是用來表示STEP-NC在這些數(shù)據(jù)庫中的信息。 Fig.4. 分布式的STEP反饋NC加工[20]. Fig.5. STEP-NC銑床[42]. Fig.6. 一個STEP標準的協(xié)作的生產(chǎn)模式. 5. 便攜式STEP-NC刀具路徑 在二零零五年二月三日，OMAC的STEP-NC Working集團在美國的佛羅里達州的奧蘭多，主持了STEP-NC的論壇。示范的主要目的有兩方面：（一）演示了如何STEP-NC的信息可以支持便攜式五軸加工中心的加工及（二）STEP-NC刀具路徑的描述能力是否可用于簡化現(xiàn)有的CAD / CAM系統(tǒng)和加工中心之間的數(shù)據(jù)流動。AIM（AP-238）版本的STEP-NC采用的CC1（符合第1類）獨立于機器的刀具路徑[17]，用于示范。該組件測試是5軸NAS979圓/鉆石/平方米的一部分與NAS979的倒錐測試中心（圖7）[45]。 這個商業(yè)企劃和行業(yè)的主要參與者是波音公司的制造工廠。像其他廠一樣，波音公司在最多的五軸加工中心以G代碼的格式收到機器控制數(shù)據(jù)（MCD），G代碼定義各軸的運動需要來制造工件的一部分。這種直接的編程模型是指方向軸當同步軸走，并且都是與一個特定的道具的長度有關(guān)的。這些MCD計劃的問題是，他們既不便攜，也不具有適應(yīng)能力。因為缺乏可移植性，所以出現(xiàn)了一個問題，因為獨特的軸位置數(shù)據(jù)，必須對每一臺機器控制的要運行的部分產(chǎn)生組合（組合零件，工具和機器配置）。MCD方案適應(yīng)性不強，沒有信息提供給本機，以幫助它適應(yīng)加工動態(tài)實時變化（進給速度）或機床校準（工具和磨損補償）。 通過比較，道具中心編程（TCP）定義程序幾何作為刀具運動數(shù)據(jù)，而不是軸的運動數(shù)據(jù)。TCP是一個類似機器人6D構(gòu)成的代表。運動被定義為3D刀尖位置（X，Y，Z）和3D刀具軸的方向（I，J，K）。對于每個TCP（X，Y，Z，I，J，K），CNC控制兩個回轉(zhuǎn)軸，刀具的位置和方向就被指定了。此外，CNC控制器根據(jù)刀尖所在的正確位置沿刀具軸執(zhí)行刀具偏置補償。 Fig.7. 五軸NAS979圓/菱形/平方米的部分. STEP-NC刀具中心編程定義程序的幾何形狀，刀具的運動數(shù)據(jù)，而不是軸移動數(shù)據(jù)。STEP-NC還提供有關(guān)部分功能，材料，刀具和尺寸公差的豐富的，高層次的信息。在航空航天工業(yè)中，緊公差預(yù)期的規(guī)范，因此，顯然是需要STEP-NC的。TCP可以提供一些直接的準確度改善，因為每個CNC將決定它的刀尖位置，而不是到CAM系統(tǒng)生成靜態(tài)工具的路徑作為一個系列的軸位置。由于機器尺寸略有不同，即使相同的機器之間，預(yù)計精度的提高應(yīng)該是顯著的。 在奧蘭多的STEP-NC論壇，CAD / CAM系統(tǒng)（如CATIA，Unigraphics，Gibbs CAM軟件和Master CAM）被用來生成CL零件程序。這些CL數(shù)據(jù)的角刀動作在CNC配置有獨立的I，J，K的方式，與假設(shè)的基礎(chǔ)機床控制器翻譯成機器I，J，K特定的5軸角配置。CL-AP-238轉(zhuǎn)換器已被翻譯成AP-238部分的CL文件21文件的基礎(chǔ)上的AP-238 CC1tool路徑技術(shù)。此STEP-NC文件機的加工步驟進行編碼，如TCP工具路徑的基礎(chǔ)上的AP-238快速模式，這是適合于不同的加工中心之間的傳輸。不同的機器上特定的轉(zhuǎn)換器已發(fā)展到翻譯的STEP-NC文件到一個特定于控制器的TCP程序（圖8）。這些轉(zhuǎn)換器將最終嵌入控制器中。要注意的是，STEP-NC（AP-238）文件現(xiàn)在是中性的五軸機床，五軸數(shù)控龍門，“C”加工中心或'' C對B“加工中心。它是便攜式的，因為它定義幾何形狀，在切割器的運動的數(shù)據(jù)，而不是軸移動數(shù)據(jù)程序。因為它可以占據(jù)機床上的任何配置的變化，所以它具有適應(yīng)性。 Fig.8. 通過使用STEP-NC的智能數(shù)控數(shù)據(jù)流. 6. 結(jié)語 現(xiàn)代數(shù)控機床，雖然功能上是完好的，但缺乏適應(yīng)性，可移植性和智能。這是由于這樣的事實：一個有50年歷史的語言仍在這些機床上使用。用這種語言編寫的NC程序只在一個特定的機床執(zhí)行。他們不能被重新編譯為不同的機床的CAM系統(tǒng)或SFP系統(tǒng)。100％優(yōu)化的NC程序會自動生成設(shè)計信息，不可能知道如何表示不同的格式和不同數(shù)據(jù)庫上的機床和材料。 STEP-NC可以為CAM，SFP和NC提供一個統(tǒng)一的NC程序格式，避免了后處理而帶來一個真正的格式交換。運營商現(xiàn)在可以支持CAM，SFP和NC的完整信息中包含可以理解的幾何形狀（特征），面向任務(wù)的操作，策略和工具的定義。加工階段設(shè)計數(shù)據(jù)的可用性也允許可靠的碰撞檢測，精確的模擬和從加工階段到設(shè)計階段的反饋。從某種意義上說，符合STEP-NC的標準零件程序是具有可互操作性的，他們可以適應(yīng)數(shù)控機床而且有能力執(zhí)行加工任務(wù)。實施STEP-NC的數(shù)控機床可以有一個更加開放的，適應(yīng)性強的架構(gòu)，與其他生產(chǎn)設(shè)施更容易整合，例如工件裝卸裝置。STEP-NC還支持分布式制造的情況，例如通過以太網(wǎng)連接在同一平臺上實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，診斷和維護，監(jiān)測和生產(chǎn)調(diào)度。在OMAC STEP-NC論壇展示的該演示有顯著意義。它表明不同的CAD / CAM系統(tǒng)可以產(chǎn)生一樣的，機器中性的STEP-NC信息。STEP-NC文件已經(jīng)適應(yīng)不同的五軸數(shù)控機床。測試部分（NAS979）是一個真正的5軸分量。要指出的是，只有獨立于機器的刀具路徑數(shù)據(jù)AP-238 CC1是運用于上的。例如加工功能和設(shè)計數(shù)據(jù)的信息是不考慮的。因此，只有有限的具有適應(yīng)性的數(shù)控機床可以在這種情況下運行。 還有需要解決的問題和需要克服的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)來自一個STEP-NC信息模型的驅(qū)動器，STEP-NC功能的智能控制器，對必要的生產(chǎn)知識有把握來支持機床等級的定型，還有沒被開發(fā)的相關(guān)技術(shù)的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)與機會并存，如果能把握時間STEP-NC保證產(chǎn)生大量的利益。 參考文獻 [1] M.G. 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