數控機床實時在線狀態監測和預測的step-nc集成技術研究
宋文學1,2
（1西北工業大學機電學院，西安710072; 2西安航空技術高等專科學校，西安710077）
摘要：針對目前step-nc體系中缺乏對于數控機床實時在線運行狀態監測和預測信息有效反饋并分析的缺點，本文提出了一種基于數控機床實時在線狀態監測和狀態預測技術的step-nc集成技術結構，在采用開放式pc +i/o軟件化多軸聯動數控系統的基礎上，重點分析了這種新型step-nc系統結構的實現原理。
關鍵詞：step-nc；狀態監測；狀態預測；開放式結構；數控系統
中圖分類號：tp273+．5 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)04-0064-04
o引言
1997年歐共體通過optimal計劃開發了一種遵從step標準，面向對象的數據模型，提出了step - nc的概念，將step擴展至cnc領域，為解決制造過程底層環節間的數據交換問題開辟了新的途徑。它要求cnc系統直接使用符合step標準的cad三維產品數據模型（包括幾何數據、設計和制造特征），加上工藝的信息和刀具信息，直接產生nc程序控制機床運行，基于step - nc的數控程序廢棄了傳統的數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數據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系到一起。
step-nc的發展使得step標準延伸到了自動化加工的底層設備，建立了一整條制造網的高速公路。但是step-nc技術中的一個環節，是需要對數控機床和刀具的信息進行分析和處理，一般是采用建立機床和刀具參數信息庫的方式來實現，但目前采用的方式只是把數控機床和刀具的基本參數進行分析，并未見遁過實時在線獲得各種參數信息的方式來現。由于沒有實時信息，數控機床的狀態無法由step-nc獲得，會對step-nc具體規劃加工流程產生一定的影響，比如數控機床的各運動軸的狀態信息，刀具磨損的狀態信息，甚至機床整體潛在故障的信息等，都會對整個加工流程產生比較大影響。
數控機床的實時在線狀態監測和狀態預測技術，目前已經有很多技術人員在進行研究，主要針對故障預測和處理方面，少有人將這類技術應用在加工過程工藝規劃方面。本文的研究重點是利用數控機床實時在線監測和狀態預測技術來實現step-nc的加工過程工藝規劃(capp)與計算機輔助制造( cam)，以及數控系統(cnc)的集成技術。
1step-nc集成技術架構
1.1傳統的數控加工設計制造
傳統的數控加工流程見圖1，cad完成產品概念設計到產品定型，capp接受cad的設計結果生成工藝方案，cam負責cnc加工程序的生成，cnc負責具體加工生產。這種方式把cad-capp-cam與cnc完全斷開，cad、capp、cam -般只根據需要加工的部件參數要求進行處理，只有cam在利用后置處理的時候考慮數控機床的結構，cnc只負責接受標準g、m指令代碼來實現加工。
l.2 step-nc的數控加工設計流程
針對傳統數控加工流程的不足，step-nc技術采用了如圖2所示的結構來實現新的設計加工流程。普通cad輸出的step文件主要包含的是零件的幾何和拓撲信息，而這些低層次的信息遠不能滿足capp系統的需求。通過一個step中性文件轉換器，將特征信息加入到step文件中，它不但包含零件的幾何和拓撲信息，還包含了公差、表面粗糙度、特征定義、材料和管理等高層次的信息。capp系統通過step文件來獲取零件的幾何和工藝信息，并進行相應的i藝設計。當工藝設計完成后，將零件的加工費用、加工時間以及零件的可加工性等信息反饋給cad系統，設計人員根據反饋信息進行零件的****設計。cam和cnc系統則通過標準的step - nc數據接口來實現信息的交換和共享。
1.3基于數控機床實時在線狀態監測和狀態預測的step-nc加工流程
下面介紹的step-nc系統提供了一套比較好的cad-capp-cam-cnc的綜合體系，但這個體系也有一些不足之處，數控機床是一套非 |
