【摘 要】
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随着数控技术的发展,开放式、智能化和网络化的数控系统成为了主要的发展趋势,为了适应这一趋势,数控系统需要一种开放式、智能化和网络化的加工数据模型。但是,现有的绝大部分数控系统的编程数据接口标准一直采用的ISO6983标准,即G/M代码。由于该标准只包含简单的刀具运动和机床的开关动作、其数据单向流通以及兼容性差等缺点,严重阻碍了数控系统的开放式、智能化和网络化发展,成为了现代机械制造业的发展瓶颈。而
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:任务级智能数控理论与关键技术的研究（51205054）； 中国博士后科学基金项目:面向智能制造全模型驱动新型数控理论与关键技术研究（2017M611245）； 中央高校基本科研业务费专项资金项目:面向智能制造全模型驱动先进数控理论与关键技术研究（N160304009）；
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随着数控技术的发展,开放式、智能化和网络化的数控系统成为了主要的发展趋势,为了适应这一趋势,数控系统需要一种开放式、智能化和网络化的加工数据模型。但是,现有的绝大部分数控系统的编程数据接口标准一直采用的ISO6983标准,即G/M代码。由于该标准只包含简单的刀具运动和机床的开关动作、其数据单向流通以及兼容性差等缺点,严重阻碍了数控系统的开放式、智能化和网络化发展,成为了现代机械制造业的发展瓶颈。而 STEP-NC（STEP-compliant Numerical Control,STEP-NC）标准是国际标准化组织正在开发的一种新型数据标准,该标准以基于制造特征的方式描述加工对象,涵盖了加工所需要的全部信息,支持数据的双向流动和网络化制造,为智能化的数控系统提供了良好的加工数据模型。本文在综合分析STEP-NC数控系统及其关键技术国内外发展状况的基础之上,围绕新型的STEP-NC编程数据接口标准,以基于STEP-NC的智能数控系统为研究对象,对基于STEP和改进神经网络的STEP-NC制造特征智能识别方法、基于STEP-NC的智能非线性工艺规划方法、基于网络优化和Dijkstra算法的STEP-NC复杂型腔的刀具路径生成算法进行了研究。主要研究内容如下:（1）介绍了本论文的研究背景,分析了 STEP-NC数控系统、STEP-NC特征识别、STEP-NC工艺规划、STEP-NC刀具路径规划国内外研究现状,在此基础之上确定了本文的研究方向和研究内容。（2）针对STEP-NC特征识别存在的问题,提出了基于STEP和改进神经网络的STEP-NC制造特征智能识别方法,该方法首先从零件模型的STEP AP203文件提取出零件的几何拓扑信息,接着基于边的凹凸性判断构建了零件的最小子图。然后构建用于特征识别的BP神经网络模型,接着将人工蜂群算法和BP神经网络相结合得到用于特征识别的改进BP神经网络,最后将获得的零件的最小子图的信息数据输入到改进的BP神经网络中,实现了 STEP-NC制造特征的高效精准智能地识别。（3）针对STEP-NC工艺规划存在的问题,提出了基于STEP-NC的智能非线性工艺规划方法,将面向STEP-NC的工艺规划分为宏观工艺规划、详细工艺规划、微观工艺规划三个阶段。在宏观工艺规划阶段,采用改进的BP神经网络生成各个特征的非线性加工方案,实现了 STEP-NC制造特征加工方案的智能决策。在详细工艺规划阶段,根据加工工步约束原则,采用双向链表算法实现了合理加工工步序列的高效生成。在微观工艺规划阶段,根据某些特定的规则提出了具体的算法实现了加工资源（机床和刀具）的智能选配,然后以最短加工时间为目标,采用人工蜂群算法实现了最优工艺路线的智能生成。最后,为了充分发挥机床性能,以加工时间最短和加工成本最低为目标,建立了多目标铣削工艺参数优化模型,采用人工蜂群算法实现了加工工艺参数的智能优化。（4）针对STEP-NC刀具路径规划存在的问题,提出了一种基于网络优化和Dijkstra算法的STEP-NC复杂型腔的刀具路径生成算法,该方法首先根据特定的行距生成STEP-NC复杂型腔的封闭等距环,然后采用偏移曲线中直线和圆弧的属性（顶点、方向和长度）建立网络优化模型,最后采用Dijkstra算法对模型进行求解得到网络最短路,进而生成STEP-NC复杂型腔无干涉的刀具路径,实现了 STEP-NC复杂型腔无干涉的刀具路径准确智能的生成。（5）以Visual C++6.0为开发环境,使用MFC应用程序开发框架,在Win7系统平台下对基于STEP-NC的智能数控原型系统进行了开发。
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