虚拟数控加工系统及其应用

0 引言

　　随着先进制造技术的发展，数控机床因其加上精度高、生产效率高、自动化程度高、能够加上复杂形状零件等特点在机械加上行业的占有率逐年提高，并越来越扮演更重要的角色而数控机床相对传统机床而言投资大、操作人员要求高，因此数控机床操作与编程人员在进入岗位之前都应进行全而严格的培训，使其了解多种数控系统的操作及相关的编程知识通过调查，日前大多数数控人员培训都是直接在实际机床上进行，这种运作方式不仅投资大、风险大、耗电、耗材料，而且很难提高机床与学员的比例虚拟技术的发展使得许多上作可以在虚拟环境下进行，本文着重介绍虚拟加上系统的总体框架、拓展结构及应用，以便为数控人才培训及相关软件的开发和完善提供一点借鉴

1 虚拟数控加土系统总体框架

　　数控机床包括数控车床、数控铣床、加上中心、数控线切割机床、数控电火花加上机床、数控折弯机等，鉴于前三种普及率高并是各高校进行应用性人才培养的卞要内容，本系统框架内的机床类型卞要针对这三种数控机床

　1.1 功能框架

　　常用CAD/CAM软件具有数控加上刀具轨迹仿真的功能，但不能更直观的验证程序的正确和合理性，不能体现机床的操作等内容虚拟数控加上系统可以使学生在虚拟环境下操作机床，为达到此日的虚拟数控加上系统应具备以下功能

　　(1)具备真实机床相同的硬件基础

　　虚拟机床操作应最大限度的接近实际，本系统中虚拟的机床具有与实际机床相类似的外观及机械结构，有直观的上作台和床身;具有实际机床相同的运动过程，各个坐标轴的移动能够直观体现;具有真实数控系统相同的操作而板，数据输入键、功能键、机床控制键、模式选择旋钮等都在虚拟环境下可操作;上件的装夹能形象体现出生产中的应用，有上件毛坯的定义和夹具选择，以便在操作虚拟机床时，感觉就是在操作真正的数控机床

　　(2)具备相同的操作方式

　　开机回R参考点、手动操作、自动运行、MDA方式、增量进给等操作模式在系统的设计中都要考虑根据虚拟的指定生产厂家不同，模式切换、倍率调整可以做成旋钮形式或按键形式

　　(3)完善的软件功能和报警模拟

　　虚拟数控系统的操作，如文件新建、编辑、删除、复制、导出、导入和R参数、刀具补偿值、零点偏置等参数设置都应基本与实际数控系统相似考虑到虚拟系统验证后的程序即将进入实际机床进行试切，虚拟环境下进行虚拟加上时，超程、刀具与上件或机床的碰撞等都应该有报警提示，这样的提示可以使学员在实际机床操作时避免同类现象的出现

　　(4)丰富的循环指令

　　不同类型的操作系统有各自不同的循环指令，涵盖车削循环、钻削循环、铣削循环及其它复合循环等内容，这些基本都是ISO标准规定之外的指令，如FANUC系统的(}73二、西门子系统的CYCLE81. CYCLE82，实际应用中手上编写程序时这些指令非常有用，在数控编程人员培训中是一个卞要的内容，因此虚拟数控加上系统中根据不同的系统需设计出不同的循环指令，并能在虚拟的操作界而上进行手上编程

1.2 网络框架

　　实际机床操作培训时，指导教师和学生的比例将接近1: 1，这卞要是因为数控机床一般价格昂贵，要求尽可能避免操作不当等造成机床加上功能和精度的影响而虚拟环境下，机床是虚拟的，除了软件稳定性之外不会出现因操作不当而造成损失因此，可以一个教师用计算机去监控多个，乃至一个班的学生，如图1所示，这样系统设计中卞要考虑网络式的结构，每个终端是一台PC机，并有教师机和学生机之分，教师机能够监控并完全控制学生机上的操作，学生机能随时向教师机提问。

图0 虚拟系统网络框架 

　　1.3 层次框架

　　根据虚拟数控加上系统的功能，提出图2所示的总层次框架，分三个大的层次:数控系统层，机床类型层，生产厂家层其中数控系统层包含多个常用数控系统生产厂家的多种型号的数控系统，如Fanu。系统包含Fanuc O、Fanuc OI、Fanuc 18i、Fanuc21，西门子系统包含802. 810D/840D等，其它类似;机床类型层包含数控人才培养的常见儿种类型机床如数控车床、数控铣床、加上中心等;生产厂家包含高校实验室配备的国内外常见的机床生产厂家根据实际应用情况，在第一层和第三层预留用户开发接口，以便能根据所用其它厂家生产的数控机床，自制而板以达到与培训设备相配套 。

图2 层次框架 

　　1.4 拓展结构

　　为能尽可能的包含多种类型机床，本系统结合层次框架，采用图3所示拓展结构系统i指某型号的数控系统，类型指机床的类型和型号，这样根据此拓展结构可以分解出多个不同类型不同型号不同生产厂家的数控机床，培训单位可以根据实验室现有设备尽可能选择或定制相同或相似的设备。

图3 拓展结构示意图