快走丝线切割虚拟机床的开发.doc

快走丝线切割虚拟机床的开发 本文运用Pro/ENGINEER建立了线切割机床的关键零部件模型，输入VERICUT后构建出机床的三维结构 模型。通过对现有指令系统的修改建立了与线切割机床相匹配的控制系统。定制了便于操作的虚拟线切割机床界面，设定了一些常用的快捷按钮。用该虚拟线切割机床可以仿真线切割加工，包括动态显示切割过程和检测 加工面的质量等。该虚拟线切割机床可应用于线切割编程、调试和教学培训。 一、引言虚拟机床可以在计算机上对数控加工过程进行模拟仿真，具有直 观、安全、费用低的优点，越来越受到人们的重视。随着计算机技术的发 展，对于铣床和车床的虚拟机床已经 日益完善，但是对于电火花线切割虚 拟机床的研究现在才处于起步阶段。 快走丝线切割数控机床在我国应用十分广泛，它具有经济实惠、简单快捷 等优点。机床自带的编程系统，虽然 可以动态地显示加工轨迹，但是不够 直观，尤其是对带有锥度或者上下异 形的零件，机床界面无法直观地显示零件的形状，走丝路径是否正确也无 法验证。建立快走丝线切割的虚拟机 床，可以很好地解决这些问题。V E R I C U T是美国C G T e c h公司开发 的，面向制造业的数控加工仿真软 件，应用十分广泛，许多主流的C A D软 件将其作为一个基层模块收入其中。该软件不仅拥有丰富的机床库，并且 是一个开放的数控仿真平台，用户可 以根据自己的需求对软件进行二次开 发，构建出用户需要的虚拟机床。本文以V E R I C U T为平台，建立快走 丝线切割的虚拟机床，并对上下异形零 件进行模拟仿真，动态地反映了加工过 程，能够很好地发现程序中的问题。二、基于VERICUT的虚拟机床构建方法在VERICUT中，要实现对线切割加工程序的仿真，首先建立仿真环境， 其构建的一般过程如下。1.机床结构分析确定机床的结构特点，线切割 机床一般由导轨、立柱、床身、运动 轴、工作台和导丝系统等部件组成。 对于部件尺寸进行测量，确定各运动轴的行程、机床坐标系统及用到的毛 坯夹具等。2.几何建模运用三维CAD软件建立机床重要部 件的实体几何模型。在V E R I C U T中根据 机床的结构以组件为单位建立机床运动模型即组件树，并添加各部件的几 何模型。3.建立机床的控制系统定制出符合该机床的数控编程指 令系统。首先调用现有的控制系统，再根据该机床的控制系统功能和指令 格式，对G代码、M代码、寄存器地址 和状态指令等进行修改设置。4.机床的运动学建模根据机床的几何模型和运动特 征，定义机床的坐标系统，设置机床 运动部件的行程等。三、构建快走丝电火花线切割虚拟机床1.机床描述本次开发的虚拟机床仿真对象为 大量公司的T P-40，该机床是新加坡大 量公司生产的四轴快走丝线切割机。 加工精度比较高，在我国应用广泛。 加工最大厚度为350mm，各运动轴的行 程如表1所示。表1 各坐标轴的行程2.机床的几何建模过程(1)建立部件的3D模型运用P r o/E N G I N E E R野火版4.0建 模，绘制床身、X轴、Y轴、U/V轴、导 丝系统和工作台等的实体几何模型。(2)建立组件树 根据该机床的结构特点，构建机床的组件树，构建好的组件树如图1所示。(3)添加机床的几何模型 添加组件树上的几何模型，并对其颜色、位置等进行调整，得到我们 需要的机床模型，如图2所示。图1 组件图2 机床的几何模型3.机床指令系统的定制V E R I C U T中没有跟这台机床完全 对应的数控系统，所以先调用相近的c h r200控制系统。再通过对其修改得 到该机床的控制系统。数控指令系统是由字组成的。在“Word/Address”中完成对各条指令的 修改和添加，完成对字功能的定义， 需要修改或添加的主要字功能定义如 表2所示。4.机床基本参数的设置根据真实线切割机床的实际情 况，需要对坐标原点、各运动轴的行 程等基本参数进行设置。(1)机床组件的碰撞设置仿真过程中为了发现机床和零 件以及夹具的碰撞，必须首先进行碰 撞设定，该机床设定四个碰撞检测， 如果仿真过程中以下部件发生碰撞， 则以红色显示。设置完成后，如图3 所示。表2 需要添加和修改的主要字功能定义图3 碰撞设置(2)坐标系的设置 该虚拟机床的建模原点与机床原点(Machine Zero)重合，即为(0，0，0)。相对于机床原点，机床的初 始点设定在(0，0，20)处。(3)行程极限对各运动轴的行程进行设定， 当程序中出现超行程时，红色高亮显示，并且在日志文件里记录，这样可 以轻松发现程序中的错误。设置结果，如图4所示。图4 行程设定5.虚拟机床界面的定制通过以上的定制，该虚拟机床已 经能够仿真数控加工过程了，从功能 上已满足我们的要求。但V E R I C U T的缺 省界面较复杂，操作不够直观。利用 V E R I C U T的界面定制功能可以定制出针 对线切割机床的简化界面，使操作更 方便。利用VERICUT的Custom Interface 功能即可对界面进行设定。图5所示界 面是经过定制后针对本机床的界面。界面简洁、直观，操作方便。该界面 有两部分组成：记事本式窗口和主窗 口。记事本式窗口的上半部分给出了 虚拟机床的操作说明，下半部分布置 了需要的命令按钮和参数输入框。主窗口用于显示虚拟机床的工作情况。 在此主窗口中再划分出四个视图，用 于展现机床的整体和局部。在主窗口 的上方还有用于视图操作的工具栏。 应该说经过定制后的虚拟机床界面， 操作更简单、观测更明了。6.虚拟机床的运行运行V E R I C U T后系统打开一台默认 的机床，每一次仿真都要重新打开自己 定制的机床，用起来比较麻烦。通过 对该软件批处理指令的修改，可以达到 运行软件直接进入自己设定的机床的目 的。下面是修改的批处理文件。图5 定制的界面图6 零件图图7 仿真结果Set CGTECH _ CODEC _ FILTER=X264 MRLESet CGTECH_My_Directory=C:JohnnyJohnnyWDEMSet CGTECH_VCPROJECT=C : Johnny Johnny WDEM802smm.VcProjectS et CGT E CH _ F LOOR _IMAGE=%CGTECH_LIBRARY%floor.jpg四、仿真实例对于上下异形的零件，机床自带的控制界面无法直观地显示零件形状 和加工路径等。但是通过虚拟机床来仿真切割过程则相当直观，有利于对 程序的检验。实例中加工的零件为上、下异形 体，上圆下方，上表面为直径为20m m 的圆，下表面为1010m m的正方形， 零件厚度30mm。零件如图6所示。仿真结果如图7所示。用该虚拟机床进行仿真加工不仅具有安全性、经济性和直观性，而且具有反馈的及 时性。也就是说，对数控机床参数的 调整或数控程序的修改，马上可以通过仿真加工来得到体现，给操作者及 时的反馈。通过对仿真结果的分析， 还可以检测出机床与工件夹具的碰 撞，避免机床的损坏;通过比较仿真结果与设计零件的差别，找到程序中的问题。五、结论利用数控仿真加工平台V E R I C U T构建了能够仿真T P-40快走丝线切割 的虚拟机床