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北京化工大学硕士学位论文 基于s t e p n c 数据模型的x 札转化 摘要 在网络化设计与制造中，s t e p n c 数据模型扮演着十分重要的角色， 作为s t e p 标准在数控加工方面的扩展，s t e p n c 数据模型集成于c a d c a m 系统已经成为一种趋势。 本文在深入研究s t e p _ n c 的基础上，首先以标准的s t e p n c 数据模型 的表现形式一物理文件作为输入，利用j a v a 程序开发语言将其分解：其 次，结合x m l 的语法规则与s t e p n c 数据模型的结构特点，建立一种新的结 构体系，以j d o m 接曰程序为手段，完成信息单元到x m l 文档的转化，进而达 到s t e p n c 数据模型映射成x m l 的目的：最后，再次利用j a v a 程序语言和 j d o m 接口对所生成的x m l 文件进行解析，提取工步、特征、操作和刀具等 信息，以树状结构和表的形式在界面中显示，方便操作者识别加工过程的 主要参数，同时将数控机床与s t e p n c 的接口集成到所编系统内部。 本文所介绍的模型映射手段，为s t e p n c 物理文件后续处理提供了支 持，相对于传统的数据文件而言，融合s t e p n c 数据模型特征的) ( m l 文件 在网络传输和发布的功能上有着无法比拟的优势。网络化制造中的 c a d ，c a m 系统，可以根据自身的特点和优势解析并提取x m l 文档中的各种 信息数据，完成异地协同制造工作，大大节约了加工成本。本文所介绍的对 x m l 解析功能解决了在实际加工过程中如何实现现场工作人员理解 s t e p n c 数据模型的问题：同时所编译的系统中集成了数控机床与 s t e p n c 的接口，更为清晰地向实际工作人员展示了s t e p n c 数据模型对 于机加工完备无异的描述功能。 关键词：s t e p n c ，物理文件，x m l i i 北京化工大学硕士学位论文 m a p p i n gt ox m lb a s e do ns t e p n cd a t am o d e l a b s t r a c t s t e p - n cd a t am o d e lp l a y sa 1 1i n l p o n a n tp a r ti nn e 帆o r kd e s i g n i n ga n d m a i l u f a c t u r i n g i th a sb e e nat r e n dt l l a ts t e p j n c d a t am o d e l i si n t e g r a t e di m o c a d c a ms y s t e m s b a s e do nt 1 1 es t u d y i n go ft h es t e p - n cd a 组m o d e l ，an e wm e m o di sp u t f o n a r di n “sp 印e r u s i n gj a v a ，p h y s i c a lf i l e sa r es p l i t ，w h i c ha r et l l e r 印r e s e n 诅t i o no fs t e p _ n c d a t am o d e l s e c o n d ，a c c o r d i n gt ot 1 1 er e g u l a t i o no f x m la i l dt l l es t m c t u r eo ft l l es t e p j n cd a t am o d e l an e ws t m c t 眦eh a sb e e n b u i l ta 1 1 dm e nx m ed o c u m e n t sa r em a d eu po f t l l ei n f o m l a t i o nu n i t sb ym e a i l s o fj d o ma p i f u n h e rm o r e ，t h ei n t e n t i o nt l l a tm 印p i n g 舶ms t e p - n cd a t a m o d e lt ox m lc o m e st m e f i n a l l y ，a f t e rp a r s i n gt 1 1 ex m ld o c u m e n t sb y m e a n so fj a v aa n dj d o ma p i ，m a l l yk i i l d so fi n f - o m l a t i o ns u c ha s w o r 虹n g - s t e p ，f e a n l r e ，o p e r a t i o na n dt 0 0 1 sa r ep i c k e d 印a i l dd i s p l a yo nm e i n t e r f a c ew i 廿lt 圭l ef o n l lo ft r e eo rt a b l e s om eo p e r a t o rc a no b t a i nc l e a r l y d i 疗e r e n tp 猢e t e r sd u r i n gt l l em a c h i l l i n gp r o c e d u r e a 1 s ot 1 1 ea p ib e t w e e n n u m e r a b l ec o n 缸d 1 l e dm a c h i n e sa 1 1 ds t e p n ci si n t e g r a t e di n t om i ss y s t e m t h em e t h o df o rm o d e lm 印p i n gi sm e n t i o r l e di nt h ep 印e rd e a l i n gw i t l l t 1 1 es t e p - n cp h y s i c a lf i l e s c o m p a r e dw i t l lt 1 1 et r a d i t i o n a ld a t af i l e s ，t 1 1 e i i i 北京化工大学硕+ 学位论文 ) 几d o c 啪e n t ss y n c r e t i z e db ys t e p - n cd a t ar n o d e lh a v em o r ea d v a l l t a g e s i i ln 咖o r kd e s i g n i n ga n dm a n u f 犯t u r i n g ，c 矧d c a ms y s t e mc a i lp a r s ea l l d p i c ku pm a j l yk i n d so fi 1 1 f o m a t i o na c c o r d i l l g t oi t so w nf e a t u r e sa n d a d v a n t a g e s s om a l l u f a c t u r ec o 叩e r a t e dw i t hd i 圩e r e me n t e 巾r i s e sc o m p l e t e a n dc u td o w nt l l ec o s tc o n s u m e d l y t h e 如n c t i o nt h a tp a r s ex m ld o c 啪e n t s r e f e r e e d i nt h e p 印e r m a k e 叩e r a t o r s u n d e r s 协n ds t e p - n cd a 协 m o d e lm o r e o v e rm ea p ib e t w e e nn u m e r a b l ec o f l t r 0 1 l e dm a c h i n e sa n d s t e p j n cs h o w st h ef i n i s h e dd e s c r i p t i o nf o rm a i l u f a c t u r e k e yw o r d s ：s t e p n c ，p h y s i c a lf l l e s ，x 池 i v 北京化工大学位论文原创性声明 y 8 82 2 3 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已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。 作者签名：盔叠毳日期：巡 一( w o r k d i e c e s + w o r k p i c e | d = ”幸4 ”) + ( w o r k p l a n ；d = ”带2 “) w o r k 口_ e c e s o w n e r $ r b | 8 a 5 e $ ( r 8 i b a 5 巳) ( 5 t a t u s ) $ s t a t u s ) 图4 - 6 实体p r o j e c t 映射成的x m l 文档 ( “”表示所显示元素展开，“+ ，表示所处元素内部结构内容隐藏) f i g 4 - 6x m l d o c u m e n tm a p p e db ye n t n y “p r o j e c r 北康化工 学硕l j 学位论文 p r o j e c t 元素的同时加入w o r k p i e c e s 元素，其目的是扩展了物理文件的映射范围。 w 0 r k p l a n 数据段描述： “# 2 = w o r k p l a n ( m a i n w o r k p l a n ，( # 1 0 ，# l l ，# 1 2 ，# 1 3 ，# 1 4 ) ，$ ，# 8 ，$ ) ；”，摩k 射成 为x m l 文挡后如图( 4 7 ) 所示。两个元素的x m l 描述，可以清晰地向读者展示一 股信息结构中元素的内容及其特点。工步作为整个物理文件结构分解界点，在一般信 息结构的x m l 文挡中作为与其它x m l 文挡联系的纽带，工步在物理文件数据段中 一w o r k p l a ni d = ”书2 “ + ( m a c 卜 i n l n g w o r k i n g s t e p s ) m i n w 0 r k p l | 、l $ ( c h a n n e l $ 举( s e t u pi d = ” 掣 ( v v 0 r k p l a n 图4 7 实体w o r k p l a n 映射成的x m l 文档 f i g 4 - 7x m l d o c u m e n tm a p p e db ye n t 时“w o r k p l a n ” 的描述： 撑1 0 = m a c h i n i n g w o r k i n g s t e p c w sf i n t s hp l a n a rf a c e 】，撑6 2 ，拌1 6 ，撑1 9 ，$ ) ； 撑1 1 = m a c h i n i n g w o r k i n g s t e p ( w s d r j l l h o l e l 。，抖6 2 ，拌1 7 ，# 2 0 ，$ ) ； 捍1 2 = m a c h i n i n g 二w o r k i n g s t e p ( w sr e a mh o l e l ，捍6 2 ，撑1 7 ，群2 1 ，$ ) ； 拌1 3 = m a c h i n r n g o r k i n g s t e p c w sr o u g hp o c k e t l # 6 2 ，撑1 8 ，撑2 2 ，$ ) ； 拌1 4 _ m a c h i n 烈g w o r k i n g s t e p f w s f i n i s hp o c k e t l ，拍2 ，拌1 8 ，拌2 3 ，$ ) ； 在x m l 文挡中要借助w o r k p l a n 中m a c h i n ew 0 r k i n gs t e p s 元素的定义， 工步是数组元素，将其作为m a c h i n t w o r k i n g s t e p s 元素的子元素便于管理。 从图( 4 - 8 ) 中不难看出，m a c h i n e _ w o r k i n g s t e p s 的特征信息与操作信息的属性 显示出各自的信息的来源，这种x m l 文档模式不但使得) ( 】l 文档之问产生了关联， 而且也指明了一些特殊元素支撑信息的位置，便于后续处理系统的解析工作。此物理 文件的工步都是对于一个工件的操作，在安全面的选择上，所有工步都用一个信息， 所以在x m l 文档中必须对安全面的信息来源做详细的解释，同时也可以作为所有工 步对“e l e m e n t r y - s u r f 8 c e ”元素的引用。 北京化。r 大学硕士学位论文 一( m a c h i n i n gw o r k i n g s t e pl d = ”撑1 0 ” ( s a v ep l a n es o u r c e = “e i e m e n t r v5 u 讦a ” 6 2 带1 6 ( f e a t u r e ( o p e r a t l o l _ i | j 1 9 ( 0 p e r a t i o n 芾1 7 ( 0 p e r a t l 0 n 带2 0 ( 0 p e r a 丁1 0 n ( | v l 矗c h i n i n gw o r k i n g s t e p ) 一m a c h i n i n gw o r k i n g 5 丁e pj d = ”幸1 2 “) ( d e s c p t l o n ) w s r e m h o l e l d b 5 c r i p t 旧n ( s a v ep l a n es o u r e e = ”e i e m e n t r vs u r f a ” 幸6 2 ( f e a t u r es o u r c e = “f e d t u r e x m l 1 7 ( o p e r a t l 0 n 带2 1 0 p e r a t i o n m a c h i n i n gw o r k i n g s t e p 图4 8xm l 文档中信息的引用形式 f i g 4 _ 8r e f h e n c ei nx m ld o c u m e n t f e a r u r e 文件的根元素为“f e a t u r e ”本身，f e a t u r e 本身在s t e p n c 物理文 件中没有说明，引入f e a t u r e 元素使得) ( l l 文挡的结构描述更加清晰。所有s t e p n c 物理文件包含的特征实体信息映射的元素都是f e a t u r e 的子元素，如图( 4 9 ) 所示。 本例所给出的物理文件包含三个需加工特征：平面、圆孔、封闭槽。以平面特征为例 ( f e a t u 置e ) + ( p l a n a rf a c el d = ”章1 6 “ + r o u n dh o l el d = ”芾1 7 。) + c l o s e d p o c k e ti d = “幸1 8 “ ( f e t u r e 图4 _ 9 “特征”x m l 文档 w g 4 9x m ld o c u m e n to f f c a t u r e 介绍特征元素在x m l 文档特点，平面特征在物理文件数据段中的描述为： 群1 6 = p l a n a r 1 a c e f p l a n a rf a c e l ，槲，( 捍1 9 ) ，鼻7 7 ，群6 3 ，拌2 4 ，撑2 5 ，$ ，( ) ) ； 相应信息在x m l 文档中的映射如图( 4 1 0 ) 所示。特征的描述包含着加工此处特征 的操作信息，并指明加工信息来源于“o p e r a t i o n 。x m i ”文档，建立起与操作“l 文 挡联系。其余信息有着层次清晰的父子结构，用来支撑平面特征，完全将s t e p - n c 物理文件所描述的平面特征的所有信息映射到“l 文档。 3 5 北京化工大学硕士学位论文 一p l a n a rf a c el d = 。掌1 6 ” e d e s er i 口t i 口n ) p l n a rf c e l d e 5 e r i 口t i 口n ) j 嘻w o r k p i e c e ( 0 p e r a t l 0 n5 0 u r e e = “o d e r a t i o n x m l 青1 9 ( 0 p e r a t l 0 n ( b o s s $ ( b o s s + a i s 2p l 矗c e m e n t3 di d = “掌7 7 ” + e l e m e n t a r ys u r f a c ei d = ”掌6 3 “ + l i n e a rp a t hi d = ”掌2 4 “ + p l a n a rf a e e 图4 1 0 特征实体p l a rf a c e 映射成的x 啪l 文档 矾g 4 1 0x m l d o c w n e n to f e n t i t y “p 1 a n a r 扯e ” 与f e a l u r e 文件一样，o p e r a t i o n 文件根元素“o p e r a n o n ”的引入，也是 为了更清晰地描述咀，文档。但是不同的是，“o p e r a t i o n ”元素的子类不单纯是 所有操作信息，同时还包含操作功能和刀具信息，如图( 4 1 1 ) 所示。由于物理信息在 操作部分的内容要大量调用刀具信息和操作功能信息，这就难免在调用的同时产生几 个父元素共用一个子元素，这在x m l 文档操作中是不允许的，所以在第一级子类中 首先将这两种信息引入，以后的调用指明信息的来源即可。同样，以精铣平面为例说 明操作实体信息在x m l 文档中的特点，平面特征在物理文件数据段中的描述为： 拌1 9 = p l a n e f i n i s h m i l l i n g ( $ ，$ ，f i n i s hp l a n a rf a c e l ，1 0 0 0 0 ，$ ，群3 9 ，拌4 0 ，# 4 1 ，$ ， 拍o ，托1 ，槲2 ，2 5 0 0 ，$ ) ； 相应信息在) ( m l 文档中的映射如图( 4 1 2 ) 所示。操作元素主要对刀具和加工功能的 支撑信息要给予详细的说明，指出其信息来源，其余支撑信息也都完全按照s t e p - n c 结构体系描述，不遗不漏。 o p e r a li o n + ( p l a n e f i n l s h m i l l i n gi d = ”# 1 9 “ + d r i l l i n gi d = 。掌2 0 “ + r e a m i n gi d = “掌2 i “) + ( b o t t o m a n 0 一s i d e r o u g h m i l l l n gi d = ”聋2 2 ” + b o t t o m a n d s 1 0 e f i n i s h m l l l i n gi d = “幸2 3 ” + m i l l i n g m a c h i n e f u n c tr 0 n s ) + m i l l i n g c u t t i n g t o o li d = “聋3 9 。) + m i l l i n g c u t t i n g t o o li d = “聋4 4 。 + m i l l i n g c u t t i n g t o o li d = “一4 7 。) ( t 0 0 lp a t h $ $ 们0 0 l _ d i r e c t l 0 n # k ，m i l l i n g - f u n c t i o n ) $ “0 v e r c u t l e n g t h ( a x l l c u t t i n g d e p t h 2 5 帅0 卿i a u u t t i n t d e p t h ( a l l 0 w a n c t b o t t o m $ ，a l l o w a n c e _ b o t t o m + ( m i 山n gt e c h n o l o g vi d = # 4 ) - ( p l u n g er a m pi d = 掌6 0 。 ( t 0 0 l0 褂e n t a t l 0 n $ ( ，t o o l0 r i e n t a t l 0 n ( a n g e l ) 3 0 ( a n g e l ) ( p l u n g er a m p ) + ( p l u n g er a m pi d ：带6 i “ + ( b i d i r e c t l 0 n a lm l l u n g d = 。# 牛2 “ ( 南l a n ef i n i s hm i l l i n g 4 2 4 程序结构 图4 - 1 2 特征实体p l a n t n i s l - m i l l i n g 映射成的x m l 文档 f 起4 1 2x m l d o c u m e n to f e n 廿妙p l a n e - f i n i s h - - m i l l i n g ” 本章程序流程如图( 4 1 3 ) 所示。 4 3 本章小结 图4 1 3 程序流程图 f i g 4 1 3s 订1 l c n l r eo f p r o g r a m 本章首先对简要介绍x m l ，并分析了s t e p - n c 数据模型的结构和内容，为完成 s t e p - n c 物理文件向x m l 的转化奠定了基础，此外还着重介绍了实现并操作x m l - 3 7 - 北京化工大学硕士学位论文 文档的接口程序j d o m ，最后对生成x m l 文档给予详细说明，并举例解释了其中典 型元素在l 文档中的特点。s t e p - n c 转换为) a l 文件可以有很多方法，对于不 同类型的加工工程，在主体文件结构相同的情况下，各个c a d ，c a m 系统所生成的 s t e p n c 物理文件会有各自的特点，这对物理文件转化成x m l 文档产生一定的阻碍 作用，本程序的思路就是根据不同的情况对物理文件重新分结构、建文件，将比较复 杂的大型文档分割成简单明了的小块，其好处是便于对m 。文档进行解析，方便管 理，同时也解决了s ! p - n c 与订l 在结构上的冲突。 北京化工大学硕士学位论文 第五章s t e p n c 数据模型的后续处理 s t e p - n c 数据模型映射成x m l 文档结构为对其后续处理工作提供了便利条件， 对x m l 文档的操作已经引申为对s t i ! p - n c 数据模型的操作。在实际的生产加工过程 中，工程技术人员需要的并不是直接识别s t e p n c 物理文件，而是要掌握物理文件所 涉及到的加工信息，所以从x m l 文档中解析出这部分信息内容也成为项十分重要 的工作。不同方面的信息内容在新环境下的数据表现形式也不尽相同，针对工程技术 人员的工作习惯以及信息内容的特点，利用程序语言对不同类型的信息进行处理，整 理成条理清晰的机加工信息的操作界面，这样，大大方便了加工过程的操作。实际加 工必然会涉及到数控机床的参与，传统的数控机床是无法读取c a d c a m 系统所生成 的s t e p - n c 物理文件，这就需要编译一种接口程序，将s t e p - n c 数据模型转化成数 控机床可识别的语言，打通了从虚拟到现实的制造途径。整个后处理过程如图( 5 1 ) 所示： 图孓ls t e p n c 后续处理过程 f i g 5 - lp r o c e s sf o rd e a i i n gw i l hs t e p _ n cs u b q u e n t l y 北京化工大学硕士学位论文 5 1 界面设计 异地协同制造模式下，c a d c a m 系统生成的s t e p _ n c 物理文件，除了满足系统 之间对其配合操作的需求，还需要一种显示其内部加工信息的工作界面。工程技术人 员在无c a d c a m 系统支持的情况下，同样可以对物理文件进行一定的处理，提取工 程技术人员所关注的信息，并根据s t e p - n c 物理文件所描述的内容，结合实际的加 工手段，将加工部分内容转化g m 代码。 利用j a v a 语言中s w 缸g 组件，本章程序开发了一个s t e p n c 物理文件后续处理 系统，如图( 5 2 ) 所示。主要将以下功能架构到系统内部：1 、集成生成x m l 文件 的功能。2 、解析x m l 文档以树状结构显示工步信息；表状结构显示特征、操作和刀 具信息。3 、集成几种典型加工g m 代码生成功能。 图5 2s t e p - n c 可视化界面 f i g 5 - 2s t e p - n ci n t e r f a c e 界面的建立为s t e p - n c 数据模型部分内容的可视化操作提供了一个平台，通过 对数据模型反映出来的各部分信息内容，工程技术人员可以清晰地把握整体加工过 北京化工大学硕士学位论文 程，准确记录时时发生的情况，并根据自身技术优势，及时对技术方案进行调整。 5 2 集成x 札映射功能 作为整个操作系统的输入端，s t e p n c 物理文件成为后处理系统的第一目标，系 统的首要任务就是处理物理文件，并将其转化为结构优良的x m l 文档，因为其后可视 化界面的所有功能集成都是建立在x m l 文档的基础上，工程技术人员需求的机加工 信息同样来自) ( 】l 文档的解析，所以系统把x m l 文件的生成按钮作为整个s t e p n c 物理文件系统的启动按钮，随着x m l 文档的生成，其余各项操作功能也被激活。具体 操作为：选定要操作的目标文件，而后打开文件，程序运行。x m l 文件自动存储在 工作文件夹内，同时，其它功能键也被开启，过程如图( 5 3 ) 。l 文件的生成过 程在三、四章已给予很详细的介绍，在操作界面程序中只是对方法进行了调用，体现 其功能。 图5 - 3 读取s t e p _ n c 物理文件 f i 备5 - 3i m p o n i n gs t e p n cp h y s i c a if i l e 北京化工大学硕士学位论文 5 3 工步信息 在实际加工过程中，工程技术人员需准确了解工件所有待加工特征以及特征所 对应的操作，s t e p n c 提出的“工步”概念为工程技术人员把握整个加工过程提供了 便利条件，只要掌握每一个工步所涉及到的信息，就会有效控制整个加工过程。 s t i ! p _ n c 数据模型映射成l 文档后，元素m a c h i n ew o r k i n gs n ；p s 下包含 的信息元素就是加工过程中所有工步的详细信息，需要说明的是 m a c h i n ew o r k i n gs n 、p s 仅仅作为引入元素参与x m l 文档的建立，在s t e p n c 中没有详细定义，在s t e p n c 中真正掌管“工步”的元素是w 0 砌o l a n ，所以解 析x m l 文档的同时，需要把x m l 中各元素之间辅助关系还原为s t e p n c 数据模型 所描述的实体之间的关系。x m l 文档本身就是一个完善的树状结构描述文档，但是 对于实际的工程技术人员来说，信息量仍然十分庞大，而从实际加工操作的角度来看， 有相当部分的信息工程技术人员完全不需要知晓，所以有必要将与实际加工过程密切 相关的工步信息从x m l 文档中解析出来。 新的树状结构主要展示x m l 文档中工步元素的信息，其具体实现步骤如下：l 、应 用j a v a 程序语言中的j t r e e 接口程序建立一个新的树状结构数据整个树状结构的根 元素设定为“w o r k p l a n ”：2 、利用j d o m 接口程序寻找x m l 文档中 m a c h i n ew o r k i n gs t e p s 元素，检测其下子元素的数量，并将这些子元素设定 成根元素“w o 砌o l ”的第一级予元素；3 、再次对每一个工步信息做处理，提取 其中的特征和操作的元素信息并设定为第二级子元素。4 、将建立好的树状结构数据 封装到界面编制程序树状控件中。完成以上四个步骤，实际上实现了x m l 文档中工 步信息的树状结构显示，进而完成s 耵；p - n c 数据模型中的工步信息可视化的要求。 一份s t e p - n c 物理文件处理成x m l 文档以后，便可以通过树状显示模块功能在操作 界面中显示出来，如图所示( 5 4 ) ，树状结构中展开所有一级元素的信息，这份物理 文件中工作计划“w 0 r k p l a n ”中包含着五个工步，具体每个工步的描述信息在一 级子元素的标记上有详细的说明，这些说明的内容也是来自s 1 1 弹- n c 数据模型中工 步信息下的描述支撑信息。工程操作人员从说明信息中可以粗略地把握每一个工步大 致所需的加工信息。 北京化工大学硕士学位论文 图5 4 工步信息 f i 昏“w 0 妯 t e pi n f o 吼撕0 n 树状结构中，每一个工步展开两项，分别为特征和操作，特征表示此加工工步所需 加工的特征，操作表示实现特征的操作，特征之间与实体之间的区别由描述元素说明 中的序号表示，此序号来自于s t e p _ n c 物理文件中特征实体信息和操作实体信息的 i d 。树状结构的最底层元素仅仅体现出特征之间和操作之间的区别，但是特征和操作 的详细信息并不能从树中获取，每一个特征元素和操作元素由详尽的支撑信息构成， 这些信息也是工程技术人员在实际加工过程中所需掌握的，这就需要一种数据显示机 制为实际操作者提供这种服务。程序巧妙利用特征实体信息和操作实体信息的m 作 为响应关键字，实现树状结构中最底层元素的详细信息的展示，具体实现步骤如下： l 、整理加工工步中的特征和操作的信息，提取其标识i d ：2 、以特征和操作的实体信 息为划分表的依据，建立不同字段的数据表，全面地描述特征和操作实体信息；3 、 匹配树状结构最底层元素的描述字符串，显示所有同一类型特征和操作的详细信息。 过程如图( 5 5 ) 所示，当工作人员点击所需了解的特征或操作信息时，可视化界面中 的右上方便显示出元素的详细信息，由于在工件中可能需要加工相同类型的特征或需 北京化工大学硕士学位论文 图5 5 工步底层信息显示的实现原理 f 培s 5t h e o r yf o rd i s p l a yo f w o r k i n g _ s t e p 的n o mi n f o n l l a t i o n 要相同类型的操作，所以操作人员必须根据所给出的信息字段内容区分所要了解的元 素的详细信息。 5 4 刀具信息表 刀具信息是工程技术人员在实际加工操作中最为关心的内容，作为对工件实施 加工的工具，刀具决定了工件变为成品后的形状及性能要求，一个合格的加工过程需 要准确地选取刀具，刀具选取的合理与否直接影响着加工成本和加工质量，刀具的选 取依赖于刀具的各种技术指标，所以在实际加工过程中，准确把握参与加工刀具的各 项技术指标是必要的。s t e p - n c 数据模型中针对几大类典型加工方式的特点，将刀具 分为车刀，铣刀等几类，每一类刀具下细分为多种刀具的实体信息。每一类刀具下刀 具实体信息的描述内容分类是致的。单从每一类描述内容的比较上就可以清楚地了 解每一种刀具适用的加工环境以及适用的加工特征。刀具信息的显示有助于工程技术 人员及时对所发生的异常情况采取相应的措施。 s t e p - n c 数据模型所描述的刀具信息映射到m 。文档中的“操作”文档，将“操 作”文档中的刀具信息解析到可视化界面的具体步骤如下：1 、在程序中初始化表类 型变量；2 、总结刀具实体信息中各个方面的描述内容，并将其设置为描述字段；3 、 利用j d o m 接口解析x m l 文档中的刀具元素，并按照描述的字段的顺序将各个数据 内容做成向量，而后压入表类型变量：4 、将建立好的表状数据结构封装入界面编制 的表状显示控件当中。x m l 文档中解析出的刀具信息显示在可视化界面中，如图所 北京化工大学硕士学位论文 5 5s t e p _ n c 数控机床接口 图5 6 刀具信息 f i g 5 6t o o l si n f b h n a t i o n s t e p - n c 数据模型的提出开创了s t e p 标准数据模型应用于制造领域的新时代。 它将产品的设计与制造两大阶段无缝地连接起来，同时也使得产品生命周期内的各阶 段有了统一的数据模型，为近年来提出的各种先进生产模式的实施提供了基础条件。 众多主流c a d ，c a m 系统都在努力将s t e p n c 数据模型集成到系统内部，但是，目前 的数控机床仍然采用i s 0 6 9 8 3 ( g m 代码) 标准进行编程，c a d c a m 系统所生成 的s t e p n c 物理文件不能直接驱动数控机床进行实际生产加工，机床本身存在对于数 据读取的局限性，必须有后续处理程序将s t e p - n c 数据模型转换至机床可以识别的 g m 代码。实现c a d c a m 系统参与机床的实际加工过程，同时以s t e p - n c 数据模型作 为文件数据描述形式，就必须辅以一种s t e p n c 与数控机床的接口程序。目前，发达 北京化工大学硕士学位论文 国家所实现的基于s t e p - n c 数据模型的加工模式，单纯从数控机床的角度，这些方式 仍以传统的g m 代码为输入文件格式，例如，d a i m l 稍h r y s l e r 公司以s t e p - n c 数据模型 为描述形式，实现测试多面体零件的的钻孔和2 5 d 铣加工，这个原型只是传统的c n c 系统，c a m 系统和s t e p - n c 解释器的累加，其c n c 系统的内核并没有改变，并且只 适用于一些的简单的加工。本文以s t e p _ n c 中铣削加工部分为研究对象，将铣削加工中 的几种典型操作的描述形式以g m 代码的格式输出，完成数控机床与s t e p - n c 数据模 型的接口程序。s t e p n c 数据模型的每一种操作对应是一个实体信息，每一种实体信 息对应一块g m 代码的文本格式，工件在加工中所需要的操作，在s t e p - n c 数据模型 中以工步的形式体现，而每一个工步对应一次操作，所以数控机床读取的是工步信息 中所能描述的g m 代码，一个完整的g m 代码程序实质上是对各个g m 代码模块的调用， 如图( 5 7 ) 所示，本文编译的接口程序完成对铣削加工中的铣平面、钻孔、铰孔、粗 铣槽和精铣槽五种操作g m 描述： 图5 - 7 g m 代码实现原理 f i g 5 - 7n l e o i yf o rc o m p l e t i n gg m 1 、精铣平面 作为铣削加工中最常见的加工方式，铣平面在s t e p n c 数据模型中的实体信息描 述为“p l a n ef i n i s hm i l l i n g ”，其主要支撑信息为退刀面、加工起始点、刀具、加 工工艺、加工功能、切入切出角度、双向铣、轴向进给量等信息。g m 代码模式所需 的信息输入为加工坐标方式、刀具起始位置、刀具、刀具旋转方向、主轴转速、切入 切出方式、冷却方式以及待加工平面的边界坐标点等信息。g m 代码以文本文挡的形 式将以上各个信息点按照其所出现的前后顺序排布在相应的位置上，构成一种模式， 北京化工大学硕士学位论文 当数控机床需要对工件进行精铣平面的加工，程序将在s t e p n c 数据模型所映射x m l 文挡中寻找相应位置的元素，并将其转化为g m 代码所需要的数据格式，此种调用方 式与以下几种操作的调用方式一致。在精铣平面中，双向铣是一个与刀具运动密切相 关的一个内容，也是自动生成g m 代码的关键，由于平面长和宽的数值是未知量，其 数值的大小与刀具直径和交佚( 相邻且平行的两个刀具直径的重叠长度) 决定了刀具 实际运动中所经过的坐标点，所以程序定义了一种计算模式，将上述三种参数代入计 算模式，从而得到刀具的各个拐点坐标，完成本模块的全部g m 代码描述。 2 、钻孔 钻孔在s t e p n c 数据模型中的实体信息描述为“d 砌l l i n g ”，其主要支撑信息为退 刀面、加工起始点、刀具、加工工艺、铣削功能、底部停留时间以及钻孔策略等信息。 g m 代码所需的信息输入为刀具起始点、退到平面、孔位置、孔深、主轴转速、冷却 液等信息。孔加工在g m 代码中的格式有其特点，在g m 代码描述中，对于不同位置连 续钻相同规格的孔有自己的一种格式，但是在s t e p - n c 数据模型中，实际加工动作是 由工步决定的，工件上钻孔的数量直接决定了调用钻孔操作g m 代码模式的次数，而 不能像g m 代码中简单的完成一系列相同规格的孔的操作。由于钻孔操作g m 代码模式 所需传入元素的个数相对较少，生成的g m 代码相对简单。 3 、铰孔 铰孔在s t e p _ n c 数据模型中的实体信息描述为“d r j l l i n g ”。其主要支撑信息为 退刀面、加工起始点、刀具、加工工艺、底部停留时间以及等待位置等信息。g m 代 码所需的信息输入为刀具起始点、退到平面、孔位置、孔深、主轴转速、冷却液等信 息。铰孔与钻孔在g m 代码描述上十分相似，但在s t e p n c 数据模型中有着显著的区 别，两种加工操作的支撑信息在数量上和内容上各有不同。对于毛坯工件来说，铰孔 作为对孑l 特征的精加工操作一般是出现在钻孔的动作之后，且刀具基本不变。前面提 到g m 代码的生成将各个g m 代码的模块组织到一起，对于铰孔的调用，程序将其模块 的引入位置放于钻孔之后。 4 、粗铣槽 槽特征在一般的铣削加工中最为常见，粗铣槽在s t e p n c 数据模型中实体信息描 述为“b o t t o m - - a n d _ s i d e o u g h m i l l i n g ”，其主要支撑信息为退刀面、加工起始 点、刀具、加工工艺、双向铣、轴向切削深度、径向切削深度、侧边余量、底边余量 等信息。g m 代码所需的信息输入为刀具起始点、退刀平面、加工坐标方式、铣削方 4 7 北京化工大学硕士学位论文 式、轴向切削深度、刀具旋转方向等信息。槽铣削加工区别于平面铣削加工的关键在 于其具有深度，这就使得在z 方向上数值和轴向进给量以及槽深三个参数决定了铣削 层数( 即在z 方向上重复铣削平面的次数) 。程序中也需要做一个计算模式，导入以上 三个参数，结合双向铣计算模式产生的数据，计算出所有刀具路径需要的关键点，完 成粗铣槽g m 模式的制定。 5 、精铣槽 精铣槽与粗铣槽在s t e p - n c 数据模型中的实体信息描述中十分相似，采用 “b 0 1 m 船ds i d ef n q i s hm i l l i n g ”描述，同时在支撑信息上的区别也很小，仅 仅在铣削方式上有区别。g m 代码所需的信息输入基本一致。需要说明的是精铣槽在 最底部的操作采用从四周不断向中心的铣削方式，这种方式在刀具路径上的点计算上 要比双向铣复杂很多，需要在计算模式中导入的参数为槽的长、宽、刀具径向进给量 以及刀具直径四个参数，计算出刀具路径中所需要的关键点，完成此操作接口。 单纯将g m 代码模块集成到一起并不能正确显示代码，还需要程序头，程序尾以 及每一行程序的控制序号。这些信息是数控机床正确读取文件的必要保证，本文所介 绍的这种接口对这些问题也给予了很好