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STEP-NC 기술개요 및 구조설계

STEP-NC 기술개요 및 구조설계. 2000년 1월 21일. 서 석 환 포항공과대학교 산업공학과. 현재의 NC 제어기 및 변화의 필요성. 산업자동화 설비의 동작을 제어하는 두뇌기능 Low level 언어 ( ISO 6983) 를 읽고 모터의 동작으로 변환시키는 “ 수동적인 ” 제어기능을 “ 폐쇄적 ” 으로 수행하는 장치 ISO 6983 의 한계점; 형상정보, 공정계획정보, 가공정보의 유실 생산환경의 변화; 상위 기능과의 연계성, 지능화, 개방화 실연 불가. (. ).

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STEP-NC 기술개요 및 구조설계

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Presentation Transcript

  1. STEP-NC 기술개요 및 구조설계 2000년 1월 21일 서 석 환 포항공과대학교 산업공학과

  2. 현재의 NC 제어기 및 변화의 필요성 • 산업자동화 설비의 동작을 제어하는 두뇌기능 • Low level 언어 (ISO6983)를 읽고 모터의 동작으로 변환시키는 “수동적인” 제어기능을 “폐쇄적”으로 수행하는 장치 • ISO6983의 한계점; 형상정보, 공정계획정보, 가공정보의 유실 • 생산환경의 변화; 상위 기능과의 연계성, 지능화, 개방화 실연 불가

  3. ( ) Data format for positioning, line motion and contouring control systems ISO6983 • 제어기 하드웨어 구조에 의존함, 사용자를 배제한 폐쇄적인 구조 • 이기종 제어기 간에 파트 프로그램의 교환이 어려움 • 공정 계획 파트와 인터페이스 능력 부재 • 고속 및 다축가공에 부적합

  4. STEP과 ISO14649 • ISO6983의 문제점들을 해결하기 위한 새로운 인터페이스 표준 제정(ISOTC184SC1) • 현재 CD version ( DIS  확정) • 밀링, 윤곽가공, 선반, 연마, 와이어방전가공, 방전가공기, RP CAM PDM ISO14649 milling turning grinding EDM etc. STEP Product Database(s) CAD CNC MRP CAE ERP

  5. CD/DIS, March, 1999 ISO14649 • STEP의 정보 교환방식을 수용, 확장된 제어문 정의 • 이를 채용한 NC 제어기의 구조나 기능이 제시되지 않은 상태에서 ICS (Information Contents & Semantics)에 치중: • CAD 정보를 변환 없이 사용 가능 • 파트프로그램의 용이한 수정 가능 • 구조적이고 계층적인 인터페이스 문법 보유 • 공정계획 파트로의 정보 전달 가능

  6. optional attribute attribute 지정 simple type symbol 상속관계 entity type symbol A B A가 B를 소유 ISO14649 ICS의 구성 • 가공절차 기술 • 정보 파일의 구성 • 가공피쳐 (Workingsteps)순서 • 가공방법 기술 • 가공피쳐 (Workingsteps)정의 • 가공방법, 가공조건 지정 • 공구경로 지정 (옵션) • 공구정보 기술 • 공구 형상/특성 • 형상정보 기술 • 가공피쳐의 형상 정보

  7. Historical Review (ISO10303: TC184/SC4)

  8. Historical Review (ISO14649:TC184/SC1)

  9. Historical Review (Open Architecture)

  10. Historical Review (Open Architecture)

  11. ISO14649 인터페이스 시나리오 • 인터페이스 코드 프로그래밍 • 파트 형상정보의 추가 • 공정계획 정보의 추가 • STEP을 통한 정보 호환 • Conventional control • G-code 변환 및 가공 실행 • New control • 공구경로 해석 및 실행 • New intelligent control • 자동 공구경로 생성 및 수정 • 자동 공구 선정 • 자동 절삭조건 제공 • 자동 공구 접근 및 빠짐 경로 생성 • 자동 가공영역 계산 • 이상 상태 감지 및 복구 • 가공 상태 및 결과 피드백

  12. Interface of Intelligent STEP-NC

  13. An Implementation Architecture of STEP-NC

  14. An operational flow of STEP-NC

  15. ISO14649 생성시스템 수동입력 자동입력 Machining sequence Feature 지정 Working step 지정 가공조건 지정 공구지정 AP203 STEP IR CAD kernel CAD DB ISO14649 입력 GUI AP224 • 각종 check • - 입력정보의 타당성 • - Conflict • - Redundancy • Simulator • - Feature based solid • simulation ISO14649 코드 AP213 STEP IR CAPP kernel CAPP DB Tool path CAM kernel CAM DB EXPRESS Compiler STEP Visualizer Lex/Yacc 각종 DB

  16. ISO14649 인터페이스 코드 예 DATA('unused','CONFIG_CONTROL_DESIGN'); ... #97=MANIFOLD_SOLID_BREP('',#98); ... #212=PRODUCT_DEFINITION_SHAPE('Version','Test Part',#267); #213=PRODUCT('1','Product','Test Part',(#214,#310)); #214=MECHANICAL_CONTEXT('3D Mechanical Parts',#215,'mechanical'); ... ENDSEC; DATA('unused','FEATURE_BASED_PROCESS_PLANNING'); #300=APPLICATION_CONTEXT('machanical product definition for process planning using machining features'); #310=PRODUCT_DEFINITION_CONTEXT('Process Planning', #300,'manufacturing_planning'); #320=ROUND_HOLE('hole001','central hole",#212,.FALSE.); ... ENDSEC; DATA('unused','MILLING_SCHEMA'); #510=WORKPIECE((#550),#520,0.005,$,#97,$,(#530,#540)); #520=MATERIAL('2024-T351','Davidson Corp.',.FALSE.); ... #550=HOLE('Hole001',#560,#510,#600,(#610)); ... #610=HOLE_DRILLING_MANUF_DATA('Drilling001',#620,#670,$,#650,.CW., #650, #800,#710.TRUE.,#720,#740,#750,#760,#770,#620,0.25,1.25, .FALSE.); ... /* TOOLPATH has no attributes yet */ #670=TOOLPATH_LIST((#680,#690,#700); #680=TOOLPATH(); #690=TOOLPATH(); #700=TOOLPATH(); ... ENDSEC; DATA('unused','TOOL_SCHEMA'); #800=TOOL('Drill-1.0-001',.SPIRALBOHER.,#810,4,#820,1) ... ENDSEC; END-ISO-10303-21; ISO-10303-21; HEADER; FILE_DESCRIPTION(('10303-203 with 10303-224 and 14649-11 extensions'),'2;1'); FILE_NAME('part2','1998-03-03T08:39:19-05:00', ('Charles R. Gilman'), ('STEP Tools, Inc.'),'ST-DEVELOPER 1.6',,); FILE_SCHEMA (('CONFIG_CONTROL_DESIGN', 'FEATURE_BASED_PROCESS_PLANNING','MILLING_SCHEMA', 'TOOL_SCHEMA)); ENDSEC; Shape & Product Header Feature Mfg Data Tool Data

  17. Interpreter • ISO14949 코드 입력 • FBCC의 피쳐그래프로 변환 • 가공코드의 해석 • Main program, EIU (Executable Information Unit) • EXPRESS language : Geometry, Technology, Tool

  18. Feature graph • 피쳐 단위의 가공공정의 흐름 표현 • 순차, AND, OR 관계의 표현 • FBCC 내부의 공정계획 표현 An example shape Feature graph

  19. Tool path의 구성 Retract strategy Retract angle Technology Net cut path’s end Tool radius ATBM, MTBR Approach strategy Approach angle Technology Net cut path’s start ATBM, MTBR Cut mode type Technology Tool radius ATBM, MTBR Retract plane Technology Current Tool Position ATBM Translation path Approach path Net cut path Retract path CurrentToolPosition Start 경유점 End Start End Start 경유점 End Start End  경로 사이의 연결관계 ※Notation : : Dependency : 진행순서 : Tool Path : Tool Path 좌표 …. : Input values

  20. ISO14649의 공구경로 생성 관련 옵션 • Technology • spindle_speed • feedrate • coolant • chip removal • Working step options for tool path generation • Milling_type Unidirectional_milling first_direction = direction second_direction = direction cutmode = cutmode_type Bidirectional_milling first_direction = direction second_direction = direction cutmode = cutmode_type Contour_parallel_milling spiral_direction = rot_direction cutmode = cutmode_type Contour_and_bidirectional_milling first_direction = direction second_direction = direction first_cutmode = cutmode_type spiral_cutmode = cutmode_type Contour_spiral_milling rotation_direction = rot_direction cutmode = cutmode_type starting_point = starting_point_type strategy = milling_type axial_cutting_depth = length_measure radial_cutting_depth = length_measure approach = approach_retract_strategy retract = approach_retract_strategy retract_plane = plane technology • Process_model_type • chatter avoidance • thermal compensation • etc. • Approach_retract_strategy • Helix • Ramp • - start_point : Ramp start • - angle • - overlap • Tool_axis • Along_path • Zigzag • Cutmode_type • upcut • downcut • Rot_direction • CW • CCW • Starting_point_type • center_point • boundary_point • Rapid_movement options for tool path generation • (rapid movement between worksteps) • rapid_strategy • sec_plane : Rapid movement using security plane • special : Pre-calculated path for rapid movement

  21. Unit features and their tool paths

  22. 포켓 or 아일랜드 소재형상영역 선가공 영역 공구경로 생성 • 포켓피쳐 • 미소피쳐 분해 가공영역1 가공영역2 21 11 (공구경로 계산) 12 22 13 23 f f 미소피쳐별 공구경로 생성 절삭경로 계산

  23. 가공상태 감시 및 이상상황 분석 모듈 • Intra-Monitoring 모듈 • 각종 센서 사용 • 하드웨어 상태의 검출 • Status Analysis 모듈 • 가공진도/하드웨어 상태로부터 공작기계의 문제상황 판단 • 이상상황 처리 모듈 • 재가공 • 부분가공 • 가공계획의 수정 가공 계획•진도 ISO14649 Information for mfg_feature_1 2 i m … Tool path 1 2 j n … 공작기계 상태 검출 spindle load G-code Filtering accelerometer … Recording dynamometer ADC thermometer Tool path generation touch probe Analysis Abnormal state? No No Yes 이상상태 판단•처리 Emergency handling

  24. 기술에 따른 공정변화 • 적용 전 • 적용 후

  25. 결론 및 요약 • STEP-NC: ISO14649 부문 • CAD/CAPP/CAM과 다양한 CNC application을 대상 • CAD/CAM 도메인과 CNC를 연결시킴으로서 상위 정보와 shop floor 정보의 information highway 개통 의의 • IMS Project의 일환으로 Aachen 대학을 중심으로 현재는 문법의 제정 단계 • 수년내에 ISO14649는 새로운 CNC 표준언어로 확정 확실시 • STEP-NC: 제어기 부문 • ISO14649 정보를 활용하면 다양한 지적기능을 보유하는 자율제어 시스템 구축가능 • 개방형 제어구조가 권역별로 제시되고 구현되고 있는 단계 • ISO14649 정보에 기반한 지적제어기는 아직 미답의 연구과제 • 파급효과 및 대응 (국제적인 기술경쟁력 확보) • CAD/CAM 시스템에의 ISO14649 포용 필요 • CNC 제어기의 ISO14649 판독 능력 필요 • ISO14649에 기반한 지적제어기의 구현에 관한 연구 필요 • 적극적인 International Interface 필요 • 방대한 연구: 산학연의 연구 개발과 국가적인 정책 배려 필요

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