数字制造标准教程

自从纸带发明以来，机床一直是用数字代码控制的。参见图1。数字代码用于各种类型的制造。数字化制造就是用3d模型取代这些代码。这有几个很好的理由。一个是模型更容易共享，因为它们不是特定于一个系统的。第二，可以开发云服务来优化模型。第三个原因是实验室测试表明，该模型使生产效率提高了15%。

数字化制造可以应用于不同类型的控制;任何使用g代码的东西都可以被生成这些代码的模型所取代。这包括精密加工，复合胶带铺层，机器人和3D打印。

用开车来类比有助于解释。考虑一下从纽约到华盛顿的旅行。如果时间表紧，速度就会提高。如果有时间，那么就可以节省汽油，并通过尽可能缓慢地驾驶来减少磨损。现在假设这是闭着眼睛做的。不用担心。将提供非常详细的说明，例如:

• 以每小时69.1英里的速度行驶2分16秒
• 左转35度，减速至每小时55.4英里;享受旅程。

开车时，可能会错过一些转弯。可能会有一些差之毫厘之差。在某些情况下，即使周密的计划也可能无助于避免事故。当司机有一个在高风险交通区域工作的计划时，他们很少冒险改变。这就是为什么机床很少被调整得更快或更慢。

柔性制造

模型使制造更加灵活。如果机加工计划即将开始切削金属，那么力的变化是可以预见的。如果切得更深，放慢速度以平衡力量。如果你在霸占材料，那么就不要太担心角落。精加工时，保持加工光滑。

图2显示了一个加工模型示例。如左上角所示，零件的几何形状及其公差非常重要，解释了正在制造的零件。如果不知道零件的几何形状和表面光洁度、公差和尺寸的设计要求，则无法对机器进行调整。右上方是其他型号。刀具和夹具的模型需要在加工过程中对它们的位置进行建模。如果机器加速或减速，则需要性能限制和当前刀具磨损。

图2的左下角显示了如何对流程进行建模。自从g码被发明以来，计算机科学领域发生了很多变化。数字化制造标准可以组织过程模型驱动的加工和装配。进程数据可以与工作步骤相关联，这样就可以编辑一个实例，而不是编辑g代码文件中的许多地方。此外，工作计划可以组织为允许多个连续步骤、多个交替步骤和多个并发步骤。

最后，图2的右下角显示了为什么机床的模型也应该包含在数字化制造数据中。在此模型下，其各部件的运动学可以纳入计算。这进一步减少了碰撞的机会。在运动学中加入精度数据进一步提高了结果的质量。

这些数据可以模拟制造过程。传统的g代码可以提供模拟。这里的不同之处在于，系统负责，在控制设备上运行，并及时从模型中生成任何内部代码。就像一个大开眼界的司机一样，模拟器可以利用条件更快地运行，减少工具磨损，避免碰撞，并提高质量。

一个国际团队进行了十年的测试，证明了这种节省。该团队建立了一个新的模拟器，可用于从称为Step-NC Machine的模型中运行控制。通过步进数控机床的实际应用，证明了用较好的刀具代替步进数控机床可以提高加工效率。它展示了如何将计算机数控加工和三坐标测量机测量相结合。并在各种零件上测试了各种机器配置。

[STEP，产品模型数据交换标准，是一个ISO标准(ISO 10303)，描述了如何表示和交换数字产品信息。]

还有几步要走

那么问题是什么呢?十年是很长的一段时间。有几个问题。首先，很难决定如何在几何数据中添加公差。这花了很长时间。大型工程用户和计算机辅助设计(CAD)供应商之间必须达成协议。每个人都必须确信，新车型将具备所有必要的功能，无论是现在还是未来。

其次，还有一个处理问题。直到最近，控制中的计算机还很小。也许比大多数智能手机的小。这是很讽刺的，因为当g码刚被发明出来的时候，机床是企业的第二大计算机。50多年后，控制计算机更新的唯一原因是因为它需要更大的CPU来满足操作系统的最低要求。

基于模型的控制需要实时仿真，这就需要一台功能强大的计算机。幸运的是，现代应用程序所需的所有多媒体支持意味着即使是最小的计算机现在也变得越来越强大。控制器包括多达四个协处理器和16gb的内存，这对于大多数实时模拟来说是足够的。

这就留下了一个问题:为数字化制造数据制定一个标准。10年的测试使用了一个非常大的模型，但它还不够大。它包括对铣削和车削所使用的各种特征和操作的最佳可用定义。但是，对于每种类型的属性，它只选择一个定义，而实际上有许多可能的定义，每种定义对于不同的情况都是最优的。

应用，新定义

上面的图3显示了测量特征深度的两种方法——一种是从顶部，另一种是从底部。从数学的角度来看，从底部测量是最好的。如果机加工发生变化，它是一个更稳定的位置。然而，机械师通常想要从顶部测量，因为那是零件放置的地方。

10月21日在巴尔的摩举行的数字制造日将详细介绍新概念，允许在与设计要求相关的几何图形中显示定义，并参考外部标准。图3显示了如何用每个维度的源定义的名称作为前缀。

- Martin Hardwick是Step Tools Inc.的总裁;主编埃里克·r·艾斯勒石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com。

关键概念:

• 模型更容易共享，因为它们不是特定于一个系统的。
• 可以开发云服务来优化模型。
• 实验室测试表明，该模型使生产效率提高了15%。

考虑一下这个

在执行设计之前建模将节省机器的磨损，并节省随着时间的推移的一般维护。

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www.steptools.com/library/stepnc/demos.html

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