STEP-NC es un lenguaje de control de máquinas herramienta que amplía las normas ISO 10303 STEP con el modelo de mecanizado de la norma ISO 14649 [1] , añadiendo datos de tolerancia y dimensión geométrica para inspección, y el modelo STEP PDM para su integración en la empresa en general. 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 los datos del proceso controlado 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 CAM y geometría CAD STEP 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. También se puede agregar información GD&T de STEP 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 bucle cerrado.
La entrada a un CNC en el lenguaje de control de código G ISO 6983/RS274D suele ser específica de la máquina y limitada a comandos de movimiento de ejes. 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 añade nueva información sobre el producto que se está mecanizando. [5] Estos "Datos inteligentes para mecanizado inteligente" [6] permiten aplicaciones como las siguientes:
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. El estándar maneja parámetros específicos de la tecnología para fresado y torneado , y extensiones para otras tecnologías en desarrollo (ver Trabajo futuro).
STEP-NC puede intercambiar las descripciones explícitas de las trayectorias de herramientas que se utilizan actualmente y agregar geometría de piezas, material y accesorios, una descripción de las herramientas, dimensiones y tolerancias geométricas e información 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 menor porque STEP-NC utiliza un formato XML comprimido en lugar de códigos ASCII.
STEP-NC no es el primer intento de proporcionar información de mejor calidad a un CNC. El lenguaje de control básico (BCL) EIA 494 [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] Los proyectos STEP-NC comenzaron en 1999. Estos fueron liderados por Siemens con contribuciones de la Universidad RWTH de 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] Los modelos para el control de fresadoras CNC [11] y tornos [12] se publicaron en 2005, y existen modelos preliminares para EDM y corte de contornos.
La integración del modelo CNC en STEP [17] para producir la norma ISO 10303-238 se realizó en los Estados Unidos, en el marco del proyecto NIST ATP Model Driven Intelligent Control of Manufacturing, dirigido por STEP Tools, Inc. con un comité de revisión industrial (IRB) formado por empresas de Fortune 500, desarrolladores de software CAD y CAM, fabricantes de máquinas herramienta, talleres y expertos de la industria. [18] STEP-NC AP238 se publicó en 2007. [2]
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 uno se ejecuta en un par de CNC configurados para geometrías de máquina completamente diferentes (inclinación de herramienta AB vs. inclinación de 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 el Laboratoire de Génie mécanique de la Université Paul Sabatier en Toulouse. [21] Se realizaron más demostraciones de mecanizado y medición en Ibusuki, Japón, en 2007. [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 la velocidad y el avance, el mecanizado de alta velocidad, la compensación de herramientas basada en tolerancias y la trazabilidad. Entre los participantes en las demostraciones se encontraban Airbus/Universidad de Burdeos, Boeing, Eurostep, KTH Royal Institute of Technology, NIST, Sandvik Coromant , Scania, STEP Tools y la Universidad de Vigo. [23]
El 1 y 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 bucle cerrado , la optimización de la alimentación y la medición utilizando STEP-NC. El punto culminante de la reunión fue el mecanizado en vivo de 5 ejes de un impulsor de titanio. Entre los participantes en la demostración de mecanizado y otras actividades se encontraban Boeing, el Centro de Tecnología Avanzada de Connecticut, Concepts NRec, DMG, el Instituto Real de Tecnología KTH, Mitutoyo, NIST, Sandvik Coromant, Scania, Siemens y STEP Tools. [24]
Estos participantes y otros continúan realizando 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 midieron las piezas para comprobar su precisión utilizando una sonda CMM y un escáner láser. [25]
En la primera mitad 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 mecanizado de 3, 4 y 5 ejes. La nueva pieza de prueba era una caja de engranajes que debe mecanizarse en los seis lados. El desgaste de la herramienta y las cargas de la máquina consecuentes se predijeron a partir de los datos de STEP-NC y se verificaron utilizando un dinamómetro . [26] En la segunda mitad de 2010, el foro de pruebas aplicó STEP-NC para configurar la compensación con medición en la máquina de los datos de la pieza y el accesorio 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 en 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 corona en una Mazak VQC 20 más antigua. 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 en comparación con los resultados de mecanizado reales. [28]
En 2014, el intercambio de datos CAM mediante STEP-NC se mostró en IMTS 2014 con demostraciones de mecanizado diarias organizadas por Okuma. Boeing creó un proceso de mecanizado básico para una pieza de molde y luego lo envió a Sandvik e ISCAR para su optimización, lo que produjo una descripción STEP-NC que contenía 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 demostró la fabricación de gemelos digitales combinando el modelo STEP-NC y los datos del proceso con el estado de la máquina herramienta MTConnect y los resultados de metrología del formato de información de calidad (QIF). [31]
En 2020 se publicó una segunda edición de AP238 [32], seguida de una tercera edición en 2022 [33] para la fabricación integrada basada en modelos, con mejoras de geometría, tolerancia y cinemática introducidas por primera vez por AP242.
Los comités de normas ISO continúan trabajando para ampliar el STEP-NC a nuevas tecnologías e incorporar mejoras descubiertas durante su uso. El comité ISO TC184/SC1/WG7 suele elaborar modelos de procesos para nuevas tecnologías. Se están investigando modelos para la electroerosión por hilo y por penetración [34] y el corte de contornos de madera o piedra.
El trabajo de extensión e integración de STEP-NC con la empresa de fabricación se lleva a cabo en el equipo de fabricación ISO TC184/SC4/WG3/T24 STEP. [35] 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 de sensores y la información del estado de la máquina durante la ejecución. [36]
El Programa Nacional de Investigación de Construcción Naval (NSRP) también ha organizado trabajos para implementar un prototipo que conecta un sistema de diseño de astillero a un corte de placas utilizando STEP-NC. [37] Este trabajo implicó extender STEP-NC al corte y marcado de placas de acero utilizando láseres y antorchas de plasma .
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