斯太爾轉(zhuǎn)向節(jié)銑鉆組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)及電氣控制部分設(shè)計(jì)

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Q. 謝 張立譯摘要: 為了實(shí)現(xiàn)以STEP-NC為基礎(chǔ)的制造業(yè)，STEP-NC數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)模型(STEP-NCMtDm)的開發(fā)使用了EXPRESS(式化定義)建模語言。該模型將STEP-NC數(shù)控加工任務(wù)級(jí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)床自身可識(shí)別的方法級(jí)數(shù)據(jù)。這里討論了STEP-NCMtDM 開發(fā)的目標(biāo)和技術(shù)方面的兩個(gè)主要問題。對(duì)該模型的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。基于STEP-NCMtDm的機(jī)床數(shù)據(jù)可分為兩組：“靜態(tài)數(shù)據(jù)”和“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)”，以支持進(jìn)一步的系統(tǒng)開發(fā)。目前，已經(jīng)開發(fā)出了一個(gè)基于Web的STEP-NCMtDm （相應(yīng)的XML架構(gòu)），以支持基于Web的應(yīng)用。STEP-NCMtDm已經(jīng)應(yīng)用于銑床模型，并可以代替STEP（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的表達(dá)和交換標(biāo)準(zhǔn)）第21章的文件和XML文件的數(shù)據(jù)來支持基于STEP-NC數(shù)字化制造。朗讀關(guān)鍵詞: STEP-NC；機(jī)床；數(shù)據(jù)模型；XML框架。1前言STEP-NC數(shù)字化制造是一種新開發(fā)的數(shù)字化制造方法，可以實(shí)現(xiàn)信息化，智能化，集成化和雙向化式的制造。在整個(gè)數(shù)字化生產(chǎn)過程中，STEP-NC 體現(xiàn)出顯著的優(yōu)點(diǎn)：1）提供完整的結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)模型來表示各種不同的產(chǎn)品和在產(chǎn)品開發(fā)過程中不同階段的技術(shù)數(shù)據(jù)；2）支持標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)在集成制造系統(tǒng)中的的交換和共享1；3）在CAM和 CNC 之間雙向傳輸高層信息，這是G/ M碼無法完成的；4）使用面向?qū)ο蟮墓げ絹矸庋b加工特征與加工操作參數(shù)，這使得加工數(shù)據(jù)可循環(huán)使用。 在STEP-NC的概念中最重要的特征是“機(jī)床的獨(dú)立性”。 STEP - NC的數(shù)據(jù)模型，主要描繪在任務(wù)級(jí)的數(shù)據(jù)或指令級(jí)數(shù)據(jù)。盡管它可以將數(shù)據(jù)定義為方法級(jí)或操作任務(wù)級(jí)的數(shù)據(jù)，.如機(jī)床軌跡，STEP-NC的主要目的是使這些數(shù)據(jù)的決策來自基于STEP- NC的控制系統(tǒng)。STEP-NC的方案可寫入一次，可以在具有相應(yīng)加工能力的不同的機(jī)器中使用2。因此，STEP-NC的實(shí)施是有效使其數(shù)據(jù)模型適應(yīng)不同的數(shù)控系統(tǒng)的過程。也就是說，要實(shí)現(xiàn)STEP-NC的核心問題是從任務(wù)級(jí)數(shù)據(jù)到方法級(jí)數(shù)據(jù)的過渡，或從任務(wù)級(jí)數(shù)據(jù)到操作任務(wù)級(jí)數(shù)據(jù)的過渡。要做到這一點(diǎn)，需要建立一個(gè)完整且易于訪問的制造資源數(shù)據(jù)庫，用以描述如產(chǎn)品數(shù)據(jù)，刀具數(shù)據(jù)等。雖然在STEP- NC的第10部分，第11部分和第12部分已經(jīng)定義了一部分加工工藝過程數(shù)據(jù)，如工藝參數(shù)，加工策略等5, 6, 7, 但這些數(shù)據(jù)對(duì)象不足以支持建立基于STEP-NC的機(jī)床數(shù)據(jù)模型，尤其是在動(dòng)態(tài)的車間環(huán)境下。因此，要想實(shí)現(xiàn)基于STEP-NC的制造以及工藝規(guī)劃與調(diào)度任務(wù)，需要建立一個(gè)基于 STEP-NC 的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)模型，以捕獲支持基于STEP-NC的加工制造所需的所有數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)。在本文中，建立了一個(gè)基于STEP-NC的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)模型。當(dāng)與在STEP-NC中定義的刀具數(shù)據(jù)模型相結(jié)合時(shí)，STEP-NCMtm可以形成一個(gè)完整的制造資源數(shù)據(jù)模型（MRDM）并最終為基于STEP-NC的數(shù)字化制造提供足夠的信息。2 文獻(xiàn)綜述 在機(jī)床數(shù)據(jù)建模領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（NIST）實(shí)施了一項(xiàng)名為制造資源信息建模的項(xiàng)目8。這個(gè)項(xiàng)目指出了制造資源的兩個(gè)方面：1)機(jī)床（銑床和立式/臥式車床）；2）工具裝配（刀具，鑲件，刀柄等）。這個(gè)模型被視為描述機(jī)床的ASME B5.59-2（ASME即美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展基礎(chǔ)。美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（NIST）開發(fā)的制造資源模型和ASME B5.59- 2標(biāo)準(zhǔn)主要是為了滿足制造資源商業(yè)者的需求而對(duì)于支持加工工藝過程規(guī)劃卻并不理想。為了解決這個(gè)問題，Kulvatunyou等人在美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（NIST）模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種基于UML的制造資源模型9。 新模型結(jié)合了制造具體過程規(guī)劃(RSPP) 模塊，以協(xié)同制造完成工藝規(guī)劃任務(wù)，它仍然缺少整合數(shù)控加工形成閉環(huán)制造鏈的能力。明等人介紹了基于新一代面向產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)PDESSTEP的生產(chǎn)資源模型，它包含了機(jī)床，刀具，夾具及測(cè)量工具等的數(shù)據(jù)10。該模型考慮了協(xié)同制造環(huán)境下的外部資源。再加上另外兩個(gè)基于新一代面向產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)PDESSTEP模型（零件信息模型和工藝設(shè)計(jì)模型），整個(gè)信息模型可以支持CAPP的應(yīng)用。Lopec- Ortegsa和Ramirez 提出了基于STEP的EXPRESS語言模型來描述車間里的柔性制造資源（即加工過程資源，管理資源，交通資源和存儲(chǔ)資源）11。這個(gè)數(shù)據(jù)模型應(yīng)用于基于STEP的制造信息系統(tǒng)。機(jī)床數(shù)據(jù)建模的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定。美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME B5委員會(huì)一直致力于在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)草案，分別用以描述機(jī)床性能數(shù)據(jù)（ASME B5.59- 1）和物業(yè)規(guī)范（ASME B5.59-2）。這些標(biāo)準(zhǔn)主要目的在于支持機(jī)床制造商。此外，ISO TC39/SC2正在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)用于加強(qiáng)機(jī)床部件互換性和和機(jī)床的測(cè)試（即測(cè)試方法，測(cè)試代碼，測(cè)試組件等）。上述幾種模式都不適用于基于STEP-NC的制造。一些模型（如由NIST，美國ASME和ISO制定的）適用于機(jī)床廠商和用戶，但不適合于制造應(yīng)用,如工藝規(guī)劃，車間調(diào)度等。其它的（如 Ming和Lopec- Ortegas的模式，STEP的第240部分）并模式不完全和STEP-NC的標(biāo)準(zhǔn)兼容。3 目的開發(fā)STEP-NCMtDm 的目的有以下兩個(gè)方面：第一，為了滿足工藝規(guī)劃和調(diào)度在STEP-NC中的數(shù)據(jù)要求。更特別的是，它幫助用戶在STEP-NC 程序中確定基于任務(wù)級(jí)信息的數(shù)控加工操作任務(wù)級(jí)信息。STEP-NC可被視為一個(gè)過程規(guī)劃模型。它并不支持其他活動(dòng)，如成本估算，機(jī)床選擇等。因此，STEP-NCMtDm 的第二個(gè)目標(biāo)是在分布式制造環(huán)境下支持制造工藝規(guī)劃的功能。4 關(guān)于STEP-NCMtDm技術(shù)方面的幾個(gè)問題 機(jī)床數(shù)據(jù)分為兩種類型：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的。如果在機(jī)床的生命周期中數(shù)據(jù)保持不變，那么它們被列為“靜態(tài)機(jī)床數(shù)據(jù)”，例如機(jī)承載能力和機(jī)床尺寸。這些數(shù)據(jù)主要是機(jī)床的規(guī)格，機(jī)床的額定加工能力。另一方面，如果數(shù)據(jù)在機(jī)床使用的不同階段發(fā)生變化，或針對(duì)不同的應(yīng)用取不同的值，它們被列為“動(dòng)態(tài)機(jī)床數(shù)據(jù)”。機(jī)床動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)靈活的工藝設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵信息。機(jī)床的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的變化可能有兩個(gè)原因。首先是機(jī)床的磨損，從而導(dǎo)致其精確度漂移或機(jī)械和電氣性能的變化。其次機(jī)床設(shè)置的更改或機(jī)床的重新安裝。機(jī)床的靜態(tài)數(shù)據(jù)，一旦設(shè)定，就會(huì)保持不變。對(duì)于兩種不同類型的機(jī)床動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可以遵循不同的數(shù)據(jù)處理和更新程序。由于機(jī)床的磨損等因素，第一種類型的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)需要更為經(jīng)常性的定期更新。第二種類型的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)則需要不定期地更新。5 結(jié)論基于STEP-NC的數(shù)字化制造是利用STEP和STEP-NC的數(shù)據(jù)模型支持信息化，智能化，集成和互操作的數(shù)控加工方案?；赟TEP-NC的制造的關(guān)鍵是建立機(jī)床數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)從STEP-NC的任務(wù)級(jí)數(shù)據(jù)到機(jī)床依賴的方法級(jí)數(shù)據(jù)的過渡。STEP-NCMtDm建立了各種不同的機(jī)床數(shù)據(jù)以滿足基于STEP-NC的工藝設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)的要求。同時(shí)它也被轉(zhuǎn)換為XML框架，使其網(wǎng)絡(luò)化。STEP-NCMtDm中機(jī)床數(shù)據(jù)被劃分為“靜態(tài)數(shù)據(jù)”或“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)”。這種分類反映了不同的機(jī)床數(shù)據(jù)的性質(zhì)，以及它們不同的獲取和更新方法，從而使機(jī)床數(shù)據(jù)得到有效且高效率的管理。機(jī)床數(shù)據(jù)可以通過使用 STEP 的第21部分文件或XML文件進(jìn)行交換或共享。推薦的數(shù)據(jù)模型可以方便地提取出來以支其他類型持的機(jī)床和數(shù)控加工應(yīng)用。更進(jìn)一步的工作包括，恢復(fù)當(dāng)用STEP綁定將 EXPRESS 數(shù)據(jù)模型映射到XML框架中去時(shí)，STEP-NCMtDm中丟失了的約束信息。同樣正在開發(fā)的是一個(gè)可利用STEP-NCMtDm 簡化制造任務(wù)請(qǐng)求流程的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。參考文獻(xiàn)1 X. 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