1、快走絲線切割虛擬機床的開發(fā) 本文運用Pro/ENGINEER建立了線切割機床的關(guān)鍵零部件模型，輸入VERICUT后構(gòu)建出機床的三維結(jié)構(gòu) 模型。通過對現(xiàn)有指令系統(tǒng)的修改建立了與線切割機床相匹配的控制系統(tǒng)。定制了便于操作的虛擬線切割機床界面，設(shè)定了一些常用的快捷按鈕。用該虛擬線切割機床可以仿真線切割加工，包括動態(tài)顯示切割過程和檢測 加工面的質(zhì)量等。該虛擬線切割機床可應(yīng)用于線切割編程、調(diào)試和教學(xué)培訓(xùn)。 一、引言虛擬機床可以在計算機上對數(shù)控加工過程進(jìn)行模擬仿真，具有直 觀、安全、費用低的優(yōu)點，越來越受到人們的重視。隨著計算機技術(shù)的發(fā) 展，對于銑床和車床的虛擬機床已經(jīng) 日益完善，但是對于電火花線切割虛

2、擬機床的研究現(xiàn)在才處于起步階段。 快走絲線切割數(shù)控機床在我國應(yīng)用十分廣泛，它具有經(jīng)濟實惠、簡單快捷 等優(yōu)點。機床自帶的編程系統(tǒng)，雖然 可以動態(tài)地顯示加工軌跡，但是不夠 直觀，尤其是對帶有錐度或者上下異 形的零件，機床界面無法直觀地顯示零件的形狀，走絲路徑是否正確也無 法驗證。建立快走絲線切割的虛擬機 床，可以很好地解決這些問題。V E R I C U T是美國C G T e c h公司開發(fā) 的，面向制造業(yè)的數(shù)控加工仿真軟 件，應(yīng)用十分廣泛，許多主流的C A D軟 件將其作為一個基層模塊收入其中。該軟件不僅擁有豐富的機床庫，并且 是一個開放的數(shù)控仿真平臺，用戶可 以根據(jù)自己的需求對軟件進(jìn)行二次開

3、 發(fā)，構(gòu)建出用戶需要的虛擬機床。本文以V E R I C U T為平臺，建立快走 絲線切割的虛擬機床，并對上下異形零 件進(jìn)行模擬仿真，動態(tài)地反映了加工過 程，能夠很好地發(fā)現(xiàn)程序中的問題。二、基于VERICUT的虛擬機床構(gòu)建方法在VERICUT中，要實現(xiàn)對線切割加工程序的仿真，首先建立仿真環(huán)境， 其構(gòu)建的一般過程如下。1.機床結(jié)構(gòu)分析確定機床的結(jié)構(gòu)特點，線切割 機床一般由導(dǎo)軌、立柱、床身、運動 軸、工作臺和導(dǎo)絲系統(tǒng)等部件組成。 對于部件尺寸進(jìn)行測量，確定各運動軸的行程、機床坐標(biāo)系統(tǒng)及用到的毛 坯夾具等。2.幾何建模運用三維CAD軟件建立機床重要部 件的實體幾何模型。在V E R I C U T中

4、根據(jù) 機床的結(jié)構(gòu)以組件為單位建立機床運動模型即組件樹，并添加各部件的幾 何模型。3.建立機床的控制系統(tǒng)定制出符合該機床的數(shù)控編程指 令系統(tǒng)。首先調(diào)用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，再根據(jù)該機床的控制系統(tǒng)功能和指令 格式，對G代碼、M代碼、寄存器地址 和狀態(tài)指令等進(jìn)行修改設(shè)置。4.機床的運動學(xué)建模根據(jù)機床的幾何模型和運動特 征，定義機床的坐標(biāo)系統(tǒng)，設(shè)置機床 運動部件的行程等。三、構(gòu)建快走絲電火花線切割虛擬機床1.機床描述本次開發(fā)的虛擬機床仿真對象為 大量公司的T P-40，該機床是新加坡大 量公司生產(chǎn)的四軸快走絲線切割機。 加工精度比較高，在我國應(yīng)用廣泛。 加工最大厚度為350mm，各運動軸的行 程如表1所示。

5、表1 各坐標(biāo)軸的行程2.機床的幾何建模過程(1)建立部件的3D模型運用P r o/E N G I N E E R野火版4.0建 模，繪制床身、X軸、Y軸、U/V軸、導(dǎo) 絲系統(tǒng)和工作臺等的實體幾何模型。(2)建立組件樹 根據(jù)該機床的結(jié)構(gòu)特點，構(gòu)建機床的組件樹，構(gòu)建好的組件樹如圖1所示。(3)添加機床的幾何模型 添加組件樹上的幾何模型，并對其顏色、位置等進(jìn)行調(diào)整，得到我們 需要的機床模型，如圖2所示。圖1 組件圖2 機床的幾何模型3.機床指令系統(tǒng)的定制V E R I C U T中沒有跟這臺機床完全 對應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，所以先調(diào)用相近的c h r200控制系統(tǒng)。再通過對其修改得 到該機床的控制系統(tǒng)。數(shù)控

6、指令系統(tǒng)是由字組成的。在“Word/Address”中完成對各條指令的 修改和添加，完成對字功能的定義， 需要修改或添加的主要字功能定義如 表2所示。4.機床基本參數(shù)的設(shè)置根據(jù)真實線切割機床的實際情 況，需要對坐標(biāo)原點、各運動軸的行 程等基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。(1)機床組件的碰撞設(shè)置仿真過程中為了發(fā)現(xiàn)機床和零 件以及夾具的碰撞，必須首先進(jìn)行碰 撞設(shè)定，該機床設(shè)定四個碰撞檢測， 如果仿真過程中以下部件發(fā)生碰撞， 則以紅色顯示。設(shè)置完成后，如圖3 所示。表2 需要添加和修改的主要字功能定義圖3 碰撞設(shè)置(2)坐標(biāo)系的設(shè)置 該虛擬機床的建模原點與機床原點(Machine Zero)重合，即為(0，0，0

7、)。相對于機床原點，機床的初 始點設(shè)定在(0，0，20)處。(3)行程極限對各運動軸的行程進(jìn)行設(shè)定， 當(dāng)程序中出現(xiàn)超行程時，紅色高亮顯示，并且在日志文件里記錄，這樣可 以輕松發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。設(shè)置結(jié)果，如圖4所示。圖4 行程設(shè)定5.虛擬機床界面的定制通過以上的定制，該虛擬機床已 經(jīng)能夠仿真數(shù)控加工過程了，從功能 上已滿足我們的要求。但V E R I C U T的缺 省界面較復(fù)雜，操作不夠直觀。利用 V E R I C U T的界面定制功能可以定制出針 對線切割機床的簡化界面，使操作更 方便。利用VERICUT的Custom Interface 功能即可對界面進(jìn)行設(shè)定。圖5所示界 面是經(jīng)過定制后

8、針對本機床的界面。界面簡潔、直觀，操作方便。該界面 有兩部分組成：記事本式窗口和主窗 口。記事本式窗口的上半部分給出了 虛擬機床的操作說明，下半部分布置 了需要的命令按鈕和參數(shù)輸入框。主窗口用于顯示虛擬機床的工作情況。 在此主窗口中再劃分出四個視圖，用 于展現(xiàn)機床的整體和局部。在主窗口 的上方還有用于視圖操作的工具欄。 應(yīng)該說經(jīng)過定制后的虛擬機床界面， 操作更簡單、觀測更明了。6.虛擬機床的運行運行V E R I C U T后系統(tǒng)打開一臺默認(rèn) 的機床，每一次仿真都要重新打開自己 定制的機床，用起來比較麻煩。通過 對該軟件批處理指令的修改，可以達(dá)到 運行軟件直接進(jìn)入自己設(shè)定的機床的目 的。下面是

9、修改的批處理文件。圖5 定制的界面圖6 零件圖圖7 仿真結(jié)果Set CGTECH _ CODEC _ FILTER=X264 MRLESet CGTECH_My_Directory=C:JohnnyJohnnyWDEMSet CGTECH_VCPROJECT=C : Johnny Johnny WDEM802smm.VcProjectS et CGT E CH _ F LOOR _IMAGE=%CGTECH_LIBRARY%floor.jpg四、仿真實例對于上下異形的零件，機床自帶的控制界面無法直觀地顯示零件形狀 和加工路徑等。但是通過虛擬機床來仿真切割過程則相當(dāng)直觀，有利于對 程序的檢驗。實例中加工的零件為上、下異形 體，上圓下方，上表面為直徑為20m m 的圓，下表面為1010m m的正方形， 零件厚度30mm。零件如圖6所示。仿真結(jié)果如圖7所示。用該虛擬機床進(jìn)行仿真加工不僅具有安全性、經(jīng)濟性和直觀性，而且具有反饋的及 時性。也就是說，對數(shù)控機床參數(shù)的 調(diào)整或數(shù)控程序的修改，馬上可以通過仿真加工來得到體現(xiàn)，給操作者及 時的反饋。通過對仿真結(jié)果的分析， 還可以檢測出機床與工件夾具的碰 撞，避免機床的損壞;通過比較仿真結(jié)果與設(shè)計零件的差別，找到程序中的問題。五、結(jié)論利用數(shù)控仿真加工平臺V E R I C U T構(gòu)建了能夠仿真T P-40快走絲線切割 的虛擬機床