STEPNC和XML的数控编程及网络传输
第３１卷第１期２０１０年１月
华侨大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
ＶＯＬ３１Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１０
文章编号：１０００－５０１３（２０１０）０１—００１２—０４
ＳＴＥＰ—ＮＣ和ＸＭＬ的数控编程及网络传输
张勤，顾立志
（华侨大学机电及自动化学院，福建泉州３６２０２１）
摘要：针对ＥＸＰＲＥＳＳ语言定义的数据不能在网上传输的问题。提出基于汀ＥＰ．ＮＣ和ＸＭＬ相结合的数控编程的方式，并分析ＸＭＩ。Ｓｃｈｅｍａ的检验纠错功能．基于ＥＸＰＲＥＳＳ语言的ＳＴＥＰ－ＮＣ数控文件，统一表征ＣＮＣ加工过程中涉及的全部信息，实现ＣＡＤ，ＣＡＭ和ＣＮＣ之间的无缝连接及制造系统的集成，可以为数控系统提供完整的产品数据．利用ＩＳＯ１０３０３－－２８标准，将ＥＸＰＲＥＳＳ语言与ＸＭＬ语言结合起来，可以实现网络企业间的产品信息共享与集成，以及数控系统的开放性能和远程控制功能．
关键词：数字控制；编程；纠错；ＳＴＥＰ－ＮＣ；ＸＭＬ；网络传输
中图分类号：ＴＧ６５９；ＴＰ３９１文献标识码：Ａ
目前，无论是采用语言自动编程方法，还是采用图形自动编程方法，所生成的数控加工程序都是基于ＩＳＯ６９８３标准的Ｇ／Ｍ代码语言编写的．这种语言编制的数字控制（ＮＣ）代码只包括一些简单的运动指令，无法检验在加工过程中是否发生过切、少切，也无法确定所选择的刀具，以及走刀路线、进退刀方式等．随着ＮＣ编程的复杂化，ＮＣ代码的错误率也越来越高，编程人员无法事先预料，结果可能导致工件形状不符合要求，出现废品，甚至会损坏机床、刀具，降低生产效率．因此，这种传统标准的局限性逐渐暴露出来．它只能对刀具路径和机器状态进行描述，不能完整地表达从产品设计到制造的几何和加工信息，也不能形成信息反馈，编程困难，使传统的控制器成为一个只能执行任务的机构，缺少智能性［１］．随着ＣＡＤ／ＣＡＭ系统和计算机数字控制（ＣＮＣ）系统性能的提高，基于ＩＳＯ６９８３标准接口已经成为制约数控技术智能化、集成化和网络化发展的瓶颈．在设计和制造系统中应用“中性格式”文件，可以方便地共享产品数据，因此，模型数据交换标准（ＳＴＥＰ）ＩＳ０１０３０３作为产品相关数据交换的中性格式被引进．模型数据交换标准一数控程序（ＳＴＥＰ－ＮＣ）是产品数据表达和交换标准向数字化制造领域的扩展，其接１：３标准在统一的数据模型基础上建立几何信息和工艺信息，使产品信息在不同阶段保持完整性，实现企业内部从设计、制造一直到底层数控加工的无缝集成［２］．基于此，本文提出了基于ＳＴＥＰ－ＮＣ和ＸＭＬ相结合数控编程的方式．
１ＳＴＥＰ－ＮＣ的标准与文件格式
１．１应用标准
目前，ＳＴＥＰ－ＮＣ应用标准有ＩＳＯ１４６４９（ＡＲＭ模型）和ＳＴＥＰＡＰ２３８（ＡＩＭ模型），这也是ＳＴＥＰ－ＮＣ的两种实现方法［｝４Ｉ．
（１）ＩＳＯ１４６４９（ＡＲＭ模型）是在ＣＡＤ／ＣＡＭ系统和ＣＮＣ机床直接引入一种新的数据传输模型．它利用工作步骤面向对象的原理，通过规定加工过程而不是机床刀具运动来克服ＩＳＯ６９８３存在的不足．其工作步骤是，将加工特征及相关的工艺参数和具体操作联系起来，由ＣＮＣ将其转换成轴运动和刀具操作．在产品数据的共同领域里，ＩＳＯ１４６４９和ＩＳＯ１０３０３（ＳＴＥＰ标准）相协调．这样，制造企业在整个加工过程中就可以利用ＳＴＥＰ标准建立的数据模型．
收稿日期：２００８－０５—２２
通信作者：顾立志（１９５６一），男，教授，主要从事数字化制造的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｌｉｚｈｉ８８８＠１６３．ＣＯＩｎ．
基金项目：国务院侨办科研基金资助项目（０６ＱＺＲ０６）；泉州市科技计划项目（２００７Ｇ９）
第１期张勤。等：ＳＴＥＰ－ＮＣ和ＸＭＬ的数控编程及网络传输１３
（２）ＳＴＥＰＡＰ２３８（ＡＩＭ模型）应用解释模型，指定用于描述信息要求所必需的综合资源．信息要求是在ＩＡＯ１４６４９中所指定的，其格式与外形部分、几何尺寸，以及由ＡＰ２０３／２１４／２２４／２４０所设计和标识的公差信息一致．ＡＰ２３８为数控机床及其相关的加工提供了数据间的关系说明、数据范围说明和信息需求说明．
综上所述，ＩＳＯ１４６４９更接近应用领域，便于理解，适合应用在ＣＡＭ与ＣＮＣ之间的交换；而ＳＴＥＰＡＰ２３８则较抽象，且程序更分散、复杂，适合于从设计到制造的全面信息交换．
１．２程序的文件格式
ＳＴＥＰ－ＮＣ数控程序文件，可以用ＳＴＥＰ的Ｐａｒｔ２１，Ｐａｒｔ２８文件格式来表达ＥＸＰＲＥＳＳ模式和数据［１Ｊ．Ｐａｒｔ２１标准目前应用比较广泛，一些工具软件都是根据这种标准来开发的．此标准文件中相同的信息内容只被表达一次，不会出现相互矛盾的数据．Ｐａｒｔ２８标准定义了ＳＴＥＰ数据的ＸＭＬ应用方法，更适合网络环境下的集成设计与制造．
（１）基于Ｐａｒｔ２１的ＳＴＥＰ—ＮＣ程序的文件格式，从结构上可以分为文件头和数据段．文件头以“ＨＥＡＤＤＥＲ”为标记，说明文件名、编程者、编程日期和注释等信息；数据段以“ＤＡＴＡ”开始，首先以“ＰＲＯＪＥＣＴ”语句开始，接着多加工任务、工艺信息、刀具信息和几何信息进行描述．文件头和数据段都以“ＥＮＤＳＥＣ”标记结束．下面是一个简化了的加工孑Ｌ的实例，其形式如下：
Ｈｅａｄｅｒ；？ｌ文侮头
ＦＩＬＥＤＥＳＣＲＩＰＴＩＯＮ（）；∥文件信息描述
ＦＩＬＥＮＡＭＥ（）；∥文件名
ＦＩＬＥ＿ＳＣＨＥＭＡ（）；∥文件模式
ＥＮＤＳＥＣ；？｝锗蘸
ＤＡＴＡ；∥数据段
＃１＝ＰＲＯＪＥＣＴ（‘Ｂｏｈｒｕｎｇ’，＃２，（＃３））；∥程序人口
＃２＝ＷＯＲＫＰＬＡＮＥ（‘Ａｒｂｅｉｔｓｐｌａｎｅ’，（＃４），￥，＃５）；∥工步序列
＃３一ｗ０ＲＫＰＩＥｃＥ（‘Ｂａｕｔｅｉｌｌ，，＃６，０．０１，￥，￥，＃８，（））∥工件材料及夹持点
＃４＝ＭＡＣＨＩＮＩＮＧ＿ＷＯＲＫＳＴＥＰ（‘Ｂｏｈｒｕｎｇ’，＃１３，＃１６，＃１７）；∥工步信息
ｉ
＃１７＝ＤＲＩＬＬＩＮＧ（￥，￥，‘Ｂｏｈｒｕｎｇ２０ｒａｍ’，￥，１０．０，￥，＃１８，＃２１，＃２２，￥，￥）；
∥钻孔信息
ｉ
ＥＮＤＳＥＣ；
ＥＮＤＩｓＯ－１０３０３—２１；∥结束
从上述的ＳＴＥＰ－ＮＣ数控文件格式可以看出，ＳＴＥＰ－ＮＣ的基本原理是基于制造特征进行编程，而不是直接对刀具运动进行编程，即不再使用Ｇ功能和Ｍ功能［５］．它以工作步骤作为加工流程的基本单位，将特征与技术信息联系到一切，每个工作步骤只定义一种操作，即“干什么”、“如何做”等，但只能用一种刀具和一种策略［１］．因此，同一个ＳＴＥＰ－ＮＣ数控程序可运用于不同的数控机床，具有通用性．（２）在ＳＴＥＰ标准中，ＩＳＯ１０３０３－－２８（ＳＴＥＰＰａｒｔ２８）提供了ＥＸＰＲＥＳＳ驱动数据的ＸＭＬ表示模型．由于ＸＭＬ具有网络使能、协议无关、网络无关、平台无关和可扩展性等性能，使得新旧系统之间相互交流成为可能．将ＥＸＰＲＥＳＳ表示的产品信息模型映射为ＸＭＬ表示模型，是解决ＳＴＥＰ－ＮＣ数据网络化传输的关键．因此，ＳＴＥＰＰａｒｔ２８更适合于建立支持协同制造的全生命周期制造信息的传递嘲．下面是两个ＥＸＰＲＥＳＳ语言描述的两个实体：
ＥＮＴＩＴＹ
ｐｅｒｓｏｎ；
ａｇｅ：ＩＮＴＥＧＥＲ；
ＥＮＤ＿ＥＮＴＩＴＹ：
ＥＮＴＩＴＹｅｍｐｌｏｙｅｄｐｅｒｓｏｎ
ＳＵＢＴＹＰＥＯＦ（ｐｅｒｓｏｎ）；
１４华侨大学学报（自然科学版）
ｓａｌａｒｙ：ＩＮＴＥＧＥＲ；
ＥＮＤＬＥＮＴＩＴＹ；
对应的ＸＭＬ描述形式如下：
＜ｅｎｔｉｔｙ＿ｉｎｓｔａｎｃｅｅｘｐｒｅｓｓ＿ｅｎｔｉｔｙｎａｍｅ＝“ｅｍｐｌｏｙｅｄ＿ｐｅｒｓｏｎ”ｉｄ＝“ｘｘ”＞
＜ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｉｎｓｔａｎｃｅｅｘｐｒｅｓｓ＿ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｎａｍｅ－－“ｓａｌａｒｙ’’、
（ｉｎｔｅｇｅｒ＿ｌｉｔｅｒａｌ）５００００（／ｉｎｔｅｇｅｒ＿ｌｉｔｅｒａｌ）
（／ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿＿ｉｎｓｔａｎｃｅ）
（ｉｎｈｅｒｉｔｅｄ＿ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｉｎｓｔａｎｃｅｅｘｐｒｅｓｓ＿＿ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｎａｍｅ＝“ａｇｅ”、
（ｉｎｔｅｇｅｒ＿ｌｉｔｅｒａｌ）５０（／ｉｎｔｅｇｅｒ＿ｌｉｔｅｒａｌ）
（／ｉｎｈｅｒｉｔｅｄ＿ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｉｎｓｔａｎｃｅ）
（／ｅｎｔｉｔｙ＿ｉｎｓｔａｎｃｅ）
３基于ＸＭＬ和ＳＴＥＰ－ＮＣ生命周期的制造
ＳＴＥＰ＿ＮＣ将产品模型数据交换标准（ｓＴＥＰ）扩展至数控系统之间的接口．它要求数控系统之间使用符合ＳＴＥＰ标准的ＣＡＤ三维产品数据模型（包括零件几何数据、设置和制造特征），直接产生加工程序来控制机床．其间，ＣＡＭ系统只负责加入工艺信息和刀具信息而不必进行后置处理．基于ＳＴＥＰ－ＮＣ和ＸＭＬ数控编程的过程：首先，设计人员根据设计要求在ＣＡＤ软件中建模，生成ＡＰ２０３／ＡＰ２１４标准文件；其次，上述产生的文件通过ＣＡＭ软件生成适合数控机床的ＡＰ２３８文件；然后，一方面数控文件可以直接传输到本地开放式ＣＮＣ机床，另一方面可以通过ＳＴＥＰ／ＸＭＬ转换器转换为ＸＭＬ文档（ＸＭＬ文档可以通过网络传输，在网
络浏览器上浏览），下载获得特定的工艺规划和制造ＡＰ
信息，传输到异地开放式ＣＮＣ机床，本地机床亦可
以识别网上下载资源．数控文件交换与共享流程图，
如图１所示．
上述产品数据交换与共享过程中，要实现真正
意义上的网络化制造，有如下３个关键技术需要解
决．（１）ＣＮＣ机床需要具备ＳＴＥＰ－ＮＣ解释器．（２）
ＳＴＥＰ／ＸＭＬ解释器需要具备完整的模版库和强大
的重组功能．（３）ＸＭＬ解析器需要具备语法检错功能．若能很好的解决上述关键问题，便可以很好地实现全生命周期的网络化制造．
图１数控文件交换与共享
Ｆｉｇ．１ＥｘｃｈａｎｇｅａｎｄｓｈａｒｅｏｆＮＣｆｉｌｅｓ
ＸＭＬ解析器的主要功能，是把网上下载的ＸＭＬ文档转换成适合数控机床的ＳＴＥＰ－ＮＣ文件．在这个过程中，保证ＳＴＥＰ－ＮＣ文件的正确和合理性是非常关键的．
因此，ＸＭＬ解析器中的纠错功能的拟定方案：可以通过分析ＳＴＥＰ－ＮＣ文件结构；采用后期绑定的方法建立相应的实体ＸＭＬＳｃｈｅｍａ，规定数据出现的次序及数据的属性，如字符串型、整型、实体型等；在解析过程中检查ＳＴＥＰ－ＮＣ文件的数据是否缺省或超出范围，并通过对话框的形式提示操作者；若无错误则可在本地机床安全运行，若出现错误则通过返回信息到数据源请求修改．
下面通过一个实例，来说明如何建立ＳＴＥＰ—ＮＣ实体的ＸＭＬＳｃｈｅｍａ，如图２所示．一ＥＸＰＲＥＳＳ实体实例一ｓａｌａｒｙ：ＩＮＴＥＧＥＲ；
ＥＮＴｌＴＹｐｅｒｓｏｎ；ＥＮＤ＿ＥＮＴＩＴＹ；
ａｇｅ：ＩＮＴＥＧＥＲ；一ＳＴＥＰ．ＮＣ中性文件一
ＥＮＤＬＥＮＴＩＴＹ；＃ｌ＝ｐｅｒｓｏｎ（３８）；
ＥＮＴＩＴＹｅｍｐｌｏｙｅｄ＿ｐｅｒｓｏｎ＃２＝ｅｍｐｌｏｙｅｄ＿ｐｅｒｓｏｎ（３８，４０００）
ＳＵＢＴＹＰＥＯＦ（ｐｅｒｓｏｎ）：—一ＸＭＬＳｃｈｅｍａ－－－－
第１期张勤，等：钉ＥＰ＿ＮＣ和ＸＭＬ的数控编程及网络传输１５
从以上实例可以看出，基于ＥＸＰＥＲＳＳ
的ＳＴＥＰＬＮＣ文件与ＸＭＬＳｃｈｅｍａ文件具
有一致的格式，可以很好地说明ＳＴＥＰ－ＮＣ
文件的格式并检验其正确性．
４结束语
提出了基于ＳＴＥＰ－ＮＣ和ＸＭＬ相结
合数控编程的方式，着重分析了ｘＭＬ
Ｓｃｈｅｍａ的检验纠错功能，为实现全球化网
络制造奠定了坚实的技术基础睁７Ｉ．如果能
将所有的ＳＴＥＰ－ＮＣ涉及到的实体实例进
行模式化，就可以保证异地机床加工的安
图２ＳＴＥＰ－ＮＣ实体的ＸＭＬＳｃｈｅｍａＦｉｇ．２ＸＭＬＳｃｈｅｍａｏｆＳＴＥＰ－ＮＣｅｎｔｒｙ全性和准确性，提高加工效率和质量，为远程数控奠定了坚实的技术基础．
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ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳＴＥＰ—ＮＣａｎｄ删Ｌ
ＺＨＡＮＧＱｉｎ，ＧＵＬｉ－ｚｈｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｙｐｅｏｆＮＣｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｂａｓｅｄ
ｏｎ耵ＥＰ－ＮＣａｎｄＸＭＬ
ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＸＭＬＳｃｈｅｍａｉｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｄａｔａｄｅｆｉｎｅｄｂｙＥ）（】ＰＲＥＳＳｌａｎｇｕａｇｅｃａｎ’ｔｂｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ．ＴｈｅＮＣｆｉｌｅｓｄｅｆｉｎｅｄｂｙＳＴＥＰ－ＮＣｂａｓｅｄｏｎＥＸＰＲＥＳＳｌａｎｇｕａｇｅｃａｎｃｏｖｅｒｔｈｅｅｎｔｉｒｅ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＣＮＣｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｓｅａｍｌｅｓｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆＣＡＤ，ＣＡＭａｎｄＣＮＣａｓｗｅｌｌ
ａｓｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒ—ｉｎｇｓｙｓｔｅｍ。ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｐｒｏｄｕｃｔｄａｔａｆｏｒＮＣｓｙｓｔｅｍ．ＵｓｉｎｇＩＳＯ１０３０３—２８ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆ
ＥＸＰＲＥＫＳｌａｎｇｕａｇｅａｎｄＸＭＬｌａｎｇｕａｇｅ
ｃａｎｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｓｈａｒｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｍｏｎｇｎｅｔｗｏｒｋｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ａｎｄｈａｖｅｏｐｅｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＮＣｓｙｓｔｅｍｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ；ｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ＳＴＥＰ－ＮＣ；ＸＭＩ。；ｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
（责任编辑：陈志贤英文审校：郑亚青）
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