數(shù)控機床上下料機械手的設計,數(shù)控機床上下料機械手的設計,數(shù)控機床,上下,機械手,設計 外文翻譯 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 張 立 班 級 B機制 077 學 號 0710101712 指 導 教 師 袁 健 外文資料名稱：Development of STEP-NC Compliant Machine Tool Data Model 外文資料處： Proceedings of the 35th International MATADOR Conference (3-1) 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 機床數(shù)控數(shù)據(jù)接口模型的開發(fā) W. Z. 楊, X. 許 and S. Q. 謝 張立譯 摘　要: 為了實現(xiàn)以STEP-NC為基礎的制造業(yè)，STEP-NC數(shù)控機床數(shù)據(jù)模型(STEP-NCMtDm)的開發(fā)使用了EXPRESS(式化定義)建模語言。該模型將STEP-NC數(shù)控加工任務級數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機床自身可識別的方法級數(shù)據(jù)。這里討論了STEP-NCMtDM 開發(fā)的目標和技術方面的兩個主要問題。對該模型的體系結(jié)構進行了分析?；赟TEP-NCMtDm的機床數(shù)據(jù)可分為兩組：“靜態(tài)數(shù)據(jù)”和“動態(tài)數(shù)據(jù)”，以支持進一步的系統(tǒng)開發(fā)。目前，已經(jīng)開發(fā)出了一個基于Web的STEP-NCMtDm （相應的XML架構），以支持基于Web的應用。STEP-NCMtDm已經(jīng)應用于銑床模型，并可以代替STEP（國際標準化組織制定的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的表達和交換標準）第21章的文件和XML文件的數(shù)據(jù)來支持基于STEP-NC數(shù)字化制造。 朗讀 關鍵詞: STEP-NC；機床；數(shù)據(jù)模型；XML框架。 1　前言 STEP-NC數(shù)字化制造是一種新開發(fā)的數(shù)字化制造方法，可以實現(xiàn)信息化，智能化，集成化和雙向化式的制造。在整個數(shù)字化生產(chǎn)過程中，STEP-NC 體現(xiàn)出顯著的優(yōu)點：1）提供完整的結(jié)構化的數(shù)據(jù)模型來表示各種不同的產(chǎn)品和在產(chǎn)品開發(fā)過程中不同階段的技術數(shù)據(jù)；2）支持標準化數(shù)據(jù)在集成制造系統(tǒng)中的的交換和共享[1]；3）在CAM和 CNC 之間雙向傳輸高層信息，這是G/ M碼無法完成的；4）使用面向?qū)ο蟮墓げ絹矸庋b加工特征與加工操作參數(shù)，這使得加工數(shù)據(jù)可循環(huán)使用。 在STEP-NC的概念中最重要的特征是“機床的獨立性”。 STEP - NC的數(shù)據(jù)模型，主要描繪在任務級的數(shù)據(jù)或指令級數(shù)據(jù)。盡管它可以將數(shù)據(jù)定義為方法級或操作任務級的數(shù)據(jù)，.如機床軌跡，STEP-NC的主要目的是使這些數(shù)據(jù)的決策來自基于STEP- NC的控制系統(tǒng)。STEP-NC的方案可寫入一次，可以在具有相應加工能力的不同的機器中使用[2]。因此，STEP-NC的實施是有效使其數(shù)據(jù)模型適應不同的數(shù)控系統(tǒng)的過程。也就是說，要實現(xiàn)STEP-NC的核心問題是從任務級數(shù)據(jù)到方法級數(shù)據(jù)的過渡，或從任務級數(shù)據(jù)到操作任務級數(shù)據(jù)的過渡。要做到這一點，需要建立一個完整且易于訪問的制造資源數(shù)據(jù)庫，用以描述如產(chǎn)品數(shù)據(jù)，刀具數(shù)據(jù)等。雖然在STEP- NC的第10部分，第11部分和第12部分已經(jīng)定義了一部分加工工藝過程數(shù)據(jù)，如工藝參數(shù)，加工策略等[5, 6, 7], 但這些數(shù)據(jù)對象不足以支持建立基于STEP-NC的機床數(shù)據(jù)模型，尤其是在動態(tài)的車間環(huán)境下。因此，要想實現(xiàn)基于STEP-NC的制造以及工藝規(guī)劃與調(diào)度任務，需要建立一個基于 STEP-NC 的數(shù)控機床數(shù)據(jù)模型，以捕獲支持基于STEP-NC的加工制造所需的所有數(shù)控機床數(shù)據(jù)。在本文中，建立了一個基于STEP-NC的數(shù)控機床數(shù)據(jù)模型。 當與在STEP-NC中定義的刀具數(shù)據(jù)模型相結(jié)合時，STEP-NCMtm可以形成一個完整的制造資源數(shù)據(jù)模型（MRDM）并最終為基于STEP-NC的數(shù)字化制造提供足夠的信息。 2 文獻綜述 在機床數(shù)據(jù)建模領域已經(jīng)取得了一定的進展。美國國家技術標準協(xié)會（NIST）實施了一項名為制造資源信息建模的項目[8]。這個項目指出了制造資源的兩個方面：1)機床（銑床和立式/臥式車床）；2）工具裝配（刀具，鑲件，刀柄等）。這個模型被視為描述機床的ASME B5.59-2（ASME即美國機械工程師協(xié)會）標準的發(fā)展基礎。美國國家技術標準協(xié)會（NIST）開發(fā)的制造資源模型和ASME B5.59- 2標準主要是為了滿足制造資源商業(yè)者的需求而對于支持加工工藝過程規(guī)劃卻并不理想。為了解決這個問題，Kulvatunyou等人在美國國家技術標準協(xié)會（NIST）模型的基礎上開發(fā)了一種基于UML的制造資源模型[9]。 新模型結(jié)合了制造具體過程規(guī)劃(RSPP) 模塊，以協(xié)同制造完成工藝規(guī)劃任務，它仍然缺少整合數(shù)控加工形成閉環(huán)制造鏈的能力。 明等人介紹了基于新一代面向產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標準PDES／STEP的生產(chǎn)資源模型，它包含了機床，刀具，夾具及測量工具等的數(shù)據(jù)[10]。該模型考慮了協(xié)同制造環(huán)境下的外部資源。再加上另外兩個基于新一代面向產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標準PDES／STEP模型（零件信息模型和工藝設計模型），整個信息模型可以支持CAPP的應用。Lopec- Ortegsa和Ramirez 提出了基于STEP的EXPRESS語言模型來描述車間里的柔性制造資源（即加工過程資源，管理資源，交通資源和存儲資源）[11]。這個數(shù)據(jù)模型應用于基于STEP的制造信息系統(tǒng)。 機床數(shù)據(jù)建模的幾個標準已經(jīng)制定。美國機械工程師協(xié)會ASME B5委員會一直致力于在兩個標準草案，分別用以描述機床性能數(shù)據(jù)（ASME B5.59- 1）和物業(yè)規(guī)范（ASME B5.59-2）。這些標準主要目的在于支持機床制造商。此外，ISO TC39/SC2正在制定相關標準用于加強機床部件互換性和和機床的測試（即測試方法，測試代碼，測試組件等）。 上述幾種模式都不適用于基于STEP-NC的制造。一些模型（如由NIST，美國ASME和ISO制定的）適用于機床廠商和用戶，但不適合于制造應用,如工藝規(guī)劃，車間調(diào)度等。其它的（如 Ming和Lopec- Ortegas的模式，STEP的第240部分）并模式不完全和STEP-NC的標準兼容。 3 目的 開發(fā)STEP-NCMtDm 的目的有以下兩個方面：第一，為了滿足工藝規(guī)劃和調(diào)度在STEP-NC中的數(shù)據(jù)要求。更特別的是，它幫助用戶在STEP-NC 程序中確定基于任務級信息的數(shù)控加工操作任務級信息。STEP-NC可被視為一個過程規(guī)劃模型。它并不支持其他活動，如成本估算，機床選擇等。因此，STEP-NCMtDm 的第二個目標是在分布式制造環(huán)境下支持制造工藝規(guī)劃的功能。 4 關于STEP-NCMtDm技術方面的幾個問題 機床數(shù)據(jù)分為兩種類型：靜態(tài)和動態(tài)的。如果在機床的生命周期中數(shù)據(jù)保持不變，那么它們被列為“靜態(tài)機床數(shù)據(jù)”，例如機承載能力和機床尺寸。這些數(shù)據(jù)主要是機床的規(guī)格，機床的額定加工能力。另一方面，如果數(shù)據(jù)在機床使用的不同階段發(fā)生變化，或針對不同的應用取不同的值，它們被列為“動態(tài)機床數(shù)據(jù)”。機床動態(tài)的數(shù)據(jù)是實現(xiàn)靈活的工藝設計和制造的關鍵信息。機床的動態(tài)數(shù)據(jù)的變化可能有兩個原因。首先是機床的磨損，從而導致其精確度漂移或機械和電氣性能的變化。其次機床設置的更改或機床的重新安裝。 機床的靜態(tài)數(shù)據(jù)，一旦設定，就會保持不變。對于兩種不同類型的機床動態(tài)數(shù)據(jù)，可以遵循不同的數(shù)據(jù)處理和更新程序。由于機床的磨損等因素，第一種類型的動態(tài)數(shù)據(jù)需要更為經(jīng)常性的定期更新。第二種類型的動態(tài)數(shù)據(jù)則需要不定期地更新。 5 結(jié)論 基于STEP-NC的數(shù)字化制造是利用STEP和STEP-NC的數(shù)據(jù)模型支持信息化， 智能化，集成和互操作的數(shù)控加工方案?；赟TEP-NC的制造的關鍵是建立機床數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)從STEP-NC的任務級數(shù)據(jù)到機床依賴的方法級數(shù)據(jù)的過渡。STEP-NCMtDm建立了各種不同的機床數(shù)據(jù)以滿足基于STEP-NC的工藝設計和制造活動的要求。同時它也被轉(zhuǎn)換為XML框架，使其網(wǎng)絡化。 STEP-NCMtDm中機床數(shù)據(jù)被劃分為“靜態(tài)數(shù)據(jù)”或“動態(tài)數(shù)據(jù)”。這種分類反映了不同的機床數(shù)據(jù)的性質(zhì)，以及它們不同的獲取和更新方法，從而使機床數(shù)據(jù)得到有效且高效率的管理。機床數(shù)據(jù)可以通過使用 STEP 的第21部分文件或XML文件進行交換或共享。推薦的數(shù)據(jù)模型可以方便地提取出來以支其他類型持的機床和數(shù)控加工應用。更進一步的工作包括，恢復當用STEP綁定將 EXPRESS 數(shù)據(jù)模型映射到XML框架中去時，STEP-NCMtDm中丟失了的約束信息。同樣正在開發(fā)的是一個可利用STEP-NCMtDm 簡化制造任務請求流程的網(wǎng)絡平臺。 參考文獻 [1] X. Xu and Q. He, 2004, Striving for a total integration of CAD, CAPP, CAM and CNC, Robotics and Computer- Integrated Manufacturing 20 (2):101-109. [2] X. Xu, H.Q. Wang., J. Mao, S.T. Newman, T.R. Kramer, F.M. Proctor, and J.L. Michaloski, 2005, STEP-compliant NC research: The search for intelligent CAD/CAPP/CAM/CNC integration, International Journal of Production Research 43(17):3703-3743. [3] ISO/FDIS 14649-111.2:2004(E), Industrial automation systems and integration -- Physical device control – Data model for computerized numerical controllers -- Part 111: Tools for milling machines. [4] ISO 14649-121:2005(E), Industrial automation systems and integration -- Physical device control -- Data model for computerized numerical controllers -- Part 121: Tools for turning machines. [5] ISO 14649-10:2004(E), Industrial automation systems and integration – Physical device control -- Data model for computerized numerical controllers -- Part 10: General process data, 2nd edition. [6] ISO 14649-11:2003(E), Industrial automation systems and integration -- Physical device control -- Data model for computerized numerical controllers -- Part 11: Process data for milling, 1st edition. [7] ISO 14649-12:2005(E), Industrial automation systems and integration -- Physical device control -- Data model for computerized numerical controllers -- Part 12: Process data for turning, 1st edition. [8] Jurrens, K., Fowler, James, and M. B. Algeo, Modeling of manufacturing resources information, requirements specification, NISTIR 5707, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1995. [9] Kulvatunyou, B., Wysk, R. A., Cho, H., and Jones, A, 2004, Integration framework of process planning based on resource independent operation summary to support collaborative manufacturing, International Journal of Computer Integrated Manufacturing 17 (5):377-393. [10] Ming, X. G., Mak, K. L., and Yan, J. Q., 1998, PDES/STEP-based information model for computer-aided process planning, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 14 (5-6):347-361. [11] Lopez-Ortega, O., and Ramirez, M., 2005, A STEP-based manufacturing information system to share flexible manufacturing resources data, Journal of Intelligent Manufacturing 16 (3):287-301. [12] ISO 10303-240:2005(E), Industrial automation systems and integration -- Product data representation and exchange -- Part 240: Application protocol: Process plans for machined products. [13] Xu, X. W., 2004, Machine Tool Data in the STEP-NC Environment – Machine Tool Data in Current Standards (Report No. 1), Intelligent System Division, Manufacturing Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaitherburg, MD 20899. [14] ISO 10303-11:2004(E), Industrial automation systems and integration -- Product data representation and exchange -- Part 11: Description methods: The EXPRESS language reference manual, 2nd edition. [15] ISO 10303-21:1994(E), Industrial automation systems and integration -- Product data representation and exchange – Part 21: Clear text encoding of the exchange structure. [16] ISO TC184/SC4/WG11 N258, ISO/DIS 10303- 28:2006(E), Industrial automation systems and integration -- Product data representation and exchange -- Part 28: Implementation methods: XML representations of EXPRESS schemas and data. [17] ISO 10303-41:1994(E), Industrial automation systems and integration -- Product data representation and exchange – Part 41: Integrated generic resources: Fundamentals of product description and support, 1st edition. [18] http://www.emco.at/pcmill_105.php?changelang=en#. 7