西门子数控车削仿真系统的研究与开发NC插补系统设计.docx
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西门子数控车削仿真系统的研究与开发NC插补系统设计
摘要
数控车削程序的编制过程具有经验性和动态性,可靠性难以保证。
有针对性的开发数控模拟编程器,检验手工编制的NC程序并进行动态仿真加工,具有很好的生产、教学及培训价值。
本文研究开发的是在Windows下安装的,用VB6.0语言编写的西门子系统数控车削模拟编程器。
论文以西门子系统数控车床为仿真对象,重点探讨了仿真系统自动运行数控加工程序的动态演示及其实现技术,具体包括:
用二维图形模拟显示实心或空心毛坯;提供五种常用的车削刀具,通过刀具图片背景色透明处理解决双边车削等问题;针对数控程序的译码处理和插补功能,研究开发了译码模块、直线插补和圆弧插补模块。
加工仿真测试结果:
系统具有比较友好的数控车床操作界面,能实现G00,G01,G02,G03,G33等准备功能和M01,M03,M04,M05,M08等辅助功能以及换刀指令等基本指令的动态仿真,既能进行外圆的模拟加工也能实现孔的切削加工。
结果表明:
本文系统能有效地检验由基本指令构成的数控车削程序的正确性,满足数控人才培训的基本需要。
关键词:
数控车削;仿真加工;数控程序检验;VB语言
Abstract
Sequenceprogrammingforanumericallycontrolled(NC)latherisusuallyofexperientialanddynamicfeature,thusitishardtoensurethereliability.Therefore,developmentofNCsimulationprogrammerforverificationofthemanuallyprogrammedNCsequencesandfordynamicalandemulationmachiningwillhavefullweightwithpracticalproduction,teachingandtraining.
TheobjectiveofthispaperistostudytheSiemensSystemNCLatherSimulationProgrammer,whichwaswritteninVB6.0languageandinstalledunderWindowsoperatingsystem.TakingtheSiemensSystemNCLatherastheobjectforemulation,thestudyofthispaperemphasizesonthedynamicpresentationsandthetechnologyusedintheemulationsystemwhenautomaticallyrunningNCmachiningprogram.Thecontentcovers:
Analoguedisplayofroughcastsolidorhollowworkpieceswithplanargraphics;Solveproblemsontwo-edgecuttingbymakingthebackgroundofsevennormalkindsofcuttingbladespicturestransparent;Asforcode-treatmentandinterpolationfunctions,modulesforcodetranslation,linearandcircularinterpolationweredevelopedforthenumericalcontrolprogram.Theresultoftheemulationtestshows:
WithamorefriendlyinterfaceforNClatheroperation,thesystemcanrealize:
preparatoryfunctionssuchasG00,G01,G02,G03andG33;auxiliaryfunctionssuchasM01,M03,M04,M05andM08;dynamicemulationoftheessentialcommands,e.g.changingthecuttingblades;bothoutercirclesimulationmachiningandboremillingcanbeperformed.Allthesehaveprovedthatthesystemcaneffectivelycheckthecorrectnessofnumericallycontrolledmachiningprogramthatconsistsoftheessentialcommands,andthussatisfythepracticaldemandfortrainingtheNClatheroperators.
Keywords:
NumericallyControlledMachiningEmulationMachiningNCProgramVerificationVBLanguage
1绪论
1.1数控仿真技术概述
1.1.1数控仿真技术的提出
从工程的角度来看,仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。
计算机仿真就是借助计算机,利用系统模型对实际系统进行实验研究的过程。
数控技术,简称数控(NumericalControl)。
数控加工仿真技术是利用计算机来模拟实际的加工过程,验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具,以减少工件的试切,减少实际加工过程中的失误,提高生产效率。
数控车削程序的编制过程具有经验性和动态性,在编制过程中错误是经常发生的,而人工检验工作量大,可靠性也难以保证。
为确保数控程序的正确性,在生产中,常采用易切削的材料代替工件进行试切,检验加工指令。
也有在具有CRT屏幕图形显示的数控机床上实现数控程序校验的。
它先用静态图形画面虚拟加工环境,再用动态图形模拟切削加工过程。
但这些方法费工费料,不仅效率低,占用数控机床和加工现场等机床资源使生产成本上升,增加生产周期,而且有可能引起刀具碰撞或干涉等问题而造成经济损失。
为此,国内外许多研究人员一直在研究能逐步代替试切的仿真方法。
随着计算机软、硬件技术的不断发展,利用计算机模拟数控加工过程已经成为可能。
数控加工模拟仿真系统,可以在不消耗实际材料、不需要真实机床设备的情况下,进行零件切削过程的模拟、数控程序的检验、分析零件的可加工性和工序的合理性。
能够缩短产品的研制周期,降低成本,提高产品质量。
此外,由于计算机的普及远比数控机床的普及广泛得多,因此,在生产、教学和培训过程中在计算机数控仿真系统上进行数控编程具有实际意义。
1.1.2数控仿真技术的分类
数控加工仿真的研究包含几何仿真和物理仿真两个方面的内容。
在机械制造中最常用的是几何仿真。
机械工程中设计、制造所涉及的产品都是有形的物体,是由线和面组成的,这些线和面以及它们之间的相互位置关系,与几何上点、线、面的概念是完全相同的。
这就为用几何概念模拟工程中的点、线、面(仿真)提供了可能。
所以几何仿真就是运用几何概念模拟工程中产品的外形及其形成过程。
几何仿真将刀具和零件看成刚体,不考虑切削参数、切削力及其它因素对切削加工的影响,目的是检验数控程序的正确性。
物理仿真将刀具和零件等视为弹性体,主要目的是在保证数控程序正确性的基础上,消除切削变形引起的加工误差。
文献[9]在建立集成CAD/CAM的几何仿真和物理仿真系统方面作了一定的研究。
从发展前景看,一些专家学者正在研究开发考虑加工系统物理学、力学特性情况下的虚拟加工,一旦成功,数控加工仿真技术将发生质的飞跃。
根据在仿真过程中的数据驱动是采用刀位数据还是采用数控代码,数控加工仿真可分为两类:
一类是基于刀位轨迹所进行的仿真,即基于刀位数据的数控加工过程仿真;另一类是基于数控程序而进行的仿真,即基于数控程序的数控加工过程仿真。
基于刀位数据的仿真不考虑切削参数、切削力及其物理因素的影响,只有仿真工件刀具的运动,主要目的是检验刀位轨迹的正确性,以保证零件的加工质量。
这类仿真方法开展得比较早,到目前为止己有一些比较成熟的思想和商品化软件。
基于数控程序的仿真主要用途可以概括为三方面:
数控程序的正确性检验与优化、操作工培训、碰撞检验。
由于驱动数控机床运动的是数控指令,所以基于数控程序的加工过程仿真比基于刀位数据的加工过程仿真更接近实际,但也由于在仿真过程中考虑了加工环境,从而增加了仿真难度。
本文介绍的数控车削软件编程器就是在Windows下安装的,用VB语言编写的基于数控程序的几何仿真软件。
1.1.3国内外数控仿真技术的研究现状
国外在数控加工过程仿真方面做了许多工作。
美国Maryland大学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。
日本东京大学开发了KOSMO柔性制造系统仿真器。
美国CGTech公司开发VERICUT软件,可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程,既能仿真刀位文件,又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序。
韩国Turbo-TEK公司开发出面向培训的虚拟数控车削及铣削加工环境,能够实现数控的几何仿真并配有声音信息。
日本SONY公司研制的FREDAM系统可对球头铣刀加工自由曲面进行三维仿真,并进行干涉检查。
意大利Bologna大学用B样条曲面建立端铣刀与工作台模型,采用真实感图形显示铣床精加工过程。
国内在这方面也开展了诸多研究工作,并取得了重要成果。
比如由北京市斐克科技有限责任公司研制开发的VNUC仿真软件、由南京宇航自动化技术研究所研制开发的宇航仿真软件、由上海宇龙软件工程有限公司研制开发的宇龙仿真软件等都是近年来比较知名的国内数控仿真软件,被用于全国数控技能大赛和数控人才的培训中。
这些软件都能实现对数控铣和数控车加工全过程的仿真,其中包括毛坯定义与夹具,刀具定义与选用,零件基准测量和设置,数控程序输入、编辑和调试,加工仿真以及各种错误加检测功能。
又如清华大学、华中理工大学CAD中心联合开发的“通用加工过程仿真器GMPS”,在SGI工作站及高档微机上能实现三种典型的加工中心(立式、卧式、车削)加工过程的仿真;仿真过程由NC代码驱动,可进行刀具与成品零件、夹具、机床工作台的碰撞、干涉检验;仿真过程具有三维动画,画面可放大缩小,视角可360°任意改变;用户可利用该软件提供的交互式建模环境,定义刀具、工件、夹具及其装夹、甚至加工中心的模型。
华中理工大学开发的NCPVS系统,具有数控铣削加工过程仿真功能,即通过生成刀具轨迹,由三维动画显示数控加工过程,以此发现数控程序错误。
同济大学研制的数控程序微机动画仿真系统,以二维图形方式动态模拟加工过程,能满足生产现场实时性要求。
西北工业大学和德国柏林工业大学联合研制的五坐标数控加工仿真系统,采用压缩形式的体素模型构造各种刀具扫描体和工件模型,在三维空间进行动态数控加工仿真,计算材料切削量,进行切削过程动态分析及加工程序优化,并可以进行虚拟五坐标数控加工。
国内对于数控机床加工仿真的研究主要在具体应用对象方面,在具体的技术实现上也主要是应用OpenGL显示动画技术,也有少量是应用部分CAD/CAM系统的仿真模块实现的。
1.1.4数控仿真技术的发展动向和发展趋势
切
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- 西门子 数控 车削 仿真 系统 研究 开发 NC 设计