Interpretação dos dialetos RS274-D e extração dos dados temporais da usinagem em máquinas CNC

Abstract

Resumo: Os programas CN (Controle Numérico) fornecem as instruções para os movimentos de corte, para os movimentos de avanço, para as trocas de ferramentas e para outras ações realizadas na máquina-ferramenta durante a usinagem de peças. Portanto, os programas podem fornecer dados importantes para o entendimento dos eventos que ocorrem durante a usinagem. A geração de programas para os equipamentos CN é baseada em um padrão conhecido como RS274-D. Porém, os fabricantes de máquinas têm estendido esse padrão, incluindo novos comandos ou modificando a sintaxe de comandos existentes para adaptá-los para funções customizadas. As diferenças de sintaxe levaram ao surgimento de diversos dialetos do padrão RS274-D. Esses dialetos dificultam o uso do programa CN como uma fonte de dados para auxiliar na simulação do processo de usinagem. Além de resultar na falta de interoperabilidade dos programas entre diferentes sistemas. Embora exista o interesse acadêmico para a utilização de novos formatos que sejam capazes de resolver o problema gerado pelos dialetos, como o STEP-NC, os programas RS274-D ainda predominam na indústria. Diante desse contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia para interpretar os dialetos e extrair uma estrutura de dados que forneça um detalhamento a respeito dos eventos definidos no programa e a marcação de tempo em que cada um desses eventos deverá ocorrer na máquina-ferramenta. A estrutura de dados possibilitou a criação de um modelo virtual da usinagem da peça na máquina-ferramenta, que pode ser utilizado para análises e simulações do processo de usinagem. O algoritmo para a interpretação dos dialetos foi desenvolvido a partir de técnicas de Análise Léxica e Análise Sintática. Os dados extraídos são pós-processados por programas que implementam as funções customizadas do dialeto. As regras de produção da Análise Sintática e as funções customizadas podem ser adaptadas para diferentes dialetos, o que garante flexibilidade ao sistema proposto. Foi apresentada uma arquitetura escalável para a implementação do software, com uma abordagem baseada em microserviços. O projeto foi modelado por meio de diagramas UML (Unified Modeling language). Como estudo de caso, foi implementado um protótipo para processar programas CN escritos no dialeto Mach-9 do fornecedor Romi. O algoritmo foi capaz de reconhecer os códigos G e gerar a estrutura de dados. A partir dos dados foi possível simular as marcações de tempo relacionados com as mudanças das velocidades de rotação, das trocas de ferramentas e das velocidades de avanço ao longo da usinagem. O modelo de dados desenvolvido possibilitou a transpilação para as Funções Canônicas de Usinagem, que podem formar uma camada abstrata para a integração com outros sistemas, visto que apresentam uma sintaxe padronizada e livre de dialetos.

Abstract: The NC (Numerical Control) programs provide instructions for the cutting movements, feed movements, tool changes, and other actions performed into the machine tool while machining parts. Therefore, the programs can provide relevant data about the events which occur during machining. The NC programming is based on a standard called RS274-D. However, the CNC manufacturers have extended this NC language by including new commands or changing the syntax of some existing commands to adapt them with their customized functions. The differences in the syntax led to the emergence of several dialects of the RS274-D standard. These dialects make it hard to use the NC program as a data source to compose the machining process simulation. In addition to resulting in the lack of interoperability of programs between different systems. Despite the academic interest in the new formats capable of solving the problem generated by dialects, such as STEP-NC, RS274-D programs still predominate in the industry. In this context, the present work proposes a methodology to interpret the dialects and extract a data structure that provides detail about the events defined in the program and the timestamp in which each of these events should occur on the machine tool. The data structure enabled the creation of a virtual model of machining the workpiece on the machine tool, which can be used for analysis and simulations of the machining process. The algorithm for the interpretation of the dialects was developed from Lexical Analysis and Syntactic Analysis techniques. The extracted data is post-processed by programs that implement the dialect custom functions. The Parsing Production Rules and the Custom Functions can be adapted to different dialects, which guarantees flexibility to the proposed system. The software architecture is scalable and is based on a microservices approach. The project was modeled using UML (Unified Modeling Language) diagrams. As a case study, a prototype was implemented to parse NC programs written in the Mach-9 dialect from the supplier Romi. The algorithm was able to recognize the G codes and generate the data structure. From the data, it was possible to simulate the timestamps related to changes in rotational speeds, tool changes, and feed rates during machining. The data model made possible the transpilation to the Canonical Machining Functions, which can act as an abstract layer for integration with other systems since they present a standardized, dialect-free syntax.