第8章+数字孪生加工编程与验证.1

Page1《数控机床数字孪生设计与仿真验证》

——第8章数字孪生加工编程与验证Page2目标与导读8.1测试零件的数字孪生环境创建8.2测试零件的数控程序编制8.3基于NAS试件虚拟加工验证8.4测试零件的数字孪生切削分析2目录143Page3目标与导读知识

目标1.熟悉CMVM数字孪生环境创建界面2.掌握西门子ProgramGUIDE循环语句方式编程和CAM两种编程及仿真方法3.掌握在CMVM中使用测头进行在线检测的一般方法4.掌握AMWT工件与刀具路径分析软件的基本操作方法能力

目标1.能够建立数字孪生环境2.能够完成简单零件的数控编程和虚拟加工3.能够完成测头的标定、腔体和凸台等特征的在线检测4.能够完成对加工程序进行刀具路径分析素质目标1.培养学生的问题解决能力和创新能力2.培养学生表达能力和团队协作能力3.培养学生工程应用能力4.培养学生自主学习和自我提升的能力思政目标1.通过数字孪生环境的创建，提升学生工程应用的创新思维2.通过虚拟加工和在线检测，培养学生精益求精的工匠精神，发展新质生产力教学目标导读Page48.1测试零件的数字孪生环境创建8.1.1.创建刀具01

基于CMVM的数字孪生环境创建主要包括刀具、夹具以及毛坯的建立。为了方便虚拟加工过程，在右上方的“选择可见窗口”中选项卡中钩选“SINUMERIKOperate”“机床控制面板”“3D仿真”三个页面，形成如图所示的数字孪生环境人机交互界面。刀具创建流程02刀具创建流程

在开始编程前，首先在机床控制面板中操作，把钥匙开关拨到3档，以获得创建和修改刀具参数以及数控程序的权限。同时把开启“SPINDLESTART”主轴使能和“FEEDSTART”进给使能。Page58.1测试零件的数字孪生环境创建8.1.1.创建刀具01

在HMI程序管理器里面的“刀具列表”页面中，点击“刀具名称”下的空白框，然后点击右侧的“新建刀具”，然后在对话框中选择“立铣刀”，点击“确认”，然后操作在“刀具名称”中输入“ENDMILL_D32”，ST=1，D=1，长度＝180，半径＝16，齿数＝４等信息。刀具创建流程02刀具创建流程在NX软件中完成BT40刀柄的建模，将模型工作坐标系中各个坐标轴调整成如图所示，原点位于上平面（与主轴的配合平面）的中心位置，Z轴向上，然后导出STL格式模型备用。在“3D仿真”中主要有“机床”、“库”、“碰撞”三个子页面，选择“库”，点击右下脚的“新建库元素”，选择“适配器”，然后导入刀柄的STL模型，命名为“BT40_ER32”，因为NX中设定的零点满足要求，所以不需要调整，点击“保存修改”即完成刀柄的创建。Page68.1测试零件的数字孪生环境创建8.1.1.创建刀具01操作点击“机床”进入机床页面，操作隐藏机床门，操作打开“刀具管理器”（红色感叹号说明有刀具未定义），打工开的新窗口显示新建刀具“ENDMILL_D32”未完全定义，操作可以定义刀具的颜色，这样这把刀加工过的表面将会呈现出相应的颜色。操作定义刀柄，适配器（刀柄）和刀具可以自定义结构复杂的模型，也可以用参数（圆柱）简单代替。在适配器点击从“从库导入”选择刚入库的“BT40_ER32”，操作定义刀具的刀刃长度为60mm，这样刀具就创建好了，前面在HMI中创建的刀具长度180mm，是指刀尖到机床主轴平面的距离，如图所示。另外，建好“DRILL_D16”麻花钻备用，长度180mm，半径8mm，尖角118度，刀刃长度为32mm。刀具创建流程02Page78.1测试零件的数字孪生环境创建8.1.2.创建夹具与毛坯夹具创建流程在NX软件中完成平口钳的装配，调整工作坐标系，使原点位于钳口中心，Z轴向上，XY轴与机床坐标系一致。导出STL格式模型后，在“3D仿真”页面导入模型，命名为“NAS_CLAMP”，完成虚拟平口钳的安装。例如，创建平口钳时，需精确调整钳口距离为160mm，以便装夹工件，确保加工过程中的稳定性。毛坯可通过导入STP/STL文件或自定义基本形状创建。选择基本形状中的“方座”，将毛坯尺寸定义为160mm×160mm×50.5mm，并命名为“NAS_SIMPLE”。通过“配置”对话框，将毛坯和夹具组合成一个配置，命名为“NAS_Setup”。例如，创建方形毛坯时，需确保毛坯尺寸与工件设计要求一致，以便在加工过程中提供足够的加工余量。毛坯创建方法Page88.1测试零件的数字孪生环境创建8.1.2.创建夹具与毛坯毛坯创建方法再次点击右下脚的“新建库元素”，选择“毛坯”，进入毛坯设置对话框，毛坯有两种设置方式，一是导入STP/STL文件，二是自定义基本形状。这里选择基本形状中的“方座”，将毛坯尺寸定义为160mm×160mm×50.5mm，并命名为“NAS_SIMPLE”。Page98.1测试零件的数字孪生环境创建8.1.2.创建夹具与毛坯毛坯创建方法再次点击“新建库元素”，选择“配置”，进入“配置”对话框，操作配置名称设为“NAS_Setup”。先设置“毛坯”组件，点击“从库导入”，选择刚设定的“NAS_SIMPLE”毛坯；然后设置“保护区”组件，点击“从库导入”，选择刚设定的“NAS_CLAMP”毛坯，弹出“定义组件的固定点”对话框，填入-59mm，（钳口到机床平台的距离是79，这样设置为保证装夹高度为20mm）。这样，毛坯和夹具设置完成，如图所示，点击“保存配置”，该配置后期可以多次调用。点击“机床”页面，操作点击“配置管理器”，操作在弹出的“快速保护”对话框中双击鼠标选择“NAS_Setup”，这样回到“机床”视图，可以看到“NAS_Setup”组件就安装在机床中心位置。Page108.2测试零件的数控程序编制8.2.1.简化NAS试件编写加工工艺零件材料为硬铝2A12，尺寸为160mm×160mm×50.5mm的方形毛坯，未加工上表面。利用平口钳夹紧下端20mm。毛坯准备工步表详细列出了各工序的加工内容、刀具规格、主轴转速、进给速度和切削深度。例如，铣削上平面时，选用Φ32mm立铣刀，主轴转速3000rad/min，进给速度1200mm/min，切削深度0.5mm。工步表编制选择编程零点为上表面对称中心，通过刀设定零点偏置G54。切削用量计算转速，进给按齿计算。制定工步表，明确各工序的加工内容、刀具规格、主轴转速、进给速度和切削深度。确定工艺方案及加工路线Page118.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程在HMI程序管理器中新建“ProgramGUIDEG代码”空文件，进入编程页面后，通过图形界面输入毛坯的尺寸和形状。例如，输入毛坯尺寸时，需确保尺寸与工件设计要求一致，以便进行后续加工。刀具调用与零件上表面铣削循环调用Φ32mm立铣刀，手动输入程序代码，完成刀具调用。设置铣削循环参数，完成零件上表面的铣削。例如，调用刀具时，需确保刀具参数与工件加工要求一致，避免刀具损坏或加工精度不足。通过调用轮廓和编程界面，完成各轮廓的粗加工和精加工编程。钻孔编程时，调用Φ16mm钻头，设置钻孔参数，完成钻孔加工。例如，编程时需根据工件的形状和尺寸，合理设置轮廓和钻孔参数，确保加工过程的高效性和准确性。轮廓编程与钻孔编程程序输入毛坯Page128.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程1.程序输入毛胚2.刀具调用Page138.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程3.零件上表面铣削循环Page148.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程4.轮廓编程Page158.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程4.轮廓编程Page168.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程5.钻孔编程Page178.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程6.建立轮廓Page188.2测试零件的数控程序编制8.2.2.编程方式一：利用ProgramGUIDE编程ProgramGuide程序也有对应的G代码程序，编写好加工程序之后，点击“执行”和“CLCLESTART”按钮让程序运行起来，可以在加工界面右边选择“基本程序段”。点击之后，就可以看到，其实它是也是对应着G代码的。也就是说，使用的Programguide编程方式只是一种更方便的编程和检查的工具，G代码程序才是最后控制机床运动的加工程序Page198.2测试零件的数控程序编制8.2.3.编程方式二：利用CAM软件编程在CAM软件中完成工件的三维建模，创建刀具，设定加工坐标系，指定毛坯，选择加工方法，设定切削参数，后处理生成NC程序，导入CMVM仿真。例如，CAM编程时，需根据工件的形状和尺寸，合理选择加工方法和切削参数，确保加工过程的高效性和准确性。选择合适的后处理器，导出NC程序。将程序粘贴到新建的系统程序里，或直接从优盘中读取程序，进行模拟加工。例如，后处理时需确保程序格式与数控系统兼容，避免程序错误或无法运行。CAM编程流程后处理与程序导入Page208.2测试零件的数控程序编制8.2.3.编程方式二：利用CAM软件编程选择合适的后处理器，导出NC程序。将程序粘贴到新建的系统程序里，或直接从优盘中读取程序，进行模拟加工。例如，后处理时需确保程序格式与数控系统兼容，避免程序错误或无法运行。后处理与程序导入Page218.2测试零件的数控程序编制8.2.3.编程方式二：利用CAM软件编程选择合适的后处理器，导出NC程序。将程序粘贴到新建的系统程序里，或直接从优盘中读取程序，进行模拟加工。例如，后处理时需确保程序格式与数控系统兼容，避免程序错误或无法运行。后处理与程序导入Page228.2测试零件的数控程序编制8.2.3.编程方式二：利用CAM软件编程选择合适的后处理器，导出NC程序。将程序粘贴到新建的系统程序里，或直接从优盘中读取程序，进行模拟加工。例如，后处理时需确保程序格式与数控系统兼容，避免程序错误或无法运行。后处理与程序导入Page238.2测试零件的数控程序编制8.2.4.

CMVM导入CAM程序

在HMI程序管理器中新建空程序，将CAM导出的程序复制粘贴进去，添加毛坯循环代码，点击“模拟”完成模拟加工。

例如，复制程序时需确保程序内容完整，避免因程序错误导致模拟失败。复制CAM程序至CMVM软件仿真Page248.2测试零件的数控程序编制8.2.4.

CMVM导入CAM程序将存有CAM程序的优盘插入计算机，通过SINUMERIK

Operate界面打开程序，添加毛坯尺寸，点击“模拟”完成模拟加工。例如，导入程序时需确保优盘无病毒，避免因病毒感染导致程序损坏或无法运行。导入CAM程序至CMVM软件仿真Page258.2基于NAS试件虚拟加工验证8.2.1.标定测头在“3D仿真”页面中加载标准环，新建测头并输入粗略长度和半径值。新建标定程序，调用测头，手动输入程序代码，完成测头的长度和半径标定。例如，标定测头时需确保标准环的尺寸和位置准确，避免因标准环问题导致测头标定不准确。01测头标定流程Page268.3基于NAS试件虚拟加工验证8.3.1.标定测头Page278.3基于NAS试件虚拟加工验证8.3.2.虚拟加工加工坐标系设定虚拟加工过程在“SINUMERIKOperate”面板中，点击“零件偏移”，在G54中设定Z值为109，将加工坐标系原点设在毛坯中心。调用“NAS_Setup”配置，完成虚拟加工环境的搭建。例如，设定加工V坐标系时需确保坐标系原点与工件设计要求一致，避免因坐标系错误导致加工偏差。在“机床控制面板”中启动主轴和进给使能，点击“AUTO”模式并启动加工程序，虚拟机床开始切削，完成加工后效果如图所示。例如，虚拟加工时需确保加工程序正确无误，避免因程序错误导致加工失败或损坏工件。Page288.3基于NAS试件虚拟加工验证8.3.3.在线检测新建检测程序，调用测头，手动输入程序代码，完成对Φ60mm圆形内腔、Φ108mm圆形凸台和108mm×108mm方形轮廓的检测编程。检测程序编制Page298.3基于NAS试件虚拟加工验证8.3.3.在线检测启动检测程序后，测头自动测量工件的尺寸和形状，检测结果包括设定值、测量值和偏差值。通过分析检测结果，可评估加工精度和质量。例如，检测结果分析时需根据偏差值评估加工质量，若偏差值较大，需调整加工程序或机床参数，确保加工精度。检测结果分析Page308.4测试零件的数字孪生切削分析8.4.1.智能刀路与工件分析软件介绍AnalyzeMyWorkpiece/Toolpath（AMWT）软件可通过分析切削刀路轨迹和跟踪机电信号变化，提高工件加工的表面质量、生产效率和加工精度。例如，AMWT软件支持打开STL、MPF和XML格式文件，可三维显示工件加工刀轨，检验NC加工程序和Trace跟踪文件，快速找出刀轨缺陷。软件功能与特点Page318.4测试零件的数字孪生切削分析8.4.2.文件导入

使用CMVM软件生成.XML格式的SINUMERIKTrace跟踪文件，通过AMWT软件打开并3D可视化加工过程中的机床跟踪数据，分析工件加工过程中的性能指标。

例如，生成.XML文件时需确保变量采集完整，避免因变量缺失导致分析结果不准确。文件导入与分析Page328.4测试零件的数字孪生切削分析8.4.2.文件导入Page338.4测试零件的数字孪生切削分析8.4.2.文件导入Page348.4测试零件的数字孪生切削分析8.4.3.查看点位、刀具路径例如，切换查看点位和刀具路径时需根据加工要求选择合适的显示方式，以便更好地分析加工过程中的问题。在AMWT软件中，可通过点位、刀具路径可见按钮切换显示，通过颜色对加工工件进行分析，评估加工过程中的点位分布和刀具路径合理性。点位与刀具路径