分析虛擬加工和其關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(四)
3 虛擬加工系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)目前國際上已有不少較為成熟的商用虛擬加工軟件, 例如 VERICUT, MasterCAM, Deneb VNC等。 這些軟件或為專門的虛擬加工軟件, 或帶有加工仿真模塊, 在技術(shù)上比較成熟, 已有較多的應用客戶。VERICUT是由 CGTech 公司開發(fā)的一個加工仿真軟件系統(tǒng), 結(jié)合該軟件所提供的資料[13], 其簡化了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以用圖 3 表示。如圖 3 所示, VERICUT 可以從 CAD/CAM中導入零件的加工模型和 NC代碼或刀位文件, 并可以在軟件內(nèi)部進行加工設(shè)備建模和定義, 并將完整的加工模型和 NC代碼輸入到其核心的 VERICUT Verification (即加工仿真/驗證)模塊進行加工過程仿真和驗證, 同時進行刀位優(yōu)化、 過切檢查等輔助處理, 最后將仿真后的模型導出為常用的 IGES格式或 SLA格式的模型。MasterCAM是由 CNC 軟件公司開發(fā)的一套 CAD/CAM軟件系統(tǒng), 其核心功能便是虛擬加工過程仿真。 該軟件系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。MasterCAM主要采用曲面建模技術(shù)來對加工零件和刀具進行建模, 并有著優(yōu)秀的 NC刀位軌跡計算、 編輯、 驗證和后置處理功能[14]。該系統(tǒng)由其任務管理器來控制軟件工作, 通過數(shù)據(jù)交換接口與其他的 CAD/CAM軟件進行數(shù)據(jù)的導入和導出。其自帶的實體管理模塊,可以進行實體模型的定義、編輯等操作; 精工編程模塊, 可以進行 NC編程; 在任務管理器的控制下, 可將實體加工模型和 NC 代碼輸入到相應的仿真模塊進行仿真驗證。結(jié)合國家 863 計劃的有關(guān)項目研究, 筆者提出了一個完整的虛擬加工系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)[ 15-16], 如圖 5 所示, 其包含如下功能模塊。1) 幾何建模: 進行加工中心設(shè)備的幾何建模, 包括簡單體素定義和裝配, 以形成構(gòu)成加工中心設(shè)備的主軸(箱)、 工作臺、 換刀機械手、 導軌及其他部分幾何模型; 對簡單零件和毛坯進行幾何建?；驈钠渌?CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)轉(zhuǎn)換零件的幾何模型, 實現(xiàn)工件毛坯及夾具在拖盤上的裝夾定義。2) 機床定義: 對機床幾何模型賦予加工軸、 刀庫、主軸、 工作臺等邏輯定義。3) 刀庫定義: 對鏜、 銑、 鉆孔、 車削等用的各類刀具參數(shù)進行定義和管理。4) 加工任務設(shè)置: 與加工相關(guān)的一些設(shè)置, 包括刀庫定義、 工件裝夾、 零偏設(shè)置、 NC代碼加載等。5) NC代碼翻譯轉(zhuǎn)換: 可支持多種控制器的 NC代碼解釋, 不僅可提取出驅(qū)動加工中心設(shè)備模型運動的數(shù)據(jù), 而且可提取各種加工狀態(tài)信息和工作步驟信息,以支持工件材料切除的計算。6) 加工過程仿真: 用動畫展現(xiàn)加工過程中材料切除的過程和設(shè)備的工作狀態(tài), 并支持 NC代碼窗口調(diào)試能力, 檢查刀具與夾具和工作臺的碰撞及過切、 少切現(xiàn)象, 檢查無效的 NC代碼動作、 進給和切削用量的合理性。4 GMPS 系統(tǒng)簡介GMPS 系統(tǒng)是由清華大學虛擬制造和仿真實驗室研發(fā)的一個虛擬加工仿真系統(tǒng), 全名為 General Ma-chine Processing Simulator, 即通用加工過程仿真器, 其結(jié)構(gòu)如圖 6 所示[1,17]。GMPS 系統(tǒng)基本上采用了圖 5 所示的虛擬加工系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu), 并在各關(guān)鍵技術(shù)方面采用了合適的方法, 使其具備了完善的功能和良好的性能。GMPS是一個面向 NC程序員和操作員設(shè)計的系統(tǒng), 基于完整的加工中心設(shè)備定義和工件的裝夾模型進行圖形仿真和檢驗, 因而更接近于實際的試切過程。其可以支持三軸至五軸的鏜銑類精工加工, 支持的控制器類型有 MAHO、FANUC系列。系統(tǒng)還提供了三軸立式加工中心和四軸臥式加工中心的樣板。GMPS具有以下功能特點:1) 提供便利的建模手段實現(xiàn)加工中心設(shè)備的幾何建模, 包括體素定義和裝配, 以形成構(gòu)成加工中心設(shè)備的主軸(箱)、 工作臺、 換刀機械手及其它部分幾何模型;2) 加工中心的邏輯定義, 包括機床坐標系、 各加工軸定義、 刀庫、 主軸及加工工作臺的邏輯定義等;3) 控制器的配置, NC代碼的檢驗及翻譯轉(zhuǎn)換成控制加工中心模型工作的數(shù)據(jù);4) 工件及夾具在拖盤上的裝夾定義, 以及機床刀庫的定義, 其中工件及毛坯的幾何信息可以由本系統(tǒng)自行建立, 也可以和其它 CAD系統(tǒng)接口;5) 加工過程中的各種破壞和危險的檢驗, 主要指存在于刀具與工件、 夾具和拖盤之間的碰撞、 干涉現(xiàn)象和過切的檢驗;6) 系統(tǒng)采用 OpenGL圖形接口、雙緩沖區(qū)繪圖方式進行繪圖及顯示, 因此有著較好的圖形顯示性能, 可以任意改變空間視角, 也可以任意放大縮小畫面。GMPS系統(tǒng)在精工加工行業(yè)有著良好的推廣前景,曾成功地在多個企業(yè)實際應用, 如山西經(jīng)緯紡織機械有限公司、航天集團二院 283 廠等, 取得了良好的成效, 縮短了企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期, 降低了制造成本, 增強了企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力, 直接促進了企業(yè)效益的增長。圖 7 是采用 GMPS進行虛擬加工的一個實例: 虛擬機床在 NC代碼的驅(qū)動下, 模擬對某零件的切削過程。該仿真包含了零件、 夾具、 機床和刀具, 能完整地用動畫模擬加工過程中的進刀、 換刀、 切削、 托盤轉(zhuǎn)動等加工細節(jié), 并能以聲音報警和圖形高亮的方式提示碰撞干涉。本文由海天精工文章整理發(fā)表，文章來自網(wǎng)絡僅參考學習，本站不承擔任何法律責任。http://m.bjknl.com加工中心、鉆攻中心專業(yè)制造