專利名稱：一種基于step-nc的智能數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)整體結(jié)構設計和應用技術領域，特別提供了一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，為提高加工質(zhì)量和加工效率，現(xiàn)代金屬切削機床普遍采用了數(shù)控技術，數(shù)控機床已廣泛應用于航空、航天、國防、機械制造等各個生產(chǎn)領域，是裝備制造業(yè)的基礎。數(shù)控技術作為數(shù)控機床的核心，是各國競相發(fā)展的高新技術，其技術復雜，研究難度大，我國在這方面的研究相對于西方發(fā)達國家還有很大差距。努力縮短與西方發(fā)達國家的差距、盡快趕上他們的水平是我國數(shù)控技術發(fā)展的重要研究課題。目前的數(shù)控技術經(jīng)過了50多年的發(fā)展，取得了長足的進步，NC編程數(shù)據(jù)接口已成為國際化的標準(標準號為IS06983)。但是隨著對加工效率和加工質(zhì)量要求的不斷提高，按照IS06983數(shù)據(jù)接口標準開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)的固有弊病越來越明顯地暴露出來，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①柔性化和智能化程度不高。由于該接口采用G/Μ代碼來描述零件的加工，它提供給系統(tǒng)的主要是刀具中心的運動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)中難以實現(xiàn)三維刀具形狀尺寸及加工余量的補償。當實際工作情況有所不符(如刀具尺寸變化)時，原有程序無法使用，操作者無法在線進行干預。另外，由于程序中缺乏對被加工零件的幾何和工藝等高層次信息的描述，所以造成了整個系統(tǒng)僅僅是一個被動的執(zhí)行機構，缺乏柔性和智能性。②產(chǎn)品信息從CAD/CAM到CNC是單向流動，難以實現(xiàn)信息的共享和集成。零件程序一旦生成便無法更改，當車間層的加工條件發(fā)生變化時，變化信息難以反饋給上游的設計部門；另外，由于不同類型數(shù)控系統(tǒng)、不同廠家生產(chǎn)的數(shù)控機床編程的方法都不盡相同，因此在編程時不但要了解所選用的數(shù)控機床的規(guī)格型號、性能、系統(tǒng)所具有的功能，還要詳細了解數(shù)控系統(tǒng)的編程說明書及指令格式，這種強烈依賴于具體數(shù)控系統(tǒng)的特點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)間難以實現(xiàn)信息的集成和共享，而且不同的系統(tǒng)之間也難以實現(xiàn)信息的交換和共享。③不支持樣條插補功能。由于受傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)插補(直線、圓弧插補，在三坐標以上加工時僅采用空間直線插補)能力的限制，在實際生產(chǎn)中，自由曲面零件的數(shù)控加工一般都采用CAM軟件進行NC編程。CAM軟件的工作過程如下:首先對自由曲面進行刀具軌跡規(guī)劃與生成，然后通過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:第一，勢必產(chǎn)生大量的NC程序(GOl)和相對較大的逼近誤差；第二，會導致刀具軌跡曲線各GOl段連接處幾何上一階、二階導數(shù)的不連續(xù)，使本來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)會引起進給速度和加速度的不連續(xù)，將導致刀具運動方向和受力情況的突然變化，從而不可避免地引起機床振動，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導致較長的運算時間，也會限制進給速度的提高；第四，在復雜的精密零件加工中，NC代碼段定義的位移極小，在高速加工時會出現(xiàn)過切或欠切的可能性。因此，傳統(tǒng)的CNC系統(tǒng)的插補技術嚴重影響了曲面加工的插補精度和加工效率。④IS06983數(shù)據(jù)按口存在語義歧義，不能保證數(shù)據(jù)被數(shù)控系統(tǒng)正確識別和理解。IS06983數(shù)據(jù)接口存在的上述不足使CAD/CAM與CNC的集成很難實現(xiàn)，特別是在網(wǎng)絡化制造模式下，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，同一個產(chǎn)品在不同的加工地點制造需要進行大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理，這樣不僅浪費大量的人力、物力，延長制造周期，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、智能化和自適應性的新一代數(shù)控設備，以滿足網(wǎng)絡化條件下的柔性智能制造?；贗S06983已成為數(shù)控技術進一步發(fā)展的瓶頸，為了實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在CAD/CAM/CNC鏈之間的雙向無縫流動，真正實現(xiàn)設計、制造的一體化和數(shù)控機床的智能化、可移植性和自適應性，國際標準化組織最近制定了一套新的數(shù)控數(shù)據(jù)模型標準IS014649用于取代目前的IS06983標準。由于IS014649是已有的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口(STEP)向數(shù)控領域的擴展，它定義了不依賴于具體機床的雙向CNC數(shù)據(jù)交換標準，稱之為“STEP-NC”。基于STEP-NC標準的數(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蟮模枋龅氖羌庸な裁?what),而不是如何加工(how),具體的加工操作應由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機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，包括從毛坯到成品件的所有信息。加工過程是以工步作為基本單元。工步是對機床具體動作的概括描述，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，這就為機床加工過程的智能控制奠定了基礎。STEP-NC的研究始于歐洲工業(yè)界和大學，其中1997年歐共體的OPTIMAL計劃開發(fā)了遵從STEP標準的、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研究項目提供了基礎。目前，STEP-NC的部分標準化工作已完成，并形成了國際標準。歐美等國家從智能制造的高度致力于基于STEP-NC的數(shù)控技術研究，并已取得了階段性成果。歐洲通過在Siemens 840D上附加STEP-NC解釋器和相應界面，開發(fā)出世界上第一臺能直接讀取STEP-NC數(shù)據(jù)的機床控制器。美國開發(fā)了一個STEP-NC數(shù)據(jù)庫及其相應數(shù)據(jù)接口，稱為超級模型，同時還開發(fā)了一系列的插件，用以從超級模型中讀取數(shù)據(jù)后驅(qū)動傳統(tǒng)數(shù)控機床。韓國的許多大學和研究機構如Seoul National University、HonikUniversity、Inha University等都參加了 STEP-NC技術的研究。為了推動這一技術的深入研究，韓國科技部還成立了 STEP-NC技術國家實驗室，專門從事STEP-NC數(shù)控技術的研究。目前該實驗室主要針對STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)的框架結(jié)構和實施策略等進行研究，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，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的在線檢測方面進行了深入的研究，取得了一系列研究成果。英國的Newman教授在STEP-NC控制器、基于STEP-NC的工藝規(guī)劃方面也進行了卓有成效的研究。基于STEP-NC的巨大優(yōu)勢，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技術的研究，對該技術的發(fā)展起了有力的推動作用。近年來，我國一些大學也陸續(xù)開展了 STEP-NC的研究工作。山東大學在基于STEP-NC銑削數(shù)據(jù)模型的基本理論和技術方面進行了深入的研究，建立了基于特征的現(xiàn)場規(guī)劃模型，提出了運動特征的概念和基于agent型的STEP-NC控制器的框架結(jié)構；西北工業(yè)大學杜鵑等研究了基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)功能的體系結(jié)構，提出了基于STEP-NC的工藝設計和基于遺傳算法的工步序列優(yōu)化技術，研究了基于STEP-NC/XML的CAD/CAPP/CNC的系統(tǒng)集成技術，并對STEP-NC解析器的開發(fā)做了部分的研究。合肥工業(yè)大學的桂貴生、何慶在STEP-NC方面的研究主要集中于STEP-NC的數(shù)據(jù)模型、加工實體以及編程等方面；哈爾濱工業(yè)大學的王永章等對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控制器的概念及實現(xiàn)原理，并對基于STEP-NC標準、應用XML實現(xiàn)CAD/CAM/CNC集成進行了研究；哈爾濱工程大學的祝海濤等研究了基于STEP-NC標準的CAD/CAM集成接口 ；華南理工大學的李偉光對STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)及基于STEP-NC的圖形編程方式進行了研究；東南大學的仇曉黎則重點對基于STEP-NC的產(chǎn)品信息共享進行了較為深入的研究。除此之外，國內(nèi)的華中科技大學、浙江大學、北京航空航天大學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基于STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)進行了大量的研究，先后完成了制造特征自動提取和識別、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。相對國外的研究狀況，國內(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。盡管國際標準化組織推出了新的數(shù)控數(shù)據(jù)接口標準IS014649，然而如何實現(xiàn)在這個標準下的智能數(shù)控系統(tǒng)目前還處于探索階段。當前研究的基于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)中添加一個模塊來識別STEP-NC程序，并從中提取相應信息轉(zhuǎn)換成G/M代碼。這種類型的CNC系統(tǒng)仍然是基于G/Μ代碼來實現(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床互不兼容的問題，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進行加工，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。目前歐美等國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效果更好的基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)設計方案和相關的應用方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種技術效果更好的基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)；其針對傳統(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)的一種新的設計模型，其能支持智能化動態(tài)實時工藝規(guī)劃，為數(shù)控技術的應用和發(fā)展開拓了新的技術基礎。
本發(fā)明提供了一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，連接布置在機床本體6(在此將機床中的機械部件和與計算機控制裝置I無直接關系的其他檢測和控制部件的整體統(tǒng)稱為機床本體6)上共同構成基于STEP-NC的智能數(shù)控機床，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成:計算機控制裝置1、機床加工控制器2、驅(qū)動器3、伺服裝置4、接口 5、機床監(jiān)控裝置8 ;其中:機床加工控制器2分別與計算機控制裝置I和驅(qū)動器3連接，驅(qū)動器3還通過接口 5與伺服裝置4連接；伺服裝置4連接布置在機床本體6上；機床監(jiān)控裝置8分別連接著計算機控制裝置1、機床本體6。
所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:計算機控制裝置I中還包含有用于對來自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進行翻譯和解釋的STEP-NC文件解釋器101。在STEP-NC文件解釋器101對來自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進行翻譯和解釋之后，進行動態(tài)加工工藝規(guī)劃和檢測規(guī)劃處理；之后分別及逆行那個刀具路徑生成及規(guī)劃處理、測頭路徑生成及規(guī)劃處理；然后根據(jù)刀軌信息和測頭軌跡信息生成最終的加工和測試指令，并借助于控制程序指揮機床本體按控制要求進行工作。STEP-NC文件解釋器101可以由專門的硬件支持這一功能模塊，也可以作為計算機控制裝置I中的一個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:
機床加工控制器2是運動控制器，其具體加工位置控制裝置和加工速度控制裝置；機床監(jiān)控裝置8具體是下述幾者的組合:機床運行狀態(tài)件監(jiān)控裝置、加工位置檢測裝置、加工速度檢測裝置、加工刀具檢測裝置、零件表面質(zhì)量和加工精度檢測裝置、意外和故障檢測裝置。
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。伺服裝置4通常為多個，分別支持多個機床坐標軸的動力。
在本發(fā)明的技術應用實踐中，盡管到目前為止人們對基于STEP-NC的數(shù)控技術的研究還處于初步階段，還沒有實現(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)控技術必將會對數(shù)控技術乃至制造業(yè)帶來深遠的影響。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
①從當前的發(fā)展趨勢看，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的智能化方向發(fā)展。②CAD/CAM/CNC之間將會實現(xiàn)無縫連接。CAD/CAM與CNC的雙向數(shù)據(jù)流動，使得設計部門能夠清楚地了解到加工實況，并且可根據(jù)現(xiàn)場編程返回的信息對生產(chǎn)規(guī)劃進行及時快速的調(diào)整，生廣效率將得到極大的提聞。③網(wǎng)絡化設計/制造成為現(xiàn)實?，F(xiàn)代制造企業(yè)通過網(wǎng)絡共享各種信息，同時由于全球制造企業(yè)采用統(tǒng)一的STEP-NC數(shù)據(jù)接口標準，企業(yè)之間的數(shù)據(jù)流動可以在基于PC機的CNC機床與數(shù)據(jù)庫服務器之間直接進行。④實現(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，對于STEP-NC控制器而言，它只需要告訴CNC要加工什么，具體動作由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。制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，是衡量國家工業(yè)化水平的重要標志，先進制造技術的核心是數(shù)控技術。STEP - NC的出現(xiàn)，對數(shù)控技術乃至整個制造業(yè)的發(fā)展都將產(chǎn)生深遠影響。STEP-NC不僅是真正實現(xiàn)“無論何時，無論何地(Whenever and Wherever) ”的網(wǎng)絡化制造，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)有形的真實產(chǎn)品的固有產(chǎn)品理念，將產(chǎn)品理念推廣到無形的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型這一更大范圍。為相關技術的發(fā)展提供了更為廣闊的應用前景。本發(fā)明所述的基于STEP-NC智能數(shù)控銑削系統(tǒng)是智能數(shù)控技術的一個重要例證，在整個加工過程中有助于加工數(shù)據(jù)流迅速地實現(xiàn)在各個部門、各個企業(yè)甚至國際間的自由訪問和數(shù)據(jù)共享，CAD/CAM與CNC之間的瓶頸效應也不復存在，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的應用將使目前加工前數(shù)據(jù)準備時間減少75%，工藝規(guī)劃時間減少35%，加工時間減少50%。本發(fā)明是從技術角度出發(fā)提出的基于STEP-NC技術的智能數(shù)控銑削系統(tǒng)的一種現(xiàn)實可行的整體設計和應用方案，其具有重要的經(jīng)濟意義和較為重大的社會效益。本發(fā)明針對傳統(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)的一種新的設計模型，其能支持智能化動態(tài)實時工藝規(guī)劃，為數(shù)控技術的應用和發(fā)展開拓了新的技術基礎。其創(chuàng)新特色突出表現(xiàn)在如下幾個方面:
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，該體系結(jié)構支持CAD/CAM/CNC的信息雙向傳遞；
2、其更為契合動態(tài)實時工藝規(guī)劃方法的發(fā)展需求，實現(xiàn)了根據(jù)機床的資源狀況優(yōu)化數(shù)控加工工藝的技術目的；使得機床能充分利用現(xiàn)有制造資源以最佳的工藝參數(shù)進行加工并得到最好的加工精度等質(zhì)量保證；是數(shù)控機床智能性發(fā)展的一個重要嘗試；
3、基于本發(fā)明，人們可以進一步研究面向制造特征的刀軌生成算法，使數(shù)控機床能夠真正實現(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；也從而進一步體現(xiàn)了數(shù)控機床的智能性；
4、本發(fā)明可以以IS014649標準規(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；同時具有無干涉刀具軌跡自動生成和優(yōu)化功能，并具有加工過程的故障診斷及自動監(jiān)控功能，并可實現(xiàn)在線監(jiān)測和結(jié)果反饋。


下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
圖1為現(xiàn)有技術中STEP-NC控制器的三種類型工作原理示意簡 圖2為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)整體構成原理示意簡 圖3為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構示意 圖4為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)工作流程示意圖。
具體實施方式
附圖中的各附圖標記含義如下:計算機控制裝置1、機床加工控制器2、驅(qū)動器3、伺服裝置4、接口 5、機床本體6、CAD系統(tǒng)7、機床監(jiān)控裝置8。關于附圖3的說明:圖3為基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構示意圖，其側(cè)重于針對編程過程說明體系中的重點內(nèi)容；圖中的文字內(nèi)容按照本領域常規(guī)表達方式說明了硬件模塊內(nèi)部的功能支持軟件的構成和各自的關系；
關于附圖4的說明: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)重于針對系統(tǒng)的應用過程進行說明；圖中的文字內(nèi)容按照本領域常規(guī)表達方式說明了硬件模塊內(nèi)部的功能支持軟件的構成和各自的關系。
實施例1
一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，連接布置在機床本體6 (在此將機床中的機械部件和與計算機控制裝置I無直接關系的其他檢測和控制部件的整體統(tǒng)稱為機床本體6)上共同構成基于STEP-NC的智能數(shù)控機床；所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)具體由下述幾部分構成:計算機控制裝置1、機床加工控制器2、驅(qū)動器3、伺服裝置4、接口 5、機床監(jiān)控裝置8 ;其中:機床加工控制器2分別與計算機控制裝置I和驅(qū)動器3連接，驅(qū)動器3還通過接口5與伺服裝置4連接；伺服裝置4連接布置在機床本體6上；機床監(jiān)控裝置8分別連接著計算機控制裝置1、機床本體6。所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)中，計算機控制裝置I中還包含有用于對來自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進行翻譯和解釋的STEP-NC文件解釋器101。在STEP-NC文件解釋器101對來自CAD系統(tǒng)的STEP-NC文件中的加工特征和工藝信息進行翻譯和解釋之后，進行動態(tài)加工工藝規(guī)劃和檢測規(guī)劃處理；之后分別及逆行那個刀具路徑生成及規(guī)劃處理、測頭路徑生成及規(guī)劃處理；然后根據(jù)刀軌信息和測頭軌跡信息生成最終的加工和測試指令，并借助于控制程序指揮機床本體按控制要求進行工作。
所述基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)還滿足下述要求:
機床加工控制器2是運動控制器，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用；
機床監(jiān)控裝置8具體是下述幾者的組合:機床運行狀態(tài)件監(jiān)控裝置、加工位置檢測裝置、加工速度檢測裝置、加工刀具檢測裝置、零件表面質(zhì)量和加工精度檢測裝置、意外和故障檢測裝置。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。
本實施例中，計算機控制裝置I具體為工控機，機床加工控制器2具體由數(shù)字信號處理器DSP和現(xiàn)場可編程門陣列FPRG相結(jié)合的組件承擔對應功能，驅(qū)動器3和伺服裝置4具體可由電機及其專用驅(qū)動單元共同承擔對因功能，接口 5、機床監(jiān)控裝置8主要進行下述監(jiān)控任務實施:機床運行狀態(tài)監(jiān)控、加工位置和速度檢測、加工刀具檢測、零件質(zhì)量和精度檢測、意外和故障檢測；機床監(jiān)控裝置8具體是一些檢測用的測量裝置的組合應用；接口 5具體提供電連接和信號交互支持。
在本實施例的技術應用實踐中，提供了一種基于STEP-NC的數(shù)控技術的研究方案。盡管到目前為止人們對基于STEP-NC的數(shù)控技術的研究還處于初步階段，還沒有實現(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)控技術必將會對數(shù)控技術乃至制造業(yè)帶來深遠的影響。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
①從當前的發(fā)展趨勢看，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的智能化方向發(fā)展。②CAD/CAM/CNC之間將會實現(xiàn)無縫連接。CAD/CAM與CNC的雙向數(shù)據(jù)流動，使得設計部門能夠清楚地了解到加工實況，并且可根據(jù)現(xiàn)場編程返回的信息對生產(chǎn)規(guī)劃進行及時快速的調(diào)整，生廣效率將得到極大的提聞。③網(wǎng)絡化設計/制造成為現(xiàn)實?，F(xiàn)代制造企業(yè)通過網(wǎng)絡共享各種信息，同時由于全球制造企業(yè)采用統(tǒng)一的STEP-NC數(shù)據(jù)接口標準，企業(yè)之間的數(shù)據(jù)流動可以在基于PC機的CNC機床與數(shù)據(jù)庫服務器之間直接進行。④實現(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，對于STEP-NC控制器而言，它只需要告訴CNC要加工什么，具體動作由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。制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，先進制造技術的核心是數(shù)控技術。STEP - NC的出現(xiàn)，是數(shù)控技術領域的一次革命，對數(shù)控技術乃至整個制造業(yè)的發(fā)展都將產(chǎn)生深遠影響。STEP-NC不僅是真正實現(xiàn)“無論何時，無論何地(Whenever and Wherever) ”的網(wǎng)絡化制造，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)有形的真實產(chǎn)品的固有產(chǎn)品理念，將產(chǎn)品理念推廣到無形的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型這一更大范圍。本實施例作為實例所提出的具體技術方案為相關技術的發(fā)展提供了更為廣闊的應用前景。本實施例所述的基于STEP-NC智能數(shù)控銑削系統(tǒng)是智能數(shù)控技術的一個重要例證，在整個加工過程中有助于加工數(shù)據(jù)流迅速地實現(xiàn)在各個部門、各個企業(yè)甚至國際間的自由訪問和數(shù)據(jù)共享，CAD/CAM與CNC之間的瓶頸效應也不復存在，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的應用將使目前加工前數(shù)據(jù)準備時間減少75%，工藝規(guī)劃時間減少35%，加工時間減少50%。本實施例是從技術角度出發(fā)提出的基于STEP-NC技術的智能數(shù)控銑削系統(tǒng)的一種現(xiàn)實可行的整體設計和應用方案，其具有重要的經(jīng)濟意義和較為重大的社會效益。
權利要求
1.一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng),連接布置在機床本體(6)上共同構成基于STEP-NC的智能數(shù)控機床，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成:計算機控制裝置(I)、機床加工控制器(2)、驅(qū)動器(3)、伺服裝置(4)、接口(5)、機床監(jiān)控裝置(8);其中:機床加工控制器(2)分別與計算機控制裝置(I)和驅(qū)動器(3)連接，驅(qū)動器(3)還通過接口(5)與伺服裝置(4)連接；伺服裝置(4)連接布置在機床本體(6)上；機床監(jiān)控裝置(8 )分別連接著計算機控制裝置(I)、機床本體(6 )。
2.按照權利要求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: 機床加工控制器(2)是運動控制器，其具體加工位置控制裝置和加工速度控制裝置的組合； 機床監(jiān)控裝置(8)具體是下述幾者的組合:機床運行狀態(tài)件監(jiān)控裝置、加工位置檢測裝置、加工速度檢測裝置、加工刀具檢測裝置、零件表面質(zhì)量和加工精度檢測裝置、意外和故障檢測裝置。
3.按照權利要求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。
4.按照權利要求3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: 其是基于閉環(huán)控制的、智能化的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構，該體系結(jié)構支持CAD/CAM/CNC的信息雙向傳遞； 其能夠根據(jù)機床的資源狀況優(yōu)化數(shù)控加工工藝，使得機床能充分利用現(xiàn)有制造資源以最佳的工藝參數(shù)進行加工并得到最好的加工精度等質(zhì)量保證； 其適應面向制造特征的刀軌生成算法的使用要求，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)不同的制造特征、力口工精度和加工策略確定最佳的刀具軌跡； 其以IS014649標準規(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/M代碼；同時具有無干涉刀具軌跡自動生成和優(yōu)化功能，并具有加工過程的故障診斷及自動監(jiān)控功能，并實現(xiàn)在線監(jiān)測和結(jié)果反饋。
全文摘要
一種基于STEP-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)，連接布置在機床本體上，其由下述幾部分構成計算機控制裝置、機床加工控制器、驅(qū)動器、伺服裝置、接口、機床監(jiān)控裝置；其中機床加工控制器分別與計算機控制裝置和驅(qū)動器連接，驅(qū)動器還通過接口與伺服裝置連接；伺服裝置連接布置在機床本體上；機床監(jiān)控裝置分別連接著計算機控制裝置、機床本體。本發(fā)明有助于加工數(shù)據(jù)流的自由訪問和數(shù)據(jù)共享,CAD/CAM與CNC之間的瓶頸效應也不復存在,產(chǎn)品的生產(chǎn)周期將大大縮短。其具有重要的經(jīng)濟意義和較為重大的社會效益。
文檔編號G05B19/4093GK103197606SQ201310096448
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權日2013年3月25日
發(fā)明者舒啟林, 王國勛, 王軍 申請人:沈陽理工大學