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技術學校機電工程系，江蘇 常州 213000）

為了便于產品數據在WEB上存儲和分享，本文以SETP-NC車削加工過程數據為研究對象，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品數據存儲為XML文件，同時實現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據進行描述。

STEP-NC；車削特征；XML；任務描述

生產技術的迅速發展對數控技術提出了更高更新的要求：網絡化、集成化和智能化。從數控系統的內延發展趨勢來看，如果想要實現智能化，數控系統對產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，但是現實情況是，傳統G代碼中并不包含這些信息，這對發展產生了局限性；而從數控系統的外延發展趨勢來看，如果想要實現網絡化和集成化，不同的企業和團隊之間，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。隨著現代科學技術的不斷發展，CAD/CAM和CNC系統的性能已經得到了很大程度的提升，開放式數控系統也不斷提升， ISO 6983 已經成為制約數控技術發展的極大的限制因素，不能滿足數控技術的發展需求。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之間的數據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傳輸，并且提供了統一的規則來描述和交換獨立于供應商或應用程序的結構化數據，可以作為非常有效的工具來處理分布式結構信息。因此，將網絡上的中性文件加以利用，實現產品數據的共享，更好地實現數控系統的開放性，并且為網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）數據庫，由文件轉換模塊轉換成以XML格式表示的網頁文件。與開發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據，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據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點進行匹配，最后將STEP-NC中的數據模型轉化為XML文件進行表述。

1 STEP-NC車削特征的分類

ISO14649-12定義了車削過程數據，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語言的數據模型表示，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）實體還可以描述網狀數據結構。這種網狀數據結構需要通過超類（supertype）和子類（subtype）來實現，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 語言的數據類型編程語言基本一致，EXPRESS 語言定義的數據類型有命名數據類型（定義類型和實體類型）、聚合數據類型（數組、數表、數集和數袋）、簡單數據類型（整數型、邏輯型、數值型、實數型、布爾型、串型和二進制型）、構造數據類型（枚舉型和選擇型）和廣義數據類型（聚合數據類型和通用數據類型。

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中的節點，其中超類對應父節點，從屬于超類的子節點對應上層父節點的子節點。（2）實現的屬性參數對應節點的屬性值。

2.3 車削特征任務描述軟件具體實現

本文基于C#開發了車削特征任務描述軟件，可以實現如下功能：（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在特征參數文本框進行顯示。

4 結語

通過XML語言實現數控車床工藝加工信息的集成和共享，使信息可以在遠程環境進行共享和交流。為實現數控機床的網絡化和集成化提供數據支持。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．基于華中高性能數控的 STEP-NC 系統的研究[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