[論文レビュー] Conversion of G-code programs for milling into STEP-NC

Shixin Xú, Nabil Anwer+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2014

Manufacturing Process and Optimization参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、標準的な切削加工関数と幾何的推論を活用して、GコードのミリングプログラムをSTEP-NCに自動的かつ包括的に変換する手法を提示する。この手法により、特徴ベースで機械に依存しない製造データの生成が可能になる。変換プロセスはGコードを標準化されたPart21ファイルに変換し、必要に応じて工具パス、ワークピece、工具データを用いて高精度で切削特徴を抽出する。これにより、手動による介入を最小限に抑え、CAD/CAM/CNCシステム間の相互運用性が向上する。

ABSTRACT

STEP-NC (ISO 14649) is becoming a promising standard to replace or supplement the conventional G-code programs based on ISO 6983 due to its feature based machine independent characteristics and its centric role to enable efficient CAD/CAM/CNC interoperability. The re-use of G-code programs is important for both manufacturing and capitalization of machining knowledge, nevertheless the conversion is a tedious task when carried out manually and machining knowledge is almost hidden in the low level G-code. Mapping G-code into STEP-NC should benefit from more expressiveness of the manufacturing feature-based characteristics of this new standard. The work presented here proposes an overall method for G-code to STEP-NC conversion. First, G-code is converted into canonical machining functions, this can make the method more applicable and make subsequent processes easier to implement; then these functions are parsed to generate the neutral format of STEP-NC Part21 toolpath file, this turns G-code into object instances, and can facilitate company's usage of legacy programs; and finally, also optionally, machining features are extracted to generate Part21 CC2 (conformance class) file. The proposed extraction method employs geometric information of cutting area inferred from toolpaths and machining strategies, in addition to cutting tools' data and workpiece's dimension data. This comprehensive use of available data makes the extraction more accurate and reliable. The conversion method is holistic, and can be extended to process a wide range of G-code programs (e.g. turning or mill-turn codes) with as few user interventions as possible.

研究の動機と目的

• レガシGコードプログラムを現代の特徴ベースの製造システムで再利用する課題に対処すること。
• 低レベルで機械に依存するGコードの限界を克服し、意味的理解と機械独立性を実現すること。
• GコードからSTEP-NCへの変換過程でユーザーの介入を最小限に抑える手法を開発すること。
• 幾何的およびプロセスデータを活用して、Gコードから意味のある切削特徉を抽出すること。
• 標準化されたSTEP-NC Part21およびCC2フォーマットを通じて、CAD/CAM/CNCプラットフォーム間の相互運用性を支援すること。

提案手法

• Gコードを標準的な切削加工関数に変換し、処理の標準化と適用範囲の拡大を図ること。
• これらの関数を解析して、中立的なSTEP-NC Part21ツールパスファイルを生成し、プラットフォームに依存しないCNC実行を可能にすること。
• 工具パスの幾何的情報に加え、切削工具データとワークピece寸法を統合して、切削特徴を推論すること。
• 切削戦略と幾何的推論を適用することで、特徴抽出の正確性と信頼性を向上させること。
• 必要に応じて、抽出された切削特徴を表すPart21 CC2適合クラスファイルを生成すること。
• 旋削やミルターンなどの他のCNC加工工程に対しても拡張可能であるように、この手法を設計すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gコードプログラムを、特徴ベースで機械に依存しない形式（例：STEP-NC）に体系的に変換する方法は何か？
• RQ2 低レベルのGコードから正確かつ信頼性の高い切削特徴を抽出するために有効な技術は何か？
• RQ3 ユーザー入力を最小限に抑えた状態で、変換プロセスをどの程度自動化できるか？
• RQ4 幾何的およびプロセスデータをどのように統合して、工具パスから切削特徴を推論できるか？
• RQ5 提案手法は、ミリングにとどまらず、他の種類のCNCプログラムにも一般化可能か？

主な発見

• 本手法は、Gコードを標準化されたSTEP-NC Part21および必要に応じてCC2ファイルに成功して変換し、CAD/CAM/CNCシステム間での相互運用性を実現した。
• 工具パスからの幾何的推論に加え、工具およびワークピeceデータを統合することで、Gコードに明示的な特徴アノテーションがなくても、正確な切削特徴抽出が可能になった。
• 標準的な切削加工関数の使用により、手法の適用範囲が拡大され、後続処理が簡素化された。
• 手動による介入が最小限に抑えられたため、レガシGコードプログラムが現代の製造環境で再利用可能になった。
• 本フレームワークは、旋削やミルターンなどの他のCNC加工工程に対しても拡張可能であり、広範な適用性を示した。
• 変換プロセスはツールパスレベルと特徴レベルの両方の表現をサポートしており、レガシプログラムの二重利用が可能になった。