隨著數(shù)控技術(shù)的高速發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)化制造的日益興起，STEP - NC 和NCML 技術(shù)隨之產(chǎn)生。STEP - NC 為CAD/CAM 與CNC之間建立了無(wú)縫連接，NCML成功地在定制加工零件的買(mǎi)賣(mài)雙方定義了一個(gè)清晰的接口。STEP - NC 與NCML都是為制造者提供高質(zhì)量的信息，并且促進(jìn)設(shè)計(jì)與制造的雙向通訊，但兩者之間還是有所不同。

1 STEP - NC 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的ISO6983 采用G、M 代碼指定機(jī)床軸的運(yùn)動(dòng)，其本質(zhì)是面向過(guò)程，描述如何加工，這種標(biāo)準(zhǔn)已遠(yuǎn)不能滿足數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為了克服ISO6983的諸多缺點(diǎn)，STEP - NC（ISO4649）應(yīng)運(yùn)而生。STEP - NC 是STEP（the Standard for the Exchange of Product model data）標(biāo)準(zhǔn)向數(shù)控領(lǐng)域的擴(kuò)展，重新規(guī)定了CAM和CNC之間的數(shù)據(jù)接口，其本質(zhì)是面向?qū)ο螅枋黾庸な裁础TEP - NC 要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP標(biāo)準(zhǔn)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型（包括工件幾何數(shù)據(jù)、設(shè)置和制造特征等），加上工藝信息和刀具信息，直接產(chǎn)生加工程序來(lái)控制機(jī)床。STEP - NC 采用工作步驟（Workingsteps）指定加工過(guò)程，工作步驟將加工特征和具體操作聯(lián)系起來(lái)，由CNC將其轉(zhuǎn)化為軸的運(yùn)動(dòng)和刀具操作。

STEP - NC 產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述使用EXPRESS 語(yǔ)言。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型包括文件頭（HEADER）和數(shù)據(jù)（DATA）兩部分。文件頭部分包含加工程序文件名、作者、日期和組織等總的信息，數(shù)據(jù)部分包含所有幾何和加工信息。工程（Project）是文件執(zhí)行的起點(diǎn)；工作計(jì)劃（Workplan） 包括一系列工作步驟； 工作步驟將操作（Operation）與工件上某處特征（Feature）聯(lián)系起來(lái)；每一個(gè)操作描述要做什么以及使用什么策略和參數(shù)設(shè)置。圖1 是簡(jiǎn)化的STEP - NC 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

2 數(shù)控標(biāo)記語(yǔ)言NCML

2.1 XML和NCML

XMLeXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）是網(wǎng)絡(luò)上的一種通用數(shù)據(jù)格式，意在提供Web 上的結(jié)構(gòu)化信息交換機(jī)制，從而將Web 從發(fā)布媒體轉(zhuǎn)換為一個(gè)應(yīng)用程序處理環(huán)境。但由于XML本身只是表達(dá)數(shù)據(jù)的一種規(guī)范，需要結(jié)合具體的應(yīng)用行業(yè)指定不同的數(shù)據(jù)規(guī)范，才能體現(xiàn)其生命力，因此包括很多分支，而NCML便是其中之一。

NCML是應(yīng)用XML語(yǔ)言定義的數(shù)控標(biāo)記語(yǔ)言，它成功地定義了用于網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)零件加工代碼的交互和共享。由于NCML從本質(zhì)上說(shuō)是用XML 標(biāo)記的語(yǔ)言，因此NCML 具有XML本身的一些優(yōu)勢(shì)，比如能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)據(jù)源之間的數(shù)據(jù)交換，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式處理等。作為一種使能技術(shù)，NCML允許買(mǎi)方賣(mài)方企業(yè)通過(guò)Internet上的電子商務(wù)來(lái)定制加工零件。NCML描述加工零件的過(guò)程規(guī)劃，能夠被現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)化成刀具軌跡。

2.2 NCML的組成結(jié)構(gòu)

NCML已建立了自己的DTD（Document Type Definition），組成結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

由圖2可以看出，NCML文檔的根元素是“零件描述”，它包含5個(gè)部分：

（1）文件頭（header）：包括零件規(guī)格、地址和備忘錄三部分文本信息。零件規(guī)格包括零件的名稱、數(shù)量和版本日期；地址包括姓名、電話以及電子郵件等；備忘錄可以增加一些附加的信息或者對(duì)零件的說(shuō)明。

（2）工件（workpiece）：工件元素詳細(xì)說(shuō)明工件的外形，比如是立方體還是圓柱體。工件的材料也可以在這一元素中進(jìn)行說(shuō)明。

（3）主體（body）：這是NCML 組成結(jié)構(gòu)的最主要元素，用來(lái)描述工件是如何進(jìn)行加工的。按照加工計(jì)劃，該元素又劃分為“設(shè)置（setup）”、“式樣（pattern）”和“操作（operation）”三個(gè)子元素。

（4）刀具裝置（tool - set）：詳細(xì)說(shuō)明工件加工所使用的刀具類型以及具體的參數(shù)。虛擬刀具是NCML 中非常重要的概念，通過(guò)這個(gè)概念用戶可以簡(jiǎn)單容易地定義加工特征，比如孔、型腔等。制造特征和與它相關(guān)聯(lián)的刀具一起定義了NCML 的一個(gè)操作，所有的操作均與由點(diǎn)和曲線所組成的幾何尺寸相關(guān)聯(lián)。例如，一個(gè)孔由一個(gè)點(diǎn)定義，一個(gè)型腔由一條封閉曲線定義。圖3指出了兩種不同刀具下的孔操作代碼，注意到同一個(gè)幾何特征可以按照所選的刀具不同而生成不同的加工外形，圖3(a)的孔為簡(jiǎn)單孔，圖3(b)的孔為沉頭孔。

（5）公差庫(kù)（tolerance - lib）：公差在設(shè)計(jì)和制造中具有非常重要的作用。在公差庫(kù)元素中包括一個(gè)或幾個(gè)“公差設(shè)定”子元素，其中涉及尺寸公差和同軸度等公差。在設(shè)置、式樣和操作等元素中都會(huì)涉及到公差。

2.3 NCML 程序?qū)嵗?

本小節(jié)給出一個(gè)簡(jiǎn)化的NCML 程序?qū)嵗ぜ疽鈭D如圖4 所示。工件的外形為一長(zhǎng)方體，具體的加工操作分為三部分：型腔①、孔②和型腔③。以下給出程序的具體代碼，注意到程序中出現(xiàn)的符號(hào)“// ”以及緊隨其后的文字是對(duì)程序的說(shuō)明，在實(shí)際的程序中并無(wú)此符號(hào)和漢字( 程序略) 。

圖4 工件

3 STEP - NC 與NCML的區(qū)別

STEP - NC 與NCML都是為制造者提供高質(zhì)量的信息，并且促進(jìn)設(shè)計(jì)與制造的雙向通訊。但兩者之間也有一些差別。STEP - NC 的目的在于描述加工行為的完整信息，CNC 能夠直接執(zhí)行STEP - NC 進(jìn)行實(shí)際加工； 而NCML目的在于完成設(shè)計(jì)與制造功能之間清晰的接口，不必一定要提供完整的加工行為的信息，因此NCML 比STEP - NC 簡(jiǎn)單。“虛擬刀具”概念被NCML 使用，在STEP - NC中沒(méi)有這個(gè)概念。盡管NCML 只有很少的特征類型，但是通過(guò)“虛擬刀具”的概念可以描述所有包含在STEP - NC 中的加工特征。NCML 的相對(duì)簡(jiǎn)單使它有可能發(fā)展一些基于電子商務(wù)的附加特征，比如報(bào)價(jià)單助手（Quotation Helper）。而STEP - NC 目前還沒(méi)有類似的功能。STEP - NC 與NCML 的比較如表1 所示。

4 STEP - NC 與NCML 的聯(lián)系

ISO于1999 年11 月推出了ISO10303 - 28 標(biāo)準(zhǔn)（即“產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換：實(shí)施方法：EXPRESS驅(qū)動(dòng)的XML數(shù)據(jù)表示”），旨在利用XML的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合STEP良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，利用二者的相似點(diǎn)，建立EXPRESS到XML的映射關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的處理。目前，國(guó)內(nèi)外各科研機(jī)構(gòu)已對(duì)該方面進(jìn)行了較深入的研究。

STEP - NC 與NCML都是為制造者提供高質(zhì)量的信息，并且促進(jìn)設(shè)計(jì)與制造的雙向通訊。由于STEP - NC 是STEP向數(shù)控領(lǐng)域的擴(kuò)展，其描述語(yǔ)言也是EXPRESS；而NCML 從本質(zhì)上講也是用XML標(biāo)記的語(yǔ)言，因此STEP - NC 與NCML之間必然存在比較密切的關(guān)系。NCML已建立了自己的DTD，因此EXPRESS語(yǔ)言即可向NCML轉(zhuǎn)化。由圖1 和圖2 可以看出，STEP - NC 的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和NCML的組成結(jié)構(gòu)具有一定的相似性。可以使用NCML描述STEP - NC 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，使用NCML語(yǔ)言描述的STEP - NC 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，更加準(zhǔn)確簡(jiǎn)潔，非常適合網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字制造。

5 結(jié)束語(yǔ)

STEP - NC 和NCML都是一門(mén)新興的技術(shù)，正確處理好二者之間的區(qū)別，有效利用好二者之間的聯(lián)系，將有助于產(chǎn)品信息從設(shè)計(jì)到制造的集成，有利于網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字制造。