自1952年世界上第一臺
數(shù)控機床誕生以來，數(shù)控技術的發(fā)展非常迅速，數(shù)控系統(tǒng)也由原先的硬連接數(shù)控發(fā)展成為今天的計算機數(shù)控(CNC)。但是，現(xiàn)代化的生產(chǎn)對CNC的要求也越來越高，系統(tǒng)之間不兼容、
編程困難、智能化程度低等諸多問題大大限制了現(xiàn)代化生產(chǎn)以及數(shù)控技術本身的發(fā)展。與此同時，人們逐漸意識到數(shù)控系統(tǒng)一直采用的G、M代碼(ISO 6983)已不能適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和技術發(fā)展的需要。這種面向運動和開關控制的數(shù)控程序限制了CNC系統(tǒng)的開放性和智能化發(fā)展，同時也使得CNC與CAX技術之間形成了瓶頸，嚴重阻礙了機械制造業(yè)的發(fā)展。1997年歐共體通過OPTIMAL計劃開發(fā)了一種遵從STEP標準、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，重新定義了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，重新定義了面向銑削加工的編程界面，提出了STEP-NC的概念。STEP-NC將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準STEP擴展至CNC領域，重新定義了CAD/CAM與CNC之間的接口。它要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP標準(ISO 10303)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型(包括幾何數(shù)據(jù)、設計和制造特征)，加上工藝的信息和刀具信息，直接產(chǎn)生加工程序來控制機床。隨后STEP-NC成了世界工業(yè)化國家研究的熱點，其中較具代表性的研究項目有歐洲的STEP-NC項目、美國的Super Modal項目、日本的Digital Master項目等。目前STEP-NC項目的研究已取得了實質(zhì)性的進展。據(jù)美國STEP Tools公司的預測STEP-NC控制器將在本世紀的第一個十年內(nèi)出現(xiàn)，屆時人們將會看到自動化制造的全新景象。
D* QZR;D#. k] iyx STEP-NC數(shù)據(jù)模型
Fw wOp"[~t g]Z@_ STEP-NC是為CNC系統(tǒng)重新定義的數(shù)據(jù)標準，它在STEP的基礎上面向?qū)ο蟮男问綄a(chǎn)品的設計信息與制造信息聯(lián)系起來。STEP-NC定義了一個新的STEP應用協(xié)議(AP-238，尚在完善中)作為CAM與CNC之間的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。AP-238涵蓋了產(chǎn)品從概念到成品(零件)全過程所需的全部信息，其中包括三維幾何信息(AP-214)、工藝信息(如銑、車、放電加工等)、檢測信息(AP-219)等。目前STEP-NC標準草案(ISO-DIS-14694)已經(jīng)形成。有關基本規(guī)則與銑削加工的標準(草案)已完成，包括基本概念和規(guī)則(Part 1)、通用標準(Part 10)、數(shù)控銑削加工工藝(Part 11)、銑削刀具(Part 111)等。正在制訂的STEP-NC標準有：數(shù)控
車削加工(Part 12)、放電加工(Part 13)、木材和
玻璃加工(Part 14)、檢測(Part 15)等。如通用數(shù)據(jù)的一個簡化模型，包括工件和工作計劃兩部分。其中工件指最終的成品，工件上需要去除材料的區(qū)域由一系列加工特征定義。工作計劃包括若干工作步驟(如平面、復雜曲面、孔等)與具體操作聯(lián)系起來。這里操作本身也是ISO-14649中定義的概念，設計加工方法、刀具、導軌、工藝策略等。
ZW%;"5uVm) ,d@FO|G#pt 基于STEP-NC的數(shù)據(jù)程序結(jié)構(gòu)
S+7u,%n/ \\Te\l|L 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軸和刀具動作進行編程的做法，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，將特征與技術信息聯(lián)系到一起。每個工作步驟只定義一種操作(“干什么”、“如何干”等，但只能用一種刀具和一種策略)。
w)Z-, J "'*Qq@!3? 程序本身也采用ISO-10303規(guī)定的文件格式，從結(jié)構(gòu)上可分為兩部分：文件頭和數(shù)據(jù)段。文件頭以“HEADER”為標記，主要說明文件名、編程者、日期以及注釋等。數(shù)據(jù)段以“DATA”開始，包含了加工零件所需的所有信息和操作任務。根據(jù)規(guī)定，它首先要一個PROJECT語句，其后的內(nèi)容可分為三部分：工作計劃與可執(zhí)行語句(Executable,包括工作步驟、一般NC功能如信息顯示等、以及流程的控制)、技術描述(刀具、機床功能、加工策論等)、幾何描述(幾何數(shù)據(jù)、加工特征等)。
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%LU:WC 9a$ 7$4m STEP-NC為CNC提供的發(fā)展空間
w= kW~gg t~M0_TnXlP STEP-NC的發(fā)展設計使得STEP標準延伸到了自動化加工的底層設備，建立了一條整制造網(wǎng)的高速公路�？梢灶A見，將來CNC系統(tǒng)將從結(jié)構(gòu)、功能、在制造系統(tǒng)中的地位各方面發(fā)生了根本的變化，同時這種變化必然會影響到相關的CAX技術(如CAD、CAPP、CAM、
CAE、PED、ERP等)、刀具、機床本體和夾具等的發(fā)展以及先進生產(chǎn)模式的事實等。僅就目前的研究成果而言，可以預見的比較直接的影響主要由以下幾個方面：
iq<nuO bY}:!aR<mK ·數(shù)控編程界面：以ISO-14649取代ISO-6983使得編程界面大為改觀，現(xiàn)場編程方便而且取代易于再利用。當被加工工件某些特征略有改變時，只需改變有關特征的幾何描述，其他元素無須改變。另外，統(tǒng)一程序可以直接在不同型號的機床上運行。
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g ·數(shù)控系統(tǒng)的開放性：目前，由于ISO-6983的覆蓋面太窄，CNC廠家不得不開發(fā)自己的擴展指令。所以CAM和CNC必須使用同一套代碼，否則必須選用特定的后置處理程序。對于STEP-NC控制器而言，其數(shù)據(jù)格式(AP-238)完全一樣，他告訴CNC“要加工什么”而不是具體動作，因而不需要后置處理程序，具體的動作由CNC確定，程序具有良好的互操作性和可移植性。
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