ステップNC

STEP-NCは、 ISO 10303 STEP規格をISO 14649の加工モデルで拡張した工作機械制御言語であり^{[1]、検査用の}幾何寸法と公差データと、より広範な企業への統合用のSTEP PDMモデルを追加しています。この統合された結果は、ISO 10303-238 ^[2]（AP238とも呼ばれる） として標準化されています。

STEP-NC は、コンピュータ数値制御(CNC) プロセス データを加工対象部品の製品説明に 接続する最新の連想通信プロトコルでISO 6983/RS274D G コードを置き換えるように設計されています。

STEP-NCプログラムは、 STEP標準のあらゆる幾何学的構成^[3]を使用して、デバイスに依存しないツールパスをCNCに伝えることができます。CAM操作記述とSTEP CADジオメトリをCNCに提供できるため、ワークピース、ストック、固定具、切削工具の形状をツールパスのコンテキストで視覚化し、分析できます。STEP GD&T情報を追加して、制御で品質測定を可能にしたり、CAMに依存しないボリューム削除機能^[4]を追加して、クローズドループ製造の加工前または加工中にツールパスを再生成および変更したりすることもできます。

ISO 6983/RS274D G コード制御言語での CNC への入力は、多くの場合、機械固有であり、軸動作コマンドに限定されます。工作機械には、加工の望ましい結果に関する情報はほとんど、またはまったく提供されません。

STEP-NCは、加工プロセスに関するより多くの情報を機械制御装置に送信し、加工中の製品に関する新しい情報を追加することができます。^[5]この「スマート加工のためのスマートデータ」^[6]により、次のようなアプリケーションが可能になります。

• 移植可能で機械形状に依存しないツールパス記述。^[7]
• 視覚的なプロセスにより、機械とワークピースのコンテキストでツールパスを表示し、図面を排除します。^[8]
• オンマシンシミュレーションでは、削り跡、機械の干渉、その他の望ましくない動作をチェックします。
• リンクされた許容値、機械上のプローブ、および部品の許容値に関連付けられた検査作業計画を備えた簡素化された検査。
• 送りと速度の最適化、許容誤差の使用、^[9]断面情報、センサーデータ。

• 関連性により、製造から設計にフィードバックを返すことができます。

STEP-NC は、完全な加工プロセスの説明を工作機械の制御装置に、または製造ソフトウェア アプリケーション間で通信できます。STEP-NC で処理される情報は、次の一般的なカテゴリに分類できます。この標準では、フライス加工と旋削の技術固有のパラメータと、開発中の他の技術の拡張機能が処理されます (今後の作業を参照)。

• 製品説明
  • ワークピース、PDM、製品形状
  • 製造の特徴
  • 寸法と許容差
  • メジャーとパーツのプロパティ
• 一般的なプロセスの説明^[10]
  • プロジェクト
  • 実行可能
  • 手術
  • ツールパス
• 技術固有のプロセスの説明
  • フライス加工の操作と切削工具^[11]
  • 旋削加工と切削工具^[12]
  • 検査のための操作と装置^[10]

STEP-NC は、現在使用されている明示的なツールパスの説明を交換し、パーツ、ストック、および固定具のジオメトリ、ツールの説明、幾何学的寸法と許容差、および PDM 情報を追加できます。STEP-NC ファイルにはジオメトリの説明が含まれているため手動で編集するのは困難ですが、STEP-NC はASCII コードではなく圧縮された XML 形式を使用するため、大規模なプログラムではファイル サイズを小さくすることができます。

STEP-NCは、CNCに高品質の情報を提供する最初の試みではありません。EIA 494基本制御言語（BCL）^[13]は、移植可能で、機械の形状に依存しないツールパスを持つ制御言語を定義しましたが、STEP-NCにあるその他の製品モデル情報は含まれていませんでした。^[14]

STEP-NCの中核は、1999年に開始された欧州のESPRITおよびIMS ^[15] STEP-NCプロジェクトによって開発されたCNC制御用のISO 14649モデルです。これらのプロジェクトはシーメンスが主導し、ドイツのアーヘン工科大学とシュトゥットガルト大学、日本のコマツとファナック、スイスのハイデンハイン、韓国の浦項工科大学が協力しました。^{[16] CNCフライス加工[11]}と旋盤^[12] の制御モデルは2005年に公開され、EDMと輪郭切削のドラフトモデルが存在します。

ISO 10303-238を作成するためにCNCモデルをSTEP ^{[17]に統合することは、STEP Tools, Inc.が主導する}NIST ATPモデル駆動型インテリジェント製造制御プロジェクトの下で米国で行われ、フォーチュン500企業、CADおよびCAMソフトウェア開発者、工作機械メーカー、ジョブショップ、業界の専門家で構成される産業審査委員会（IRB）が参加しました。 ^[18] STEP-NC AP238は2007年に発行されました。^[2]

2005年、OMAC STEP-NCワーキンググループはオーランドでAP238テストフォーラムを開催し、AP238 CC1マシンに依存しないツールパスを使用して加工された5軸部品を実演しました。4つのCAD/CAMシステムが、5軸テスト部品（中央に反転したNAS 979コーンテストを備えたNAS 979円/ダイヤモンド/正方形）をフライス加工するためのAP238加工プログラムを作成しました。それぞれが、完全に異なるマシンジオメトリ（ABツール傾斜対BCテーブル傾斜）用に構成された2台のCNCで実行されました。^[19] さらに、ボーイングはタルサ施設のさまざまなマシンとゲイザースバーグのNISTのマシンで部品を切削しました。^[20]

2006年6月、エアバス社主催の5軸STEP-NC加工実演がトゥールーズのポール・サバティエ大学機械工学研究所で行われた。^[21] 2007年には日本の指宿でさらなる加工と測定の実演が行われた。^[22]

2008年3月10日から12日にかけて、STEP製造チーム（ISO TC184 SC4 WG3 T24）は、スウェーデンのサンドビケンとストックホルムで会合し、送り速度の最適化、高速加工、公差駆動型工具補正、トレーサビリティのためのSTEP-NCの使用をデモンストレーションしました。デモンストレーションには、エアバス/ボルドー大学、ボーイング、ユーロステップ、スウェーデン王立工科大学、NIST、サンドビック・コロマント、スカニア、STEPツールズ、ビーゴ大学などが参加しました。^[23]

2008年10月1日～2日、STEP Manufacturingチームはコネチカット州ハートフォードにあるコネチカット先端技術センターで会合し、 STEP-NCを使用した閉ループ加工、送り最適化、測定のデモンストレーションを行った。会合のハイライトはチタン製インペラのライブ5軸加工だった。加工デモンストレーションやその他の活動には、ボーイング、コネチカット先端技術センター、Concepts NRec、DMG、KTH Royal Institute of Technology、ミツトヨ、NIST、サンドビック・コロマント、スカニア、シーメンス、STEP Toolsなどが参加した。^[24]

これらの参加者と他の参加者は、約6か月周期でSTEP-NCの国際的な実装とテストイベントを開催し続けています。2009年のデモンストレーションでは、FANUCが開発したSTEP-NC制御で加工された部品を含む、同じAP238データから複数のサイトで金型部品を加工することに重点が置かれました。シアトルでの会議では、CMMプローブとレーザースキャナーを使用して部品の精度が測定されました。^[25]

2010 年前半のテスト活動では、工具摩耗管理と、3 軸、4 軸、5 軸加工用の複数の代替加工プランを使用した複数のセットアップでの部品加工に重点が置かれました。新しいテスト部品は、6 面すべてを加工する必要があるギア ボックスでした。工具摩耗とそれに伴う機械負荷は、STEP-NC データから予測され、動力計を使用して検証されました。^[26] 2010 年後半、テスト フォーラムは、FaroArm ポータブル測定デバイスを使用して、部品と固定具の基準を機械上で測定して補正を設定するために STEP-NC を適用しました。^[27]

2012年のテストは工作機械の精度計算に重点が置かれ、6月にストックホルムのKTH生産技術研究所でデモンストレーションが行われました。テストケースでは、古いマザックVQC 20でクラウンホイールギアの鍛造ブランクをフライス加工しました。機械からの精度データは、STEP-NCからのツールエンゲージメント情報と組み合わせてたわみを予測し、実際の加工結果と比較してテストされました。^[28]

2014年、IMTS 2014ではオークマ主催の毎日の加工デモでSTEP-NCを使用したCAMデータ交換が紹介されました。金型部品の基本的な加工プロセスはボーイング社によって作成され、最適化のためにサンドビック社とイスカル社に送られ、3つのプロセスオプションすべてを含んだSTEP-NC記述が作成されました。すべての加工はチタンで行われ、さまざまなCAMソフトウェアが使用され、すべての結果がSTEP-NCとしてキャプチャされました。^{[29] [30]}

IMTS 2018では、エアバス、ボーイング、DMG MORI、ヒュンダイWIA、レニショー、ミツトヨからなるチームが、STEP-NCモデルとプロセスデータをMTConnect工作機械の状態と品質情報フォーマット（QIF）計測結果と組み合わせることで、デジタルツイン製造を実演しました。^[31]

AP238の第2版は2020年に出版され^[32] 、続いて2022年に第3版が出版されました^[33]。これはモデルベース統合製造を対象としており、AP242で初めて導入されたジオメトリ、公差、運動学の改善が反映されています。

ISO規格委員会では、STEP-NCを新しい技術に拡張し、使用中に発見された改良点を組み込む作業が継続されています。新しい技術のプロセスモデルは通常、ISO TC184/SC1/WG7委員会によって作成されます。ワイヤー＆シンクEDM ^[34]および木材や石材の輪郭切断のモデルが調査中です。

STEP-NCを製造企業に拡張し統合する作業は、ISO TC184/SC4/WG3/T24 STEP製造チームで行われています。^[35] このグループは、テスト中に発見された拡張機能と改良にも取り組んでいます。STEP-NC加工プログラムと実行中のセンサーフィードバックおよび機械状態情報をリンクするための一連のトレーサビリティ拡張機能が提案されています。^[36]

国立造船研究プログラム（NSRP）は、造船所の設計システムとSTEP-NCを使用した鋼板切断を接続するプロトタイプを実装する作業も主催しました。^[37] この作業には、STEP-NCを拡張して、レーザーとプラズマトーチを使用した鋼板の切断とマーキングを行うことが含まれていました。

• ビデオ: STEP-NC インペラ加工デモ (2008-10-01)
• ビデオ: STEP-NC 公差駆動型工具補正デモ (2008-03-12)
• STEP-NCとは何ですか？
• ISO 14649 パート 10、11、111 用のツールキット