朱龍飛

（常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)電工程系，江蘇 常州 213000）

基于STEP-NC車(chē)削加工特征的XML任務(wù)描述

朱龍飛

（常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)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(chǔ)和分享，本文以SETP-NC車(chē)削加工過(guò)程數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，以XML文檔形式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的任務(wù)描述。文中首先闡述了 STEP-NC中車(chē)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(chǔ)為XML文件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了本地特征任務(wù)的解析和修改。最后以ISO14649-12附錄D車(chē)削程序?yàn)槔?，?yīng)用所編寫(xiě)的車(chē)削特征任務(wù)描述軟件，對(duì)該實(shí)例的車(chē)削特征數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。

STEP-NC；車(chē)削特征；XML；任務(wù)描述

生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)數(shù)控技術(shù)提出了更高更新的要求：網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化。從數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)延發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，如果想要實(shí)現(xiàn)智能化，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品加工特征的各種加工信息和幾何信息必須進(jìn)行充分了解，但是現(xiàn)實(shí)情況是，傳統(tǒng)G代碼中并不包含這些信息，這對(duì)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(shì)來(lái)看，如果想要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和集成化，不同的企業(yè)和團(tuán)隊(duì)之間，加工信息必須能夠得到充分交流和共享。然而現(xiàn)實(shí)狀況是，G代碼對(duì)其硬件有很強(qiáng)的依賴性，并且也不能保證互換性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)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(kāi)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(shù)發(fā)展的極大的限制因素，不能滿足數(shù)控技術(shù)的發(fā)展需求。因此ISO在STEP（STandard for the Exchange of Product model data）的基礎(chǔ)上向CNC進(jìn)行擴(kuò)展，逐漸形成了一種新的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)被重新定義。STEP-NC的本質(zhì)是在了解了加工對(duì)象特征的基礎(chǔ)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(jìn)行具體操作，完成實(shí)際的加工。

XML指的是可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，這種語(yǔ)言非常適合萬(wàn)維網(wǎng)傳輸，并且提供了統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)描述和交換獨(dú)立于供應(yīng)商或應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可以作為非常有效的工具來(lái)處理分布式結(jié)構(gòu)信息。因此，將網(wǎng)絡(luò)上的中性文件加以利用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性，并且為網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)是非常必要的。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者也做了此方面的研究，但都是基于開(kāi)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(kù)，由文件轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成以XML格式表示的網(wǎng)頁(yè)文件。與開(kāi)發(fā)STEP-NC向XML轉(zhuǎn)換的接口不同，本文通過(guò)直接研究STEP-NC EXPRESS語(yǔ)言的表述方法，通過(guò)開(kāi)發(fā)XML任務(wù)描述軟件，直接輸出XML格式的STEP-NC信息。ISO14649-12中定義了車(chē)削加工過(guò)程數(shù)據(jù)，主要包括加工操作、制造特征、加工策略等。實(shí)際提交的標(biāo)準(zhǔn)化工藝數(shù)據(jù)應(yīng)該包括任務(wù)描述即加工零件的基本信息、制造特征信息和車(chē)床資源信息即車(chē)床和車(chē)刀的基本信息，因方法類似，故本文僅以車(chē)削制造特征為例，將制造特征類與樹(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，最后將STEP-NC中的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為XML文件進(jìn)行表述。

1 STEP-NC車(chē)削特征的分類

ISO14649-12定義了車(chē)削過(guò)程數(shù)據(jù)，其中車(chē)削特征是定義在2．5軸特征下的一個(gè)子類，標(biāo)準(zhǔn)中所涉及到的車(chē)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(dòng)即可完成。

2 STEP-NC車(chē)削特征描述

2.1 STEP-NC提供的EXPRESS描述方法

STEP-NC是STEP在CNC領(lǐng)域中的擴(kuò)充，因此延用了STEP的文件結(jié)構(gòu)描述方法即EXPRESS語(yǔ)言的數(shù)據(jù)模型表示，該種表示方法具有如下特點(diǎn)。（1）以實(shí)體（entity）為主要定義類型，描述客觀世界對(duì)象的屬性及其之間的關(guān)系。（2）實(shí)體還可以描述網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要通過(guò)超類（supertype）和子類（subtype）來(lái)實(shí)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(shí)體和屬性之間還可以具有約束關(guān)系。③EXPRESS 語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型編程語(yǔ)言基本一致，EXPRESS 語(yǔ)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(shí)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(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型（整數(shù)型、邏輯型、數(shù)值型、實(shí)數(shù)型、布爾型、串型和二進(jìn)制型）、構(gòu)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(chē)削特征的XML描述

XML文檔采用樹(shù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方式，具有以下特點(diǎn)。（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(gè)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(shù)，這棵文檔樹(shù)從根部開(kāi)始，一直擴(kuò)展，最后擴(kuò)展到樹(shù)的最低端。（2）元素之間的關(guān)系可以用父子以及同胞等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述。父元素?fù)碛凶釉?。而?duì)于相同層級(jí)上的子元素，則互相為同胞（兄弟或姐妹）。（3）對(duì)于所有的元素，都可以擁有文本內(nèi)容和屬性。

STEP-NC用XML的形式描述STEP-NC車(chē)削特征，即需要分析車(chē)削特征下子類特征的EXPRESS描述，在EXPRESS和XML中建立映射關(guān)系。具體如下：（1）EXPRESS中的實(shí)體映射為XML中的節(jié)點(diǎn)，其中超類對(duì)應(yīng)父節(jié)點(diǎn)，從屬于超類的子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)上層父節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。（2）實(shí)現(xiàn)的屬性參數(shù)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的屬性值。

2.3 車(chē)削特征任務(wù)描述軟件具體實(shí)現(xiàn)

本文基于C#開(kāi)發(fā)了車(chē)削特征任務(wù)描述軟件，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）用戶錄入車(chē)削任務(wù)中的各特征，在主界面通過(guò)TreeView控件顯示特征從屬關(guān)系，通過(guò)文本框顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)的屬性值。（2）用戶錄入的車(chē)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(chē)削制造特征，在C#主界面通過(guò)Tree View控件顯示，同時(shí)在各個(gè)特征子界面可以進(jìn)行參數(shù)修改。由于XML文檔采用樹(shù)結(jié)構(gòu)的表示方法，可以方便高效的實(shí)現(xiàn)和TreeView之間的相互轉(zhuǎn)換，因此將Tree View控件作為STEP-NC和XML文檔之間的中間層。車(chē)削特征任務(wù)描述軟件主界面如圖1。

圖1 車(chē)削特征任務(wù)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(chē)削特征的XML任務(wù)描述的實(shí)例

圖3

這是ISO14649-12附錄D提供的一個(gè)簡(jiǎn)單的車(chē)削示例，圖3中所示零件有三個(gè)制造特征：柱面外徑、錐面外徑和直線回轉(zhuǎn)平面， 每個(gè)制造特征下的參數(shù)由一個(gè)新的實(shí)體表示。應(yīng)用車(chē)削特征XML任務(wù)描述軟件，因包含兩個(gè)外徑特征，且錐面外徑比柱面外徑在相同的基礎(chǔ)上僅多一個(gè)參數(shù)實(shí)體，固本示例中只添加錐面外徑和直線回轉(zhuǎn)平面特征以作示意。分別添加兩個(gè)子特征后，每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)的參數(shù)在特征參數(shù)文本框進(jìn)行顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)XML語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)控車(chē)床工藝加工信息的集成和共享，使信息可以在遠(yuǎn)程環(huán)境進(jìn)行共享和交流。為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化和集成化提供數(shù)據(jù)支持。本文通過(guò)研究STEP-NC車(chē)削制造模型以及EXPRESS語(yǔ)言的構(gòu)成特點(diǎn)，直接建立了STEP-NC車(chē)削特征的XML文檔表述方式，為STEP-NC在網(wǎng)絡(luò)化制造中提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

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

[2]孫一中． XML 理論和應(yīng)用基礎(chǔ)[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2000．

TG519.1

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1671-0711（2017）08（下）-0147-02