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(jiǎn)介

DigitalTwin（DT編程技術(shù)，又稱數(shù)字孿生）是將實(shí)際加工中物理實(shí)體映射到軟件的數(shù)字空間中，利用虛擬仿真技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行建模。即在編程過(guò)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(duì)SurfMill軟件進(jìn)行了重構(gòu)，將實(shí)際加工環(huán)境映射到軟件中，串聯(lián)起編程端、物料端和機(jī)床端，建立起虛擬制造環(huán)境，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)虛擬制造。虛擬制造將機(jī)床端才能發(fā)現(xiàn)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)全部顯示在了編程端。將實(shí)際加工中物理實(shí)體（機(jī)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(chǎng)，模擬實(shí)際加工過(guò)程，一旦發(fā)生過(guò)切、碰撞等危險(xiǎn)信息均會(huì)報(bào)警提示，將實(shí)際加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警。二、物料標(biāo)準(zhǔn)化

（一）系統(tǒng)毛坯庫(kù)用戶結(jié)合工廠實(shí)際情況，將毛坯料倉(cāng)與軟件系統(tǒng)毛坯庫(kù)建立映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)毛坯的統(tǒng)一管理和調(diào)用。

（二）系統(tǒng)夾具庫(kù)系統(tǒng)夾具庫(kù)是夾具庫(kù)房在軟件中的映射，系統(tǒng)夾具主要分為兩大類：標(biāo)準(zhǔn)夾具和非標(biāo)準(zhǔn)夾具；這兩類夾具均可導(dǎo)入系統(tǒng)夾具庫(kù)，后續(xù)使用中可直接進(jìn)行調(diào)用，節(jié)省了繪制夾具時(shí)間。

（三）系統(tǒng)刀具庫(kù)用戶創(chuàng)建路徑時(shí)，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(guò)刀具庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，以便用戶直接選用。系統(tǒng)刀具庫(kù)對(duì)應(yīng)于實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的刀具倉(cāng)庫(kù)，當(dāng)系統(tǒng)刀具庫(kù)中無(wú)目標(biāo)刀具時(shí)，可以通過(guò)“系統(tǒng)刀具庫(kù)”創(chuàng)建、編輯刀具。

（四）系統(tǒng)刀柄庫(kù)

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

（一）機(jī)床設(shè)置主要對(duì)機(jī)床類型、機(jī)床文件和機(jī)床輸入文件格式進(jìn)行設(shè)置。

（1）機(jī)床類型主要是對(duì)機(jī)床控制配置和進(jìn)給倍率進(jìn)行設(shè)置，用于估算路徑組/路徑的加工時(shí)間。

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

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

（4）路徑工藝管控

（二）當(dāng)前刀具表添加：從系統(tǒng)刀具列表中添加新刀具至當(dāng)前刀具表；刪除：刪除當(dāng)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(kù)：把當(dāng)前選擇的刀具添加到系統(tǒng)刀具庫(kù)中，方便以后使用；加載刀具表文件：用來(lái)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(dāng)前文件中使用；選擇最近使用過(guò)的刀具：從最近使用過(guò)的臨時(shí)刀具列表中選擇刀具添加到當(dāng)前刀具表中；保存當(dāng)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(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)建多把刀具；保存到機(jī)床文件：保存到機(jī)床文件后，即當(dāng)前刀具與該機(jī)床綁定，下次選擇該機(jī)床后當(dāng)前刀具表會(huì)自動(dòng)加載保存過(guò)的刀具；向上移動(dòng)：將當(dāng)前選中的刀具向上移動(dòng)；向下移動(dòng)：將當(dāng)前選中的刀具向下移動(dòng)；輸出工程圖：當(dāng)前刀具表中，選中某個(gè)刀具后，可對(duì)該刀具進(jìn)行.dxf格式工程圖的輸出；輸出Excel文件：將當(dāng)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(shuō)明工件設(shè)置：在“創(chuàng)建幾何體”命令啟動(dòng)后，默認(rèn)為工件設(shè)置界面，此時(shí)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。可以設(shè)置毛坯類型、參考坐標(biāo)系和毛坯面等。根據(jù)實(shí)際毛坯形狀和大小，對(duì)毛坯進(jìn)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(dāng)前刀具路徑在加工過(guò)程中刀具、刀柄是否與夾具發(fā)生干涉碰撞。

2.按鈕功能說(shuō)明重選：清空當(dāng)前工件面/毛坯面/夾具面選擇集；拾取所有：點(diǎn)擊該按鈕，拾取當(dāng)前所有可見(jiàn)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(diǎn)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(guò)濾條件：可以通過(guò)設(shè)置過(guò)濾條件拾取工件面/毛坯面/夾具面。

（四）幾何體安裝

1.自動(dòng)擺放自動(dòng)擺放會(huì)自動(dòng)計(jì)算幾何體包圍盒，并將該包圍盒的底部中心與機(jī)床定位坐標(biāo)系重合。

2.動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系是指用戶指定坐標(biāo)系原點(diǎn)以及各軸方向來(lái)定義裝配坐標(biāo)系。動(dòng)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(biāo)系。

3.坐標(biāo)系偏置坐標(biāo)系偏置是指用戶可選擇任意已定義的坐標(biāo)系為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，然后對(duì)此基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行偏移來(lái)定義裝配坐標(biāo)系。

4.世界坐標(biāo)系直接指定世界坐標(biāo)系為裝配坐標(biāo)系。

5.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)平移點(diǎn)對(duì)點(diǎn)平移方式是以工件上的參考點(diǎn)和機(jī)床上的目標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建平移矢量，根據(jù)該矢量調(diào)整機(jī)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(biāo)系XOY面的輔助面，可以設(shè)置輔助面距離臺(tái)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?dǎo)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(jī)測(cè)量組。

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

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

2.干涉檢查

3.實(shí)體模擬通過(guò)模擬刀具切削材料的方式模擬加工過(guò)程，以檢查路徑是否合理，是否存在安全隱患。加工過(guò)程線框模擬功能如圖，以線框方式顯示模擬路徑加工過(guò)程。模擬過(guò)程中用戶可以動(dòng)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(jī)床模擬是基于NC指令對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬，檢查加工過(guò)程中各軸運(yùn)動(dòng)是否存在超行程現(xiàn)象，機(jī)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(guò)機(jī)床模擬可將加工時(shí)可能發(fā)生的碰撞和超程問(wèn)題提前在軟件端報(bào)警顯示。

5.機(jī)床模擬路徑輸出時(shí)檢查路徑安全狀態(tài)，過(guò)切、刀柄碰撞或機(jī)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(rèn)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(shí)勾選“輸出工藝單”選項(xiàng)，即可打印輸出當(dāng)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(dǎo)用戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工，從而避免出現(xiàn)編程人員和操機(jī)人員之間溝通不到位的現(xiàn)象發(fā)生。

（七）創(chuàng)建第一個(gè)程序雙擊桌面SurfMill圖標(biāo)，進(jìn)入主界面；點(diǎn)擊Ribbon面板“新建”按鈕，進(jìn)入文件模板類型的選擇界面；選擇“曲面加工”→“精密加工”，點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入軟件加工環(huán)境；點(diǎn)擊“導(dǎo)航工作條”的按鈕進(jìn)入“3D造型”環(huán)境；點(diǎn)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(diǎn)擊“打開”導(dǎo)入幾何模型；同樣的操作，選擇“夾具模型”文件，導(dǎo)入模型；將夾具和工件分別放到相應(yīng)圖層進(jìn)行管理。

1.模型導(dǎo)入點(diǎn)擊“導(dǎo)航工作條”的按鈕進(jìn)入“加工”環(huán)境；雙擊左側(cè)導(dǎo)航欄，先選定機(jī)床類型為3軸，再選擇JDCaver600機(jī)床，界面會(huì)自動(dòng)匹配相應(yīng)的配置信息，選擇機(jī)床輸入文件格式為“JD650NC（AsEng650）”；切換“ENG設(shè)置擴(kuò)展”選擇子程序模式，勾選“子程序支持T”，點(diǎn)擊“確定”退出機(jī)床設(shè)置。

2.機(jī)床設(shè)置雙擊左側(cè)導(dǎo)航工作條項(xiàng)目樹上的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入當(dāng)前刀具表界面；點(diǎn)擊工具欄的按鈕，進(jìn)入刀具創(chuàng)建向?qū)Ы缑妫ㄏ到y(tǒng)刀具庫(kù)）添加刀具；選擇“牛鼻刀”節(jié)點(diǎn)下的“[牛鼻]JD-6.00-0.50”，點(diǎn)擊下一步；選擇“BT30-ER25-060S”刀柄，點(diǎn)擊下一步進(jìn)入刀具參數(shù)編輯界面；選擇“加工參數(shù)”頁(yè)，修改刀具加工速度信息；選擇“工藝管控”頁(yè)，修改加工階段為“粗加工”；點(diǎn)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(gè)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(guò)濾條件”按鈕，進(jìn)入“設(shè)置拾取過(guò)濾條件”對(duì)話框；點(diǎn)擊“增加”按鈕后拾取任意曲面，自動(dòng)彈出“添加拾取過(guò)濾條件”對(duì)話框；在圖層一欄的下拉列表中選擇“工件”，點(diǎn)擊“確定”返回“設(shè)置拾取過(guò)濾條件”對(duì)話框；點(diǎn)擊“確定”按鈕回到“幾何體設(shè)置”命令導(dǎo)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(dòng)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(jìn)入幾何體安裝界面；直接點(diǎn)擊“自動(dòng)擺放”，查看安裝結(jié)果，正確點(diǎn)擊完成安裝；切換“ENG設(shè)置擴(kuò)展”選擇子程序模式，勾選“子程序支持T”，點(diǎn)擊“確定”退出機(jī)床設(shè)置。

6.路徑創(chuàng)建（1）點(diǎn)擊Ribbon面板的“三軸加工”，選擇“分層區(qū)域粗加工”加工方法，進(jìn)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(diǎn)擊“編輯加工域”按鈕，拾取“加工面”，完成后點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕開始生成路徑，計(jì)算完成后彈出結(jié)果提示框，如圖6-3-55所示，點(diǎn)擊“確定”退出提示框，路徑樹增加新的路徑節(jié)點(diǎn)。

7.機(jī)床模擬（1）點(diǎn)擊Ribbon