[发明专利]多系统同步数控加工仿真方法及装置

说明书

技术领域

    本发明涉及数控加工仿真培训领域，特别涉及一种多系统同步数控加工仿真方法及装置，集成多型号数控机床、多数控系统面板，可同步实现标准回转件、异形件修复虚拟加工和真实加工的数控加工仿真训练，其可广泛应用于数控加工职业技术培训，尤其是异形零件数控修复加工培训。

背景技术

数控加工仿真培训在培养数控加工人才方面有着极大优势，近年来得到了飞速发展。目前数控加工仿真培训主要采取两种形式，一种是以纯软件方式的培训类产品，另一种是以数控系统面板和虚拟视景相结合的仿真器。这两种方式各有优势，但两者存在几个共同的缺陷。一是缺少数控加工操作的真实感。二是现有的培训产品主要针对数控加工，加工件以标准回转件为主，其结构通常都比较简单，不能实现复杂结构的零件修复加工。三是培训功能比较单一，对不同数控机床、不同数控系统的兼容性考虑不周，虚拟加工环境可订制性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合集成、一机多用、培训方式灵活多变的多系统同步数控加工仿真培训方法及装置。特别针对异形件数控修复加工这一细分领域，提供一种集成多型号数控机床、多数控系统面板，可同步实现标准回转件、异形件修复虚拟加工和真实加工的数控加工仿真培训方法和装置。区别以往的数控加工仿真培训类产品，本发明整合虚拟数控加工和数控机床实际加工两者的优势，利用计算机控制实现两者同步操作，在保证用户操作真实体验的同时，增加系统的交互性和灵活性，使整个数控加工过程更加直观和透明，帮助受训者更好的了解整个数控加工的执行过程，提高培训效果，显著提高受训人员的操作体验和数控加工认知水平，解决现有数控加工仿真培训产品在修复件加工领域存在的针对性不强，真实感不足、培训功能单一、培训资源浪费等问题。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

多系统同步数控加工仿真方法，步骤如下：首先，由操作者通过虚拟加工系统订制虚拟加工环境，在真实加工系统中定制真实加工环境；然后，通过多系统控制平台选择一种数控系统面板，进行数控编程和控制，通过通信接口将数控指令发送给仿真控制器，仿真控制器进行仿真计算，一方面将刀具的运动参数发送给虚拟加工系统，虚拟加工系统采用基于体特征的混合建模方法和基于体特征的虚拟切削加工仿真算法进行图形仿真计算，完成虚拟加工；另一方面将加工宏指令发送给真实加工系统，由真实机床完成毛坯或修复件的实际加工；与此同时，仿真控制器还将实时生成虚拟数控显示屏，驱动LED电路完成各种指示，完成数控系统面板状态更新。

所述的通过虚拟加工系统订制虚拟加工环境，即虚拟加工环境建模及仿真，过程如下：建模时首先对虚拟加工环境进行规划，确定数控机床、夹具、刀具型号，然后依次建立结构模型、OB图模型、三维模型，并输出为标准的stl格式文件，依据OB图模型建立装配结构，定义各装配体的装配关系、约束，最终形成整机装配结构，然后采用自定义统一建模描述语言进行建模并以纯文本文件方式进行存储；仿真时首先由操作者通过虚拟加工系统上位机软件定制虚拟加工环境，进行机床、夹具、刀具选型设置，依据操作者设定读取指定纯文本格式的结构描述文件，建立与装配结构一致的数据存储结构，然后虚拟加虚拟加工仿真上位机软件图形仿真引擎读取数据存储结构，完成虚拟加工环境绘制。

所述的基于体特征的混合建模方法步骤如下：将异形件加工表面和非加工表面进行分离，采用完全不同的建模方法进行建模，即非加工表面结构复杂，采用Cartia三维建模软件进行建模；加工表面通常比较规则，采用基于体特征的建模方法，以特征表面作为建模的主要依据对加工表面进行分段描述；该方法自定义了一种文件存储格式，实现了对各种复杂结构的零部件的统一描述建模。

所述的异形件为异形回转件。

所述的基于体特征的虚拟切削加工仿真算法步骤如下：在仿真过程中读取待加工零件的统一描述文件，依据零件特征描述形成一个与真实形状相一致的零件特征链表存储结构，虚拟机床在收到加工指令后将根据被加工零件的当前工步计算确定加工后特征的类型、尺寸等，然后用新的特征替代原特征，更新零件特征链表并按照新特征完成图形绘制。