数字化精密制造基础 课件 第六章 虚拟制造环境及配置

数字化精密制造基础

第六章虚拟制造环境及配置一、虚拟制造简介

DigitalTwin（DT编程技术，又称数字孪生）是将实际加工中物理实体映射到软件的数字空间中，利用虚拟仿真技术对加工过程进行建模。即在编程过程中最大程度的复现物理模型信息，形成一种虚拟制造的编程环境。北京精雕基于DT技术对SurfMill软件进行了重构，将实际加工环境映射到软件中，串联起编程端、物料端和机床端，建立起虚拟制造环境，实现精准虚拟制造。虚拟制造将机床端才能发现的碰撞风险全部显示在了编程端。将实际加工中物理实体（机床、刀具、刀柄、夹具...）全部映射到软件的数字空间中，利用虚拟仿真技术构建虚拟制造现场，模拟实际加工过程，一旦发生过切、碰撞等危险信息均会报警提示，将实际加工时会出现的风险提前预警。二、物料标准化

（一）系统毛坯库用户结合工厂实际情况，将毛坯料仓与软件系统毛坯库建立映射关系，实现毛坯的统一管理和调用。

（二）系统夹具库系统夹具库是夹具库房在软件中的映射，系统夹具主要分为两大类：标准夹具和非标准夹具；这两类夹具均可导入系统夹具库，后续使用中可直接进行调用，节省了绘制夹具时间。

（三）系统刀具库用户创建路径时，需要选择合适的刀具。SurfMill根据用户不同的加工目的，提供了多种类型的刀具，并通过刀具库进行统一管理，以便用户直接选用。系统刀具库对应于实际生产环境中的刀具仓库，当系统刀具库中无目标刀具时，可以通过“系统刀具库”创建、编辑刀具。

（四）系统刀柄库

SurfMill根据生产车间的常用刀柄，建立了系统刀柄库，从而方便用户选用或自己创建刀柄，以进行碰撞检查等操作。三、编程标准化

（一）机床设置主要对机床类型、机床文件和机床输入文件格式进行设置。

（1）机床类型主要是对机床控制配置和进给倍率进行设置，用于估算路径组/路径的加工时间。

（2）基本设置对ENG格式的扩展设置，包括输出Z轴回参考点指令、子程序模式、特性坐标系设置。

（3）ENG设置扩展该功能主要针对输出路径进行统一设置，减少每条路径单独设置的繁琐操作，主要对加工中刀具工艺控制、宏程序选项进行设置。

（4）路径工艺管控

（二）当前刀具表添加：从系统刀具列表中添加新刀具至当前刀具表；删除：删除当前刀具表中选中的刀具，处于加锁状态的刀具不能删除；加入刀具库：把当前选择的刀具添加到系统刀具库中，方便以后使用；加载刀具表文件：用来加载用户自己保存或系统提供的不同行业常用刀具列表文件（*.toolgroup）；加载文件的刀具表：将已经存在的（*.escam）文件中的刀具表加载到当前文件中使用；选择最近使用过的刀具：从最近使用过的临时刀具列表中选择刀具添加到当前刀具表中；保存当前刀具表：将用户在刀具列表中创建好的一些常用的刀具保存为“*.toolgroup”格式的刀具表文件，方便下次可以直接加载该刀具列表文件，实现快速创建多把刀具；保存到机床文件：保存到机床文件后，即当前刀具与该机床绑定，下次选择该机床后当前刀具表会自动加载保存过的刀具；向上移动：将当前选中的刀具向上移动；向下移动：将当前选中的刀具向下移动；输出工程图：当前刀具表中，选中某个刀具后，可对该刀具进行.dxf格式工程图的输出；输出Excel文件：将当前刀具表内的各刀具的基本信息输出到Excel表格内。

（三）创建几何体

1.创建几何体说明工件设置：在“创建几何体”命令启动后，默认为工件设置界面，此时工件面拾取工具被激活。毛坯设置：毛坯是指加工前工件的原材料。可以设置毛坯类型、参考坐标系和毛坯面等。根据实际毛坯形状和大小，对毛坯进行合理设置，可以减少空切路径、提高加工效率。夹具设置：夹具设置主要用于干涉检查，检查当前刀具路径在加工过程中刀具、刀柄是否与夹具发生干涉碰撞。

2.按钮功能说明重选：清空当前工件面/毛坯面/夹具面选择集；拾取所有：点击该按钮，拾取当前所有可见的面作为工件面/毛坯面/夹具面；撤销一步：撤销上一步操作；快速拾取：点击快速拾取弹出菜单包含所有同色图形、所有同图层图形、所有同类型图形、所有同色同类型图形和所有拷贝图形。定义过滤条件：可以通过设置过滤条件拾取工件面/毛坯面/夹具面。

（四）几何体安装

1.自动摆放自动摆放会自动计算几何体包围盒，并将该包围盒的底部中心与机床定位坐标系重合。

2.动态坐标系动态坐标系是指用户指定坐标系原点以及各轴方向来定义装配坐标系。动态设定的方式具有最大灵活性，用户可根据需要设置装配坐标系。

3.坐标系偏置坐标系偏置是指用户可选择任意已定义的坐标系为基准坐标系，然后对此基准坐标系进行偏移来定义装配坐标系。

4.世界坐标系直接指定世界坐标系为装配坐标系。

5.点对点平移点对点平移方式是以工件上的参考点和机床上的目标点构建平移矢量，根据该矢量调整机床模型和几何体之间的位置关系。程序中构建了平行于几何体定位坐标系XOY面的辅助面，可以设置辅助面距离台面高度和网格间距。

（五）路径创建“路径向导”是常用的添加刀具路径方式，它能够引导用户一步步生成刀具路径。SurfMill支持的加工方式有以下5组，分别是2.5轴加工组、3轴加工组、多轴加工组、特征加工组和在机测量组。

（六）机床模拟检查通过加工后的模型与检查模型之间的对比，检查路径是否存在过切现象。为了让用户更直观和清晰的看到过切检查的结果，SurfMill在路径树中添加路径过切标志，其中：

1.过切检查路径的默认状态，表示未进行过切检查，是否过切不可知；表示已经进行过切检查，路径安全，可以进行后处理；表示已经进行过切检查，路径过切了，路径不安全。过切检查图标状态以用户最后一次过切检查结果为准。经过切检查后的路径发生改变时，例如路径挂起、重算或编辑时，过切图标将变为灰色不确定状态。检查刀具、刀柄等在加工过程中是否与检查模型发生碰撞，保证加工过程的安全，并可以给出不发生碰撞的最短夹刀长度，指导用户最优化备刀。设置刀柄/刀杆尺寸间隙进行干涉检查，使检查结果更可靠。

2.干涉检查

3.实体模拟通过模拟刀具切削材料的方式模拟加工过程，以检查路径是否合理，是否存在安全隐患。加工过程线框模拟功能如图，以线框方式显示模拟路径加工过程。模拟过程中用户可以动态观察路径，适用于查看路径的加工次序、多轴路径刀轴设置等是否合理。

4.线框模拟机床模拟是基于NC指令对加工过程进行模拟，检查加工过程中各轴运动是否存在超行程现象，机床主轴、刀柄、工装和工件等各部件之间是否存在碰撞现象。通过机床模拟可将加工时可能发生的碰撞和超程问题提前在软件端报警显示。

5.机床模拟路径输出时检查路径安全状态，过切、刀柄碰撞或机床碰撞的路径不允许输出；安全状态未知的路径需用户确认之后才能输出。输出路径文件格式：主要有Eng、NC两种格式。

6.路径输出输出路径时勾选“输出工艺单”选项，即可打印输出当前工件的相关路径加工参数，并生成工艺单。工艺单内容包括刀具相关参数信息、物料基本信息和相关加工参数。工艺单主要用以指导用户现场进行加工，从而避免出现编程人员和操机人员之间沟通不到位的现象发生。

（七）创建第一个程序双击桌面SurfMill图标，进入主界面；点击Ribbon面板“新建”按钮，进入文件模板类型的选择界面；选择“曲面加工”→“精密加工”，点击“确定”按钮进入软件加工环境；点击“导航工作条”的按钮进入“3D造型”环境；点击“文件”→“输入”→“选择三维曲线曲面”，在列表中选择“开关模具模型”文件，点击“打开”导入几何模型；同样的操作，选择“夹具模型”文件，导入模型；将夹具和工件分别放到相应图层进行管理。

1.模型导入点击“导航工作条”的按钮进入“加工”环境；双击左侧导航栏，先选定机床类型为3轴，再选择JDCaver600机床，界面会自动匹配相应的配置信息，选择机床输入文件格式为“JD650NC（AsEng650）”；切换“ENG设置扩展”选择子程序模式，勾选“子程序支持T”，点击“确定”退出机床设置。

2.机床设置双击左侧导航工作条项目树上的节点，进入当前刀具表界面；点击工具栏的按钮，进入刀具创建向导界面（系统刀具库）添加刀具；选择“牛鼻刀”节点下的“[牛鼻]JD-6.00-0.50”，点击下一步；选择“BT30-ER25-060S”刀柄，点击下一步进入刀具参数编辑界面；选择“加工参数”页，修改刀具加工速度信息；选择“工艺管控”页，修改加工阶段为“粗加工”；点击“确定”按钮完成第一把刀具的添加；按照以上步骤分别添加其他刀具。

3.创建刀具表

4.创建几何体

（1）设置几何体几何体的设置分为三个部分：工件设置、毛坯设置、夹具设置，分别代表工件几何体、毛坯几何体和夹具几何体。

（2）工件设置选择“定义过滤条件”按钮，进入“设置拾取过滤条件”对话框；点击“增加”按钮后拾取任意曲面，自动弹出“添加拾取过滤条件”对话框；在图层一栏的下拉列表中选择“工件”，点击“确定”返回“设置拾取过滤条件”对话框；点击“确定”按钮回到“几何体设置”命令导航，完成工件面的选取。

（3）毛坯设置软件提供了毛坯面、包围盒等7种常用的毛坯创建方法。此案例中选用包围盒的方式创建毛坯。选择三角开关模型面，系统自动判断毛坯体。

（4）夹具设置按照上步操作，选取夹具层图形作为夹具几何体。

5.几何体安装单击Ribbon界面“几何体安装”进入几何体安装界面；直接点击“自动摆放”，查看安装结果，正确点击完成安装；切换“ENG设置扩展”选择子程序模式，勾选“子程序支持T”，点击“确定”退出机床设置。

6.路径创建（1）点击Ribbon面板的“三轴加工”，选择“分层区域粗加工”加工方法，进入刀具路径参数界面，选择“环切加工”。（2）切换到参数树的“加工域”，点击“编辑加工域”按钮，拾取“加工面”，完成后点击回到刀具路径参数界面。（3）修改加工余量参数；（4）修改走刀速度参数；（5）切换到参数树的“进给设置”，修改路径间距、轴向分层及下刀方式相关参数；（6）切换到安全策略，选择检查模型“曲面几何体1”；（7）点击“计算”按钮开始生成路径，计算完成后弹出结果提示框，如图6-3-55所示，点击“确定”退出提示框，路径树增加新的路径节点。

7.机床模拟（1）点击Ribbon