数控机床仿真实训 (1)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 1.2 数控仿真网络教学实训系统的组成 • 数控仿真网络教学实训系统由数控原理与编程实训室、机械CAD/CAM
实训室、数控加工仿真系统、数控加工实训室及局域网和多媒体系统 等组成，如图1.3所示。
第1章 绪论
图1.3 数控仿真网络教学实训系统的组成
• 1.3 数控仿真网络教学实训系统的特点 • 数控仿真网络教学实训系统的特点主要体现在以下四个方面。 • （1）网络化技术应用使实训基地的管理和通信更为方便。 • （2）教室与实训室的整合统一，使理论教学与实践教学一体化。 • （3）虚拟技术的应用节约了更多资金。 • （4）建立了递进式教学实训模式。
第1章 绪论
• 其中第一种方案和第二种方案都需要开发人员编写大量代码；第三种 方案的优点是可以开发出基于网络的仿真系统，缺点是对于机床的加 工仿真尚需大量的编程工作，而且缺乏相应的技术基础；第四种方案 是利用基于特征的通用机械CAD/CAM软件系统，提供功能强大的二次 开发模块。例如，UG、Pro/Engineer、CATIA等著名的大型CAD/CAM软 件就提供了MS VC++的开发方法和接口，SolidWorks提供了基于COM和 OLE技术的二次开发接口。采用以上软件系统作为仿真系统的图形显 示平台，开发者无须考虑环境光源、材质等影响真实感的因素，大大 降低了编程的难度和强度；工件毛坯直接由设计过程调用，具有完全 的真实形状，仿真结果直观易懂；仿真图形易于控制，具有旋转、放 大、剖切和加工过程记录等特点，因此得到了广泛的应用。
与相应的功能键连接。状态栏能够显示正在执行的程序代码情况、实时 机床状态参数反馈及在线提示等。根据机床加工的特点和实际机床工作 流程，系统采用如图1.1所示的结构，包括用户界面模块、程序编辑模块、 程序处理模块、模拟加工模块。
图1.1 数控加工仿真教学系统组成结构
• （1）用户界面模块。用于设立数控加工环境，主要包括三维显示的数控 加工环境、数控系统仿真面板。如图1.2所示为数控仿真系统中的FANUC 0i机床面板，在该面板上既包括数控系统的显示屏及功能键，也有机床 操作部分的按钮及旋钮，通过该面板可将机床的加工过程逼真地显示在 计算机屏幕上。面板可在NC程序的驱动下，用三维动画仿真显示加工过 程，画面可放大或缩小，还可以从任意角度观察加工过程。
图1.2 FANUC 0I机床面板
第1章 绪论
• 2．MTS数控仿真系统 • 从德国引进的MTS数控仿真系统有Top Turn、Top Mill和Top Cam三个
模块，可以实现以下几个方面的主要功能： • （1）交互式编程功能。 • （2）数控系统后置处理功能。 • （3）数据库储存工艺数据功能。 • （4）对刀功能。 • （5）建立工艺档案功能。 • （6）仿真模拟功能。 • （7）加工质量分析功能。
命，因此在制造业得到了越来越广泛的应用。
第1章 绪论
• 数控加工仿真系统可由两个模块组成： • （1）仿真环境。由机床、工件、夹具、刀具库构成。 • （2）仿真过程。包括几何仿真和力学仿真两个部分。几何仿真将刀
具与零件视为刚体，不考虑切削参数、切削力等其他物理因素的影响， 只仿真刀具、工件几何体的运动来验证NC程序的正确性；切削过程的 力学仿真属于物理仿真范畴，需要考虑精度分析等影响加工质量的因 素，它通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、 控制切削参数，从而优化切削过程。 • 对于数控加工仿真系统的实现，目前较流行的有四种方案： • （1）基于VC++和openGL技术开发。 • （2）基于VC++与现有造型软件结合的开发。 • （3）基于VRML技术的开发。 • （4）基于现有CAD/CAM软件的二次开发。
• 1.1.2 数控仿真软件的教学应用 • 目前，应用较为广泛的数控仿真系统主要有上海宇龙的“数控加工仿
真系统”和德国“MTS数控编程仿真系统”。这类软件可以用来学习 数控机床的编程与操作，具有“以软代硬”来熟悉编程与操作、减少 废品和撞机等优点，是一种现代化教学和实训的好方法。
第1章 绪论 • 1．上海宇龙“数控加工仿真系统” • 整个系统分成四个模块，每一个模块中包含不同功能，每个模块功能都
Βιβλιοθήκη Baidu
第1章 绪论 • （2）程序编辑模块。用于数控程序的输入、修改及显示编辑。NC程序的
读取如同生产实际一样，采用面板手工输入和程序文件读入两种方式。 • （3）程序处理模块。通过对NC代码的理解、检查代码语法语意的正确性，
经过译码、刀补计算、进给速度处理，得到刀具中心轨迹和其他所需数据， 用于模拟加工。 • （4）模拟加工模块。具有自动加工和手动加工等功能，系统通过对处理 后NC程序的离散和插补，直接驱动数控系统显示屏或三维动画仿真。在模 拟加工过程中，数控系统显示屏按实际加工状态，可工作在图形模拟或数 字状态两种方式下。
第1章 绪论
第1章绪 论
1.1 数控仿真实训教学的思路 1.1.1 数控加工仿真技术简介 1.1.2 数控仿真软件的教学应用
1.2 数控仿真网络教学实训系统的组成 1.3 数控仿真网络教学实训系统的特点
第1章 绪论
• 1.1.1 数控加工仿真技术简介
•
在数控加工过程中，为检查数控程序的正确性，传统上采用试切
的方法，但这种方法费工费料，代价昂贵，延长了产品生产周期。后
来又采用轨迹显示法，即用计算机控制铅笔绘图器，以笔代替刀具，
以纸代替毛坯来仿真刀具运动轨迹的二维图形。这种方法可以显示二
轴加工轨迹，也可以检查一些大的错误，但其运动仅限于平面，局限
性很大。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的仿真方法，并在试
切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展。在
这种情况下，数控加工的计算机仿真技术应运而生。
•
仿真技术是复杂系统研究和设计的一种新型和有效的工具。所谓
数控加工仿真，是指采用计算机图形学的手段对加工走刀和零件切削
过程进行模拟，具有快速、仿真度高、成本低等优点。它采用可视化
技术，通过仿真和建模软件，模拟实际的加工过程，在计算机屏幕上
将铣、车、钻、镗等加工方法的加工路线描绘出来，并能提供错误信
息的反馈，使工程技术人员能预先看到制造过程，及时发现生产过程
中的不足，有效预测数控加工过程和切削过程的可靠性及高效性，此
外，还可以对一些意外情况进行控制。数控加工仿真代替了试切等传
统的走刀轨迹的检验方法，大大提高了数控机床的有效工时和使用寿
实训室、数控加工仿真系统、数控加工实训室及局域网和多媒体系统 等组成，如图1.3所示。
第1章 绪论
图1.3 数控仿真网络教学实训系统的组成
• 1.3 数控仿真网络教学实训系统的特点 • 数控仿真网络教学实训系统的特点主要体现在以下四个方面。 • （1）网络化技术应用使实训基地的管理和通信更为方便。 • （2）教室与实训室的整合统一，使理论教学与实践教学一体化。 • （3）虚拟技术的应用节约了更多资金。 • （4）建立了递进式教学实训模式。
第1章 绪论
• 其中第一种方案和第二种方案都需要开发人员编写大量代码；第三种 方案的优点是可以开发出基于网络的仿真系统，缺点是对于机床的加 工仿真尚需大量的编程工作，而且缺乏相应的技术基础；第四种方案 是利用基于特征的通用机械CAD/CAM软件系统，提供功能强大的二次 开发模块。例如，UG、Pro/Engineer、CATIA等著名的大型CAD/CAM软 件就提供了MS VC++的开发方法和接口，SolidWorks提供了基于COM和 OLE技术的二次开发接口。采用以上软件系统作为仿真系统的图形显 示平台，开发者无须考虑环境光源、材质等影响真实感的因素，大大 降低了编程的难度和强度；工件毛坯直接由设计过程调用，具有完全 的真实形状，仿真结果直观易懂；仿真图形易于控制，具有旋转、放 大、剖切和加工过程记录等特点，因此得到了广泛的应用。
与相应的功能键连接。状态栏能够显示正在执行的程序代码情况、实时 机床状态参数反馈及在线提示等。根据机床加工的特点和实际机床工作 流程，系统采用如图1.1所示的结构，包括用户界面模块、程序编辑模块、 程序处理模块、模拟加工模块。
图1.1 数控加工仿真教学系统组成结构
• （1）用户界面模块。用于设立数控加工环境，主要包括三维显示的数控 加工环境、数控系统仿真面板。如图1.2所示为数控仿真系统中的FANUC 0i机床面板，在该面板上既包括数控系统的显示屏及功能键，也有机床 操作部分的按钮及旋钮，通过该面板可将机床的加工过程逼真地显示在 计算机屏幕上。面板可在NC程序的驱动下，用三维动画仿真显示加工过 程，画面可放大或缩小，还可以从任意角度观察加工过程。
图1.2 FANUC 0I机床面板
第1章 绪论
• 2．MTS数控仿真系统 • 从德国引进的MTS数控仿真系统有Top Turn、Top Mill和Top Cam三个
模块，可以实现以下几个方面的主要功能： • （1）交互式编程功能。 • （2）数控系统后置处理功能。 • （3）数据库储存工艺数据功能。 • （4）对刀功能。 • （5）建立工艺档案功能。 • （6）仿真模拟功能。 • （7）加工质量分析功能。
命，因此在制造业得到了越来越广泛的应用。
第1章 绪论
• 数控加工仿真系统可由两个模块组成： • （1）仿真环境。由机床、工件、夹具、刀具库构成。 • （2）仿真过程。包括几何仿真和力学仿真两个部分。几何仿真将刀
具与零件视为刚体，不考虑切削参数、切削力等其他物理因素的影响， 只仿真刀具、工件几何体的运动来验证NC程序的正确性；切削过程的 力学仿真属于物理仿真范畴，需要考虑精度分析等影响加工质量的因 素，它通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、 控制切削参数，从而优化切削过程。 • 对于数控加工仿真系统的实现，目前较流行的有四种方案： • （1）基于VC++和openGL技术开发。 • （2）基于VC++与现有造型软件结合的开发。 • （3）基于VRML技术的开发。 • （4）基于现有CAD/CAM软件的二次开发。
• 1.1.2 数控仿真软件的教学应用 • 目前，应用较为广泛的数控仿真系统主要有上海宇龙的“数控加工仿
真系统”和德国“MTS数控编程仿真系统”。这类软件可以用来学习 数控机床的编程与操作，具有“以软代硬”来熟悉编程与操作、减少 废品和撞机等优点，是一种现代化教学和实训的好方法。
第1章 绪论 • 1．上海宇龙“数控加工仿真系统” • 整个系统分成四个模块，每一个模块中包含不同功能，每个模块功能都
Βιβλιοθήκη Baidu
第1章 绪论 • （2）程序编辑模块。用于数控程序的输入、修改及显示编辑。NC程序的
读取如同生产实际一样，采用面板手工输入和程序文件读入两种方式。 • （3）程序处理模块。通过对NC代码的理解、检查代码语法语意的正确性，
经过译码、刀补计算、进给速度处理，得到刀具中心轨迹和其他所需数据， 用于模拟加工。 • （4）模拟加工模块。具有自动加工和手动加工等功能，系统通过对处理 后NC程序的离散和插补，直接驱动数控系统显示屏或三维动画仿真。在模 拟加工过程中，数控系统显示屏按实际加工状态，可工作在图形模拟或数 字状态两种方式下。
第1章 绪论
第1章绪 论
1.1 数控仿真实训教学的思路 1.1.1 数控加工仿真技术简介 1.1.2 数控仿真软件的教学应用
1.2 数控仿真网络教学实训系统的组成 1.3 数控仿真网络教学实训系统的特点
第1章 绪论
• 1.1.1 数控加工仿真技术简介
•
在数控加工过程中，为检查数控程序的正确性，传统上采用试切
的方法，但这种方法费工费料，代价昂贵，延长了产品生产周期。后
来又采用轨迹显示法，即用计算机控制铅笔绘图器，以笔代替刀具，
以纸代替毛坯来仿真刀具运动轨迹的二维图形。这种方法可以显示二
轴加工轨迹，也可以检查一些大的错误，但其运动仅限于平面，局限
性很大。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的仿真方法，并在试
切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展。在
这种情况下，数控加工的计算机仿真技术应运而生。
•
仿真技术是复杂系统研究和设计的一种新型和有效的工具。所谓
数控加工仿真，是指采用计算机图形学的手段对加工走刀和零件切削
过程进行模拟，具有快速、仿真度高、成本低等优点。它采用可视化
技术，通过仿真和建模软件，模拟实际的加工过程，在计算机屏幕上
将铣、车、钻、镗等加工方法的加工路线描绘出来，并能提供错误信
息的反馈，使工程技术人员能预先看到制造过程，及时发现生产过程
中的不足，有效预测数控加工过程和切削过程的可靠性及高效性，此
外，还可以对一些意外情况进行控制。数控加工仿真代替了试切等传
统的走刀轨迹的检验方法，大大提高了数控机床的有效工时和使用寿