完成机床仿真成效的多种途径

大老虎 · 发表于 2012-12-17 16:00

完成机床仿真成效的多种途径
由于需求进步消费效率，或者需求经过加工更复杂、更高价值的零件来博得更多订单，工厂纷繁投资购置先进机床，而这种情况越来越普遍。由于这些机床非常先进，因此机床仿真就成为NC编程人员必不可少的武器，而不只仅是作为一个有用的程序考证工具。
　　加工仿真曾经经过多个阶段的演化，如今大多数CAM系统都具有一定的仿真功用。不过，这些系统并不是都以同样的方法运转。当编程人员需求肯定其在数字世界里面模拟发作的事情能否会真正发作在机床上时，这些差异就显得尤为重要。因此，要为手上的工作选择正确的过程，就需求理解不同机床仿真之间的差异。
　　VynceParadise先生是SiemensPLMSoftwareNXCAM行销总监，他以为机床仿真非常重要，且需甄别刀具途径考证
　　最简单层次的仿真是CAM系统多年来所做而且如今还在做的事情。CAM系统经过坯料的一个3D模型的切削变化来表示切削过程，考证坯料的刀具途径。该方式普通被称为“刀具途径考证”，即使没有机床表示也可以执行该方式。在标准的铣削或车削作业中，对刀具途径的这种考证层次通常曾经绰绰有余了。选定了自动材料切除选项之后，以如今的PC速度加上软件算法的进步，可以很好地改善这一层次的刀具途径考证，对考证内部刀具途径这一工作来说是适宜的。用户可以随便读取刀具途径的内部定义，清楚地知道刀具与被加工外表的相对位置。
　　内部刀具途径定义
　　具有不同的根本运动自在度或者多任务功用的更高级的机床则需求一种不同的仿真。我们需求理解并显现当NC控制器和机床识别推荐的刀具途径数据时，这些数据会做什么。需求把机床运动作为一个完好系统来对待，而不只仅是切削刀具相关于坯料的运动。
　　CAM供应商到达这一目的的最简单方法就是开发一种着眼于内部刀具途径定义的软件，就像用于根本刀具途径考证的软件一样，然后该软件会将其转换为一种通用运动输出方式。这种运动与3DCAD各个轴相衔接。该方法的优点是它非常简单易用，最重要的是它具有相对的通用性。在软件开展的这一阶段，运动定义相对独立于最终的目的机床和控制器的外型和模型。在这种情况下，大多数CAM供应商都采用一个通用的第三方插件应用程序，将其用于3D运动学和运动显现，创立机床仿真处理方案。
　　后处置器
　　人们显然低估了后处置器的位置，它并不是整个计算机数控(CNC)系统中微缺乏道的一局部。在大多数情况下，大多数后处置器向机床控制器传输数据的独一方法是采用众人皆知的“G代码和M代码”。这些代码是一组标准化的代码，在某个层次上是通用的。但是与一切标准一样，每个控制器制造商和机床车间都用很多不同的方法来延伸和解释这些代码。由于在大多数情况下控制器只具有这些代码以及与这些代码相关的数值，因此解释这些代码确实切方法就至关重要。
　　问题的关键是，假设仿真系统要正确并完好地对机床运动停止仿真，则仿真系统需求读取后处置器的输出即被发送到控制器的数据。为此，仿真系统需求一个软件组件，该软件组件比基于内部刀具途径的仿真驱动程序要先进一倍。
　　G代码和M代码
　　为了提供由后处置器输出驱动的仿真，系统必需可以解读G代码和M代码以及控制器专用的其他命令和相关数据区，然后系统会把这些信息转化为机床上每个轴或可控制安装的相应运动输入。这就请求细致理解细致的目的机床和控制器，致使需求细致到理解一个特定客户对该机床的预期目的配置。这是对后处置器所创立内容的逆向工程，即该逆向工程的方法最好与机床控制器执行该任务的方法相同，其结果是3D仿真，驱动该3D仿真的代码与进入机床对真实零件停止切割的G代码和M代码相同。
　　该软件还可以看到由处置器的逻辑增加的、但是在内部刀具途径阶段早期并不存在的其他动作，从而对机床理论加工停止愈加真实、愈加完好的仿真。在很多高级机床(特别那些具有真实、同步多任务功用的机床)的封锁、复杂环境中，非常关键。
　　机床车间可以检查CAM系统能否可以停止G代码驱动的机床仿真。其中一项测试方法是检查CAM系统能否可以对一个外部来源的NC程序停止读入并仿真，如手动创立或修正的，或者从机床读入用G代码和M代码编写的NC程序。要做到这一点，就要可以对给定机床和控制器的这些代码停止逆向工程。
　　另外，还有一些独立软件包，可以提供后期的G代码和M代码考证，这些代码可以读入来自CAM系统的输出。不只如此，这些软件包还可以完好以上面描绘的方式运用数据。很多机床车间均已投资于这些外部机床仿真软件，即使投资超出了它们在CAM软件上的投资。
　　NC编程
　　假设把G代码驱动的单独仿真应用程序用作大多数CAM系统的附件，则在同步多通道机床的各个单独元件时又会产生另外一个问题。编程人员希望看到在任何情况下机床的关键部件、夹具和切削刀具的精确位置，在编程人员用软件来向程序运转次第添加“等候”和“同步”代码时更是如此。就像繁忙路口的交通讯号灯一样，这些代码在管理多加工次第方面起到了关键作用，确保多任务机床不成为“多抵触”机床。
　　为了完成可靠的同步，必需肯定每次操作或者每个NC程序块的精确时间。为了计算精确时间，需求精确表示控制器功用以及轴的参数(加速度、最大速度、速度、急跳限值、精确的中止时间等)。通用机床仿真只能提供大约值，但是当编程人员运用一切机床功用时，关于快速运动设备和小公差而言，只需这些大约值是不够的。与理论抵触风险相差甚远。
　　一些编程人员会用手动方式把这些“同步和等候”代码增加到其CAM系统后处置器的输出，然后用外部、第三方机床仿真软件包来停止全面测试。当然，假设发现问题，他们会对G代码和M代码停止一些局部、手动编辑，或者回到CAM系统，在反复实验的根底上重新按次第运转。当编程人员对整套作业停止同步处置时，车间最好具有CAM系统内的一切功用。
　　事实上，真正需求的是完好集成后处置器功用和内部“G代码驱动”机床仿真，把该组合与CAM系统内的仿真功用直接衔接，意味着NC编程人员可以在同一套软件内完成一切操作。
　　开展：真正的控制器
　　与根本内部刀具途径驱动的仿真相比，固然G代码和M代码驱动的仿真获得了很大的进步，但是它不只需依赖于软件对代码的翻译质量上下，而且还取决于用来测试以及匹配机床控制器和机床行为的运动算法。
　　要尽量接近理想，需求采取的下一个步骤是精确复制机床控制器是如何处置这些G代码、M代码以及所附的数据区的。一切控制器的黑匣子里面都有软件，大多数具有复杂算法，这些算法用于解释来自CAM软件包后处置器的数据。在这方面，没有两个控制器是完好一样的，因此假设要对机床运动停止真正地仿真，需求找到一个好的方法来复制在给定的G代码和M代码次第下某个特定控制器软件会如何运转。
　　要做到这一点，理想的方法是得到理论机床控制器中运用的一个软件版本，然后将其插入车床仿真软件。在后面一种情况下，可以用控制器制造商提供的“黑匣子”软件来解释CAM系统的虚拟、数字世界内的G代码和M代码，这样可以停止“控制器驱动的机床仿真”。事实上，关于CAM系统或基于车间的仿真器，控制器驱动的仿真可以全面进步机床仿真的完好性和精确性程度。
　　目前只需极少数控制器制造商才干够提供控制器软件(可以加到机床仿真器软件)的插件版本，而西门子就是其中一个。西门子的Sinumerik840D控制器把基于PC的软件作为其标准构造的一局部。西门子自动化和驱动集团(A&D)旗下机构SiemensPLMSoftware曾经采用了该软件，在其NXTMCAM系统内提供基于CAM的控制器驱动仿真。另外，西门子和SiemensPLMSoftware曾经与一些机床制造商携手开发最完好的独立车间机床仿真器，将其作为某些机床的附件选项。不只如此，还提供了控制器的人机界面以进步仿真器的真实感和价值。
　　NXCAM工具
　　针对多功用机床一类的先进机床，SiemensPLMSoftware可以提供完好的“机床支持工具箱”，这些工具不只仅包括后处置器，而且还包括机床的3D实体装配模型、G代码仿真驱动器、标准的加工作业模板、零件样品以及文件。关于运用西门子Sinumerik840D控制器的机床，还可以选择增加控制器驱动的功用。
　　一个CAM软件包里面可能有看起来很酷的3D仿真，让3D模型上有金属质感和光泽反射的外表。不过，更重要的是在计算机屏幕上的数字世界里面看到的东西能否与按下理论机床上的启动按钮后真正发作加工过程相同。
　　为了提供最佳结果，大多数先进机床可能需求在CAM系统的内部机床仿真器里面安装一个G代码驱动器。为了使机床投资价值最大化，可以采用“控制器驱动的仿真”，安装在CAM系统用于执行编程任务，也可以安装在车间里的一个独立机床仿真器内用于最终完成虚拟成效。

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