數(shù)字化精密制造基礎(chǔ) 課件 第六章 虛擬制造環(huán)境及配置

數(shù)字化精密制造基礎(chǔ)

第六章虛擬制造環(huán)境及配置一、虛擬制造簡介

DigitalTwin（DT編程技術(shù)，又稱數(shù)字孿生）是將實際加工中物理實體映射到軟件的數(shù)字空間中，利用虛擬仿真技術(shù)對加工過程進行建模。即在編程過程中最大程度的復(fù)現(xiàn)物理模型信息，形成一種虛擬制造的編程環(huán)境。北京精雕基于DT技術(shù)對SurfMill軟件進行了重構(gòu)，將實際加工環(huán)境映射到軟件中，串聯(lián)起編程端、物料端和機床端，建立起虛擬制造環(huán)境，實現(xiàn)精準虛擬制造。虛擬制造將機床端才能發(fā)現(xiàn)的碰撞風險全部顯示在了編程端。將實際加工中物理實體（機床、刀具、刀柄、夾具...）全部映射到軟件的數(shù)字空間中，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬制造現(xiàn)場，模擬實際加工過程，一旦發(fā)生過切、碰撞等危險信息均會報警提示，將實際加工時會出現(xiàn)的風險提前預(yù)警。二、物料標準化

（一）系統(tǒng)毛坯庫用戶結(jié)合工廠實際情況，將毛坯料倉與軟件系統(tǒng)毛坯庫建立映射關(guān)系，實現(xiàn)毛坯的統(tǒng)一管理和調(diào)用。

（二）系統(tǒng)夾具庫系統(tǒng)夾具庫是夾具庫房在軟件中的映射，系統(tǒng)夾具主要分為兩大類：標準夾具和非標準夾具；這兩類夾具均可導入系統(tǒng)夾具庫，后續(xù)使用中可直接進行調(diào)用，節(jié)省了繪制夾具時間。

（三）系統(tǒng)刀具庫用戶創(chuàng)建路徑時，需要選擇合適的刀具。SurfMill根據(jù)用戶不同的加工目的，提供了多種類型的刀具，并通過刀具庫進行統(tǒng)一管理，以便用戶直接選用。系統(tǒng)刀具庫對應(yīng)于實際生產(chǎn)環(huán)境中的刀具倉庫，當系統(tǒng)刀具庫中無目標刀具時，可以通過“系統(tǒng)刀具庫”創(chuàng)建、編輯刀具。

（四）系統(tǒng)刀柄庫

SurfMill根據(jù)生產(chǎn)車間的常用刀柄，建立了系統(tǒng)刀柄庫，從而方便用戶選用或自己創(chuàng)建刀柄，以進行碰撞檢查等操作。三、編程標準化

（一）機床設(shè)置主要對機床類型、機床文件和機床輸入文件格式進行設(shè)置。

（1）機床類型主要是對機床控制配置和進給倍率進行設(shè)置，用于估算路徑組/路徑的加工時間。

（2）基本設(shè)置對ENG格式的擴展設(shè)置，包括輸出Z軸回參考點指令、子程序模式、特性坐標系設(shè)置。

（3）ENG設(shè)置擴展該功能主要針對輸出路徑進行統(tǒng)一設(shè)置，減少每條路徑單獨設(shè)置的繁瑣操作，主要對加工中刀具工藝控制、宏程序選項進行設(shè)置。

（4）路徑工藝管控

（二）當前刀具表添加：從系統(tǒng)刀具列表中添加新刀具至當前刀具表；刪除：刪除當前刀具表中選中的刀具，處于加鎖狀態(tài)的刀具不能刪除；加入刀具庫：把當前選擇的刀具添加到系統(tǒng)刀具庫中，方便以后使用；加載刀具表文件：用來加載用戶自己保存或系統(tǒng)提供的不同行業(yè)常用刀具列表文件（*.toolgroup）；加載文件的刀具表：將已經(jīng)存在的（*.escam）文件中的刀具表加載到當前文件中使用；選擇最近使用過的刀具：從最近使用過的臨時刀具列表中選擇刀具添加到當前刀具表中；保存當前刀具表：將用戶在刀具列表中創(chuàng)建好的一些常用的刀具保存為“*.toolgroup”格式的刀具表文件，方便下次可以直接加載該刀具列表文件，實現(xiàn)快速創(chuàng)建多把刀具；保存到機床文件：保存到機床文件后，即當前刀具與該機床綁定，下次選擇該機床后當前刀具表會自動加載保存過的刀具；向上移動：將當前選中的刀具向上移動；向下移動：將當前選中的刀具向下移動；輸出工程圖：當前刀具表中，選中某個刀具后，可對該刀具進行.dxf格式工程圖的輸出；輸出Excel文件：將當前刀具表內(nèi)的各刀具的基本信息輸出到Excel表格內(nèi)。

（三）創(chuàng)建幾何體

1.創(chuàng)建幾何體說明工件設(shè)置：在“創(chuàng)建幾何體”命令啟動后，默認為工件設(shè)置界面，此時工件面拾取工具被激活。毛坯設(shè)置：毛坯是指加工前工件的原材料?？梢栽O(shè)置毛坯類型、參考坐標系和毛坯面等。根據(jù)實際毛坯形狀和大小，對毛坯進行合理設(shè)置，可以減少空切路徑、提高加工效率。夾具設(shè)置：夾具設(shè)置主要用于干涉檢查，檢查當前刀具路徑在加工過程中刀具、刀柄是否與夾具發(fā)生干涉碰撞。

2.按鈕功能說明重選：清空當前工件面/毛坯面/夾具面選擇集；拾取所有：點擊該按鈕，拾取當前所有可見的面作為工件面/毛坯面/夾具面；撤銷一步：撤銷上一步操作；快速拾?。狐c擊快速拾取彈出菜單包含所有同色圖形、所有同圖層圖形、所有同類型圖形、所有同色同類型圖形和所有拷貝圖形。定義過濾條件：可以通過設(shè)置過濾條件拾取工件面/毛坯面/夾具面。

（四）幾何體安裝

1.自動擺放自動擺放會自動計算幾何體包圍盒，并將該包圍盒的底部中心與機床定位坐標系重合。

2.動態(tài)坐標系動態(tài)坐標系是指用戶指定坐標系原點以及各軸方向來定義裝配坐標系。動態(tài)設(shè)定的方式具有最大靈活性，用戶可根據(jù)需要設(shè)置裝配坐標系。

3.坐標系偏置坐標系偏置是指用戶可選擇任意已定義的坐標系為基準坐標系，然后對此基準坐標系進行偏移來定義裝配坐標系。

4.世界坐標系直接指定世界坐標系為裝配坐標系。

5.點對點平移點對點平移方式是以工件上的參考點和機床上的目標點構(gòu)建平移矢量，根據(jù)該矢量調(diào)整機床模型和幾何體之間的位置關(guān)系。程序中構(gòu)建了平行于幾何體定位坐標系XOY面的輔助面，可以設(shè)置輔助面距離臺面高度和網(wǎng)格間距。

（五）路徑創(chuàng)建“路徑向?qū)А笔浅Ｓ玫奶砑拥毒呗窂椒绞?，它能夠引導用戶一步步生成刀具路徑。SurfMill支持的加工方式有以下5組，分別是2.5軸加工組、3軸加工組、多軸加工組、特征加工組和在機測量組。

（六）機床模擬檢查通過加工后的模型與檢查模型之間的對比，檢查路徑是否存在過切現(xiàn)象。為了讓用戶更直觀和清晰的看到過切檢查的結(jié)果，SurfMill在路徑樹中添加路徑過切標志，其中：

1.過切檢查路徑的默認狀態(tài)，表示未進行過切檢查，是否過切不可知；表示已經(jīng)進行過切檢查，路徑安全，可以進行后處理；表示已經(jīng)進行過切檢查，路徑過切了，路徑不安全。過切檢查圖標狀態(tài)以用戶最后一次過切檢查結(jié)果為準。經(jīng)過切檢查后的路徑發(fā)生改變時，例如路徑掛起、重算或編輯時，過切圖標將變?yōu)榛疑淮_定狀態(tài)。檢查刀具、刀柄等在加工過程中是否與檢查模型發(fā)生碰撞，保證加工過程的安全，并可以給出不發(fā)生碰撞的最短夾刀長度，指導用戶最優(yōu)化備刀。設(shè)置刀柄/刀桿尺寸間隙進行干涉檢查，使檢查結(jié)果更可靠。

2.干涉檢查

3.實體模擬通過模擬刀具切削材料的方式模擬加工過程，以檢查路徑是否合理，是否存在安全隱患。加工過程線框模擬功能如圖，以線框方式顯示模擬路徑加工過程。模擬過程中用戶可以動態(tài)觀察路徑，適用于查看路徑的加工次序、多軸路徑刀軸設(shè)置等是否合理。

4.線框模擬機床模擬是基于NC指令對加工過程進行模擬，檢查加工過程中各軸運動是否存在超行程現(xiàn)象，機床主軸、刀柄、工裝和工件等各部件之間是否存在碰撞現(xiàn)象。通過機床模擬可將加工時可能發(fā)生的碰撞和超程問題提前在軟件端報警顯示。

5.機床模擬路徑輸出時檢查路徑安全狀態(tài)，過切、刀柄碰撞或機床碰撞的路徑不允許輸出；安全狀態(tài)未知的路徑需用戶確認之后才能輸出。輸出路徑文件格式：主要有Eng、NC兩種格式。

6.路徑輸出輸出路徑時勾選“輸出工藝單”選項，即可打印輸出當前工件的相關(guān)路徑加工參數(shù)，并生成工藝單。工藝單內(nèi)容包括刀具相關(guān)參數(shù)信息、物料基本信息和相關(guān)加工參數(shù)。工藝單主要用以指導用戶現(xiàn)場進行加工，從而避免出現(xiàn)編程人員和操機人員之間溝通不到位的現(xiàn)象發(fā)生。

（七）創(chuàng)建第一個程序雙擊桌面SurfMill圖標，進入主界面；點擊Ribbon面板“新建”按鈕，進入文件模板類型的選擇界面；選擇“曲面加工”→“精密加工”，點擊“確定”按鈕進入軟件加工環(huán)境；點擊“導航工作條”的按鈕進入“3D造型”環(huán)境；點擊“文件”→“輸入”→“選擇三維曲線曲面”，在列表中選擇“開關(guān)模具模型”文件，點擊“打開”導入幾何模型；同樣的操作，選擇“夾具模型”文件，導入模型；將夾具和工件分別放到相應(yīng)圖層進行管理。

1.模型導入點擊“導航工作條”的按鈕進入“加工”環(huán)境；雙擊左側(cè)導航欄，先選定機床類型為3軸，再選擇JDCaver600機床，界面會自動匹配相應(yīng)的配置信息，選擇機床輸入文件格式為“JD650NC（AsEng650）”；切換“ENG設(shè)置擴展”選擇子程序模式，勾選“子程序支持T”，點擊“確定”退出機床設(shè)置。

2.機床設(shè)置雙擊左側(cè)導航工作條項目樹上的節(jié)點，進入當前刀具表界面；點擊工具欄的按鈕，進入刀具創(chuàng)建向?qū)Ы缑妫ㄏ到y(tǒng)刀具庫）添加刀具；選擇“牛鼻刀”節(jié)點下的“[牛鼻]JD-6.00-0.50”，點擊下一步；選擇“BT30-ER25-060S”刀柄，點擊下一步進入刀具參數(shù)編輯界面；選擇“加工參數(shù)”頁，修改刀具加工速度信息；選擇“工藝管控”頁，修改加工階段為“粗加工”；點擊“確定”按鈕完成第一把刀具的添加；按照以上步驟分別添加其他刀具。

3.創(chuàng)建刀具表

4.創(chuàng)建幾何體

（1）設(shè)置幾何體幾何體的設(shè)置分為三個部分：工件設(shè)置、毛坯設(shè)置、夾具設(shè)置，分別代表工件幾何體、毛坯幾何體和夾具幾何體。

（2）工件設(shè)置選擇“定義過濾條件”按鈕，進入“設(shè)置拾取過濾條件”對話框；點擊“增加”按鈕后拾取任意曲面，自動彈出“添加拾取過濾條件”對話框；在圖層一欄的下拉列表中選擇“工件”，點擊“確定”返回“設(shè)置拾取過濾條件”對話框；點擊“確定”按鈕回到“幾何體設(shè)置”命令導航，完成工件面的選取。

（3）毛坯設(shè)置軟件提供了毛坯面、包圍盒等7種常用的毛坯創(chuàng)建方法。此案例中選用包圍盒的方式創(chuàng)建毛坯。選擇三角開關(guān)模型面，系統(tǒng)自動判斷毛坯體。

（4）夾具設(shè)置按照上步操作，選取夾具層圖形作為夾具幾何體。

5.幾何體安裝單擊Ribbon界面“幾何體安裝”進入幾何體安裝界面；直接點擊“自動擺放”，查看安裝結(jié)果，正確點擊完成安裝；切換“ENG設(shè)置擴展”選擇子程序模式，勾選“子程序支持T”，點擊“確定”退出機床設(shè)置。

6.路徑創(chuàng)建（1）點擊Ribbon面板的“三軸加工”，選擇“分層區(qū)域粗加工”加工方法，進入刀具路徑參數(shù)界面，選擇“環(huán)切加工”。（2）切換到參數(shù)樹的“加工域”，點擊“編輯加工域”按鈕，拾取“加工面”，完成后點擊回到刀具路徑參數(shù)界面。（3）修改加工余量參數(shù)；（4）修改走刀速度參數(shù)；（5）切換到參數(shù)樹的“進給設(shè)置”，修改路徑間距、軸向分層及下刀方式相關(guān)參數(shù)；（6）切換到安全策略，選擇檢查模型“曲面幾何體1”；（7）點擊“計算”按鈕開始生成路徑，計算完成后彈出結(jié)果提示框，如圖6-3-55所示，點擊“確定”退出提示框，路徑樹增加新的路徑節(jié)點。

7.機床模擬（1）點擊Ribbon