基于STEP-NC的数控系统研究

基于STEP-NC的数控系统研究

一、基于STEP-NC数控系统的研究(论文文献综述)

赵圆圆[1](2018)在《制造装备能力的知识建模及其应用》文中研究指明制造装备能力是制造装备在产品的加工过程中体现出来的制造能力。制造领域专家将制造能力描述为在某一具体活动过程中产生,体现了一种对制造资源配置和整合的能力,反映了制造企业或制造实体完成某一任务及预期目标的水平。从制造资源的粒度上,制造能力可以划分为资源单元级、车间级、工厂级和企业级。资源单元级的制造能力主要反映单个制造资源所表现出来的能力。制造装备是执行生产加工的主体资源,制造装备能力是制造能力在资源单元级上的主要体现。制造装备能力除了制造装备自身的固有功能属性,还包含在执行制造活动过程中涉及的各类软资源信息,例如车间的加工策略、操作技能、状态、约束等等。本文依托国家自然科学基金项目,进行了制造装备能力的知识建模研究,为云制造模式下大规模协同制造提供支持。主要以当前制造企业应用最为广泛的两类制造装备(数控机床和工业机器人)为对象,研究制造装备能力的知识建模方法。针对数控机床的制造能力建模,结合现有的相对比较成熟的工业数据标准模型,提出了基于模式映射的知识建模方法自动构建数控机床能力的知识模型。对于工业机器人的制造能力建模,研究了基于动态描述逻辑的知识建模方法,给出了工业机器人动作的明确定义,提出了一种基于动作区间状态的能耗描述方法。对于知识模型的更新维护,提出了一种基于多层并行关联挖掘的知识模型自学习进化方法,在领域文档中自动挖掘潜在的关联知识。本文的主要研究内容包括如下几个方面:(1)研究制造装备能力的知识模型构架。从云制造模式下制造装备能力的动态共享和智能分配的应用需求入手,确定制造装备能力的知识范畴,收集和分析制造装备能力涉及的概念以及概念之间的关系,结合知识建模的理论和方法,构建制造装备能力的知识模型结构。(2)以数控机床制造能力为对象,研究基于模式映射的制造装备能力的知识建模方法。通过研究基于EXPRESS-OWL的模式映射规则,根据制造装备能力的知识范畴,结合通用标准数据模型STEP-NC、车间状态信息以及领域专家知识,自动地构建数控机床能力的本体知识模型。针对EXPRESS-OWL模式映射中存在局限,根据领域知识,利用本体语言对模型中的术语进行明确补充说明。研究基于SWRL的语义规则用来描述在映射过程中遗漏的领域知识。基于此,研究制造装备与零件加工任务之间的关联规则,利用规则推理对制造装备能力进行动态描述。最后,利用数控机床实例和推理对构建的知识模型的一致性和可满足性进行验证,同时,通过与其它具有相似应用背景的机床能力模型的比较来分析说明模型的性能。(3)以工业机器人制造能力为对象,研究基于动态描述逻辑的制造装备能力知识建模方法。根据制造装备能力知识范畴,进一步收集工业机器人能力概念以及概念间关系,构建工业机器人制造能力的知识模型结构。研究动态描述逻辑语言,对工业机器人的简单和复杂动作进行明确的定义。为了描述动作执行过程中的能耗,提出一种基于动作区间状态的语义描述方法,对工业机器人能耗进行分段标识,定义计算规则提供能耗的推理计算。在此基础上,研究工业机器人能力的判定规则。最后通过工业机器人实例和测量的能耗描述以及任务信息对构建的知识模型的一致性和能力判定规则进行推理验证,同时,结合现有的机器人能力模型来比较和分析构建的工业机器人能力模型的性能。(4)针对制造装备能力知识模型的更新进化,研究基于多层并行关联挖掘的本体知识模型自学习方法,从半结构化的领域文档中自动挖掘关联知识。其中,针对领域文档的数据提取,研究知识模型的结构特性,提出一种基于语义权重的知识模型重要节点提取方法,用于提取领域文档中的重要概念节点的数据,构建挖掘数据集。在基础上,研究知识关联挖掘方法,提出基于多层并行关联挖掘的本体自学习进化方法,结合Map/Reduce和Apriori关联算法,自动挖掘数据集中潜在的知识关联用于补充本体知识库。其中,为了提高挖掘性能,利用已有的知识模型层次结构对数据集进行预处理。最后通过方法的执行和性能比较,对挖掘时间和挖掘结果进行分析说明。(5)基于构建的制造装备能力知识模型,开发制造装备能力知识库管理系统,提供基于Web的可共享、可协同开发的制造装备能力知识库。该系统功能主要包括知识模型的图谱可视化和知识维护、以及制造装备能力的知识检索和知识匹配。然后,在云制造装备服务平台上进行知识库系统的集成应用,为平台上制造装备的任务匹配提供知识服务。

李丽[2](2018)在《基于STEP-NC标准的机器人加工系统关键技术研究》文中认为随着机器人技术的快速发展,机器人越来越多地应用于加工领域。与传统的数控机床相比,机器人加工具有加工成本低、工作空间大、高柔性的优点,多应用于大尺寸的复杂曲面加工领域及大型工件的钻削加工领域。但是,由于刚度的限制,机器人加工主要针对低切削力和较低精度要求的零件加工领域。目前的机器人加工系统大多使用传统数控系统领域中的ISO6983标准(G/M代码)作为编程数据接口,首先使用CAD/CAM系统生成零件加工刀具轨迹数据及G代码指令,然后使用专用的机器人后处理系统将G代码转换成机器人运动指令,驱动机器人完成零件的加工。由于G代码中只包含刀具运动指令而不包含其他任何高层次加工信息,且各厂家G代码格式不统一,使得不同的机器人之间加工程序不能实现共享与交换,且机器人加工系统不能与CAD/CAM系统集成,不利于实现智能化,限制了机器人在加工领域内的发展。STEP-NC标准是在数控加工领域出现的新的编程接口标准,它基于STEP标准实现了数控加工领域中产品信息描述的标准化和完整性,为实现数控系统的智能化、集成化、柔性化和开放性奠定了基础。由于机器人作为加工机器与数控机床具有相似的控制原理,因此本文将STEP-NC标准应用于机器人加工领域。随着STEP-NC标准的不断发展与完善,以及STEP-NC标准在数控加工领域中的逐渐应用,如何将STEP-NC标准应用于机器人加工领域,以及如何扩展STEP-NC标准使之更适合于机器人加工,满足机器人加工技术发展的需求,仍然是需要深入研究的问题。本文基于STEP-NC标准,从机器人结构及运动学建模理论入手,对STEP-NC标准应用于加工机器人所涉及的关键技术进行了深入的研究,并通过仿真、实验和综合分析的方法对所研究的理论、方法及技术进行了验证,为基于STEP-NC的机器人加工控制系统的构建提供了理论基础,为机器人加工技术的实现提供了技术基础,扩展了 STEP-NC标准的应用范围,促进了 STEP-NC标准的进一步发展。全文的主要研究内容如下:(1)论述了课题研究的背景及意义,分析了机器人加工关键技术的国内外研究现状,通过分析当前机器人加工系统中所存在的问题,指出研究基于STEP-NC的机器人加工技术的必要性和先进性。(2)为了解决目前机器人加工编程接口标准所存在的问题,将STEP-NC标准引入机器人加工领域,在分析STEP-NC数据模型的基础上,对其进行了扩展,增加了机器人加工相关数据模型的定义,使得机器人加工系统支持STEP-NC数据模型。通过对STEP-NC数据模型的扩展,解决了机器人加工系统与C AD/CAM系统的集成问题。(3)针对机器人加工系统的实现问题,在深入分析系统功能需求的基础上,提出了基于STEP-NC的机器人加工CAM系统架构,系统以STEP-NC文件信息解析模块为基础,对系统主要模块的功能模型进行了详细深入的研究。为了提高系统的通用性和可移植性,采用面向对象技术、组件技术,并使用C#和C++语言构建了基于STEP-NC的机器人CAM原型系统,实现了系统模块的各项功能。(4)基于机器人STEP-NC数据模型,对基于STEP-NC的加工机器人运动学建模问题进行研究,为了克服常用的D-H法的缺点,在分析机器人结构的基础上,采用旋量法对机器人正运动学进行建模。在此基础上,针对机器人运动学逆解问题,为了消除逆解问题对子问题的依赖,基于旋量法与递推公式法推导了机器人逆运动学求解方法,算法推导简单,容易实现,求解精度高,运算速度快,有利于提高机器人加工的实时性。基于旋量指数积公式对串联机器人雅克比矩阵进行求解,并分析了机器人的奇异位形,并利用MATLAB对机器人的奇异性进行了仿真分析,仿真结果验证了分析结果的正确性。(5)针对基于STEP-NC的机器人加工程序的生成问题,基于STEP-NC文件中的加工信息及机器人信息,首先对机器人任务空间轨迹进行规划,然后将任务空间轨迹转化到关节空间,采用机器人逆运动学求解算法将刀位点轨迹转化到关节空间;将刀轴矢量通过旋转坐标变换变换为机器人旋转矩阵,并结合基于旋量的机器人正运动学方程求取关节角,此角度值作为求运动学逆解的约束,以保证机器人加工时刀轴矢量相对于工件表面不变。接着对关节轨迹进行插补计算,求得插补点坐标。最后,将插补点坐标按照机器人程序规则生成机器人加工程序。为了提高机器人加工轨迹的平滑性,采用7次NURBS曲线构建机器人关节空间轨迹。为了提高加工机器人的加工效率以及加工平稳性,对机器人关节加工轨迹进行了优化,基于骨干粒子群优化算法提出了一种自适应罚函数的约束多目标骨干粒子群优化算法,对机器人加工过程中的时间、速度、加速度、加加速度等指标进行多目标优化,从而保证机器人加工程序具有良好的平稳性。(6)为了验证本文方法的正确性和有效性,搭建了机器人实验平台,并在该平台上进行了机器人加工零件的实验,验证了基于STEP-NC的机器人加工CAM系统的各项功能。

王泓晖[3](2017)在《基于STEP-NC面向高能效数控加工的工艺规划方法研究》文中研究指明随着能源问题的日益突出,节能减排的研究吸引了越来越多研究者的关注。制造业是能耗大户,也是节能减排的重点领域。机械加工是完成产品制造的重要手段,为待加工零件制定合理的数控加工方案(即工艺规划)是实现高能效、低能耗加工的有效方法。能耗模型的建立是完成零件高能效工艺规划的基础和前提,现阶段的能耗模型主要用于揭示加工时满足的能耗规律,较少从待加工工件的角度来完成模型的建立,从而导致基于此的能耗优化局限于工件加工的某一步工艺。针对此问题,本研究以 Standard for the Exchange of Product model data-Numerical Control(STEP-NC)标准中的相关数据结构为载体,结合该标准基于制造特征面向加工工步的特点,建立了以加工工步为核心的数控加工能耗模型,旨在为零件加工过程提供一种相对全面的能耗计算与分析工具:给出了 STEP-NC中的能耗影响因素,并对机床能耗组件进行了分类,在此基础上,建立了面向加工工步加工过程的状态机模型,将该过程分为制造特征加工辅助状态、接近制造特征状态、制造特征加工状态和远离制造特征状态,然后分别给出了每种状态下的能耗计算方法,从而得到了加工完整零件的能量需求。通过加工一个包含STEP-NC典型制造特征的零件验证了该模型的有效性。基于STEP-NC的数控加工能耗模型是零件加工过程能耗计算的有力工具,但应用此模型的前提是已经拥有了一个依从STEP-NC数据结构的完整加工方案,为此需根据STEP-NC完成零件加工方案的制定。从高能效数控加工工艺规划的角度出发,STEP-NC存在以下问题:缺少用于进行能耗计算的信息以及对加工方案制定起着重要作用的表面粗糙度和形位公差信息,除此之外,尽管STEP-NC对加工过程中的相关概念进行了定义并给出了数据结构,但是相互之间的关系并没有理顺(譬如制造特征与机床类型的对应关系),导致其在决策方面存在不足。为了解决上述问题,本文建立了一个集成能耗知识的数控加工工艺本体,该本体以STEP-NC中原有数据结构为基础,由四个子本体构成,分别为数控加工能耗知识本体、STEP-NC制造特征扩展本体、数控加工方法本体和加工资源本体。其中,数控加工能耗知识本体用于指明加工过程中的功率/能耗计算方法;制造特征扩展本体在STEP-NC制造特征数据结构的基础上增加了表面粗糙度和形位公差信息;数控加工方法本体和加工资源本体提供了描述了数控加工过程中的加工方法和加工资源。然后,编写了推理规则和查询语句,实现零件初步加工方案的生成并提供必要的数据支持。最后,通过一个实例验证了该本体功能的可行性和有效性。工艺本体的输出是零件初步加工方案,需要从中寻找出满足高能效数控加工要求的最优加工方案。为此,结合STEP-NC数据结构的特点,对面向能效的加工工步和加工工步序列问题进行了形式化描述;在此基础上,建立了面向能效的加工工步和加工工步序列优化模型,讨论了优化变量、优化目标以及限制条件;利用蚁群算法求解该模型,给出了求解过程中的关键步骤,重点论述了解空间的生成以及加工方案的选择过程;随后,针对采用传统蚁群算法在求解该模型时存在维度差异的问题,提出了基于局部多次迭代的蚁群算法,抵消维度差异造成的影响。通过一个零件对该求解算法进行了测试,并比较了传统蚁群算法和改进的蚁群算法,结果表明,在解决该优化问题时,基于局部多次迭代的蚁群算法可以有效降低迭代次数并缩短迭代时间;进一步地,据此方案实际加工该零件,并进行了零件加工质量要求的检测以及经验法拟定的加工方案与本文方法生成的加工方案在能效上的对比,从而验证了该方法生成的高能效数控加工方案的有效性。借助UGNX平台的二次开发能力,开发了一个原型系统,实现了本文提出的方法,并编写了交互式人机界面,操作者可以通过选择典型制造特征完成零件数字化模型的建立,随后即可得到高能效的数控加工方案。

李炳燃,张辉,叶佩青[4](2017)在《智能制造环境下的数控系统发展需求》文中认为"智能"是"中国制造2025"的核心要素,数控系统是制造装备实现智能化的关键要素。论文首先提出机床的信息互通和开放式标准数据接口是实现机床智能化的前提,举例说明了STEP-NC在通用数据接口方面的优越性,概述了适用于数控系统的通讯总线特征;在此基础上,介绍了工艺大数据对生产加工的重要性和其对新一代数控系统的要求,针对制造业数据平台的需求,对大数据信息挖掘技术做了相关介绍。依托于以上两点,总结了智能化数控系统可具备的功能,依托于工艺大数据平台,重点分析了智能工艺规划和加工参数自整定的实现方案,以及智能数控对高速高精加工所提供的便利。

胡泊[5](2016)在《基于STEP-NC标准的闭环加工开放式数控系统研究》文中认为闭环加工具有开放性、协作性和智能性等特点,能够适应越来越普遍的中小批量生产方式,而加工过程控制是降低加工过程的生产成本、提高生产效率和产品质量的有效手段。实现闭环加工中的加工过程控制,需要解决两个关键问题:一是产品加工信息的快速无损传输,二是高层产品加工信息的在线与实时处理。本文以STEP-NC标准为基础,建立完整产品信息的集成与闭环传输机制,并针对存在于加工环节与工艺规划环节间的信息传输障碍,分析数控系统对高层产品加工信息的读取和利用方法,最终实现基于STEP-NC的闭环加工及其加工过程控制。本文针对闭环加工系统加工过程控制的需求,分析了系统的功能划分、产品加工信息集成和信息交互机制。以STEP-NC标准的描述方法与实现方法为基础,对完整产品加工信息的集成与闭环数据流的建立方法进行了分析。建立了以开放式STEP-NC数控系统为核心的闭环加工系统架构,以消除数控系统与工艺规划系统之间的信息传输屏障,实现产品设计、工艺规划、产品加工、加工过程控制和加工知识管理等环节之间的动态交互。并采用结构化分析方法,建立了闭环加工系统的功能模型。为了实现STEP-NC文件在数控系统中的在线解释,本文采用模块化结构,建立开放式STEP-NC数控系统软件内核。为保证STEP-NC数控系统核心功能的软件化与可移植性,利用动态链接库、组件对象模型和应用程序接口对STEPNC解释功能、任务生成与传送功能和插补计算功能进行封装。接着,利用面向对象、多线程和共享内存等技术实现了STEP-NC文件解析、高层信息提取和在线刀具轨迹生成等STEP-NC文件在线解释的核心功能。本文所建立的开放式STEP-NC数控系统能够直接读取和解释STEP-NC文件,不需要后置处理过程,能够实现高层产品加工信息在闭环加工系统中的自由传输,保证加工系统数据流的信息完整与闭环。为了研究加工过程控制在开放式STEP-NC数控系统中的实现与功能集成方法,本文以平面特征的误差区域修补为对象,分析闭环加工系统在线检测及加工过程控制的实现方法;以铣削力的控制为对象,分析实时加工过程控制的实现方法。首先利用STEP-NC标准的描述方法,建立加工过程控制的数据模型,并与其它产品加工信息集成,实现加工过程控制的任务传送及数据反馈,解决了高层数据传输与集成问题。接着设计了误差区域识别与修补方法和基于模糊控制的恒力铣削算法,并以共享内存、多线程和有限状态机技术建立加工过程控制信息在数控系统内的传输与处理机制,保证了加工过程控制的集成性与实时性。最后,本文对所提出的闭环加工系统架构、开放式STEP-NC数控系统和加工过程控制方法的具体实现方法进行了分析,并建立了开放式STEP-NC数控系统的软硬件平台。将STEP-NC文件解释、加工、在线检测、实时监测、加工过程控制和数据输出等功能集成在闭环加工开放式STEP-NC数控系统中,保证了产品加工信息的集成与闭环。以多特征STEP-NC文件解释与加工、在线误差区域识别与修补和恒力铣削为实例,验证本文所提出的STEP-NC数据模型、开放式STEP-NC数控系统功能、在线检测及加工过程控制实现方法和实时加工过程控制实现方法。本文所建立的闭环加工开放式STEP-NC数控系统实现平台为进一步开展基于STEP-NC的加工过程控制研究提供了实验平台上的支持。

周青阳[6](2016)在《基于STEP-NC的螺杆旋风铣削建模及数控编程研究》文中进行了进一步梳理异型螺杆类零件普遍应用在石油、建材、冶金、造船等行业中,已成为工业设备的重要零部件,其设计和制造精度直接关系着机械设备的工作效率、精度以及整机性能。内旋风铣削技术是近年来常用的一种高效、实用的螺杆加工技术。用此方法加工螺杆零件,刀具刀刃的回转面与工件接触线较长,具有加工平稳,材料切除效率高,加工工件表面质量好等优点。STEP-NC的发展为数控加工技术提供了巨大的发展空间,但目前STEP-NC的研究在特征方面主要集中在普通特征的模型定义,在加工数据模型方面也只定义了普通铣削和车削,尚未涉及到螺杆旋风铣削加工这一特殊领域。因此,本文在ISO 14649标准下,提出扩充螺杆特征及旋风铣削工艺数据模型,并研究相应STEP-NC程序的生成方法。本文是基于STEP-NC和螺杆的旋风铣削加工技术展开研究的。本文从STEP和STEP-NC标准开始,简述了STEP、STEP-NC各自的标准体系及相关知识,之后构建了一个由螺杆STEP文件自动生成螺杆STEP-NC程序的数控编程系统框架。后面的章节主要是为实现该数控编程系统而展开研究。首先,研究了螺杆的STEP数据模型,分析了螺旋面在STEP文件中的表示方法,建立了螺旋曲面的NURBS数学模型。在现有STEP-NC标准研究的基础上,定义了螺杆特征和旋风铣削工艺的数据模型,将STEP-NC的基本方法推广到了螺杆的数控旋风铣削领域。然后,本文对该数控编程系统中的涉及的关键技术进行了研究,包括螺杆特征信息识别和STEP-NC程序的生成。螺杆特征信息识别主要研究了螺杆几何信息的提取方法和螺杆特征参数的计算方法;STEP-NC程序的生成主要研究了文件头和数据段的生成方法。最后,在上述理论和技术研究的基础上,基于C#语言平台开发了一个生成螺杆STEP-NC的数控编程系统界面,并选取了一个螺杆实例进行了程序的生成,从而验证上述理论研究的可行性。

胡泊,富宏亚,韩德东[7](2016)在《基于STEP-NC的数控加工集成化在线检测与监测实现方法》文中研究说明为实现基于STEP-NC闭环制造环境的集成化在线检测与监测,提出一个数控系统解决方案,并定义了相应的STEP-NC数据模型,用于传输集成化在线检测与监测信息。数控系统由开放式平台、测头系统、传感器系统和数据采集卡组成,能够直接解释和执行包含在线检测与监测任务的STEP-NC文件,之后将检测结果写入STEP-NC文件并输出。利用实时扩展子系统开发了数据采集与监测驱动以及相关线程,并通过实例验证了系统的有效性。实验结果表明,所建立的数控系统能够根据读入的STEP-NC文件完成对零件的加工、检测和对加工过程的监测。

富宏亚,胡泊,韩德东[8](2014)在《STEP-NC数控技术研究进展》文中认为为全面掌握STEP-NC标准的产生、发展与研究情况,分析和总结了近10年来相关领域的研究成果。在分析和总结过程中,将相关研究分为5个主要方向,分别总结了各个研究方向的研究情况和存在的问题,归纳出未来研究中的主要科学问题和技术难点;指出STEP-NC制造系统的核心技术;提出STEP-NC制造系统架构和STEP-NC数控系统的发展趋势。

张广雷[9](2014)在《基于STEP-NC数控铣削系统研究》文中研究指明随着数控技术的迅猛发展,数控机床在数控加工中起着越来越重要的作用,STEP-NC在数控加工领域的出现,为CNC的开放性和智能化提供了广阔的发展空间,消除了长期以来困扰人们的数据不兼容问题,因此进行STEP-NC数控铣削系统的研究,具有重要的理论和现实意义。本文首先分析了STEP-NC数控铣削系统功能结构模型,对各关键模块的实现进行了设计,开发的STEP-NC铣削数控系统共有四个主要的关键模块,STEP-NC数控程序解释器、微观工艺规划、刀具路径规划和运动控制模块。提出基于内存的STEP-NC数控程序解释方法,采用正则表达式对STEP-NC文件进行语法检查,提出基于模式和实体的STEP-NC数控程序信息提取方法,对于提取的信息能够生成工步序列树,直观地显示加工对象、加工工步等;通过人机交互界面可实现工艺参数、机床功能信息的获取和修改;研究了七种传统的铣削加工策略,并在此基础上提出了一种新型的铣削加工策略:由重复的模式沿引导曲线刀具路径编程,对STEP-NC2.5D制造特征中平面、孔和型腔刀具路径的生成算法进行了研究;分析了PMAC运动代码的生成。以VC++6.0作为开发平台,开发了STEP-NC数控铣削系统。结合具体实例对STEP-NC数控铣削系统准确性及可靠性进行了验证。通过对STEP-NC数控铣削系统的开发,解决了CNC系统与CAD/CAPP/CAM系统之间信息共享和集成的问题,从而达到了提高数控加工的生产效率和产品质量的目的。

徐景亮,郑联语,雷沛[10](2014)在《STEP-NC数控系统人机界面软件设计与实现》文中研究指明为满足STEP-NC数控系统研究需要,在研究STEP-NC信息模型、程序结构基础上,首先提出STEP-NC数控系统人机界面(MMI)软件的过程模型,并阐述各组成模块的功能。随后针对STEP-NC数控系统MMI实现的关键问题,设计并实现了信息提取、数据显示、路径生成、切削仿真及G代码生成等功能模块。并通过STEP-NC标准的一个测试件实例验证本软件的正确性及有效性。

二、基于STEP-NC数控系统的研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、基于STEP-NC数控系统的研究(论文提纲范文)

(1)制造装备能力的知识建模及其应用(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究目的与意义
    1.2 相关领域研究现状
        1.2.1 制造能力建模研究现状
        1.2.2 制造装备能力建模研究现状
        1.2.2.1 数控机床能力建模
        1.2.2.2 工业机器人能力建模
        1.2.2.3 当前制造装备能力建模研究的不足
        1.2.3 面向制造的知识建模研究现状
        1.2.3.1 知识建模研究现状
        1.2.3.2 面向制造的知识建模研究现状
    1.3 本文主要研究内容和结构安排
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 本文结构安排
第2章 制造装备能力的知识模型构架
    2.1 知识建模理论
        2.1.1 知识与知识模型
        2.1.1.1 知识的内涵
        2.1.1.2 知识模型
        2.1.2 知识建模流程
    2.2 制造装备能力的知识模型构架
        2.2.1 制造装备能力的知识范畴
        2.2.2 制造装备能力的知识模型构架
    2.3 本章小结
第3章 基于模式映射的制造装备能力知识建模
    3.1 数控机床制造能力的概念模型
        3.1.1 STEP-NC标准数据模型
        3.1.1.1 STEP-NC 数据模型
        3.1.1.2 数控机床数据模型
        3.1.2 数控机床状态信息及专家经验
    3.2 基于模式映射的数控机床能力知识表达方法
        3.2.1 基于EXPRESS-OWL映射的基础本体模型建立
        3.2.1.1 基于EXPRESS-OWL映射的数控机床能力初始本体
        3.2.1.2 数控机床的状态本体
        3.2.2 基于描述逻辑的基础本体模型语义补充
        3.2.2.1 描述逻辑
        3.2.2.2 数控机床能力术语的语义补充说明
        3.2.3 基于语义规则的领域知识描述
    3.3 基于规则推理的数控机床能力动态描述
        (1) 零件与机床关联规则
        (2) 零件与刀具关联规则
    3.4 模型验证和比较分析
        3.4.1 模型有效性验证
        3.4.2 模型比较分析
    3.5 本章小结
第4章 基于动态描述逻辑的制造装备能力知识建模
    4.1 工业机器人制造能力的概念模型
        4.1.1 工业机器人制造能力的概念集合
        4.1.2 工业机器人制造能力的描述框架
    4.2 基于动态逻辑的工业机器人能力的知识表达方法
        4.2.1 动态描述逻辑语言
        4.2.2 工业机器人制造能力基础本体模型
        4.2.2.1 工业机器人制造能力术语类的声明
        4.2.2.2 工业机器人制造能力属性声明
        4.2.3 工业机器人动作的明确语义说明
        4.2.3.1 简单动作的语义描述
        4.2.3.2 复杂动作的语义描述
        4.2.4 基于区间状态的工业机器人能耗描述
    4.3 工业机器人制造能力判定规则
        (1) 稳定性判定规则
        (2) 能耗判定规则
        (3) 生产能力判定规则
    4.4 模型验证和比较分析
        4.4.1 模型有效性验证
        4.4.1.1 工业机器人实例描述
        4.4.1.2 工业机器人制造能力判定规则推理验证
        4.4.2 模型比较分析
    4.5 本章小结
第5章 制造装备能力的知识模型自学习进化
    5.1 基于领域文档的知识模型实例
        5.1.1 STEP-NC工艺规划文件
        5.1.2 基于知识模型的工艺文件实例解析
    5.2 基于语义权重的知识模型重要节点提取方法
        5.2.1 网络结构关键节点特性分析
        5.2.2 基于语义权重的关键知识节点提取方法
    5.3 基于多层并行关联挖掘的本体自学习进化方法
        5.3.1 基于多层并行关联挖掘的本体自学习策略
        5.3.2 基于本体结构的多层并行关联挖掘
        5.3.2.1 数据集预处理
        5.3.2.2 基于Map/Reduce的并行Apriori关联挖掘
        5.3.3 挖掘结果的知识表达方式
    5.4 方法执行和算法性能比较
        5.4.1 本体知识模型重要概念分析
        5.4.2 挖掘方法执行和性能比较
        5.4.2.1 数据集构建和执行环境
        5.4.2.2 执行结果和执行时间比较分析
        5.4.2.3 挖掘结果的语义表达及推理结果
    5.5 本章小结
第6章 制造装备能力知识库管理系统研发
    6.1 制造装备能力知识库系统设计
        6.1.1 制造装备能力知识库系统框架
        6.1.2 制造装备能力知识图谱可视化
        6.1.2.1 知识图谱可视化流程
        6.1.2.2 可视化界面
        6.1.3 制造装备能力知识检索
        6.1.4 制造装备能力知识匹配
        6.1.5 制造装备能力知识维护
        6.1.5.1 知识维护模块功能
        6.1.5.2 知识更新界面
    6.2 制造装备能力知识库系统应用
        6.2.1 制造装备服务平台知识库系统集成
        6.2.2 制造装备服务平台运行和性能分析
    6.3 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间完成的学术论文
致谢

(2)基于STEP-NC标准的机器人加工系统关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 机器人加工技术研究现状
        1.2.1 机器人加工概述
        1.2.2 机器人加工存在的问题
    1.3 机器人STEP-NC加工技术研究现状
        1.3.1 STEP与STEP-NC概述
        1.3.2 机器人STEP-NC加工技术研究
    1.4 机器人离线编程技术研究现状
    1.5 采用STEP-NC标准对机器人加工技术的影响
    1.6 STEP-NC标准应用于机器人加工需解决的主要问题
    1.7 本文的主要研究内容
第2章 基于STEP-NC的机器人加工数据模型的研究
    2.1 引言
    2.2 STEP-NC数据模型及文件结构
        2.2.1 STEP-NC数据模型
        2.2.2 STEP-NC文件结构
    2.3 基于STEP-NC机器人加工数据模型
        2.3.1 资源模型的定义
        2.3.2 数学模型的定义
        2.3.3 产品模型和工艺模型的定义
        2.3.4 机器人加工铣削模型的定义
    2.4 本章小结
第3章 基于STEP-NC的机器人加工CAM系统研究
    3.1 引言
    3.2 STEP-NC机器人CAM系统需求分析
    3.3 基于STEP-NC的机器人加工实现方式
    3.4 基于STEP-NC的机器人加工CAM系统功能模型
        3.4.1 基于STEP-NC的机器人加工CAM系统架构
        3.4.2 系统总体功能模型
        3.4.3 机器人CAM模块功能模型
    3.5 系统结构及功能模块设计
        3.5.1 系统内核结构设计及信息交互实现
        3.5.2 系统内核功能模块设计
        3.5.3 系统软件内核运行机制
    3.6 STEP-NC文件解释器的实现
        3.6.1 STEP-NC文件中信息的描述方法
        3.6.2 STEP-NC解释程序接口设计与实现
        3.6.3 STEP-NC文件解析实现
    3.7 本章小结
第4章 基于STEP-NC的机器人运动学建模与分析
    4.1 STEP-NC文件运动学信息解析
    4.2 机器人正运动学求解
        4.2.1 旋量与刚体运动指数积公式
        4.2.2 机器人正运动学求解
    4.3 机器人逆运动学求解
        4.3.1 串联机器人逆运动学的指数积公式
        4.3.2 逆运动学计算实例
    4.4 基于POE公式的机器人速度雅可比矩阵
    4.5 机器人奇异位形的研究
        4.5.1 奇异性条件
        4.5.2 灵巧度指标
        4.5.3 奇异位形仿真分析
    4.6 机器人奇异位形的回避方法
    4.7 本章小结
第5章 基于STEP-NC的机器人加工程序生成技术研究
    5.1 基于STEP-NC的机器人加工程序生成过程
    5.2 STEP-NC文件加工信息提取
    5.3 基于STEP-NC的刀具轨迹生成
        5.3.1 行距的计算
        5.3.2 下一条刀具轨迹的计算
    5.4 关节空间轨迹构建
        5.4.1 任务空间到关节空间轨迹转化
        5.4.2 机器人关节空间轨迹的构建
    5.5 加工机器人关节轨迹多目标优化
        5.5.1 多目标优化指标
        5.5.2 多目标轨迹优化PARETO最优解集的求解
        5.5.3 优化仿真
    5.6 插补计算
    5.7 机器人加工程序的生成
    5.8 本章小结
第6章 基于STEP-NC机器人加工CAM系统实现及验证
    6.1 引言
    6.2 系统实现平台
    6.3 机器人加工系统软件实现
    6.4 STEP-NC解释器实现界面
    6.5 加工实验
        6.5.1 实验方案
        6.5.2 2.5D特征加工实验
        6.5.3 曲面加工实验
    6.6 机器人关节轨迹优化实验
        6.6.1 实验方案
        6.6.2 实验结果与分析
    6.7 本章小结
第7章 结论
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
个人简历

(3)基于STEP-NC面向高能效数控加工的工艺规划方法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题提出的背景
    1.2 高能效加工的研究现状
        1.2.1 能效的定义及其表示
        1.2.2 能耗模型研究现状及不足
        1.2.3 高能效工艺规划研究现状及不足
    1.3 STEP-NC的引入及其研究现状综述
    1.4 本体的研究现状
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 基于STEP-NC的数控加工能耗模型
    2.1 STEP-NC中的能耗影响因素
    2.2 基于加工工步的能耗模型
        2.2.1 机床能耗组件分析
        2.2.2 面向加工工步的加工过程状态机模型
        2.2.3 能耗模型的建立
    2.3 模型的应用步骤
    2.4 模型有效性验证及分析
    2.5 本章小结
第3章 集成能耗知识的数控加工工艺本体开发
    3.1 零件初步加工方案制定问题描述
        3.1.1 问题分析与描述
        3.1.2 解决思路
    3.2 集成能耗知识的数控加工工艺本体框架
    3.3 数控加工能耗知识本体
        3.3.1 能耗组成
        3.3.2 功率/能耗计算方法
        3.3.3 能耗组成和功率/能耗计算方法的连接
    3.4 STEP-NC制造特征扩展本体
    3.5 数控加工方法本体和加工资源本体
    3.6 推理规则和查询语句的编写
        3.6.1 推理规则
        3.6.2 查询语句
    3.7 本体功能验证
        3.7.1 本体建立
        3.7.2 功能测试
    3.8 分析与讨论
    3.9 本章小结
第4章 基于蚁群算法面向能效的加工工步和加工工步序列生成
    4.1 加工工步和加工工步序列生成问题的形式化描述
    4.2 面向能效的加工工步和加工工步序列优化模型的建立
        4.2.1 优化变量
        4.2.2 优化目标
        4.2.3 限制条件
        4.2.4 优化模型
    4.3 面向能效的加工工步和加工工步序列优化模型的求解
        4.3.1 解空间的生成
        4.3.2 编码和解码
        4.3.3 加工方案的生成
        4.3.4 加工方案评估
        4.3.5 信息素的挥发和更新
        4.3.6 禁忌表
    4.4 基于局部多次迭代的蚁群算法
    4.5 算法有效性验证
    4.6 分析与讨论
    4.7 本章小结
第5章 原型系统开发
    5.1 原型系统
        5.1.1 原型系统架构
        5.1.2 实现原型系统的关键技术点
    5.2 原型系统功能测试
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 创新点
    6.3 工作展望
参考文献
附录1
附录2
攻读博士学位期间论文及科研情况
    学术论文
    科研项目
致谢
附件
学位论文评阅及答辩情况表

(4)智能制造环境下的数控系统发展需求(论文提纲范文)

网络化数控对信息的描述和共享
    1 标准的开放式数据接口
    2数控系统与伺服、传感信息互通
大数据下工艺数据的信息挖掘与应用
    1 工艺数据重要性
    2 工艺数据的收集与管理
    3基于机器学习的工艺经验提炼
数控系统的智能化
    1智能化功能
    2加工工艺智能规划
    3 控制参数智能调整
    4 智能感知加工状态并反馈决策
结束语

(5)基于STEP-NC标准的闭环加工开放式数控系统研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 闭环加工系统及其加工过程控制研究现状
        1.2.1 加工过程控制概述
        1.2.2 加工过程控制研究
        1.2.3 基于STEP-NC的加工过程控制研究
    1.3 STEP-NC加工技术研究现状
        1.3.1 STEP与STEP-NC标准概述
        1.3.2 STEP-NC加工系统架构研究现状
        1.3.3 基于STEP-NC的CAx技术研究现状
        1.3.4 STEP-NC数控系统研究现状
    1.4 基于STEP-NC的闭环加工研究面临的主要问题
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 STEP-NC闭环加工系统架构研究
    2.1 引言
    2.2 闭环加工系统加工过程控制需求分析
        2.2.1 功能需求分析
        2.2.2 信息交互需求分析
    2.3 基于STEP-NC的集成产品加工信息模型
        2.3.1 STEP-NC数据模型及其描述与实现方法
        2.3.2 基于STEP-NC的产品加工信息集成方法
    2.4 基于STEP-NC的闭环加工系统架构功能模型
        2.4.1 基于STEP-NC的闭环加工系统架构
        2.4.2 基于STEP-NC的闭环加工系统总体功能模型
        2.4.3 基于STEP-NC的集成工艺规划功能模型
        2.4.4 基于STEP-NC的加工与过程控制功能模型
    2.5 本章小结
第3章 开放式STEP-NC数控系统构建
    3.1 引言
    3.2 开放式STEP-NC数控系统软件内核设计与开发
        3.2.1 软件内核结构设计及信息交互实现
        3.2.2 软件内核功能模块设计
        3.2.3 软件内核运行与协调机制
    3.3 在线STEP-NC文件解释实现
        3.3.1 STEP-NC数据模型到C++的映射
        3.3.2 STEP-NC解释应用程序接口设计与实现
        3.3.3 在线STEP-NC文件解析实现
        3.3.4 在线刀具轨迹生成实现
        3.3.5 STEP-NC信息输出实现
    3.4 本章小结
第4章 STEP-NC闭环加工系统加工过程控制实现
    4.1 引言
    4.2 基于STEP-NC的加工过程控制实现原理
        4.2.1 基于STEP-NC的在线检测及加工过程控制实现原理
        4.2.2 基于STEP-NC的实时加工过程控制实现原理
    4.3 加工过程信息STEP-NC数据模型
        4.3.1 加工过程控制信息STEP-NC数据模型建立
        4.3.2 加工过程控制信息STEP-NC实体向C++的映射
    4.4 开放式STEP-NC数控系统加工过程控制功能集成
        4.4.1 在线检测及加工过程控制集成方法
        4.4.2 实时加工过程控制功能集成方法
        4.4.3 加工过程控制任务运行机制
    4.5 本章小结
第5章 STEP-NC闭环加工系统功能实现及验证
    5.1 引言
    5.2 开放式STEP-NC数控系统实现平台
        5.2.1 开放式STEP-NC数控系统硬件与软件平台
        5.2.2 STEP-NC解释界面窗口
        5.2.3 基于RTX的实时监测与数据采集驱动
    5.3 STEP-NC制造特征加工实验
    5.4 基于STEP-NC的在线检测及加工过程控制实验
    5.5 基于STEP-NC的实时加工过程控制实验
        5.5.1 模糊恒力铣削算法集成与验证
        5.5.2 基于STEP-NC标准的恒力铣削实验
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历

(6)基于STEP-NC的螺杆旋风铣削建模及数控编程研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 异型螺杆零件的加工技术研究
        1.2.2 STEP-NC的研究现状
    1.3 课题主要研究内容和意义
        1.3.1 课题研究内容
        1.3.2 课题研究意义
第2章 STEP/STEP-NC标准及数控编程系统的设计
    2.1 STEP标准
        2.1.1 STEP标准概述
        2.1.2 EXPRESS语言
        2.1.3 EXPRESS实体关系
        2.1.4 EXPRESS-G图
    2.2 STEP-NC标准
        2.2.1 STEP-NC数据模型
        2.2.2 STEP-NC实体定义
        2.2.3 STEP-NC程序结构
        2.2.4 STEP-NC程序的优点
    2.3 STEP与STEP-NC的关系
    2.4 数控编程系统设计
        2.4.1 总体设计
        2.4.2 系统的模块及其功能
    2.5 本章小结
第3章 螺杆的STEP模型及螺杆旋风铣削的STEP-NC建模
    3.1 螺杆的STEP模型
        3.1.1 螺旋面的STEP数据模型
        3.1.2 NURBS曲面在STEP中的表示
        3.1.3 螺旋面的NURBS表示
    3.2 螺杆的STEP-NC建模
    3.3 旋风铣削工艺的STEP-NC建模
        3.3.1 旋风铣削加工机理
        3.3.2 旋风铣削工艺建模
    3.4 本章小结
第4章 数控编程系统的关键技术研究
    4.1 螺杆特征信息识别
        4.1.1 螺杆信息的提取
        4.1.2 螺杆特征参数计算
    4.2 STEP-NC程序生成方法研究
        4.2.1 STEP-NC程序生成原理
        4.2.2 文件头生成方法
        4.2.3 数据段生成方法
    4.3 本章小结
第5章 实例验证
    5.1 编程界面总述
    5.2 编程界面功能
    5.3 实例程序生成
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
学位论文评阅及答辩情况表

(7)基于STEP-NC的数控加工集成化在线检测与监测实现方法(论文提纲范文)

0 引言
1 在线检测与监测STEP-NC数据模型
2 STEP-NC数控系统
    2.1 系统结构与实现
    2.2 实时数据采集驱动
    2.3 在线检测与监测实时线程
3 实验验证
4 结束语

(9)基于STEP-NC数控铣削系统研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状分析
        1.2.1 STEP-NC 在国外的研究现状
        1.2.2 STEP-NC 在国内的研究现状
    1.3 课题来源和研究内容
第2章 STEP-NC 铣削数控系统关键模块设计
    2.1 STEP-NC 铣削数控系统功能分析
    2.2 STEP-NC 数控程序解释器设计
        2.2.1 类库的设计原则与实现
        2.2.2 文件读取、语法检查
        2.2.3 STEP-NC 数控文件信息提取与特征识别
    2.3 微观工艺规划
        2.3.1 工步序列树生成
        2.3.2 参数的获取、显示和修改
    2.4 刀具路径生成
    2.5 运动控制器
    2.6 本章小结
第3章 基于加工特征的刀具路径生成算法研究
    3.1 铣削加工策略类型
    3.2 STEP-NC 铣削模型中的特征定义
    3.3 刀具路径的生成
        3.3.1 刀具路径生成原理
        3.3.2 步长及行距的确定
        3.3.3 孔特征的刀位文件生成
    3.4 平面特征的刀具路径生成
    3.5 型腔特征的刀具路径生成
    3.6 刀具路径仿真验证
    3.7 本章小结
第4章 STEP-NC 数控铣削系统开发
    4.1 原型系统设计
        4.1.1 系统开发平台选择
        4.1.2 系统总体设计
    4.2 系统运行
        4.2.1 系统登陆界面
        4.2.2 数控程序解释器
        4.2.3 微观工艺规划
        4.2.4 刀轨仿真
    4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

(10)STEP-NC数控系统人机界面软件设计与实现(论文提纲范文)

1 STEP-NC数控系统MMI总体设计
2 STEP-NC数控系统MMI主要模块设计与实现
    2. 1信息提取
    2. 2数据显示
    2. 3刀具路径生成
    2. 4切削仿真
    2. 5 G代码生成及验证
3结语

四、基于STEP-NC数控系统的研究(论文参考文献)

  • [1]制造装备能力的知识建模及其应用[D]. 赵圆圆. 武汉理工大学, 2018(07)
  • [2]基于STEP-NC标准的机器人加工系统关键技术研究[D]. 李丽. 东北大学, 2018(01)
  • [3]基于STEP-NC面向高能效数控加工的工艺规划方法研究[D]. 王泓晖. 山东大学, 2017(03)
  • [4]智能制造环境下的数控系统发展需求[J]. 李炳燃,张辉,叶佩青. 航空制造技术, 2017(06)
  • [5]基于STEP-NC标准的闭环加工开放式数控系统研究[D]. 胡泊. 哈尔滨工业大学, 2016(02)
  • [6]基于STEP-NC的螺杆旋风铣削建模及数控编程研究[D]. 周青阳. 山东大学, 2016(02)
  • [7]基于STEP-NC的数控加工集成化在线检测与监测实现方法[J]. 胡泊,富宏亚,韩德东. 计算机集成制造系统, 2016(08)
  • [8]STEP-NC数控技术研究进展[J]. 富宏亚,胡泊,韩德东. 计算机集成制造系统, 2014(03)
  • [9]基于STEP-NC数控铣削系统研究[D]. 张广雷. 哈尔滨理工大学, 2014(07)
  • [10]STEP-NC数控系统人机界面软件设计与实现[J]. 徐景亮,郑联语,雷沛. 制造技术与机床, 2014(02)

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