分析在数控行业中STEP-NC兴起原因

　　3 STEP在制造领域的延伸——STEP-NC

　　3.1 STEP-NC概况

　　由于CNC所使用的G代码本身所具有局限性和缺点，并且和CAD/CAPP/CAM所使用的数据格式标准(STEP)的不兼容性，使数控系统己经不能适应现代化制造业生产发展和技术发展的需要，迫切需要一种新的编程接口，来取代G代码，使CAD/CAPP/CAM和CNC使用统一的数据模型和程序结构，实现信息的无损和双向传送。

　　正是在这种情况下，1997年欧共体通过OPTIMAL计划，开发了一种遵从STEP标准、面向对象的数据模型，重新定义了面向铣削加工的编程接口，从而提出了STEP—NC(STEP Compliant Data Interface for Numerical Controls)的概念。它将产品模型数据转换标准STEP扩展至CNC领域，旨在以STEP统一表征CNC加工过程中涉及的全部信息，是设计模块和制造模块之间基于STEP建立的新的接口标准，实现CAD/CAM和CNC之间的无缝连接，为数控系统提供了完整的产品数据，为发展数控系统的开放性、智能化和网络化奠定基础。

　　它要求CNC系统直接使用符合STEP标准的CAD三维产品数据模型(包括工件几何数据、设置和制造特征)，加上工艺信息和刀具信息，直接产生加工程序来控制机床。STEP-NC定义了一个新的STEP应用协议，即AP238应用协议(ISO10303-AP238)。AP238作为CAM和CNC系统之间的接口标准，其内容涵盖了从产品建模到加工的全过程，包括CAD产品数据模型几何信息(AF203/AP214)、公差定义(AP219)和特征定义(AP224)。因此由CAD系统产生的产品模型数据经过CAPP、CAM添加工艺信息和刀具信息之后，形成AP238文件，就可以直接被STEP-NC数控机床所读取。

　　3.2 STEP-NC优点

　　1)可消除数控程序对数控系统的依赖性。STEP-NC数据接口是一种中性描述，不依赖于具体的CAM系统、数控系统或机床。这显然会极大地提高数控程序的可移植性和系统的柔性，在一定程度上解决制造系统间的兼容性问题。

　　2)与STEP直接进行信息交换。在企业内部，利用STEP作为数据交换标准，实现产品信息从设计(CAD)、工艺设计(CAPP)到制造(CAM)、底层加工设备(CNC)以及信息管理(PDM、ERP)，即从上到下的无瓶颈传送，实现企业内部从设计到加工的纵向产品全生命周期的信息高速公路。这将会大大方便系统间的信息交换和共享，为并行工程、敏捷制造等先进生产模式打下基础。

　　3)实现与CAD/CAM双向数据交换，避免了后置处理过程。为了优化生产过程和提高成品质量，经常需要对NC程序加以修改。但采用G代码，这些改动无法反馈到CAM系统，因为生成NC程序时记录最初加工需求的信息已经丢失了。而使用STEP-NC就会减少信息丢失的问题。同时CAM系统和数控系统既能重新解释这些最终用户和供应商定义的代码扩展部分，也能通过数据库存储这些信息，以避免在加工车间再进行多余的代码测试。

　　4)加工现场可得到较全面的信息。STEP-NC完整的信息模型可以保证数控机床的操作者或CNC系统对被加工件有全面的了解。通过现场编程界面，机床操作者在加工前可以直观地了解到最终产品。通过提供完整的结构化数据模型，在整个生产的每个阶段都避免了信息丢失，不再需要为机床设计专用后置处理器。这对于数控系统的智能化相当重要。

　　5)以传统的数据接口为基础的NC程序，仅能修改进给速度和切削速度等工艺参数。而使用STEP-NC可以有效地修改各种工艺参数。例如使用传统的数据接口，减少切削深度只能离线处理，因为有关信息只有在CAD/CAM系统中才能得到。

　　6)使网络化制造成为现实。STEP-NC能直接进行信息交换，实现了基于STEP-NC的CNC系统与基于STEP的所有CAX系统之间的双向无缝连接，使用XML(eXtensible Markup Language)可方便地在网上传输产品信息，为网络化制造创造条件。

　　7)实践证明，使用STEP-NC建立单一数字化产品模型数据库可以极大地提高生产率。据统计，使用新的标准接口，加工车间减少了35%的路径规划时间，75%的图样生成时间，50%的中小型零件加工时间。

　　4 结 语

　　正是具有这些G代码不可比拟的优点和基于STEP的CAD/CAM之间的无缝连接，以及支持各种先进的制造模式，使STEP-NC成为世界工业化国家研究的热点。据美国STEPTools公司的预测，STEP-NC控制器将在本世纪的第—个十年内出现，届时人们将会看到自动化制造的全新景象。但是，目前用于生成STEP-NC程序并用于加工的成熟专业软件还没有出现，这有待于专业结构进一步开发。同时，STEP-NC程序是面向对象的编程方式，因此对程序的使用者来说需要更多的时间进行培训，在某种程度上限制了它的推广。