基于STEP-NC车削加工特征的XML任务描述

朱龙飞

（常州刘国钧高等职业技术学校机电工程系，江苏 常州 213000）

基于STEP-NC车削加工特征的XML任务描述

朱龙飞

（常州刘国钧高等职业技术学校机电工程系，江苏 常州 213000）

为了便于产品数据在WEB上存储和分享，本文以SETP-NC车削加工过程数据为研究对象，以XML文档形式进行了简单的任务描述。文中首先阐述了 STEP-NC中车削特征的从属分类和表示方法，然后以加工特征类的方式将产品数据存储为XML文件，同时实现了本地特征任务的解析和修改。最后以ISO14649-12附录D车削程序为例子，应用所编写的车削特征任务描述软件，对该实例的车削特征数据进行描述。

STEP-NC；车削特征；XML；任务描述

生产技术的迅速发展对数控技术提出了更高更新的要求：网络化、集成化和智能化。从数控系统的内延发展趋势来看，如果想要实现智能化，数控系统对产品加工特征的各种加工信息和几何信息必须进行充分了解，但是现实情况是，传统G代码中并不包含这些信息，这对发展产生了局限性；而从数控系统的外延发展趋势来看，如果想要实现网络化和集成化，不同的企业和团队之间，加工信息必须能够得到充分交流和共享。然而现实状况是，G代码对其硬件有很强的依赖性，并且也不能保证互换性。随着现代科学技术的不断发展，CAD/CAM和CNC系统的性能已经得到了很大程度的提升，开放式数控系统也不断提升， ISO 6983 已经成为制约数控技术发展的极大的限制因素，不能满足数控技术的发展需求。因此ISO在STEP（STandard for the Exchange of Product model data）的基础上向CNC进行扩展，逐渐形成了一种新的标准STEP-NC（STandard for the Exchange of Product model data—compliant Numerical Control data interface,ISO14649）。CAD/ CAM和CNC之间的数据接口标准被重新定义。STEP-NC的本质是在了解了加工对象特征的基础上，具体地描述加工什么，根据给定零件的材料、尺寸、形状和加工顺序、每一步所用的刀具和每一步所使用的操作方法等信息，合理规划出刀具轨迹，最后进行具体操作，完成实际的加工。

XML指的是可扩展标记语言，这种语言非常适合万维网传输，并且提供了统一的规则来描述和交换独立于供应商或应用程序的结构化数据，可以作为非常有效的工具来处理分布式结构信息。因此，将网络上的中性文件加以利用，实现产品数据的共享，更好地实现数控系统的开放性，并且为网络化制造服务是非常必要的。国内很多学者也做了此方面的研究，但都是基于开发STEP-NC文件的XML解释器，比如刘涛、王永章等人将STEP-NC 文件利用 XML DTD（或 XML Schema）数据库，由文件转换模块转换成以XML格式表示的网页文件。与开发STEP-NC向XML转换的接口不同，本文通过直接研究STEP-NC EXPRESS语言的表述方法，通过开发XML任务描述软件，直接输出XML格式的STEP-NC信息。ISO14649-12中定义了车削加工过程数据，主要包括加工操作、制造特征、加工策略等。实际提交的标准化工艺数据应该包括任务描述即加工零件的基本信息、制造特征信息和车床资源信息即车床和车刀的基本信息，因方法类似，故本文仅以车削制造特征为例，将制造特征类与树节点进行匹配，最后将STEP-NC中的数据模型转化为XML文件进行表述。

1 STEP-NC车削特征的分类

ISO14649-12定义了车削过程数据，其中车削特征是定义在2．5轴特征下的一个子类，标准中所涉及到的车削特征都是一般性的二维特征，如圆锥面外圆、端面等，由X轴和Z轴联动即可完成。

2 STEP-NC车削特征描述

2.1 STEP-NC提供的EXPRESS描述方法

STEP-NC是STEP在CNC领域中的扩充，因此延用了STEP的文件结构描述方法即EXPRESS语言的数据模型表示，该种表示方法具有如下特点。（1）以实体（entity）为主要定义类型，描述客观世界对象的属性及其之间的关系。（2）实体还可以描述网状数据结构。这种网状数据结构需要通过超类（supertype）和子类（subtype）来实现，子类是从属于超类，并继承了超类的所有属性，除此之外，实体和属性之间还可以具有约束关系。③EXPRESS 语言的数据类型编程语言基本一致，EXPRESS 语言定义的数据类型有命名数据类型（定义类型和实体类型）、聚合数据类型（数组、数表、数集和数袋）、简单数据类型（整数型、逻辑型、数值型、实数型、布尔型、串型和二进制型）、构造数据类型（枚举型和选择型）和广义数据类型（聚合数据类型和通用数据类型。

2.2 STEP-NC车削特征的XML描述

XML文档采用树结构的构成方式，具有以下特点。（1）文档中必须包括根元素，根元素是其他元素的父元素。每个元素都可以拥有子元素，XML文档中的元素都可以形成一棵文档树，这棵文档树从根部开始，一直扩展，最后扩展到树的最低端。（2）元素之间的关系可以用父子以及同胞等术语来描述。父元素拥有子元素。而对于相同层级上的子元素，则互相为同胞（兄弟或姐妹）。（3）对于所有的元素，都可以拥有文本内容和属性。

STEP-NC用XML的形式描述STEP-NC车削特征，即需要分析车削特征下子类特征的EXPRESS描述，在EXPRESS和XML中建立映射关系。具体如下：（1）EXPRESS中的实体映射为XML中的节点，其中超类对应父节点，从属于超类的子节点对应上层父节点的子节点。（2）实现的属性参数对应节点的属性值。

2.3 车削特征任务描述软件具体实现

本文基于C#开发了车削特征任务描述软件，可以实现如下功能：（1）用户录入车削任务中的各特征，在主界面通过TreeView控件显示特征从属关系，通过文本框显示对应参数的属性值。（2）用户录入的车削制造特征可直接保存为XML文档格式。（3）可以解析本地档描述的车削制造特征，在C#主界面通过Tree View控件显示，同时在各个特征子界面可以进行参数修改。由于XML文档采用树结构的表示方法，可以方便高效的实现和TreeView之间的相互转换，因此将Tree View控件作为STEP-NC和XML文档之间的中间层。车削特征任务描述软件主界面如图1。

图1 车削特征任务描述软件主界面

以外圆特征下的外径为例，其子界面如图2。

图2 外圆特征

3 STEP-NC车削特征的XML任务描述的实例

图3

这是ISO14649-12附录D提供的一个简单的车削示例，图3中所示零件有三个制造特征：柱面外径、锥面外径和直线回转平面， 每个制造特征下的参数由一个新的实体表示。应用车削特征XML任务描述软件，因包含两个外径特征，且锥面外径比柱面外径在相同的基础上仅多一个参数实体，固本示例中只添加锥面外径和直线回转平面特征以作示意。分别添加两个子特征后，每个实体对应的参数在特征参数文本框进行显示。

4 结语

通过XML语言实现数控车床工艺加工信息的集成和共享，使信息可以在远程环境进行共享和交流。为实现数控机床的网络化和集成化提供数据支持。本文通过研究STEP-NC车削制造模型以及EXPRESS语言的构成特点，直接建立了STEP-NC车削特征的XML文档表述方式，为STEP-NC在网络化制造中提供了技术基础。

[1]罗忠诚等．基于华中高性能数控的 STEP-NC 系统的研究[J]．机械与电子，2004，(7)．

[2]孙一中． XML 理论和应用基础[M]．北京：北京邮电大学出版社，2000．

TG519.1

A

1671-0711（2017）08（下）-0147-02