[논문 리뷰] Conversion of G-code programs for milling into STEP-NC

Shixin Xú, Nabil Anwer외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 16.

Manufacturing Process and Optimization참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 캐논리컬 가공 기능과 기하학적 추론을 활용하여 G-코드 mill 프로그램을 STEP-NC로 자동으로 변환하는 통합적이고 자동화된 방법을 제시한다. 이는 기능 기반의 기계 독립적 제조 데이터를 가능하게 한다. 이 방법은 G-코드를 표준화된 Part21 파일로 변환하며, 도구 경로, 작업물 및 공구 데이터를 사용하여 높은 정확도로 가공 기능을 선택적으로 추출함으로써 수동 간섭을 최소화하고 CAD/CAM/CNC 시스템 간의 상호운용성을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존의 G-코드 프로그램을 현대적인 기능 기반 제조 시스템에서 재사용하는 데 도전하는 문제를 해결하기 위해.
• 저수준의 기계 전용 G-코드의 한계를 극복하여 의미론적 이해와 기계 독립성을 가능하게 하기 위해.
• G-코드에서 STEP-NC로의 변환 과정에서 사용자 간섭을 최소화하는 방법을 개발하기 위해.
• 기하학적 및 공정 데이터를 활용하여 G-코드에서 의미 있는 가공 기능을 추출하기 위해.
• 표준화된 STEP-NC Part21 및 CC2 형식을 통해 CAD/CAM/CNC 플랫폼 간의 상호운용성을 지원하기 위해.

제안 방법

• G-코드를 표준화된 처리와 적용 가능성을 향상시키기 위해 캐논리컬 가공 기능으로 변환하기 위해.
• 이러한 기능을 분석하여 플랫폼에 관계없이 CNC 실행이 가능한 중립적 STEP-NC Part21 도구 경로 파일을 생성하기 위해.
• 도구 경로의 기하학적 정보와 함께 공구 데이터 및 작업물 치수를 결합하여 가공 기능을 추론하기 위해.
• 가공 전략과 기하학적 추론을 적용하여 기능 추출의 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위해.
• 선택적으로 추출된 가공 기능을 나타내는 Part21 CC2 적합성 클래스 파일을 생성하기 위해.
• 밀링 외의 다른 CNC 작업(예: turning 또는 mill-turn)으로의 확장성을 고려하여 방법을 설계하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 G-코드 프로그램을 기능 기반의 기계 독립적 형식인 STEP-NC로 체계적으로 변환할 수 있는가?
• RQ2 저수준의 G-코드에서 정확하고 신뢰성 있는 가공 기능을 추출하는 데 어떤 기법이 가능한가?
• RQ3 최소한의 사용자 입력으로 변환 과정을 얼마나 자동화할 수 있는가?
• RQ4 기하학적 및 공정 데이터를 어떻게 조합하여 도구 경로에서 가공 기능을 추론할 수 있는가?
• RQ5 제안된 방법이 밀링 외의 다양한 종류의 CNC 프로그램으로 일반화될 수 있는가?

주요 결과

• 이 방법은 G-코드를 표준화된 STEP-NC Part21 및 선택적으로 CC2 파일로 성공적으로 변환하여 CAD/CAM/CNC 시스템 간의 상호운용성을 가능하게 한다.
• 도구 경로의 기하학적 추론과 공구 및 작업물 데이터의 조합을 통해 G-코드에 명시적인 기능 주석이 없더라도 정확한 가공 기능 추출이 가능하다.
• 캐논리컬 가공 기능의 사용은 방법의 적용 가능성을 향상시키고 후속 처리를 단순화한다.
• 이 방법은 수동 간섭을 최소화하여 기존의 G-코드 프로그램을 현대 제조 환경에서 재사용 가능하게 한다.
• 이 프레임워크는 밀링 외의 다른 CNC 작업(예: turning 또는 mill-turn)으로도 확장 가능하여 광범위한 적용 가능성을 보여준다.
• 변환 과정은 도구 경로 수준과 기능 수준의 표현을 모두 지원하여 고전적 프로그램의 이중 용도 사용이 가능하다.