基于STEP—NC的Pro/E的二次開發(fā)

劉文武++張春梅

摘 要：隨著制造業(yè)中數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，制造過程的各階段都在向數(shù)字化方向發(fā)展，并且形成了對應(yīng)的功能系統(tǒng)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）研究并制定了STEP標(biāo)準(zhǔn)，來規(guī)范整個制造業(yè)乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：STEP-NC Pro/E Visual Basic

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0037-02

為了讓STEP標(biāo)準(zhǔn)能夠應(yīng)用于CNC領(lǐng)域，ISO又研究并制定了一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO 14649（STEP-NC）。在詳細(xì)了解STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以Visual Basic為編程環(huán)境，以Pro/Engineer為程序運(yùn)行環(huán)境，并在Pro/E下運(yùn)行該程序，形成一個符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的孔加工的文件。

20世紀(jì)中葉，美國麻省理工學(xué)院研制出了世界上第一臺數(shù)控銑床。自此，數(shù)控技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。數(shù)控加工是計算機(jī)輔助設(shè)計與制造技術(shù)中最能發(fā)揮效益的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。但到目前為止，其信息交換大都仍是基于ISO 6983（RS274D）標(biāo)準(zhǔn)的，即采用G和M代碼來描述如何加工。在這種標(biāo)準(zhǔn)體系下，使用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的流程可以由圖1來表示。

IGES是介于CAD系統(tǒng)和客戶與供應(yīng)商之間的信息交換標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)用戶想要加工零件時，需將IGES和PDF格式的文件或圖紙發(fā)送到加工車間。CAM操作員根據(jù)對圖紙的理解去實現(xiàn)加工過程。當(dāng)加工過程確定后，CAM系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換成G代碼并形成刀具的運(yùn)動軌跡。G代碼會被作為符合RS274D要求的文件發(fā)送給CNC。

如今數(shù)控技術(shù)得到迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)由早期的硬件連接方式發(fā)展到現(xiàn)在的基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。而原有的G、M代碼，因其會丟失尺寸公差、表面粗糙度以及精度等關(guān)鍵信息，它已經(jīng)越來越不能滿足當(dāng)今數(shù)控技術(shù)飛速發(fā)展的需求。為了解決這些問題，一種被稱為STEP-NC的新的加工代碼標(biāo)準(zhǔn)（ISO 14649）正在被開發(fā)，將STEP標(biāo)準(zhǔn)延伸到自動化制造的底層設(shè)備，并作為銑削加工編程的數(shù)據(jù)接口。

1 STEP以及STEP-NC文件結(jié)構(gòu)

STEP是一個具有非常龐大體系的標(biāo)準(zhǔn)系列，由許多部分組成。它涉及到機(jī)電、船舶、建筑等各個學(xué)科。STEP系列標(biāo)準(zhǔn)中的每一個標(biāo)準(zhǔn)被稱為一個“部分（Part）”，并單獨(dú)出版。其結(jié)構(gòu)為：

Part1：概述與基本原理。

Part11～14：描述方法；Part21～29：實現(xiàn)方法；Part31～35：一致性測試方法與框架；Part41～59：集成通用資源；Part101～112：集成應(yīng)用資源；Part201～240：應(yīng)用協(xié)議；Part301～332：抽象測試套件；Part501～523：應(yīng)用解釋構(gòu)造；Part1001～1009：應(yīng)用模塊。

STEP是以EXPRESS語言為產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的形式化描述工具，能夠完整地、無歧義地定義一類產(chǎn)品，并形成該產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，但它僅僅是一種概念模式，要進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換，就必須通過某種具體的形式實現(xiàn)。EXPRESS是一種正式的、無歧義的文字形態(tài)描述語言，也是一種模型建構(gòu)語言。它雖然具有面向?qū)ο蠹袄^承的特性。但它是一種靜態(tài)的描述結(jié)構(gòu)，并非實際編程語言。它可以進(jìn)行編譯，但卻無一般編程語言所具有的輸入及輸出的功能，因此不能被執(zhí)行產(chǎn)生任何結(jié)果[2]。但使用這種形式化語言，能夠保證描述的難確性、一致性和可讀性。EXPRESS不僅提供了對集成資源中產(chǎn)品模型的描述機(jī)制，而且也支持對各種應(yīng)用協(xié)議中的產(chǎn)品信息描述。

STEP-NC是STEP標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，其幾何信息的描述和文件格式與STEP標(biāo)準(zhǔn)保持完全一致。STEP-NC是用于機(jī)床控制器的特征驅(qū)動語言，能使3D數(shù)據(jù)進(jìn)入機(jī)床，將對企業(yè)的設(shè)計和制造效率產(chǎn)生重大的影響。對于制造來說，控制器能根據(jù)所選刀具進(jìn)行動態(tài)安全檢查和程序的性能優(yōu)化。

STEP-NC產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型時由上文提到的ISO-10303 Part21定義的純文本格式描述的，它分為文件頭部段和數(shù)據(jù)段兩部分。加工零件所需的所有信息都出現(xiàn)在了數(shù)據(jù)段部分，并被歸納為工件（Work piece）和工作計劃（Work plan）。

而研究STEP-NC的目的是對制造特征來編程，并不是直接對刀具的運(yùn)動來編程。其中包含了工件的所有加工任務(wù)，通過這一系列加工任務(wù)，對零件從毛坯到成品的所有操作加以描述，提供了更高層次的信息給加工車間。STEP-NC把3D數(shù)據(jù)帶入了機(jī)床，它將對企業(yè)的設(shè)計和制造產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。在設(shè)計上，用機(jī)床可自己識別信息，替代了圖紙傳入制造環(huán)節(jié)，可使設(shè)計過程更高效；在制造上，控制器能夠根據(jù)所用刀具進(jìn)行動態(tài)安全檢查和程序性能優(yōu)化。應(yīng)用STEP-NC需要投資進(jìn)行軟件更新，但從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)將獲得更為豐厚的利潤回報[3]。

2 基于STEP-NC的Pro/E二次開發(fā)

2.1 STEP-NC與Pro/E的結(jié)合

如今，三維CAD軟件已成為設(shè)計產(chǎn)品時的主要畫圖工具，但軟件提供給用戶的僅僅是一種通用的、基本的模型建立方法。在使用軟件進(jìn)行設(shè)計時，常常需要大量重復(fù)或類似的模型，例如螺釘、齒輪、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件。雖然一些三維軟件已經(jīng)為用戶提供了常用件庫，但這并不能滿足所有用戶的不同要求，因此需要對軟件進(jìn)行二次開發(fā)以建立滿足使用的模型庫。STEP-NC是STEP標(biāo)準(zhǔn)在CNC領(lǐng)域的延續(xù)和發(fā)展，并重新定義了CAD/CAM與CNC之間的接口，它要求CNC系統(tǒng)直接使用符合標(biāo)準(zhǔn)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，再加上工藝信息和刀具信息，直接產(chǎn)生加工程序并控制機(jī)床。

傳統(tǒng)的Pro/E二次開發(fā)多是用Pro/Toolkit來實現(xiàn)的，由于Pro/Toolkit是以C語言為依托向用戶提供大量針對Pro/E底層資源調(diào)用的庫函數(shù)和頭文件的，這就要求用戶精通C語言的語法規(guī)則和靈活使用大量的指針。對于不熟悉C語言而精通VB語言的人可以以VB API為開發(fā)工具，使用VB API語言作為編程語言來進(jìn)行參數(shù)或模型庫的設(shè)計開發(fā)，達(dá)到快速又精確的生成所需三維模型的目的，并提高設(shè)計效率。

VB API是Pro/E wildfire4.0中為滿足用戶使用VB進(jìn)行二次開發(fā)的需求而增加的一種新的工具，用戶可以直接使用這一工具并利用VB語言編寫應(yīng)用程序而不需要借助第三方工具[4]。VB API的開發(fā)模式是異步的，即程序應(yīng)用可以獨(dú)立于Pro/E啟動，然后再啟動Pro/E或連接到Pro/E的一個進(jìn)程中?；A(chǔ)模型的正確建立時異步模式二次開發(fā)的一個重要的核心問題。

2.2 孔加工的STEP-NC文件的生成

Pro/E二次開發(fā)的關(guān)鍵部分是代碼的編寫，要充分發(fā)揮VB面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)勢，為減少代碼的編寫量和錯誤的發(fā)生率可采用類進(jìn)行處理，還可提高代碼的可維護(hù)性和擴(kuò)展性。所以可建立一個類來統(tǒng)一處理模型庫中的模型，這個類也是編寫程序代碼過程的核心部分[5]。對孔的代碼編寫過程中，用到的主要類和方法及屬性如下：

CCpfcAsyncConnection.Connect（ ）方法 Ipfc Base Session.Retrieve Model（ ）方法 IpfcParameter Owner.GetParam（ ）方法 IpfcBase Parameter.Value屬性 IpfcSolid.Regenerate（ ）方法IpfcModel.Display（ ）方法

以VB為編程環(huán)境，以Pro/E為程序運(yùn)行環(huán)境，并在Pro/E下運(yùn)行該程序，形成符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的孔加工文件，如圖2、圖3所示。

3 結(jié)語

本文通過查閱國內(nèi)外與STEP-NC相關(guān)的資料文獻(xiàn)，詳細(xì)了解了STEP-NC數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)，通過對Pro/E的二次開發(fā)，實現(xiàn)了把幾何信息從三維幾何圖形中提取出來，并把零件加工過程中所必須的工藝信息添加至幾何信息中，最終生成了符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的文本文件，并且將文件用于數(shù)控加工，為CAD與CNC的集成找到了一條可行之路。

參考文獻(xiàn)

[1] STEP Tools Incorporated. Questions about producing parts using STEP-NC[EB/OL].http：//www.steptools.com/library/stepnc/faq/faq_03.html.

[2] 林怡君，余志成.以STEP為基支援同步工程概念設(shè)計之設(shè)計資料模型[Z].

[3] 洪巖.基于STEP的數(shù)控后置處理技術(shù)的研究[J].世界標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量管理-質(zhì)量技術(shù)，2002（1）：35-42.

[4] 李善平，劉乃若，郭鳴，等.產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與PDM[M].清華大學(xué)出版社，2002.

[5] 劉龍，朱林波.基于VB.NET的Pro/e二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[J].現(xiàn)代制造工程，2008（10）.

VB API是Pro/E wildfire4.0中為滿足用戶使用VB進(jìn)行二次開發(fā)的需求而增加的一種新的工具，用戶可以直接使用這一工具并利用VB語言編寫應(yīng)用程序而不需要借助第三方工具[4]。VB API的開發(fā)模式是異步的，即程序應(yīng)用可以獨(dú)立于Pro/E啟動，然后再啟動Pro/E或連接到Pro/E的一個進(jìn)程中?；A(chǔ)模型的正確建立時異步模式二次開發(fā)的一個重要的核心問題。

2.2 孔加工的STEP-NC文件的生成

Pro/E二次開發(fā)的關(guān)鍵部分是代碼的編寫，要充分發(fā)揮VB面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)勢，為減少代碼的編寫量和錯誤的發(fā)生率可采用類進(jìn)行處理，還可提高代碼的可維護(hù)性和擴(kuò)展性。所以可建立一個類來統(tǒng)一處理模型庫中的模型，這個類也是編寫程序代碼過程的核心部分[5]。對孔的代碼編寫過程中，用到的主要類和方法及屬性如下：

CCpfcAsyncConnection.Connect（ ）方法 Ipfc Base Session.Retrieve Model（ ）方法 IpfcParameter Owner.GetParam（ ）方法 IpfcBase Parameter.Value屬性 IpfcSolid.Regenerate（ ）方法IpfcModel.Display（ ）方法

以VB為編程環(huán)境，以Pro/E為程序運(yùn)行環(huán)境，并在Pro/E下運(yùn)行該程序，形成符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的孔加工文件，如圖2、圖3所示。

3 結(jié)語

本文通過查閱國內(nèi)外與STEP-NC相關(guān)的資料文獻(xiàn)，詳細(xì)了解了STEP-NC數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)，通過對Pro/E的二次開發(fā)，實現(xiàn)了把幾何信息從三維幾何圖形中提取出來，并把零件加工過程中所必須的工藝信息添加至幾何信息中，最終生成了符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的文本文件，并且將文件用于數(shù)控加工，為CAD與CNC的集成找到了一條可行之路。

參考文獻(xiàn)

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[5] 劉龍，朱林波.基于VB.NET的Pro/e二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[J].現(xiàn)代制造工程，2008（10）.

VB API是Pro/E wildfire4.0中為滿足用戶使用VB進(jìn)行二次開發(fā)的需求而增加的一種新的工具，用戶可以直接使用這一工具并利用VB語言編寫應(yīng)用程序而不需要借助第三方工具[4]。VB API的開發(fā)模式是異步的，即程序應(yīng)用可以獨(dú)立于Pro/E啟動，然后再啟動Pro/E或連接到Pro/E的一個進(jìn)程中?；A(chǔ)模型的正確建立時異步模式二次開發(fā)的一個重要的核心問題。

2.2 孔加工的STEP-NC文件的生成

Pro/E二次開發(fā)的關(guān)鍵部分是代碼的編寫，要充分發(fā)揮VB面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)勢，為減少代碼的編寫量和錯誤的發(fā)生率可采用類進(jìn)行處理，還可提高代碼的可維護(hù)性和擴(kuò)展性。所以可建立一個類來統(tǒng)一處理模型庫中的模型，這個類也是編寫程序代碼過程的核心部分[5]。對孔的代碼編寫過程中，用到的主要類和方法及屬性如下：

CCpfcAsyncConnection.Connect（ ）方法 Ipfc Base Session.Retrieve Model（ ）方法 IpfcParameter Owner.GetParam（ ）方法 IpfcBase Parameter.Value屬性 IpfcSolid.Regenerate（ ）方法IpfcModel.Display（ ）方法

以VB為編程環(huán)境，以Pro/E為程序運(yùn)行環(huán)境，并在Pro/E下運(yùn)行該程序，形成符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的孔加工文件，如圖2、圖3所示。

3 結(jié)語

本文通過查閱國內(nèi)外與STEP-NC相關(guān)的資料文獻(xiàn)，詳細(xì)了解了STEP-NC數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)，通過對Pro/E的二次開發(fā)，實現(xiàn)了把幾何信息從三維幾何圖形中提取出來，并把零件加工過程中所必須的工藝信息添加至幾何信息中，最終生成了符合STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的文本文件，并且將文件用于數(shù)控加工，為CAD與CNC的集成找到了一條可行之路。

參考文獻(xiàn)

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[4] 李善平，劉乃若，郭鳴，等.產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與PDM[M].清華大學(xué)出版社，2002.

[5] 劉龍，朱林波.基于VB.NET的Pro/e二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[J].現(xiàn)代制造工程，2008（10）.