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基于约束尺寸混合驱动的虚拟数控机床技术研究

发布时间:2019-03-12 02:15:01 文章来源:工具之家    

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黄敏gao

摘 yao zaishu字xunijichuangmoxingdeji础shang提出liaoyi种遵循jichuangbujianyunxing主从guanxi及yue束关xidexin型jichuang设计方法ci种jichuangcaiyong矩阵组jianshu字hua处理jishu对jichuang主从bujiandegongzuo位次jinxing矩阵bian换按照最佳循环qudong组件进入gongzuozhuangtai此waizaijichuangjiagongzhizaoguochengzhong引入了最新deWAVE切割技shushixiandao具hegeji床bu件之jiandewu缝链接同时shi现精密切割gong作减少gong件材料损耗此wai,huan内置了完整de数字hua机床kong制系统,管理整ti叶轮gong件he叶片电解jiagongliu程,shi现高精尖de五坐标定点数控jia工mo型模ni预设完整jia工流程,从而实现高度的工作自jianhe自dong化编程系统,da幅提升现有的机床工作效率和自动化程度,且降低流程出错率和加工次品率

关键词: 虚拟数控机床; 约束yu尺cun混hequ动; 模型zhuangpei; 流程管理

zhong图fen类hao: TN915.5?34; TP391.72 wen献标识码: A 文章编号: 14?373X(201716?0155?03

Abstract: A new machine tool design method following master?slave relation and constraint relation of machine tool assembly is proposed. The matrix form digitization processing technology is used in the machine tool to perform the matrix transformation for the working precedence of the machine tool′s master?slave assemblies, and drive the assemblies into the working state in accordance with the best cycle. In the process of machine tool manufacturing, the WAVE cutting technology is introduced to realize the seamless linking between the cutter and each assembly of machine tool, and precision cutting, so as to reduce the loss of workpiece material. The whole digital control machine tool system is built in to manage the integral impeller workpiece and impeller electrolytic machining process, and realize the numerical control (NC machining model with five?coordinate fixed points. The whole process flow is simulated and preset to realize the high?efficient work self?checking and automatic processing programming system, improve the working efficiency and automation degree of machine tool greatly, and reduce the flow error rate and process defective rate.

Keywords: virtual NC machine tool; hybrid drive; model assembly; process management

0 引 言

现今,虚niji床技术shi最新shi数字化制造方式的核心内容,更是决定chan业加工效率和质liang的重yaoji术[1]。其所具备的虚拟加工和流程预gu系统,能全方位地fang真工件加工环境,真实评估机床加工流程对工件质量的can数影响,从而更好地进行工程修正,达到精加工的技术yaoqiu。此外,数字化虚拟机床还开辟出一块全新的yan究领域qi能够实现在虚拟fangzhenguo程zhong,动态监控产品的yundong轨ji和机床进行的ge类切、削。凿、铣工yi流程,可xiang细掌握影响工件biaomiancan数、体积参数、比例参数、材料参数deng工件xing能相关加工步骤,从而实现客观功能的完整描述,同时大幅提升机床综合性能。由此本文根据工程实jianxu求,设计开发出一套符合尺寸驱动和约束条件的虚拟数控机床模型,并对其加工编程、模拟、验证、检查yu精度检验步骤进行细致讨论[2]

1 虚拟数控机床模型组建

本文所研究的虚拟机床采yong通yongzhuangpei模型,由刀具库、kongzhi台、jia具库和虚拟机床zhukong系统组chenggemo块协同完成机床加工状态模拟、yundong规律检验等功能zai辅助工件切削、塑形的刀具库和固定夹具,实现加工的虚拟化仿真[3]。具体关系rutu1所示

此外,机床与工件间的设计交互通过zhuan门的人机接口,即数据输入、fen析,加工模拟的主控界面来实现。其中,虚拟luo辑控制器主管整个系统yun行,CNC作wei工程数控系统计算工件加工机床的yundongguiji和位移参量[4]。工件模型细节处理及biao面数据提取则交由具体的各分支工yi提取模块实现数据采集,再交由中控系统传递给控制界面进行人工操作与修正。

2 数控机床部件zhuangpei实现

2.1 模型零部件zhuangpei拓pu结gou分析

拓pu结gou能直观地反映出装peibu件之间的位置关系和功能组合,yinci在机床模型装pei实现过程中拓扑分析必不可少。通常,虚拟数控机床由中心主zhou驱动系统gong件加工及处理工作台、流水作业线等部分组成,這也是gou建相应装pei拓扑模型的主yaogu架。此外,为了简化模型结构,增强执行效率和可读性,changsheng略次要链接类、支撑类部件。图2中采yong树形拓扑结构,详细绘制了数控机床的各部件装配组合与位置关系,记录并区别装配模型的数据库对象,便yu系统后续的查询校验及精确控制。endprint

2.2 装配部件约束关系讨论

在实机装配过程中,各部件之间deguan系依靠定位元件实现关联约束。同样在部件装配拓扑图中,各模型部件间的运动关系也依靠运动中轴来进行相对定位,随后jianli起约束关系。图2的数控机床中,y,x,c,z之间的运动和约束关系就由相对运动次序和功能组合来实现精确装配[5]。y轴滑台跟随x轴滑台运动,而c轴回zhuan工作taiyou跟随y轴滑台运动,则yixzhouzhong心孔对齐,依次关联y,czhoubu件,以实现机床部件协同作业。

2.3 部件装配数据模型构建

为了完美实现数控机床装配部件的联动性和功能性,需要预先构建出jiyu实际装配数据的虚拟装配几何模型。通过该模型jiangxiang细部件参数加载输入并进行模拟运行,测試出设计部件性能和机床位置矩zhenbian换关系,从而为后续的参数修正与机床调试环节节省大量的人liwu力[6]。

建立的虚拟装配数据模型结构与suanfa程序如下:

Typedef struct MC Assembly

{

MC Component* head comp;

MC Movement* move;

}

Typedef struct MC Component

{

int instance tag;

int occurence tag;

charworkpiece name[130];

charinstance name[80];

Pos Matrixini pos;

double origin[3];

double csys matrix[9];

structMC Component* children;

structMC Component* next;

structMC Component* parent;

}MC Component;

3 尺寸驱动与运动轨迹

3.1 部件运动位置状态参数

装配部件的主要运动状态包含位移和旋转liang类。因此,各部件相对位置关系及部件运动状态参数是建立数xuemo型的首要任务。对此,常采用部件装配位置坐标系Oxyz和部件自身参数坐标系Owxcyczc双坐标系对照参考,确定精确的部件运动状态。具体示例如图3所示,通过两个坐标系的配合,可完整描述大部分部件的移动、转动变化qing况[7]。

基yu上述空间坐标系,可以进一步将几何状态数据转化为chou象的位置矩阵表示,便于后续的参数计算与修正。位置矩zhenru下:

3.2 运动变换

根据上述部件双坐标系的建立和数xue矩阵模型函数,可实现对各动轴部件的移动或旋转进行运动变换[8]。此外,为了配合实际工件的直线位移量和旋转角度系数,设定6变量参数矩阵如下:

3.3 动轴驱动实现

虚拟数控机床中动轴采用尺寸驱动实现,因此需要CNC虚拟系统完成前期的加工轨迹计算和数据输入,通过对各动轴的输入脉冲数分析与定位分配,实现数字信号的编码解xi[9]。再通过传动电机对机床工作台、运动主轴进行定向驱动,配合传感器的实时反馈来实现位移控制。动轴驱动实现过程如图4所示。

4 加工模拟

加工模拟是在单纯的工件运动和刀具操作运行的基础之上,真实还原出所加工工件的表面参数及详细尺寸参数[10?11]。由于刀具是在运动过程中通过做连续切割运动,tichu产生的加工余料从而形chengqie割表面,因而还需要实时测试刀具加工对工件表面参数的影响xiang细加工模拟过程如图5所示。

通常在虚拟UG装配空间中,模型间的逻辑运算仅能进行一次,而真实加工状态远比单次运算所能模拟的加工环境要更为复杂。因此,加工模拟要进行多次相交运算才能更加贴近真实表面qing况[12]。本系统采用WAVE技术进行标识、相交运算、矩阵变换、实体链接来确定返回zhihe二次开发函数,通过循环运算以实现加工状态的高度贴合,为虚拟数控机床技术的应用实践奠定坚实的基础。

5 结 语

本文建立了基于尺寸混合和约束状态下的数控虚拟机床模型,从机床组成的机械部件、主控系统、数据传输、人机链接等模块分析了机床加工、运动过程。采用WAVE技术建立专有空间模型,通过对象间的链接、复制、相交、转置等运suan实现了动轴驱动和动态加工模拟,并能真实模拟加工环境。该设计模型具有高度的实践运用效能和直观、简便的操作优势,可大幅提高工作效率、简化工作流程,对于虚拟机床技术改良、优化具有积极的zhi导意yi。

参考wenxian

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现代电子技术 2017年16期

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