外文翻译-一种新型的数控系统的车削操作

毕业设计(论文)外文资料翻译学 院：机械工程学院专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：外文出处：Also available online - (用外文写)附 件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语： 年月日签名： 一种新型的数控系统的车削操作收稿日期：2008年2月8日/接受日期：2008年8月15日/发布时间：2008年9月4日施普林格出版社伦敦有限公司2008年版权所有。S.哈比布X.许摘要 本文中所涉及的研究工作是分为两部分。在第一部分中，一个通用的基础设施为实现STEP-NC的数据模型的方法。基础设施说明了一个双向数据流不同的数据形式：STEP-NC数据，机床特定语言，和低级别的机器的启动信号。“该方法采用模块化的概念，数据库协调组的加工工艺和管理加工活动。的第二部分上的报告开发的计算机数字控制（CNC）车床解释STEP-N数据转换成低层次的加工指令。这个过程是通过开发实现一个软件包，可以处理STEP-NC数据并提供了一个接口与改造的数控车床。工具路径信息被生成并执行“飞”与上反馈处理。这种新的数控系统说明一种新型的新一代数控机床的好处有这样的能力的一个高层次的数据被驱动模型。关键字： CNC ,STEP-NC,打开操作, 双向通信, 6K语言,接口1.导言 在过去的50年中，计算机数字控制（CNC）技术已被用于提高效率，生产力，和精密复杂partmachining。的发展数控机床发挥了重要的作用，重塑现代化生产企业。现代数控机床现在在工具紧密结合计算机辅助技术（CAX），以最大限度地发挥他们的潜能。在同时，这种技术使CNC的越来越多复杂的。几乎所有的数控机床今日的带动下松散的标准化编程语言，被称为“GM代码，可以追溯20世纪50年代。国际组织标准化组织（ISO）制定的GM代码根据ISO6983也是已知的，如在美国的 RS274D。机工具厂商已经开始开发，并加入了自己的和解的ISO 6983语言版本的代码支持开发和控制他们的新机器。因此，一组的机器的控制数据（MCD）为一个写入CNC控制器通常不运行对另一。已经公布的新标准，特别是启用新的数字控制（NC）的数据模型。这些第一标准是ISO 14649，被非正式称为STEP-NC。STEP-NC的创立和发展，以弥补不足之处ISO 6983提供了一个全面的模型。计算机辅助设计和之间的要传输的数据制造（CAD/ CAM）系统及数控机床。STEP-NC程序能够留住高层次在加工特点及相关工艺参数面向对象的方式通过概念的Workingsteps。STEP-NC是统一的ISO10303（STEP）ISO10303 AP（应用协议）238，使数据同其他的数据模型ISO 10303的可能。据认为，基于STEP的实施不同的STEP应用协议将统一数据在整个产品的设计和制造产业链。图1示出了这样的概念。例如，接入点开发的CAD数据交换，即ISO10303 AP20可以作为中间数据格式，使通信和数据共享，可以得到描述的数据之间的在AP203和ISO 10303 ISO10303-AP238（甚至在其他基于STEP标准，如ISO14649-12）。数据可以使用描述在ISO 10303-AP238或ISO14649-12作为中立的数据通信和/或份额加工工艺规划系统和设备之间的数据工具。这些数据模型，数据不兼容当前加工系统相关的问题得到缓解，甚至完全解决。 2.设计哲学背景建立的步骤数控已经引发了世界范围内努力创新有效的数据交换机制CAD/CAM 系统与数控机床。为例如，智能制造系统 (IMS)研究小组已从欧洲联盟伙伴韩国、 瑞士和美国。这项研究包括技术的实施与发展不同数控应用程序 （如步骤数控标准铣削、 车削和检查 。美国超级模型项目主要侧重于建立一个数据库，包含使一部分所需的信息。快速制造部件 （坡道） 项目中采集英国是成功实施的步骤 AP224 。此外，一些功能的原型制定了符合步的凸轮/数控系统世界各地。美国家标准和技术 (研究院 NIST) 在美国创建的软件系统这可以直接阅和解释中的信息步骤-NC 文件复制到特定于计算机的语言。系统解释在 AP238 和 ISO14649 铣削给定数据操作使用 GE Fanuc 控制器。从朝鲜提议建筑基础两步兼容 CAD/CAM/CNC 的执行情况系统铣削，另一个，另一个用于车削。的在 wzl 型在亚琛大学领导进行的究系统为铣削使用 ARM 的应用程序开发Shopmill 和西门子西门子 840d 数据模型增强西门子控制器 的控制。纽曼和在英国 Nassehi提出了双向万能翻译器内部沟通 （数据库口译员对于不同的机器工具）。研究由萨利赫等人关于工作的发展智能化工艺规划系统零件使用在步骤 AP224 中定义的功能。此系统将映射中的 XML 格式和产生的功能信息相应的加工操作的一致性向步-NC 数据模型。在新西兰，研究正在进行时大学的奥克兰制定步骤符合标准CAD/CAM/CNC 系统。该系统可以分成两个子系统。第一是为流程规划负责来生成本机程序，其中包含所有机部分所需的信息。第二个子系统是为制造、 负责优化使用信息输出的加工过程从第一个子系统。此外，第二个子系统已生成刀具路径的责任，可以指示机床以及检查机械加工完成后的Workingstep，如果需要的部分。图 2 显示了两个 IDEF0 图表子系统。在这一步兼容的系统中的一个基本要素是向充分实现和表现出的加工活动系统。在以前完成工作量工艺规划、 机床工具数据库和 onmachine 的领域检查。要集成到所有活动一个系统下, 一步是生成机器指令从这种系统的信息输出。本文讨论了一些相应的制造阶段的工作(A2) 如图 2 所示。介绍的工作，也可视为继续启用步骤的数控实现的研究加工。开发的前身是系统的脱机使用改装 赫克斯的车削加工系统PC200 数控车床。Systemgenerates 机器指令通过一个名为STEPcNC的转换器。STEPcNCconverter担任步 NC 文件 （目标数据之间的接口模型) 及车床。步骤-NC 文件被读取，和加工指令的生成和打印到文件然后被喂给控制器。这份报告进一步发展已成为网上的系统并可支持双向的数据流。3. 系统框架系统控制管理三个层面： 输入电平 （中窗体的步骤数控文件），NC 级和信号电平。的包含三个元素，步数控管理器中，输入的电平车间编程 (SFP) 模型和报表模块。在 NC 级实际上是数控加工 （数控-M)模块和信号电平是一个闭环伺服系统。图 3 显示了拟议的数控的结构系统。3.1 输入电平在这一级，在一个物理文件中提供的步骤数控数据并提取和存储步骤数控管理器中。这一进程重要的是捕获和映射的相关信息要执行的任务。例如，Workingstep 数据库(DB) 存储功能的属性和其相关过程参数 （操作、 技术和战略)。关于机床安装程序的数据是分开，并存储在设置 DB （即机坐标），机器的限制，和所有其他的机器数据也从物理文件中提取和存储机信息数据库中。报表模块使用theWorkingstep DB 和机信息数据库中的信息若要显示的最佳切削速度和切削深度的过程优化的结果将报告给 SFP模块。在处理不同类型的反馈。反馈这就证实了完成执行的 Workingstep 是报 SFP 模块，以提取所需的信息为下一步的 Workingstep。其他反馈包括工具定位数据以及机的当前状态。3.2 NC 级在这一级，处理的步骤-NC 数据映射中按照预先存在的库。此库中泛型子例程都写在 NC 的语言控制器 ；这些子例程照顾备选工具运动和辅助操作控制的冷却剂等流和工具的变化。切割的速度，剪切深度、 饲料从中提取率和其他所有过程参数SFP 模块和存储的加工技术Lib一个子例程执行之前，该技术。信息会传送到数控刀具路径-下一个 Workingstep，加工中的信息DB 技术是覆盖技术信息为定义随后Workingstep。数据从微处理器接收存储在DB 的反馈。存储的信息反馈中的信息DB 是通过步骤数控接口管理进一步的处理和决策。3.3 信号电平机控制单元 (MCU) 生产控制信息这传递给数控机床和还接收机器的反馈。内的 MCU 的软件数控控制器转换从收到的指示成一套的定位、 议案，NC-M 模块和函数命令。这些命令然后传递给在计算机上的驱动组件。反馈意见特殊处理，以确保有适当的机操作若要更正的机器命令，如果需要和发生。3.4 数据在系统中的流动该系统的所有元素之间的通信图 4 所示。这些数字代表的顺序发生。下面描述事件的序列后物理部分程序加载到系统中。报表模块从 STEPNC 中提取信息管理器。此信息被优化提供优化工艺参数如切割度、 剪切深度、 主轴速度，等等。该算法的输入是机床工具信息，如最大机电源，最大切削力，进给率可用性、 主轴速度可用性等，一直以来同机信息数据库中存储的功能属性与Workingstep DB，分别。加工参数存储或更新步骤数控管理器中。报告模块指示要提取优化的 SPF 模块信息和加工信息从其各自的数据库。所提取的信息是由不同处理SPF 模块内定义的机制。例如，工具路径制剂 (如技术、 战略、 功能）单独处理 ；方法和工具的退刀事先和机加工后还单独处理。在这模块分配给每项活动的优先次序在逻辑上结构化的机床和工作计划准备采取的地方，分别在加工前。将 SFP 模块所处理的信息传递NC-M 模块和映射到数控语言。在此模块中的库分为两种类型： 静态库和动态库。静态库包含泛型可以根据映射的 NC 子例程物理文件中给定的战略。动态图书馆，另一方面，包含以下信息机状态、 作业执行和操作的信息，和不断更新的状态。动态库已存储中间的工作内存系统操作的结果。微处理器翻译收到数控指令从一种形式的低电平信号到 NC-M 模块。这些信号被输入给的驱动组件机。换能器产生数值数据来表示在计算机 （例如，测量的位置） 的当前状态。反馈是然后传递给 NC-M 模块和存储进行进一步处理。然后在中处理的信息报表模块到 (a) 确保该适当的加工发生了操作和 (b) 纠正机器命令来弥补错误附带从反馈。通过报表模块的处理反馈意见给予 SFP 模块用于显示计算机信息或进一步的决策。4 系统开发4.1 资源和开发工具图 5 显示了分配给每个级别的资源。STDeveloper 1 和 Microsoft Visual c + + 是用来开发用户界面。硬件是一台数控车床，以前CompuCam 运动控制 (6 K) 系统加装20.这一选择的原因是，电子硬件提供闭环伺服运动控制系统(MCS)。控制系统提供了一个开的平台，与考虑到通过其他软件工具，如视觉控制C+.另一个优点是 6K-运动控制系统允许多个独立的控制序列在机床上的发展相当重要NC-M模块。它还提供一个用户界面 （议案平面) 和系统内存，从而使开发库可能 (）。车削 (ISO 步数控 ARM 数据模型14649-12 3 和 ISO 14649-121 3） 使用了。图 6说明了发达国家快递 G 代表22 的数据模型。软件包被编程使用 6 K语言。6 K 编程语言包括简单ASCII 命令来控制硬件设备链接到6 K 4 控制器。这种语言是能够颁发两模拟和数字命令 （）。4.2 系统描述在系统给定的名称SNC6KTurn。它包括如图所示，在图 4 中，即STEPNC 的前四个单元经理、 SFP 模型、 报表模块和 NC-M模块。图 7 显示了 SNC6KTurn 的用户界面。4.2.1 步数控管理器（图 8） 步骤数控管理器加载步骤数控部分 21到工作结构的文件。为生成 c + + 类快递的 ISO 14649-在架构中定义的每个实体10、 12、 和 121。可以使用三种类型的输出：脱机代码输出、 脱机注释代码输出，和执行上飞 （联机）。在图 8 中可以看出，整个程序是第一次初始化，然后实际加载的文件是分三个阶段：项目 （即，工作计划）、 工件 （即，安装程序的信息）和可执行文件 （即 Workingstep）。4.2.2 SPF 模块活动由 SPF 模块预制来三岁主要公用事业的类别：机床工具设置实用程序： 此实用程序发展到初始化之前解释步骤数控硬件数据。机床安装活动包括建立软件之间必要的连接(SNC6KTurn) 和 6 K 4 控制器，激活系统驱动程序，设置正确的缩放因子，和发送刀架到其首页的位置。创建一个新类专门为适应便利的所有功能沟通 6 K 4 控制器。大多数的此类中的函数与相关的通信服务器 (COM6SRVR) 由 Compumotor 的开发行 RS232 通讯。刀具路径设置： 此实用程序的主要目的是向建立机床坐标。所有其他因此步 NC 文件中定义的坐标是引用相对于机床坐标。在中另外，工具的路径设置实用程序访问鉴于步数控模型中的工作计划安装程序属性要确定的大小和位置的工件和安全平面的位置。刀具路径映射实用程序： 此实用程序的目的执行两个Workingstep 安装程序和 Workingstep到 6 K 语言工具路径映射。Workingstep安装程序包括方法、 工具选择和退刀战略。工具路径映射机制转换为每个定义的技术、 功能以及战略数据到 6 K 习代码 Workingstep。两个函数制定方便至 6 K 映射 fromSTEP 数控语言，那些与步骤数控管理器的交互和那些与 6 K 的交互 4 控制器。4.2.3 报表模块报表模块负责大部分的决定在程序中制作。它指示两个程序和6 K 4 控制器来执行各项活动中有序方式。有收集反馈的职能控制器，告诉程序该怎么做。例如后,数据被发送到控制器，这些函数调用若要确认已收到的数据。确认后，程序指示要执行某一特定的控制器6 K 控制器中存储的子例程。这些函数还可比较的数据不受限制机。如果数据未收到或超过机器的限制，该程序将终止并显示错误代码。有的获得从响应的函数要确认的前一个子例程执行控制器开始执行下一个操作。例如，当控制器是忙于执行刀具路径，程序等待接收的响应和恢复程序执行响应。后有一个转折点 Workingstep 中的数据已存储，程序汇集的所有信息可以对 c + + 函数，与接口 6 K 4 控制器。在本模块的开发工作正在进行，和一个主要任务是实施一种优化方法为加工参数的选择。很多优化已经过去的对数，和一些最近的方法，例如使用技术例如遗传算法 25，26。4.2.4 数控加工模块正如上面提到的此模块包含静态和动态库。在静态库中，有三套表 1 中列出的子例程。1.子例程 （RFACED CTHREAD） 表示ISO14649 12 中定义的刀具路径。这些子例程执行基于所提供的资料步骤-NC 数据、 操作类型和策略类型。这些子例程表示只有一个及格的刀具路径运动。多个传递都启用重复处决。2.子例程 （INTRACT SECPL） 表示一个简单的刀具运动。主要用于这些子例程退刀，并接触战略。3.程序 （才能回家工具） 表示辅助操作如换刀和回家的工具。动态库包含 6 K 变量分配给数值/整数值。这些数据代表从步骤数控获得所需的过程参数程序。表 2 列出了 6K 中使用的 6 K 变量子例程。从步骤-NC 发送这些变量接口至 6 K 4控制器。子例程的定义基于 6 K 变量，例如，D (VAR1) (VAR2).2 这些变量将自动存储在非易失性6 K 控制器，覆盖如果内存重复使用相同的变量。4.2.5 系统通信图 9 显示了使用两套系统通信c + + 函数。第一组包括的功能，过程步骤-NC 中存储的步骤-NC 数据管理器。这些函数的目的是要让所有可用的功能的 Workingstep 中的信息稍后将与 6 K 通信 4 控制器。的第二组的 c + + 函数进行沟通 6 K 4控制器。目的是要处理和翻译步骤数控信息转化为加工从接收参数第一组的 c + + 函数。此外，这些函数也执行以下的功能，如收集反馈从 6 K 4 控制器和获取的答复控制器。从 6 K 收集反馈 4 控制器是必不可少的用于同步执行事件。发送到的数据6 K 4 控制器需要从控制器的确认，数据已存储在控制器的动态图书馆。确认后，程序指示控制器来执行存储在特定的刀具路径6 K 4 控制器的静态库 (即子程序)。应该没有收到确认，则程序将终止和将显示特定的错误代码。它也是必要的以便得到及时的答复，从控制器使系统知道的执行子例程成功完成，并在下一个操作可以采取的地方。当控制器正忙于执行刀具路径，程序等待响应和简历在收到响应后的程序执行。5 个案例研究两起案件都提交在此文件中，每个演示特别加工和编程功能SNC6KTurn，特别编程的角度制造功能和修改店地板，演示的能力：1.机使用一系列的操作功能和策略类型。2.多次机不同大小的相同的功能在不同的地点。5.1 案例研究 1 本案例研究的目的是要证明SNC6KTurn 是能够削减的 ISO 转弯示例14649 12.由于车床的限制，此示例具有已修改。完成的操作被落在后面和一些几何已调整大小。修改后的部分是由于表 3 列出了在图 10 和主要的 Workingsteps。在进程启动加载步骤数控物理文件通过图形用户界面。中定义的信息工作计划安装程序用于驱动刀架到安全平面。设置数据包括的坐标机床、 工件、 工件夹紧，和安全平面。此过程完成后第一次的Workingstep 是执行。该程序查找和定位该工具所需的操作使用该工具的 id。为加工，主要的两个子例程执行的RFACEP和BACKTRACT。图 11 所示的刀具路径使用。第一次 Workingstep，完成后第二个与使用两个主要执行第三 Workingsteps子例程，续和CONTC。之后的部分是完成后，程序指示刀架要向后移动向安全平面。总体来看，34 子例程调用和108 变量发送到该控制器的内存。5.2 案例研究 2本案例研究的目的是要检查的SNC6KTurn 具有切割的功能的功能反复在不同地点的不同大小。的案例 1 中的示例被修改以包含Workingsteps定义了不同规模和处于的两个锥状细胞不同的位置 （图 12）。主要内容相应的数控文件表 4 中列出。安装程序和加工旋转单位操作和气瓶都相同的一项案例研究中所述。执行的三个主要的子例程，RFACEP、BACKTRACT，和续来产生锥度。图 13阐释为机部分生成的刀具路径。总体而言，通过执行 118 执行加工子例程。发送到该控制器的变量的数目411 内存。该系统还可以处理作为定义的线程功能在 ISO14649 10 和有关的战略和运作机 ISO14649 12 和 121 中定义一个线程。很多其他部分已经被削减 ；图 14 显示了其中一些。6 结论在执行本文介绍的基础设施步骤-NC 数据模型是通用的。双向共同在阶段实现了阳离子位置步骤数控数据和 NC 的中间形式，但不是能在低级驱动信号形式。该系统利用的概念模块化和组加工工艺数据库和加工活动。步数控原型系统，SNC6Kturn，在成功地生成和测试SNC6Kturn有足够的功能，以削减车削中的例子ISO14649-12。它还可以接受在店修改地板。这支持之间的双向数据流量步骤-NC 接口和机床。原型系统测试的两个个案研究。在案例研究中 1，制造功能的编程，足以证明。使用的机器车削功能的能力范围操作和战略演示了灵活性系统。例 2 表现出的能力制造反复在不同大小的相同的功能不同的位置。6 K 子例程和 6 K 变量都是泛型。他们是重复使用的各种行动和战略。自步骤-NC 数据自动被解释成机SNC6KTurn 可以是生成定义的一部分的运动，视为一个完全自动化的启用步骤数控的机器。这项研究建议中的一种有效方法发展和加强现有的数控控制器它成为步-数控-启用。作者要感谢智能的确认国家系统分工研究所标准和技术，在特别是，T.克雷默和 F.宝洁公司提供驱动程序（ARM STEPNC铣削解释器），用来开发 SNC6KTurn。1.国际组织的标准化 (1982) ISO 6983/1数控机床 程序格式和定义讲句话 定位、 线条和轮廓的数据格式控制系统。国际标准化组织的日内瓦2.Kramer TR，宝洁公司调频 (1995 年) NIST RS274/NGC 译员版本 2。5739，NISTIR （NIST： 克朗的奖金，MD)3.国际组织的标准化 (2004) ISO 14649-1 工业自动化系统和集成 数据模型计算机化数字控制器 概述和基本原则。国际标准化组织的日内瓦4.国际组织的标准化 (2004) ISO 10303-238 工业自动化系统和集成 产品数据表示和交换 应用程序协议： 应用程序对于电脑数值控制器解释模型。国际组织的标准化，日内瓦5.国际组织的标准化 （1994 年） ISO 10303-203 工业自动化系统和集成 产品数据表示和交换 应用程序协议： 配置控制 3D 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