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Interfaz STEP-NC en un CNC, que muestra la forma del producto y el estado de tolerancia codificado por colores

STEP-NC es un lenguaje de control de máquina herramienta que extiende los estándares ISO 10303 STEP con el modelo de mecanizado en ISO 14649, [1] agregando dimensión geométrica y datos de tolerancia para inspección, y el modelo STEP PDM para integración en la empresa más amplia. El resultado combinado se ha estandarizado como ISO 10303-238 [2] (también conocido como AP238).

STEP-NC fue diseñado para reemplazar los códigos G ISO 6983 / RS274D con un protocolo de comunicaciones asociativo moderno que conecta datos de proceso controlados numéricamente por computadora (CNC) con una descripción del producto de la pieza que se está mecanizando.

Un programa STEP-NC puede utilizar la gama completa de construcciones geométricas [3] del estándar STEP para comunicar trayectorias de herramientas independientes del dispositivo al CNC. Puede proporcionar descripciones operativas de CAM y geometría STEP CAD al CNC para que las piezas de trabajo, el material, los accesorios y las formas de las herramientas de corte se puedan visualizar y analizar en el contexto de las trayectorias de herramientas. La información STEP GD&T también se puede agregar para permitir la medición de calidad en el control, y se pueden agregar características de eliminación de volumen independientes de CAM [4] para facilitar la regeneración y modificación de las trayectorias de herramientas antes o durante el mecanizado para la fabricación de circuito cerrado.

Motivación [ editar ]

Impulsor mecanizado con STEP-NC

La entrada a un CNC en el lenguaje de control del código G ISO 6983 / RS274D suele ser específica de la máquina y limitada a los comandos de movimiento del eje. La máquina herramienta recibe poca o ninguna información sobre el resultado deseado del mecanizado.

STEP-NC permite enviar más información sobre el proceso de mecanizado al control de la máquina y agrega nueva información sobre el producto que se está mecanizando. [5] Este "Datos inteligentes para mecanizado inteligente" [6] habilita aplicaciones como las siguientes:

  • Descripciones de trayectoria que son portátiles e independientes de la geometría de la máquina. [7]
  • Proceso visual, para mostrar trayectorias de herramientas en el contexto de la máquina y la pieza de trabajo, y eliminar dibujos. [8]
  • Simulación en la máquina, para comprobar si hay gubias, interferencias de la máquina y otros comportamientos no deseados.
  • Inspección simplificada, con tolerancias vinculadas, sondas en la máquina y planes de trabajo de inspección vinculados a las tolerancias de las piezas.
  • Optimización de la velocidad y la alimentación, utilizando tolerancias, [9] información de sección transversal, datos del sensor.
  • Asociatividad para que la retroalimentación se pueda enviar desde la fabricación hasta el diseño.

Capacidades [ editar ]

Descripción general del modelo de proceso STEP-NC

STEP-NC puede comunicar una descripción completa del proceso de mecanizado a un control de máquina herramienta o entre aplicaciones de software de fabricación. La información que maneja STEP-NC se puede dividir en las siguientes categorías generales. La norma maneja parámetros específicos de tecnología para fresado y torneado , y extensiones para otras tecnologías en desarrollo (ver Trabajo futuro ).

  • Descripción del producto
  • Descripción general del proceso [10]
    • Proyecto
    • Ejecutable
    • Operación
    • Trayectoria
  • Descripción del proceso de tecnología específica
    • Operaciones y herramientas de corte para fresado [11]
    • Operaciones y herramientas de corte para torneado [12]
    • Operaciones y dispositivos de inspección [10]

STEP-NC puede intercambiar las descripciones explícitas de las trayectorias de herramientas que se utilizan en la actualidad y agregar geometría de piezas, existencias y accesorios, una descripción de las herramientas, las dimensiones geométricas y las tolerancias e información de PDM. Un archivo STEP-NC es difícil de editar a mano porque contiene descripciones de geometría, pero para programas grandes el tamaño del archivo puede ser más pequeño porque STEP-NC usa un formato XML comprimido en lugar de códigos ASCII.

Historia [ editar ]

STEP-NC no es el primer intento de proporcionar información de mejor calidad a un CNC. El lenguaje de control básico EIA 494 (BCL) [13] definió un lenguaje de control que era portátil y tenía trayectorias de herramientas independientes de la geometría de la máquina, pero no contenía ninguna otra información del modelo de producto que se encuentra en STEP-NC. [14]

El núcleo de STEP-NC es el modelo ISO 14649 para control CNC desarrollado por los proyectos europeos ESPRIT e IMS [15] STEP-NC iniciados en 1999. Estos fueron dirigidos por Siemens con contribuciones de la Universidad RWTH Aachen y la Universidad de Stuttgart en Alemania. Komatsu y FANUC en Japón, Heidenhain en Suiza y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang en Corea. [16] En 2005 se publicaron modelos para el control de fresadoras CNC [11] y tornos [12] , y existen modelos de borrador para electroerosión y corte de contornos.

La integración del modelo CNC en STEP [17] para producir ISO 10303-238 se realizó en los Estados Unidos, bajo el proyecto NIST ATP Model Driven Intelligent Control of Manufacturing, dirigido por STEP Tools, Inc. con una junta de revisión industrial (IRB) compuesto por empresas Fortune 500, desarrolladores de software CAD y CAM, fabricantes de máquinas herramienta, talleres de trabajo y expertos de la industria. [18] STEP-NC AP238 se publicó en 2007. [2]

Rueda de corona STEP-NC

En 2005, el Grupo de Trabajo OMAC STEP-NC organizó un foro de pruebas AP238 en Orlando para demostrar piezas de 5 ejes mecanizadas utilizando trayectorias de herramientas independientes de la máquina AP238 CC1. Cuatro sistemas CAD / CAM produjeron programas de mecanizado AP238 para fresar una pieza de prueba de 5 ejes (un círculo / diamante / cuadrado NAS 979 con una prueba de cono NAS 979 invertido en el centro). Cada ejecución en un par de CNC configurados para geometrías de máquina completamente diferentes (inclinación de la herramienta AB frente a inclinación de la mesa BC). [19] Además, Boeing cortó piezas en una variedad de máquinas en sus instalaciones de Tulsa y una máquina en NIST en Gaithersburg. [20]

En junio de 2006, Airbus organizó una demostración en vivo de mecanizado STEP-NC de 5 ejes en la Universidad Paul Sabatier Laboratoire de Génie mécanique en Toulouse. [21] En 2007 se realizaron más demostraciones de mecanizado y medición en Ibusuki Japón. [22]

Del 10 al 12 de marzo de 2008, el equipo de fabricación de STEP (ISO TC184 SC4 WG3 T24) se reunió en Sandviken y Estocolmo, Suecia, para demostrar el uso de STEP-NC para la optimización de avance y velocidad, mecanizado de alta velocidad, compensación de herramienta basada en tolerancia y trazabilidad. Los participantes en las demostraciones incluyeron Airbus / Univ. Burdeos, Boeing, Eurostep, KTH Royal Institute of Technology, NIST, Sandvik Coromant , Scania, STEP Tools y Univ. de Vigo. [23]

Del 1 al 2 de octubre de 2008, el equipo de fabricación de STEP se reunió en el Centro de Tecnología Avanzada de Connecticut, en Hartford, Connecticut, para demostrar el mecanizado de circuito cerrado , la optimización de la alimentación y la medición con STEP-NC. El punto culminante de la reunión fue el mecanizado en vivo de 5 ejes de un impulsor de titanio. Los participantes en la demostración de mecanizado y otras actividades incluyeron a Boeing, Connecticut Center for Advanced Technology, Concepts NRec, DMG, KTH Royal Institute of Technology, Mitutoyo, NIST, Sandvik Coromant, Scania, Siemens y STEP Tools. [24]

Estos participantes y otros continúan llevando a cabo eventos internacionales de implementación y prueba de STEP-NC en un ciclo de aproximadamente seis meses. Las demostraciones de 2009 se centraron en el mecanizado de una pieza de molde en varios sitios a partir de los mismos datos AP238, incluida una pieza mecanizada en un control STEP-NC desarrollado por FANUC. En una reunión en Seattle, se midió la precisión de las piezas utilizando una sonda CMM y un escáner láser. [25]

Mecanizado STEP-NC en un CNC Okuma en IMTS 2014.

En el primer semestre de 2010, la actividad de prueba se centró en la gestión del desgaste de la herramienta y el mecanizado de una pieza en múltiples configuraciones con múltiples planes de mecanizado alternativos para el mecanizado de 3, 4 y 5 ejes. La nueva pieza de prueba fue una caja de engranajes que debe mecanizarse en los seis lados. El desgaste de la herramienta y las consiguientes cargas de la máquina se predijeron a partir de los datos STEP-NC y se verificaron mediante un dinamómetro . [26] En el segundo semestre de 2010, el foro de pruebas aplicó STEP-NC para configurar la compensación con medición en máquina de datums de piezas y accesorios utilizando un dispositivo de medición portátil FaroArm. [27]

En 2012, las pruebas se centraron en los cálculos de precisión de las máquinas herramienta, que culminaron con una demostración en junio en los laboratorios de ingeniería de producción de KTH en Estocolmo. El caso de prueba fresó una pieza en bruto forjada para un engranaje de rueda de corona en una Mazak VQC 20. Los datos de precisión de la máquina se combinaron con la información de acoplamiento de la herramienta del STEP-NC para predecir las deflexiones, que se probaron con los resultados reales del mecanizado. [28]

En 2014, el intercambio de datos CAM utilizando STEP-NC se mostró en IMTS 2014 con demostraciones diarias de mecanizado organizadas por Okuma. Boeing creó un proceso de mecanizado base para una pieza de molde y luego lo envió a Sandvik e ISCAR para su optimización, produciendo una descripción STEP-NC que contiene las tres opciones de proceso. Todo el mecanizado se realizó en titanio y se utilizó una gama de software CAM, con todos los resultados capturados como STEP-NC. [29] [30]

En IMTS 2018, un equipo formado por Airbus, Boeing, DMG MORI, Hyundai WIA, Renishaw y Mitutoyo demostraron la fabricación de gemelos digitales combinando el modelo STEP-NC y los datos de proceso con el estado de la máquina herramienta MTConnect y los resultados de metrología del formato de información de calidad (QIF). [31]

Trabajo futuro [ editar ]

Corte por plasma STEP-NC

El trabajo continúa dentro de los comités de estándares ISO para extender STEP-NC a nuevas tecnologías e incorporar mejoras descubiertas durante el uso. Los modelos de proceso para nuevas tecnologías suelen ser elaborados por el comité ISO TC184 / SC1 / WG7. Se están investigando modelos para electroerosión por hilo y fregadero [32] y corte de contornos de madera o piedra.

El trabajo para ampliar e integrar STEP-NC con la empresa de fabricación se lleva a cabo en el equipo de fabricación STEP de ISO TC184 / SC4 / WG3 / T24. [33] Este grupo también trabaja en extensiones y mejoras descubiertas durante las pruebas. Se ha propuesto una serie de extensiones de trazabilidad para vincular los programas de mecanizado STEP-NC con la retroalimentación del sensor y la información del estado de la máquina durante la ejecución. [34]

El Programa Nacional de Investigación de la Construcción Naval (NSRP) también ha albergado el trabajo para implementar un prototipo que conecta un sistema de diseño de astillero a un corte de placa usando STEP-NC. [35] Este trabajo implicó extender STEP-NC al corte y marcado de placas de acero utilizando láseres y antorchas de plasma .

Se está preparando una segunda edición de AP238 para la fabricación integrada basada en modelos, con mejoras de geometría, tolerancia y cinemática introducidas por primera vez por AP242. [36]

Referencias [ editar ]

  1. ^ ISO 14649-1 (2003). Integración y sistemas de automatización industrial - Control de dispositivos físicos - Modelo de datos para controladores numéricos computarizados - Parte 1: Descripción general y principios fundamentales . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  2. ^ a b ISO 10303-238 (2007). Integración y sistemas de automatización industrial. Representación e intercambio de datos de productos. Parte 238: Protocolo de aplicación: Modelo interpretado por aplicación para controladores numéricos computarizados . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  3. ^ ISO 10303-42 (2003). Sistemas e integración de automatización industrial - Representación e intercambio de datos de productos - Parte 42: Recurso genérico integrado: Representación geométrica y topológica . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  4. ↑ Callen, John (1 de mayo de 2002). "Habilitando el futuro de la fabricación sin límites" . Taller de Máquinas Modernas . Consultado el 28 de octubre de 2008 .
  5. ^ Xu, X; Klemm, P; Proctor, F; Suh., SH (septiembre de 2006). "Planificación y fabricación de procesos conforme a STEP" . Revista Internacional de Fabricación Integrada por Computadoras . 19 (6): 491–494. doi : 10.1080 / 09511920600669776 .
  6. ^ Hardwick, M .; Loffredo, D. (marzo de 2007). "STEP-NC: datos inteligentes para mecanizado inteligente". Actas del Intl. Conf. sobre sistemas de mecanizado inteligentes . Intl. Conf. sobre sistemas de mecanizado inteligentes . NIST, Gaithersburg, MD.
  7. ^ Kennedy, Bill (julio de 2007). "Todos juntos ahora: STEP-NC" (pdf) . Ingeniería de herramientas de corte . 59 (7) . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  8. ^ Woods, Susan (abril de 2006). "Stepin 'Out" (pdf) . Ingeniería de herramientas de corte . 58 (4) . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  9. ^ "Estudio de tolerancia de Boeing / Fanuc" . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  10. ^ a b ISO 14649-10 (2004). Integración y sistemas de automatización industrial - Control de dispositivos físicos - Modelo de datos para controladores numéricos computarizados - Parte 10: Parte 10: Datos generales del proceso . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  11. ^ a b ISO 14649-11 (2004). Integración y sistemas de automatización industrial - Control de dispositivos físicos - Modelo de datos para controladores numéricos computarizados - Parte 11: Datos de proceso para fresado . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
  12. ^ a b ISO 14649-12 (2005). Sistemas e integración de automatización industrial - Control de dispositivos físicos - Modelo de datos para controladores numéricos computarizados - Parte 11: Datos de proceso para torneado . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 27 de octubre de 2008 .
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  18. ^ "Junta de revisión industrial STEP-NC" . Consultado el 28 de octubre de 2008 .
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  31. ↑ Albert, Mark (1 de abril de 2019). "Demostración de mecanizado muestra el concepto Digital-Twin en acción" . Taller de Máquinas Modernas . Consultado el 3 de abril de 2019 .
  32. ^ Sokolov, A .; Richard, J .; Nguyen, VK; Stroud, I .; Maeder, W .; Xirouchakis, P. (septiembre de 2006). "Algoritmos y un modelo de datos extendido compatible con STEP-NC para el mecanizado de electrodescarga de alambre basado en representaciones 3D". Revista Internacional de Fabricación Integrada por Computadoras . 19 (6): 603–613. doi : 10.1080 / 09511920600634903 .
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  34. ↑ Garrido Campos, J .; Hardwick, M. (2006). "Un modelo de información de trazabilidad para la fabricación de CNC". Diseño asistido por computadora . 38 (5): 540–551. doi : 10.1016 / j.cad.2006.01.011 .
  35. ^ "Aplicación Step-NC para la producción de acero en la construcción naval" . Consultado el 7 de marzo de 2018 .
  36. ^ ISO / AWI 10303-238. Integración y sistemas de automatización industrial. Representación e intercambio de datos de productos. Parte 238: Protocolo de aplicación: Fabricación integrada basada en modelos . Ginebra: Organización Internacional de Normalización . Consultado el 3 de abril de 2019 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Video: demostración de mecanizado de impulsor STEP-NC (2008-10-01)
  • Vídeo: demostración de compensación de herramienta basada en tolerancia STEP-NC (2008-03-12)
  • ¿Qué es STEP-NC?
  • Un juego de herramientas para ISO 14649 Partes 10, 11 y 111