STEP-NC数控系统人机界面软件设计与实现

　　CNC作为数控机床的核心部件，从20世纪50年代被开发以来，已经经历了重大的变化。尽管CNC已经取得了很大的进步，但是仍然需要进一步的改进。尤其是目前CNC所使用的编程接口，即G代码，存在着许多问题。而STEP．NC(IS014649)作为一个CAD／CAM和CNC之间进行数据传递的新接口标准，弥补了G代码存在的缺陷，并且完全兼容STEP(IS010303)标准。

　　STEP-NC数控系统是指能够直接支持STEP-NC数据接口的新一代数控系统。利用STEP-NC丰富的数据信息平台以及与CAD／CAM无缝连接，STEP—NC数控系统一方面可以针对机床实际情况进行加工仿真、故障检测和精度校验，另一方面能够根据加工现场情况进行在线的调整，快速进行加工方案的重新规划。从长远看，STEP—NC数控系统将取代基于G代码的数控系统。因此，为实现STEP—NC数控系统进行有益的先期研究显得尤为重要。

　　根据CNC实现STEP—NC的不同程度，基本可划分为3类。第1类是采用STEP-NC加工程序输入，利用后处理器对STEP—NC加工程序进行识别、解释，生成G代码加工程序，由传统的控制器根据G代码进行加工。第2种类型的CNC直接读取STEP-NC加工程序，经过解释器解释后转化为数控系统能够直接识别的数据类型，具备在线刀具路径生成功能。第3种类型将智能化控制加入到CNC内核中，STEP—NC数控系统能够执行加工过程中智能化的操作，如自动切削参数优化、自动故障排除等。

　　目前绝大多数STEP-NC数控系统的研究基本还局限于前两种。在STEP—NC推广的初级阶段，如何与现有的数控机床兼容是其面临的首要问题。故本文所开发的STEP．NC数控系统MMI软件属于类型1。该类型一方面能够满足当前大量传统数控系统能够兼容STEP．NC标准；另一方面在改造上只需采用软、硬插件的方式，易于实现系统的改造。

1 STEP-NC数控系统MMI总体设计

　　目前，基于STEP—NC的数控程序大多采用IS010303Part21物理文件格式，它虽然格式工整，但对于没有相关领域知识的人而言很难理解，并且不适合在网上传输，因而极大地影响了企业的生产和发展。而XML作为一种优秀的网络语言得到了广泛的应用。因此，本文设计的STEP．NC数控系统MMI软件的输入是XML格式的STEP．NC程序，软件的过程模型如图1所示。

图1 STEP—NC数控系统MMI软件过程模型

　　第一步，读人XML格式STEP-NC数控程序，将程序中出现的实体实例信息存到内存中，并以工艺序列树的形式在界面中显示。

　　第二步，根据加工现场情况，调整STEP．NC程序中给出的工艺参数、机床功能等。对数控程序中以“$”给出的可选属性，设置其具体值。对程序中被修改的信息进行更新。

　　第三步，根据程序中的几何特征数据及工艺数据，规划刀具路径。

　　第四步，对生成的刀具路径进行加工仿真，验证刀具路径规划模块输出路径的正确性。

　　第五步，对通过加工仿真模块验证的刀具路径信息转换为G、M代码，传输到机床进行加工。

　　图2为本文构建的STEP．NC数控系统人机界面。其中左侧区域为程序显示区域，主要用来显示读人的STEP-NC数控程序与规划好的加工路径信息；右侧区域是三维图形显示区域，帮助使用者更加直观的查看工件、加工路径，且可以查看切削仿真过程，验证生成路径的正确性；下侧区域是实时监控区域，用于数控系统的实时状态显示。以下就主要的几个功能模块进行详细论述。

图2 STEP-NC数控系统人机界面