3 虚拟加工系统的体系结构

目前国际上已有不少较为成熟的商用虚拟加工软件, 例如 VERICUT, MasterCAM, Deneb VNC等。 这些软件或为专门的虚拟加工软件, 或带有加工仿真模块, 在技术上比较成熟, 已有较多的应用客户。

VERICUT是由 CGTech 公司开发的一个加工仿真软件系统, 结合该软件所提供的资料[13], 其简化了的系统结构可以用图 3 表示。

如图 3 所示, VERICUT 可以从 CAD/CAM中导入零件的加工模型和 NC代码或刀位文件, 并可以在软件内部进行加工设备建模和定义, 并将完整的加工模型和 NC代码输入到其核心的 VERICUT Verification (即

加工仿真/验证)模块进行加工过程仿真和验证, 同时进行刀位优化、 过切检查等辅助处理, 最后将仿真后的模型导出为常用的 IGES格式或 SLA格式的模型。

MasterCAM是由 CNC 软件公司开发的一套 CAD/CAM软件系统, 其核心功能便是虚拟加工过程仿真。 该软件系统的模块结构如图 4 所示。

MasterCAM主要采用曲面建模技术来对加工零件和刀具进行建模, 并有着优秀的 NC刀位轨迹计算、 编辑、 验证和后置处理功能[14]。该系统由其任务管理器来控制软件工作, 通过数据交换接口与其他的 CAD/CAM软件进行数据的导入和导出。其自带的实体管理模块,可以进行实体模型的定义、编辑等操作; 数控编程模块, 可以进行 NC编程; 在任务管理器的控制下, 可将实体加工模型和 NC 代码输入到相应的仿真模块进行仿真验证。

结合国家 863 计划的有关项目研究, 笔者提出了一个完整的虚拟加工系统的典型结构[ 15-16], 如图 5 所示, 其包含如下功能模块。

1) 几何建模: 进行加工中心设备的几何建模, 包括简单体素定义和装配, 以形成构成加工中心设备的主轴(箱)、 工作台、 换刀机械手、 导轨及其他部分几何模

型; 对简单零件和毛坯进行几何建模或从其他 CAD/CAPP/CAM系统转换零件的几何模型, 实现工件毛坯及夹具在拖盘上的装夹定义。

2) 机床定义: 对机床几何模型赋予加工轴、 刀库、主轴、 工作台等逻辑定义。

3) 刀库定义: 对镗、 铣、 钻孔、 车削等用的各类刀具参数进行定义和管理。

4) 加工任务设置: 与加工相关的一些设置, 包括刀库定义、 工件装夹、 零偏设置、 NC代码加载等。

5) NC代码翻译转换: 可支持多种控制器的 NC代码解释, 不仅可提取出驱动加工中心设备模型运动的数据, 而且可提取各种加工状态信息和工作步骤信息,以支持工件材料切除的计算。

6) 加工过程仿真: 用动画展现加工过程中材料切除的过程和设备的工作状态, 并支持 NC代码窗口调试能力, 检查刀具与夹具和工作台的碰撞及过切、 少切现象, 检查无效的 NC代码动作、 进给和切削用量的合理性。

4 GMPS 系统简介

GMPS 系统是由清华大学虚拟制造和仿真实验室研发的一个虚拟加工仿真系统, 全名为 General Ma-chine Processing Simulator, 即通用加工过程仿真器, 其结构如图 6 所示[1,17]。

GMPS 系统基本上采用了图 5 所示的虚拟加工系统的体系结构, 并在各关键技术方面采用了合适的方法, 使其具备了完善的功能和良好的性能。GMPS是一个面向 NC程序员和操作员设计的系统, 基于完整的加工中心设备定义和工件的装夹模型进行图形仿真和检验, 因而更接近于实际的试切过程。其可以支持三轴至五轴的镗铣类数控加工, 支持的控制器类型有 MAHO、FANUC系列。系统还提供了三轴立式加工中心和四轴卧式加工中心的样板。

GMPS具有以下功能特点:

1) 提供便利的建模手段实现加工中心设备的几何建模, 包括体素定义和装配, 以形成构成加工中心设备的主轴(箱)、 工作台、 换刀机械手及其它部分几何模型;

2) 加工中心的逻辑定义, 包括机床坐标系、 各加工轴定义、 刀库、 主轴及加工工作台的逻辑定义等;

3) 控制器的配置, NC代码的检验及翻译转换成控制加工中心模型工作的数据;

4) 工件及夹具在拖盘上的装夹定义, 以及机床刀库的定义, 其中工件及毛坯的几何信息可以由本系统自行建立, 也可以和其它 CAD系统接口;

5) 加工过程中的各种破坏和危险的检验, 主要指存在于刀具与工件、 夹具和拖盘之间的碰撞、 干涉现象和过切的检验;

6) 系统采用 OpenGL图形接口、双缓冲区绘图方式进行绘图及显示, 因此有着较好的图形显示性能, 可以任意改变空间视角, 也可以任意放大缩小画面。GMPS系统在数控加工行业有着良好的推广前景,曾成功地在多个企业实际应用, 如山西经纬纺织机械有限公司、航天集团二院 283 厂等, 取得了良好的成效, 缩短了企业产品的生产周期, 降低了制造成本, 增强了企业产品的市场竞争力, 直接促进了企业效益的增长。图 7 是采用 GMPS进行虚拟加工的一个实例: 虚拟机床在 NC代码的驱动下, 模拟对某零件的切削过程。该仿真包含了零件、 夹具、 机床和刀具, 能完整地用动画模拟加工过程中的进刀、 换刀、 切削、 托盘转动等加工细节, 并能以声音报警和图形高亮的方式提示碰撞干涉。

本文由 伯特利数控文章 整理发表，文章来自网络仅参考学习，本站不承担任何法律责任。

加工中心、钻攻中心专业制造