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1、沈阳理工大学 硕士学位论文 网络制造环境下基于STEP-NC的零件可加工性评价系统研究 姓名：苏锋 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：舒启林 20100301 沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 国际标准化组织最近制定了一套新的数据模型标准 ISO14649 用以取代目前 的 ISO6983 标准，它是已有的产品数据交换标准（STEP）向数控领域的扩展，故 一般称为 STEP-NC。STEP-NC 的数据模型包含了从毛坯到成品的所有信息，内 容涉及三维几何信息、刀具信息、制造特征信息和工艺信息。由于信息的完备性 为实现 CNC 系统的智能性奠定了基础。 本文首先介绍了课题的来源
2、、背景、意义以及国内外对STEP-NC研究的现状， 然后对STEP-NC的重要概念、数据模型、制造特征和实现形式等做了详细介绍， 为课题后续进行做铺垫。 在对 STEP-NC 标准深入研究的基础上，提出了基于 STEP-NC 的零件可加工 性评价模型，目的是实现数控机床对待加工零件的加工可行性评价。通过分析 STEP-NC 程序对零件加工工艺的描述， 构建了适合零件可加工性评价的制造资源 模型；提出了针对数控机床具体制造资源对待加工零件的加工可行性评价指标体 系和评价方法；进一步完善了课题组开发的 STEP-NC 信息提取模块，建立了工 件信息库，用来保存提取的 STEP-NC 相关信息，为可
3、加工性评价提供依据；利 用 VisualC+6.0 语言和 Access2003 数据库开发了基于 STEP-NC 的零件可加工性 评价系统，并通过实例验证了评价机制和方法的正确性。 本文从研究STEP-NC标准入手，根据STEP标准的原理及方法学建立基于 STEP-NC的零件可加工性评价模型，从技术角度出发，确定现实可行的、合理的 评价机制和总体方案，为智能化制造提供一定的借鉴意义。 关键词：STEP-NC，数控程序，可加工性评价，评价模型 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract International Organization for Standardization has dev
4、eloped a new data model standard ISO14649 to replace the current ISO6983 standard recently, which is the existing Standard of Exchange Product Model Data (STEP) expending to the NC field, so it is commonly called STEP-NC. STEP-NC data model contains all of the information from rough to finished piec
5、es,concerning the three-dimensional geometric information, tool information,manufacturing feature information and process information. The completeness of the information laid the foundation for achieve the intelligence of CNC system. At first,this paper introduces the origin, background, significan
6、ce of the topic as well as STEP-NC research at home and abroad.Then the important concepts of STEP-NC,data model, manufacturing characteristics and forms of realization are described in detail,which paved the way for the follow-up issues. Throught in-depth study of STEP-NC standard, this paper has p
7、roposed the part manufacturability evaluation model based on the STEP-NC, the aim of which is to achieve the manufacturability evaluation for parts to be processed on CNC machining tools.A suitable manufacturing resource model for manufacturability evaluation of parys has been constructed by analyzi
8、ng the description of parts processing technology based on the STEP-NC programs.The index system and methods of manufacturability evaluation for parts to be processed with the specific manufacturing resources on CNC machine tools have been proposed.The information extraction module for STEP-NC data
9、has been improved. The workpiece information base used to save the extracted information about STEP-NC has been established in order to provide the basis for the manufacturability evaluation.The manufacturability evaluation system of Parts based on the STEP-NC has been developed using VisualC + +6.0
10、 and Access2003 database and experiments have verified the correctness of the evaluation mechanism and 沈阳理工大学硕士学位论文 method. This paper starting with STEP-NC standard has established a manufacturability evaluation model of parts based on STEP-NC according to the principle and methodology of STEP stan
11、dards.From a technical point of view, this paper has established realistic and reasonable evaluation mechanisms and the overall program,which will provide a meaningful reference for the intelligent manufacturing. Keywords: STEP-NC, NC Program, Machinability Evaluation, Evaluation Model 沈阳理工大学 硕士学位论文
12、原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可
13、以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章 绪论 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 1.1.1 课题来源 本课题题目是：网络制造环境下基于 STEP-NC 的零件可加工性评价系统研 究，是辽宁省教育厅重点实验室项目（2008S199）资助的“面向网络化制造的智 能化数控理论和关键技术研究”的组成部分。 1.1.2 课题的研究背景 近年来数控技术得到了迅猛发展，在硬件、软件、功能、速度、精度及可靠 性
14、等方面都达到了相当高的水平。然而随着现代制造技术的发展，对数控加工技 术的研究和数控系统的开发提出了更高要求，除了在传统的数控体系结构基础上 继续追求高精度、高速度、高可靠性、高自动化、智能化等加工外，CNC 系统的 集成性、开放性及网络化正逐渐成为数控加工技术研究和发展的主流。 数控技术诞生后的 50 年里， 信息交换均采用传统的 ISO6983 标准， 即采用 G、 M 代码描述如何加工，其本质特征是面向加工过程。由于这种代码只包含一些简 单的运动指令和辅助指令，并不包含零件的几何信息、刀具路径、刀具选择等信 息，从而使 CAD/CAM 与 CNC 通道之间形成瓶颈，使得设计与加工等重要信
15、息 不能完全共享。G/M 代码自身的局限性，严重阻碍了制造技术的发展。为了解决 上述问题， 1997年欧共体提出了OPTIMAL(Optimized Preparation of Manufacturing Information with Multi-Level CAM-CNC Coupling)计划。该计划将 STEP 标准延伸 至自动化制造的底层设备，开发了一种遵从 STEP 标准并面向对象的数据模型作 为 数 控 加 工 编 程 的 数 据 接 口 ， 并 于 2001 年 底 形 成 了 国 际 标 准 草 案 ISO-DIS-146491。由于 ISO-DIS-14649 是已有的
16、产品数据交换标准（STEP）向数 控领域的扩展，故称为 STEP-NC1,2,它定义了不依赖于具体机床的双向数据交换 标准，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，描述产品整个生命周期 内的数据模型，从而实现整个设计制造过程的标准化3。目前，STEP-NC 已经完 成对铣削加工相关应用协议的制定，并在向车削、磨削等加工领域发展。 沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 - 尽管现在国内外对基于 STEP-NC 的数控技术研究处于起步阶段，但是其发 展势头强劲，主要体现在以下几个方面4-6： 1.G/M 代码将被 STEP-NC 代替。STEP-NC 具有便于理解、操作方便、描述 性强的特点。 2.CAD/CAM/CNC 之间实现集成。由于数据可以在 CAD/CAM 与 CNC 之间 双向流动，使设计部门能够清楚的了解到现场加工情况，并可根据加工现场返回 的信息对生产规划进行及时、有效的调整，从而使生产效率得到极大提高。另外， CAD、CAM 和 CNC 之间的功能将被重新划分，即 CAM 系统的宏观功能与 CAD 系统集成，微观功
