数控机床实时在线状态监测和预测的step-nc集成技术研究
宋文学1,2
（1西北工业大学机电学院，西安710072; 2西安航空技术高等专科学校，西安710077）
摘要：针对目前step-nc体系中缺乏对于数控机床实时在线运行状态监测和预测信息有效反馈并分析的缺点，本文提出了一种基于数控机床实时在线状态监测和状态预测技术的step-nc集成技术结构，在采用开放式pc +i/o软件化多轴联动数控系统的基础上，重点分析了这种新型step-nc系统结构的实现原理。
关键词：step-nc；状态监测；状态预测；开放式结构；数控系统
中图分类号：tp273+．5 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)04-0064-04
o引言
1997年欧共体通过optimal计划开发了一种遵从step标准，面向对象的数据模型，提出了step - nc的概念，将step扩展至cnc领域，为解决制造过程底层环节间的数据交换问题开辟了新的途径。它要求cnc系统直接使用符合step标准的cad三维产品数据模型（包括几何数据、设计和制造特征），加上工艺的信息和刀具信息，直接产生nc程序控制机床运行，基于step - nc的数控程序废弃了传统的数控程序中直接对坐标轴和刀具动作进行编程的做法，采用了iso -10303数据格式和面向特征的编程原则。它以工作步骤作为加工流程的基本单位，将特征与技术信息联系到一起。
step-nc的发展使得step标准延伸到了自动化加工的底层设备，建立了一整条制造网的高速公路。但是step-nc技术中的一个环节，是需要对数控机床和刀具的信息进行分析和处理，一般是采用建立机床和刀具参数信息库的方式来实现，但目前采用的方式只是把数控机床和刀具的基本参数进行分析，并未见遁过实时在线获得各种参数信息的方式来现。由于没有实时信息，数控机床的状态无法由step-nc获得，会对step-nc具体规划加工流程产生一定的影响，比如数控机床的各运动轴的状态信息，刀具磨损的状态信息，甚至机床整体潜在故障的信息等，都会对整个加工流程产生比较大影响。
数控机床的实时在线状态监测和状态预测技术，目前已经有很多技术人员在进行研究，主要针对故障预测和处理方面，少有人将这类技术应用在加工过程工艺规划方面。本文的研究重点是利用数控机床实时在线监测和状态预测技术来实现step-nc的加工过程工艺规划(capp)与计算机辅助制造( cam)，以及数控系统(cnc)的集成技术。
1step-nc集成技术架构
1.1传统的数控加工设计制造
传统的数控加工流程见图1，cad完成产品概念设计到产品定型，capp接受cad的设计结果生成工艺方案，cam负责cnc加工程序的生成，cnc负责具体加工生产。这种方式把cad-capp-cam与cnc完全断开，cad、capp、cam -般只根据需要加工的部件参数要求进行处理，只有cam在利用后置处理的时候考虑数控机床的结构，cnc只负责接受标准g、m指令代码来实现加工。
l.2 step-nc的数控加工设计流程
针对传统数控加工流程的不足，step-nc技术采用了如图2所示的结构来实现新的设计加工流程。普通cad输出的step文件主要包含的是零件的几何和拓扑信息，而这些低层次的信息远不能满足capp系统的需求。通过一个step中性文件转换器，将特征信息加入到step文件中，它不但包含零件的几何和拓扑信息，还包含了公差、表面粗糙度、特征定义、材料和管理等高层次的信息。capp系统通过step文件来获取零件的几何和工艺信息，并进行相应的i艺设计。当工艺设计完成后，将零件的加工费用、加工时间以及零件的可加工性等信息反馈给cad系统，设计人员根据反馈信息进行零件的****设计。cam和cnc系统则通过标准的step - nc数据接口来实现信息的交换和共享。
1.3基于数控机床实时在线状态监测和状态预测的step-nc加工流程
下面介绍的step-nc系统提供了一套比较好的cad-capp-cam-cnc的综合体系，但这个体系也有一些不足之处，数控机床是一套非 |
