[发明专利]基于HTM40100车铣复合加工中心三维在线防碰撞方法

说明书

技术领域

本发明属于机床技术领域，具体涉及一种基于HTM40100车铣复合加工中心三维在线防碰撞方法。                                  

背景技术

传统的三维防碰撞系统是相对封闭的系统，系统不能上网，所以要实现远程状态检测和故障诊断较为困难，因此在加工过程中不能实时预警并消除加工中出现的工件、刀具、工装及机床运动部件间的碰撞，并防止碰撞引起的损失，同时延长了准备和切削时间，减小了机床的有效工时。

同时鉴于各数控机床控制系统生产商（如日本Okuma、德国Heidenhain）都考虑或已经准备在高端的数控控制系统中集成防碰撞系统，但还没有一种解决方案适合全面的开发目标。研究三维防碰撞技术并在车铣复合加工中心应用，可以缩短与国际同类产品的差距，还可以扩展应用到其他系列高档加工中心，从而提高我国高档数控装备的国际竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于HTM40100车铣复合加工中心三维在线防碰撞方法，当判断可能发生碰撞或干涉时，能实时地做出相应处理，如停机并给出预警提示，以避免碰撞事故的发生，保证加工的安全。

本发明提出的基于HTM40100车铣复合加工中心三维在线防碰撞方法，由HTM40100车铣复合加工中心的三维防碰撞系统与西门子SINUMERIK 840D系统组成，HTM40100车铣复合加工中心的三维防碰撞系统，包括输入模块1、运行模块2、输出模块3和响应模块4。

（1）输入模块

所述输入模块1包括机床信息输入模块5、毛坯信息输入模块6、刀具信息输入模块7和加工程序段输入模块8，输入模块1是防碰撞监测系统的初始化部分，负责将用户输入的各项机床设备信息读入三维防碰撞监测系统中，供三维防碰撞监测系统几何建模使用；

（1.1）机床信息输入模块：由于加工中心的结构复杂，采用三维实体建模技术构造模型，利用ProE和Solidworks三维造型软件建立加工中心三维模型，并在三维防碰撞系统启动前利用机床信息输入模块将模型导入三维防碰撞系统中；

（1.2）毛坯信息输入模块：通过选择所需加工的毛坯编号，加载相应的毛坯文件及信息；

（1.3）刀具信息输入模块：通过与外部的刀具识别系统进行数据交换，将刀库中的各种加工信息读入三维防碰撞系统，以对刀具进行几何造型；

（1.4）加工程序段输入模块：对各个加工程序段进行文件管理，并且将当前运行程序段读入至三维防碰撞系统中，供后续的碰撞报警提示模块调用。

 （2）运行模块                                      

运行模块包括程序监控模块9、加工信息监控模块10和加工仿真模块11，它是三维防碰撞系统的核心模块，所有的数据信息在这里得到处理并输出返回值供后续的模块使用；

（2.1）程序监控模块：当监控到监控数控系统操作面板上的NC START按键信号被启动，则三维防碰撞系统也即时启动，开始进行运动仿真和碰撞检测运算。

（2.2）加工信息监控：监控数控系统中各个轴的位置信息，当前加工程序段的运行信息以及当前刀具的各种参数信息，通过监控这些信息，便可以获得虚拟加工中心的仿真数据。

（2.3）加工仿真：加工仿真模块分为加工几何建模模块17、加工运动仿真模块18和碰撞干涉检测模块19，加工几何建模模块17通过输入模块中各零部件的参数在仿真环境中建立整个加工中心的零部件几何模型，加工运动仿真模块18通过读取从数控系统中采集到的轴信息的轴半径和长度相关加工数据，驱动几何模型进行仿真运动；而碰撞干涉检测模块则根据输入的机床、刀具和工件信息，实时计算碰撞检测结果并输出检测信号。

 （3）输出模块

输出模块3将运行模块2中的加工运动仿真模块18以动画的形式展示给机床操作人员，输出碰撞检测结果至CNC系统中供PLC调用，同时将报警信息输出至数控系统操作面板上提示操作人员进行处理。包括碰撞检测信号输出模块12、碰撞报警提示模块13和加工过程显示模块14；

（3.1）加工过程显示模块：以动画的形式实时显示加工运行状态，方便机床操作人员观察工件加工情况，有效防止操作人员在对刀时刮伤工件。

（3.2）碰撞检测信号输出模块：循环读取运行模块中碰撞干涉检测的检测值，将该值写入到数控系统中的R参数中，供PLC读取并响应。