朱龍飛

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術學校機電工程系，江蘇 常州 213000）

基于STEP-NC車削加工特征的XML任務描述

朱龍飛

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術學校機電工程系，江蘇 常州 213000）

為了便于產(chǎn)品數(shù)據(jù)在WEB上存儲和分享，本文以SETP-NC車削加工過程數(shù)據(jù)為研究對象，以XML文檔形式進行了簡單的任務描述。文中首先闡述了 STEP-NC中車削特征的從屬分類和表示方法，然后以加工特征類的方式將產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲為XML文件，同時實現(xiàn)了本地特征任務的解析和修改。最后以ISO14649-12附錄D車削程序為例子，應用所編寫的車削特征任務描述軟件，對該實例的車削特征數(shù)據(jù)進行描述。

STEP-NC；車削特征；XML；任務描述

生產(chǎn)技術的迅速發(fā)展對數(shù)控技術提出了更高更新的要求：網(wǎng)絡化、集成化和智能化。從數(shù)控系統(tǒng)的內延發(fā)展趨勢來看，如果想要實現(xiàn)智能化，數(shù)控系統(tǒng)對產(chǎn)品加工特征的各種加工信息和幾何信息必須進行充分了解，但是現(xiàn)實情況是，傳統(tǒng)G代碼中并不包含這些信息，這對發(fā)展產(chǎn)生了局限性；而從數(shù)控系統(tǒng)的外延發(fā)展趨勢來看，如果想要實現(xiàn)網(wǎng)絡化和集成化，不同的企業(yè)和團隊之間，加工信息必須能夠得到充分交流和共享。然而現(xiàn)實狀況是，G代碼對其硬件有很強的依賴性，并且也不能保證互換性。隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，CAD/CAM和CNC系統(tǒng)的性能已經(jīng)得到了很大程度的提升，開放式數(shù)控系統(tǒng)也不斷提升， ISO 6983 已經(jīng)成為制約數(shù)控技術發(fā)展的極大的限制因素，不能滿足數(shù)控技術的發(fā)展需求。因此ISO在STEP（STandard for the Exchange of Product model data）的基礎上向CNC進行擴展，逐漸形成了一種新的標準STEP-NC（STandard for the Exchange of Product model data—compliant Numerical Control data interface,ISO14649）。CAD/ CAM和CNC之間的數(shù)據(jù)接口標準被重新定義。STEP-NC的本質是在了解了加工對象特征的基礎上，具體地描述加工什么，根據(jù)給定零件的材料、尺寸、形狀和加工順序、每一步所用的刀具和每一步所使用的操作方法等信息，合理規(guī)劃出刀具軌跡，最后進行具體操作，完成實際的加工。

XML指的是可擴展標記語言，這種語言非常適合萬維網(wǎng)傳輸，并且提供了統(tǒng)一的規(guī)則來描述和交換獨立于供應商或應用程序的結構化數(shù)據(jù)，可以作為非常有效的工具來處理分布式結構信息。因此，將網(wǎng)絡上的中性文件加以利用，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享，更好地實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的開放性，并且為網(wǎng)絡化制造服務是非常必要的。國內很多學者也做了此方面的研究，但都是基于開發(fā)STEP-NC文件的XML解釋器，比如劉濤、王永章等人將STEP-NC 文件利用 XML DTD（或 XML Schema）數(shù)據(jù)庫，由文件轉換模塊轉換成以XML格式表示的網(wǎng)頁文件。與開發(fā)STEP-NC向XML轉換的接口不同，本文通過直接研究STEP-NC EXPRESS語言的表述方法，通過開發(fā)XML任務描述軟件，直接輸出XML格式的STEP-NC信息。ISO14649-12中定義了車削加工過程數(shù)據(jù)，主要包括加工操作、制造特征、加工策略等。實際提交的標準化工藝數(shù)據(jù)應該包括任務描述即加工零件的基本信息、制造特征信息和車床資源信息即車床和車刀的基本信息，因方法類似，故本文僅以車削制造特征為例，將制造特征類與樹節(jié)點進行匹配，最后將STEP-NC中的數(shù)據(jù)模型轉化為XML文件進行表述。

1 STEP-NC車削特征的分類

ISO14649-12定義了車削過程數(shù)據(jù)，其中車削特征是定義在2．5軸特征下的一個子類，標準中所涉及到的車削特征都是一般性的二維特征，如圓錐面外圓、端面等，由X軸和Z軸聯(lián)動即可完成。

2 STEP-NC車削特征描述

2.1 STEP-NC提供的EXPRESS描述方法

STEP-NC是STEP在CNC領域中的擴充，因此延用了STEP的文件結構描述方法即EXPRESS語言的數(shù)據(jù)模型表示，該種表示方法具有如下特點。（1）以實體（entity）為主要定義類型，描述客觀世界對象的屬性及其之間的關系。（2）實體還可以描述網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結構。這種網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結構需要通過超類（supertype）和子類（subtype）來實現(xiàn)，子類是從屬于超類，并繼承了超類的所有屬性，除此之外，實體和屬性之間還可以具有約束關系。③EXPRESS 語言的數(shù)據(jù)類型編程語言基本一致，EXPRESS 語言定義的數(shù)據(jù)類型有命名數(shù)據(jù)類型（定義類型和實體類型）、聚合數(shù)據(jù)類型（數(shù)組、數(shù)表、數(shù)集和數(shù)袋）、簡單數(shù)據(jù)類型（整數(shù)型、邏輯型、數(shù)值型、實數(shù)型、布爾型、串型和二進制型）、構造數(shù)據(jù)類型（枚舉型和選擇型）和廣義數(shù)據(jù)類型（聚合數(shù)據(jù)類型和通用數(shù)據(jù)類型。

2.2 STEP-NC車削特征的XML描述

XML文檔采用樹結構的構成方式，具有以下特點。（1）文檔中必須包括根元素，根元素是其他元素的父元素。每個元素都可以擁有子元素，XML文檔中的元素都可以形成一棵文檔樹，這棵文檔樹從根部開始，一直擴展，最后擴展到樹的最低端。（2）元素之間的關系可以用父子以及同胞等術語來描述。父元素擁有子元素。而對于相同層級上的子元素，則互相為同胞（兄弟或姐妹）。（3）對于所有的元素，都可以擁有文本內容和屬性。

STEP-NC用XML的形式描述STEP-NC車削特征，即需要分析車削特征下子類特征的EXPRESS描述，在EXPRESS和XML中建立映射關系。具體如下：（1）EXPRESS中的實體映射為XML中的節(jié)點，其中超類對應父節(jié)點，從屬于超類的子節(jié)點對應上層父節(jié)點的子節(jié)點。（2）實現(xiàn)的屬性參數(shù)對應節(jié)點的屬性值。

2.3 車削特征任務描述軟件具體實現(xiàn)

本文基于C#開發(fā)了車削特征任務描述軟件，可以實現(xiàn)如下功能：（1）用戶錄入車削任務中的各特征，在主界面通過TreeView控件顯示特征從屬關系，通過文本框顯示對應參數(shù)的屬性值。（2）用戶錄入的車削制造特征可直接保存為XML文檔格式。（3）可以解析本地檔描述的車削制造特征，在C#主界面通過Tree View控件顯示，同時在各個特征子界面可以進行參數(shù)修改。由于XML文檔采用樹結構的表示方法，可以方便高效的實現(xiàn)和TreeView之間的相互轉換，因此將Tree View控件作為STEP-NC和XML文檔之間的中間層。車削特征任務描述軟件主界面如圖1。

圖1 車削特征任務描述軟件主界面

以外圓特征下的外徑為例，其子界面如圖2。

圖2 外圓特征

3 STEP-NC車削特征的XML任務描述的實例

圖3

這是ISO14649-12附錄D提供的一個簡單的車削示例，圖3中所示零件有三個制造特征：柱面外徑、錐面外徑和直線回轉平面， 每個制造特征下的參數(shù)由一個新的實體表示。應用車削特征XML任務描述軟件，因包含兩個外徑特征，且錐面外徑比柱面外徑在相同的基礎上僅多一個參數(shù)實體，固本示例中只添加錐面外徑和直線回轉平面特征以作示意。分別添加兩個子特征后，每個實體對應的參數(shù)在特征參數(shù)文本框進行顯示。

4 結語

通過XML語言實現(xiàn)數(shù)控車床工藝加工信息的集成和共享，使信息可以在遠程環(huán)境進行共享和交流。為實現(xiàn)數(shù)控機床的網(wǎng)絡化和集成化提供數(shù)據(jù)支持。本文通過研究STEP-NC車削制造模型以及EXPRESS語言的構成特點，直接建立了STEP-NC車削特征的XML文檔表述方式，為STEP-NC在網(wǎng)絡化制造中提供了技術基礎。

[1]羅忠誠等．基于華中高性能數(shù)控的 STEP-NC 系統(tǒng)的研究[J]．機械與電子，2004，(7)．

[2]孫一中． XML 理論和應用基礎[M]．北京：北京郵電大學出版社，2000．

TG519.1

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1671-0711（2017）08（下）-0147-02