GB/T 19903.11-2008 工业自动化系统与集成 物理设备控制 计算机数值控制器用的数据模型 第11部分：铣削用工艺数据

ICS25．040．20

J07

囝园

中华人民共和国国家标准

19903．1

GB／T1--2008／IS0

工业自动化系统与集成物理设备控制

计算机数值控制器用的数据模型

第11部分：铣削用工艺数据

Industrialautomationanddevicecontrol——

systemsintegration--Physical

Datamodelfornumericalcontrollers--

computerized

Part1datafor

1：Processmilling

(IS014649-11：2004，IDT)

2008—03—31发布

丰瞀鹊鬻瓣警襻瞥星发布中国国家标准化管理委员会促10

GB／T14649—11：2004

19903．11--2008／ISO

目次

前言…………-………·

引言……

1范围………………一

2规范性引用文件……

3术语和定义…………

4通用工艺数据………ⅢⅣ，，，0

4．1标题和引用………0

4．2专用加工操作……0

4．2．1铣削NC功能…o

4．2．2铣削刀具方位…0

4．2．3铣削加工操作…o

4．2．4铣削工艺………0

4．2．5铣削加工功能…

4．2．6铣削类型操作…

4．2．7自由曲面操作…·

4．2．82轴半铣削操作·

4．2．9平面铣削………·

4．2．10侧铣·…………

4．2．11底面与侧面铣削

4．2．12钻削类型操作·

4．2．13钻削操作……·

4．2．14镗削操作·-…·-

4．2．1

5背镗………····

4．2．1

6攻丝…………·

4．2．1

7螺纹钻削……·

4．3模式结束…………·

5一致性要求…………·

5．1一致性类型1实体·

5．2一致性类型2实体·

附录A(规范性附录)EXPRESS列表…-·

附录B(规范性附录．)实体短名…………·-

附录C(规范性附录)实现方法的具体要求

附录D(资料性附录)EXPRESSG图…··

附录E(资料性附录)

样本NC程序……··

中文索引…………··

英文索引………-…·0，坞M趵龃毖毖驰黔弘盯盯卵船盯勰孔北“蛎钉∞∞

GB／T19903．11--2008／ISO14649-11：2004

刖吾

GB／T

1

用ISO14649。GB／T9903已经制定并计划制定的部分如下：

——第1部分：概述和基本原理(ISO14649—1)；

14649—10)；

——第10部分：通用工艺数据(ISO

——第1l部分：铣削用工艺数据(ISO14649—11)；

14649

——第12部分：车削用工艺数据(ISO12)；

14649

——第111部分：铣削刀具(ISO111)；

14649—121)。

——第121部分：车削刀具(ISO

部分之间的空档留作标准的进一步补充制定之用。

本部分为GB／T19903的第11部分。

本部分是首次制定的。本部分等同采用IsO

制计算机数值控制器用的数据模型第11部分：铣削用工艺数据》(英文第二版)。

本部分等同翻译ISO14649—11：2004。

为便于使用，本部分作了如下编辑性修改：

a)删除了IsO14649-11：2004的前言和引言；

b)删除了IsO14649—11：2004第2章规范性引用文件中的引导语，用GB／T1．1—2000中6．2．3

规定的引导语代替；

c)无部分号的ISO14649改为GB／T19903；

d)无部分号的Is()10303改为GB／T16656；

e)索引部分按汉语拼音顺序排序，并保留了原英文索引。

在IsO14649—11：2004中引用的其他国际标准，对于未被等同采用为我国标准的，在本部分中均被

直接引用。

本部分的附录A、附录B、附录C为规范性附录；附录D、附录E为资料性附录。

本部分由中国机械工业联合会提出。

本部分由全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会归口。

本部分起草单位：北京发那科数控工程有限公司、华中科技大学、武汉华中数控股份有限公司。

本部分主要起草人：梁若琼、彭芳瑜、罗忠诚。

Ⅲ

19903．11二2004

GB／T1--2008／IS014649-1

引言

现代制造企业的生产设备常常分布在国内外，这些设备往往由不同的生产厂家提供。在加工制造

过程中，需要在各工场和设备之间传输大量信息。当今，数字通信标准已解决了通过全球网络可靠地传

输信息的技术问题。对于机械加工而言，通过GB／T

化，这为机械制造企业在整个加工过程中采用标准化数据提供了可能。但是，妨碍实现标准化数据的原

因是企业中使用的CNC机床采用的数据格式。目前大多数CNC机床仍采用ISO6983规定的“G和M

代码”语言编程，数控程序通常是由CAD／CAM系统生成的。然而用ISO6983编程存在一些不足：首

先，所用语言针对的是刀具中心轨迹对机床轴的编程，而不是对零件加工工艺过程的编程；第二，该标准

规定的程序语义在多数场合会产生歧义；第三，CNC制造厂商往往会扩充编程语言，但这种扩充超出了

ISO

6983规定的范围，不具有互换性。

GB／T

ISO

克服ISO

6983存在的不足。工步相应于高层的加工特征及相关的工艺参数，CNC系统将工步转换成

轴运动和刀具操作。GB／T19903的一个主要优点是它利用来自GB／T

16656的数据模型。由于

GB／T

19903提供了范围广泛的制造过程模型，因而，它也可以作为所有其他信息技术系统之间双向和

多向数据交换的基础。

1

GB／T

9903是一种面向对象的编程用的信息和语境保存方法，它代替数据变成简单的开关指令

或直线和圆弧运动。由于它面向对象的特征，并描述工件的加工操作，而不是描述机床轴的运动，因而

它能在不同的机床或控制器上运行。新的数据模型如在NC控制器上运用，它的兼容性将省去通过后

置处理器的所有数据适配工作。如果在这种控制器中采用ISO6983规定的NC程序，相应的解释程序

应能并行处理不同类型的NC程序。

从使用ISO1

6983编程到基于可移植的特征编程有一个渐进的过程。GB／T9903的早期使用者一

定会支持手动或通过程序输入传统的“G和M代码”数据，正如现代控制器既支持命令行界面又支持图

形用户界面那样。随着开放式体系结构控制器的日益普及，这种做法会更加容易实现。

t1

在整个生命周期内，在产品数据的领域里，GB／T9903与GB／T6656是相互协调一致的。而在

l9903．11

GB／T2005的图1中，表示GB／T19903、GB／T6656和CNC制造厂之间关于实现方法和

软件开发标准的不同领域。

Ⅳ

14649-”：2004

GB／T19903．1112008／ISO

工业自动化系统与集成物理设备控制

计算机数值控制器用的数据模型

第11部分：铣削用工艺数据

1范围

在GB／T19903．10

19903的本部分中详细说明了铣削工艺中的专用基本数据。这部分与GB／T

中所描述的通用加工数据模型一起，定义了铣削时计算机数值控制器和编程系统(例如CAM系统或车

间级编程系统)的接口。它可用于各式机床的铣削操作，铣床、加工中心或带有自动刀具具有铣削功能

19903

的车床。本部分所定义的范围不包括车削、磨削或电火花加工等其他工艺，这些工艺会在GB／T

后面部分定义。

在GB／T

19903的本部分中millingschema的主要内容是定义典型铣削和钻}L加工工艺专用数据

类型。其中既有自由曲面铣削，也有棱形工件铣削(也称2轴半铣削)。模式中不包括几何类型、表示方

11

法、加工特征、可用实例和通用工艺的基本类型。这些信息具体参见GB／T6656和GB／T9903．10。

加工数据的描述使用GB／T16656．11定义的EXPRESS语言，数据编码使用GB／T16656．21相关

规定。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB／T19903的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文

件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成

协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本

部分。

GB／T16656．11工业自动化系统与集成产品数据的表达与交换第¨部分：描述方法：

16656．1】11030311：1993)

EXPRESS语言参考手册(GB／T996，eqvISo／D1S

GB／T

ISO10303—21：1994)

结构的纯文本编码(GB／T16656．2l一1997，idt

3术语和定义

在本部分中使用下列术语和定义。

3．1

精加工finishing

铣削操作用于切削工件。精加工常常在粗加工之后进行。精加工的目的是要达到表面质量的要求

(相对于粗加工)。

3．2

粗加工roughing

铣削操作用于切削工件。粗加工的目的是在短时间内去除大量材料，此时表面质量不是重要因素。

粗加工之后通常是精加工(见3．1)。

1

14649-1

GB／T19903．11--2008／1S01：2004

4通用工艺数据

4．1标题和引用(headerandreferences)

下列清单给出标题和这种模式内所引用的实体表。

SCHEMA

milling_schema；

(‘

Versionof30，2004

April

Author：ISO

TCl84／SCl／WG7

’)

REFERENCEFROM(+IS010303—41e3+)

support—resource_schema

(identifier，

label

)；

REFERENCEFROM(+IS01030342e3。)

geometry_schema

(bounded-curve，

cartesian_point，

direction

)；

REFERENCE

FROM(”IS010303—41e3’)

measure_schema

(1ength—measure，

positive—ratio—measure，

time_measure

)；

REFERENCEFROM14649—10+)

machining_schema(+ISO

(De—function，

machine—functions，

machining_operation，

machining_tool，

material，

plane_angle—measure，

pressure_measure’

property-parameter’

rot—direction，

rot—speed—measure，

speed—measure，

technology，

toolpath—list，

tool—direction)；

REFERENCEFROMtool—schema(”ISO14649—111’)

milling—machine

(

milling—cutting—t001)；

2

14649—11：2004

GB／T19903．11--2008／IS0

4．2专用加工操作(technologyspecificmachiningoperations)

functionsfor

4．2．1铣削NC功能(NCmilling)

铣削NC功能在接下来的条款中详细描述。这些功能是GB／T

子类。

4．2．1．1换托盘(exchangepallet)

这个功能用来实现换托盘。

ENTITY

exchangepallet(+m0+)

SUBTYPE

OF(nc—function)；

END—ENTITY；

4．2．1．2检索托盘(indexpallet)

这个功能把托盘置于由参数设定的指定位置。

ENTITY

index_pallet(’m0’)

SUBTYPE

OF(nc—function)；

its—index：INTEGER；

END—ENTITY；

its—index：表示托盘目标位置的参数设定值。

table)

4．2．1．3检索工作台(index

这个功能把回转工作台移动到参数设定的指定位置。

ENTITY

index_table(。m0+)

SUBTYPE

OF(nc_function)：

its—index：INTEGER；

END—ENTITY；

its—index：表示工作台目标位置的参数设定值。

t001)

4．2．1．4装刀具(10ad

这个功能是用来装刀具，刀具的选择与几何信息无关。

ENTITY

load—tool(’m0’)

SUBTYPE

0F(nc—function)；

its—tool：machining—tool；

END—ENTITY；

its—tool：要装的刀具。

t001)

4．2．1．5卸刀具(unload

这个功能用来卸刀具。

ENTlTY(+m0+)

unload_tool

SUBTYPE

OF(nc—function)；

its—tool：OPTIONAI，machining_tool；

END—ENTITY；

its—tool：要换的刀具。为防止操作中同时使用一把以上刀具，必须分别设定其属性值。

directionfor

4．2．2铣削刀具方位(toolmilling)

这是用于自由曲面加工中的刀具状态的基本类型，是GB／T

的子类。

ENTITY

tool—direction—for—milling(+mO’)

ABSTRACTSUPERTYPE

OF(ONEOF(three—axes—tiltedtool，

five—axes_var—tilt—yaw，five—axes—const—tilt—yaw))

3

19903．114649—11：2004

GB／T1--2008／1S0

SUBTYPEOF(tool—direction)；

END—ENTITY；

axestiltedt001)

4．2．2．13轴倾斜刀具(three

在这个加工模式中，刀具是倾斜的，因此刀具方位与机床坐标系中的3个坐标轴都不平行。但是刀

角和偏转角是不变的。

ENTITYthree_axes—tilted—tOO[(+mO+)

SUBTYPE0F(tool—direction—for—milling)；

its—tool—direction：direction；

END—ENTITY；

its—tool—direction：机床绝对坐标系定位中的刀具状态。

axeswithvariabletiltand

4．2．2．2可变倾角和偏转角的5轴加工(fiveyawangles)

加工时刀具5轴联动。在运动过程中，跟随刀具轨迹中的曲线不断调整刀具的状态。

ENTlTYfive_axes—var_tih—yaw(+ml+)

SUBTYPEOF(tool—direction—for_milling)；

END—ENTITY；

constanttiltand

axeswith

4．2．2．3固定倾角和偏转角的5轴加工(fiveyawangles)

这是可变倾角和偏转角5轴加工的特例。刀具在运动过程中倾角和偏转角在刀位点是不变的，其

状态取决于刀具的接触点的法线和进给方向的切线组成的坐标系。倾角和偏转角设置为这个实体的

属性。

注：如果给某条刀具路径指定一条详细的刀位状态曲线，那么这些值可能会被重设。

ENTITY

five—axes—eonst—tilt—yaw(。m0“)

SU『BTYPE

OF(tool—direction—for—milling)；

measure；

tilt—angle：plane_angle

yaw—angle：plane—angle—measure；

ENDLENTITY；

tilt—angle：刀具在进给方向的倾斜角度，以刀具接触点上的盐面法线来计算。

倾斜刀具绕曲面法线的偏转角度，以刀具接触点在进给方向的曲面切线来计算。

yaw—angle：

4．2．3铣削加工操作(millingmachiningoperation)

11

GB／T9903的本部分定义了所有操作的基本类型。这是GB／T

—of_effective—teeth会自动给出。

ENTITY

milling_machining—operation(“mO+)

ABSTRACTSUPERTYPEOF(0NEOF(milling—type—operation，

drilling_type—operation))

SUBTYPE

OF(machining—operation)；

length—measure；

overcut—length：OPTIONAL

’

WHERE

EXISTS(SEI，F．its—t001．number—of_effective—teeth))

END—ENTITY；

4

19903．114649—11：2004

GB／T1--2008／IS0

刀具运动

(toolmovement)

间距(overeut)一

图1间距

4．2．4铣削工艺(millingtechnology)

1

这个实体定义铣削操作的工艺参数。它是GB／T9903．10定义的工艺实体的子类。在4个可选

能被忽略。

ENTITY

milling_technology(+m0+)

SUBTYPE

OF(technology)；

OPTl0NAL

cutspeed：speed_measure；

spindle：oPTIONAL

rot_speed—measure；

tooth：OPTIONAL

fee&ate_perlength_measure；

BOOLEAN；

synchronize—spindle_with—feed：

’

inhibit—feedrate—override：B00I。EAN；

B00I。EAN；

inhibit_spindle—override：

its—adaptive—contr01：OPTIONAI，adaptive—eontrol；

WHERE

NOT

WRl：(EXISTS(cutspeed)ANDEXISTS(spindle))

NOT

0R(EXISTS(spindle)ANDEXISTS(cutspeed))

oR(EXISTS(its—adaptive_contr01))；

WR2：(EXISTS(SELF．feedrate)ANDNOT

EXISTS(feedrate_per—tooth))

NOT

EXISTS(SEI。F．feedrate))

0R(EXISTS(feedrate—per_tooth)AND

oR(EXISTS(its—adaptive_contr01))；

END—ENTITY

cutspeed：刀具的切削速度，主轴速度转速转化为线速度。

spindle：

转向为c轴数学上的正方向旋转，例如从刀架向工件方向看

刀具逆时针运动是正向。

注：通常加工中需要刀具顺时针运动，此时spindle为负值。

feedrate—per—tooth：每齿进给量。

synchronize——spindle——with——feed如果为真，切削速度和刀具进给同步。当切削速度提高或降

低时，7L底部的螺距能保持恒定。

nhibit——feedrate——override如果为真，则不允许通过操作面板或者自适应控制系统重设

5

19903．11--2008／IS014649—11：2004

GB／T

进给倍率。

如果为真，则不允许通过操作面板或者自适应控制系统重设

主轴转速倍率。

its_adaptive——corttrol用户自定义自适应控制策略。

4．2．4．1contr01)

自适应控制(adaptive

本实体定义了用户自适应控制策略。在后面章条中，自适应控制特定的算法和更多的参数将会在

相应的子类中给出。

ENTITY

adaptive—control；(”ml。)

END—ENTITY；

machinefunctions)

4．2．5铣削加工功能(milling

本实体定义了机床在一个加工时间段的各种功能状态，像冷却液、排屑等。本实体是

19903．10中定义machine_functions实体的子类。

GB／T

ENTITY(+mO。)

milling_machine_functions

SUBTYPEOF(machine—functions)；

，

coolant：BOOLEAN；

OPTIONAL

coolant—pressure：pressure—measure；

mist!OPTIONALBooLEAN；

BOOLEAN；

through—spindle_coolant：

0PTIONAL

through—pressure：pressure—measure；

identifier；

axis—clamping：LISTEo：?]OF

chip—removal：BOOLEAN；

orienteddirection；

spindle—stop：0PTl0NAL

OPTIONAL

its_process—model：process—model—list；

OF

SET[O：?j

other_functions：property_parameler；

ENDLENTITY；

coolant：如果为真，冷却液开启。

coolant—pressure：冷却系统压力，可选项，仅冷却液开启时有效。

mist：如果为真，喷雾冷却开启。默认状态为假。仅冷却液开启时有效。

如果为真，通过主轴的冷却液开启，默认状态为关闭。

through_spindle—coolant：

通过主轴的冷却液压力。

through_pressure：

仅在through—spindle_coolant为真时有效。

axis—clamping：指定被锁紧的轴，比如X、Y、A。

注：此信息是否有效取决于机床操作面板和参数设定。

chip—removal：如果为真，排屑功能开启。

如果指定，主轴在工步进行或结束时停机的情况下，主轴将会停止

orlented—spindle—stop：

在相对于c轴机床零点设定的位置。

its—process—model：工艺控制信息，可选项。

other_functions：一般类型的其他功能列表，可选项。

model

4．2．5．1list)

工艺模型表(process

对每一工步，可能会启动一个或更多的工艺模型。有许多用于工艺控制的模块，如减振、热补偿等。

ENTITY(’ml+)

process—model—list；

its—list：LIST[1：?]OFprocess—model；

6

19903．114649—11：2004

GB／T1--2008／lSO

END—ENTITY；

its—list：当前工步的工艺模型表。

nodel)

4．2．5．1．1工艺模型(process

使加工过程更安全、更精确的专用功能。(例如减少振动、热补偿……)

ENTITY(*ml*)

process—mod；I；

ini—data—file：label；

its—type：label；

END-ENTlTY；

ini—data—file：包含工艺模型初始化信息的文件名。

its—type：工艺模型的类型(例如减振，热补偿……)。

4．2．6铣削类型操作(millingtypeoperation)

这是所有铣削操作的基本类型。它包括描述工艺和策略的所有必要的属性，是实体milling—

machining_operation的子类。

通常，有两种类型的加工操作：粗加工和精加工。粗加工是用来从毛坯表面去除材料至包含多层精

加工余量的特征底面或侧面。精加工是用来去除精加工的加工余量，完成最终的特征表面。如果有预

留特征(如预留孔、预留槽)，粗加工过程需要先执行一遍。特殊情况是在2轴半铣削策略中考虑allcw

multiple—passes的属性。

ENTITY(’mO’)

milling_type．一．operation

ABSTRACTSUPERTYPE

SUBTYPE

OIF(milling_machining．_operation)；

0PTIONAL

approach：approacth_retract一_strategy；

retract：OPTIONAL

approach-J

retract一．strategy；

END—ENTITY；

approach：

层切削，这种策略会被用来从一层移动到下一层的开始位置。

默认情况下，由NC控制器决定趋近策略。如果切削的起始点与上一加工过程的

被忽略。

retract：在精加工最后一刀结束后的退刀策略，可选项。默认情况下由NC控制器决定退

刀策略。如果切削的结束点与下一加工过程的起始点恰好重合，可能就不会有任

何的退刀运动。如果给定its—molpath，该属性被忽略。

retract

4．2．6．1进退刀策略(approachstrategy)

进退刀策略的基本类型。所有的进刀和退刀策略都相关于切削过程的起点或者终点而定义，不管

其是否在NC控制器决定的加工过程中明显给出来。由此导致的进刀运动的起始点或者退刀运动的终

止点定义为当前加工过程的起始点和终止点。进刀或退刀轨迹的进给速率就是相关的起始点或者终止

点分别规定的切削进给速率。

ENTITY

approach—retract—strategy(。ml。)

ABSTRACTSUPERTYPE

tool—orientation：OP"T10NAI，direction；

END—ENTITY；

7

14649—1112004

GB／T19903．11--2008／IS0

tool—orientation仅用于5轴加工机床。在进刀或者退刀运动中规定了刀具在起始或者终

止时各自的刀具状态。

4．2．6．2进刀策略(plungestrategy)

这是所有进刀包括切削材料时进刀运动的基本类型。槽加工操作是典型情况，在进刀至第一个切

削层深度或者在切削层之间需要去除材料来生成进刀轨迹。

所有的进刀运动应在特征的边缘之内进行。在进刀过程中，当退刀平面有效时，所有的进刀运动才

启动。在进刀过程中刀具的位置与切削起点位置一致时，进刀运动就结束。

ENTITY(。ml’)

plungestrategy

ABSTRACT

SUPERTYPE

plunge—zigzag))

SUBTYPE

OF(approach—retract—strategy)；

END—ENTITY；

4．2．6．2．1tool

axis)

沿刀具轴进刀(plunge

沿刀具轴方向进刀。

注：如果铣刀不能切削进入指定层，必须使用另外的刀具进行进刀钻削操作。由于每一加工中只能使用一把刀具，

operation相一致。

ENTITY

plunge—toolaxis(’ml’)

SUBTYPE

OF(plunge—strategy)；

ENDENTITY：

]

r_J

1一∑√一一．mtractD1ane

Ⅳ

(

)……。

图2沿刀具轴进刀

8

GB／T19903．”--2008／ISO14649—1112004

4．2．6．2．2斜向进刀(plungeramp)

沿与特征表面成一定角度的线性刀具轨迹进刀。

图3斜向进刀

ENTITY

plunge_ramp

SUBTYPE

OF(plunge—strategy)

angle：plane—angle—measure；

END—ENTITY；

angle：在趋近终点时刀具斜向运动相对于平面的角度。

注：起点和终点能够通过4．2．6．2中的相关规定进行计算。

4．2．6．2．3螺旋线进刀(plungehelix)

沿螺旋线轨迹进刀。刀具轨迹通过指定螺旋线的半径和螺距来定义。当螺旋线的螺距为零就是沿

圆周进刀。

19903．114649—11：2004

GB／T1--2008／IS0

图4螺旋线进刀

ENTITY

plunge_helix(+ml+)

SUBTYPE

OF(plunge—strategy)；

radius：length—measure；

angle：plane_angle_measure；

ENDLENTITY；

radius：螺旋线运动的半径。

angle：在趋近终点时，刀具螺旋线运动相对于平面的角度。

注：起点和终点可以通过4262中的规定进行计算。

4．2．6．2．4锯齿形进刀(plungezigzag)

锯齿形进刀运动。这和斜向进刀运动相似，除非碰到特征边界或如果刀具轨迹长度超过了指定的

锯齿形的宽度，刀具才会改变方向。

ENTITY

plunge—zigzag(+ml+)

SUBTYPE

OF(plunge—strategy)；

angle：plane_angle_measure；

width：length—measure；

END—ENTIT