快走丝线切割虚拟机床的开发

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。VERICUT是美国CGTech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CAD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VERICUT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VERICUT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TP-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Pro/ENGINEER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VERICUT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chr200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(MachineZero)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VERICUT的缺省界面较复杂，操作不够直观。利用VERICUT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CustomInterface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VERICUT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SetCGTECH_CODEC_FILTER=X264MRLESetCGTECH_My_Directory=C:\Johnny\Johnny\WDEMSetCGTECH_VCPROJECT=C:\Johnny\Johnny\WDEM\802smm.VcProjectSetCGTECH_FLOOR_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20mm的圆，下表面为10×10mm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VERICUT构建了能够仿真TP-40快走丝线切割的虚拟机床，具有操作简单、观测明了的特点。并对该机床的控制系统进行修改，定制出了与机床对应的指令系统。通过对机床界面与快捷键的设置，使操作界面简单方便。通过对于上下异形零件的模拟仿真，能够直观地看到加工过程，实现对加工效果的预测。该虚拟机床具有安全、经济和可分析性强的特点。可以有效地提高程序质量和编程效率。