STEP-NC程序解释器的研究与开发

论文摘要

国际标准化组织最近制定了新的CAD/CAM与CNC系统进行数据交换的标准--STEP-NC（ ISO14649）,用以取代沿用已久的G&M代码。STEP-NC是STEP标准在CNC领域的延伸,在STEP的基础上将产品的设计信息和制造信息联系起来,实现了CAD、CAM、CNC之间数据的双向传输,极大方便了系统间的信息交换和共享。研究基于STEP-NC的数控系统对构建新一代的智能化、集成化、网络化数控系统具有重要意义。本文在深入研究STEP-NC标准体系的基础上,围绕STEP-NC程序解释器的设计与开发开展了以下工作:深入分析STEP-NC数据结构和文件结构,提出STEP-NC程序解释器的系统总体结构,建立了EXPRESS语言到C++语言的映射规则,读入STEP-NC文件,利用语法检查模块检查文件的合法性,提取文件信息建立以特征类为核心的类库,将EXPRESS语言描述的实体和属性映射为类库中对应的对象及其成员,给出坐标系变换的方法,根据加工策略规划刀具路径。使用OpenGL技术实现基于STEP-NC的三维加工过程的动态显示,模拟真实情况下的加工过程。动态显示模块能够根据程序解释器规划的刀具路径显示加工过程,反映实际的加工结果。验证路径规划的正确性,防止路径规划中的失误,避免实际加工中出现的刀具碰撞、干涉等问题。在Visual C++环境下,结合OpenGL图形函数库开发STEP-NC程序解释器及其加工动态显示系统,实现各功能模块,并运用一个实例的仿真结果对比分析验证了系统的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基于ISO6983 的传统数控系统
• 1.2 STEP-NC 的出现及其特点
• 1.2.1 STEP-NC 的产生
• 1.2.2 STEP-NC 的特点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 研究意义和论文各章节安排
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 论文各章节安排
• 第二章 STEP-NC 标准及其数据模型
• 2.1 产品数据交换标准STEP
• 2.1.1 STEP 简介
• 2.1.2 STEP 标准体系
• 2.2 STEP-NC 标准体系
• 2.3 STEP-NC 数据模型
• 2.4 STEP-NC 文件介绍
• 2.4.1 STEP-NC 文件结构
• 2.4.2 STEP-NC 文件格式
• 2.5 形式化的建模语言EXPRESS
• 2.5.1 EXPRESS 语言定义的数据类型
• 2.5.2 EXPRESS 语言的继承机制
• 2.6 本章小结
• 第三章 STEP-NC 程序解释器的设计
• 3.1 解释器的总体结构
• 3.2 EXPRESS 语言到 C++语言的映射规则
• 3.3 文件读取、语法检查
• 3.3.1 头文件部分的读入语法检查
• 3.3.2 数据段部分的读入语法检查
• 3.4 EXPRESS 实体对应的 C++类的设计
• 3.4.1 类的设计原则
• 3.4.2 几个关键类的设计
• 3.4.3 EXPRESS 实体和属性映射到对应类的对象及成员
• 3.5 程序的树形结构显示
• 3.6 坐标系的转换
• 3.7 刀具路径计算
• 3.7.1 铣削加工策略类型
• 3.7.2 路径计算方法
• 3.8 本章小结
• 第四章 基于STEP-NC 的加工过程动态显示
• 4.1 OPENGL 技术
• 4.1.1 OpenGL 主要功能
• 4.1.2 OpenGL 工作方式
• 4.2 程序解释器和加工动态显示的接口设计
• 4.3 工件及刀具模型的建立
• 4.4 插补算法-中点求交算法
• 4.5 刀具和工件的动态求交
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统的开发与实现
• 5.1 系统介绍
• 5.2 主要子功能模块实现
• 5.2.1 文件读取、语法检查模块
• 5.2.2 信息提取及类库生成模块
• 5.2.3 程序的树形结构显示模块
• 5.2.4 坐标变换及路径计算模块
• 5.2.5 工件及刀具建模模块
• 5.2.6 加工过程动态显示模块
• 5.3 系统验证实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录（STEP-NC 程序文件）