[实用新型]一种基于STEP-NC的智能数控系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于STEP-NC的数控系统整体结构设计和应用技术领域，特别提供了一种基于STEP-NC的智能数控系统。

背景技术

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ISO6983）。但是随着对加工效率和加工质量要求的不断提高，按照ISO6983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/M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（G01）和相对较大的逼近误差；第二，会导致刀具轨迹曲线各G01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。④ISO6983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。

ISO6983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ISO6983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ISO14649用于取代目前的ISO6983标准。由于ISO14649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”。