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数控技术诞生50多年来,已经取得了很大的发展。传统的数控程序是基于ISO 6983标准,即采用G&M代码描述如何加工,其本质是面向过程的,传递到CNC的数控程序丢失了高层信息,如被加工零件的三维几何信息,公差信息和表面粗糙度等,使得CNC系统与上游的CAD/CAPP/CAM系统之间不能实现完整的信息传递。STEP-NC是STEP在制造领域的扩展,具有STEP相同的几何描述形式。STEP-NC的出现打破了数字化制造过程中CAX与CNC之间信息传输的瓶颈,使从设计到现场制造之间的信息双向高速传输成为可能,为集成制造技术的发展提供了基础。本论文首先描述了STEP标准的体系结构和分析了STEP-NC标准的数据模型。对STEP-NC程序生成技术进行了研究,包括EXPRESS数据类型与C++和SQL Server数据类型之间映射规则的建立、STEP AP 203文件特征识别技术、宏观工艺规划方法、STEP-NC文件输出等,并探索与CAD/CAPP集成。基于开放式体系和模块化的思想,建立了STEP-NC数控系统的功能结构模型,包括数控程序解释器、微观工艺规划、运动控制等模块。解释器将程序中的实体实例信息映射到内存中;微观工艺规划对工艺参数、机床功能进行显示、匹配和具体化,并智能在线生成刀具轨迹;运动控制根据刀位文件并调用插补算法控制机床按工步运行。研究了基于STEP-NC二轴半制造特征的平面、孔和型腔的刀具路径生成算法。基于.NET平台,采用Visual C++编程语言开发了STEP-NC数控铣削系统原型软件。结合具体实例,展示了原型软件读取STEP-NC程序、语法检查、微观工艺规划和刀轨仿真等功能。在三轴数控铣床上进行了加工试验,结果验证了原型软件的可行性和CAPP/CNC之间的集成。