一种数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法技术方案

一种数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，包括以下步骤：(1)SolidWorks环境下搭建数控雕刻机的机械总装配模型；(2)SimMechanics模型转换；(3)创建基于Matlab/Simulink的数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统。本发明专利技术基于Solidworks及Matlab/Simulink创建了数控雕刻机虚拟调试系统，该方法简单便捷，通过使用该虚拟调试系统，省去了现实中调试的成本，提高了产品开发效率。了产品开发效率。了产品开发效率。

【技术实现步骤摘要】
一种数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法


[0001]本专利技术涉及一种用于对数控雕刻机进行虚拟调试系统的创建方法。

技术介绍

[0002]目前数控雕刻机制造厂家在调试伺服控制参数时，判断动态性能好坏通常是通过人工观测伺服电机旋转平稳度以及监听旋转噪音的方式，这种方式误差大且消耗大量的人力、物力和财力，频繁启停易对雕刻机设备造成损害；而通过经常采用专门的动态性能检测仪器来调整，长期租赁价格昂贵，则大大增加了企业成本。
[0003]对于数控雕刻机的虚拟调试，传统的方法通常是在传统PID控制基础之上，推导出位置环、速度环、电流环的传递函数公式，建立机械传动系统的简化数学模型，进而搭建出整个伺服进给系统的完整数学模型，分析不同的伺服系统与机械结构参数对于雕刻机性能的影响。但对于数控雕刻机而言，这种方法在建立数学模型时比较困难，模型误差较大，同时不能直观地反映数控雕刻机的物理组成。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对当前数控雕刻机调试存在的问题，基于Solidworks及Matlab/Simulink，提出一种简单、便捷的数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法。
[0005]本专利技术的数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，包括以下步骤：
[0006](1)SolidWorks环境下搭建数控雕刻机的机械总装配模型；
[0007](2)SimMechanics模型转换；
[0008](3)创建基于Matlab/Simulink的数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统。
[0009]所述步骤(1)搭建数控雕刻机的机械总装配模型的过程是：
[0010]在SolidWorks环境下建立总装配模型，给予数控雕刻机相关属性、层次结构和机械约束等关键信息，基于相应的调试目的对模型进行适度简化，对雕刻机的主要功能部件进行建模，建立包括床身、机架、主轴以及X、Y、Z三个进给轴的导轨、滑块和工作台等关键零部件在内的几何模型，并将各零部件模型按照实际装配关系添加配合，以各零部件的各自作用对数控雕刻机总装配模型进行分割，根据实际关键零部件的功能需求，将数控雕刻机总装配体模型划分成多个子装配体模型(如木材加工系统子装配体模型、机械传动系统子装配体模型、伺服系统子装配体模型等)，选择各子装配体模型之间的配合关系，在SimMechanics中尽可能地以低副(旋转副和移动副)来代替高副。
[0011]总装配模型文件中的各零部件全部以英文命名，防止在MATLAB环境中读取时不可识别。
[0012]所述步骤(2)SimMechanics模型转换的过程是：
[0013]根据实际雕刻机部件功能实现子装配体模型的划分，同时结合Simscape高级语言来实现进给系统各关键功能部件物理建模与模块化封装；在MATLAB环境下通过“smimport”指令将所述步骤(1)获得的XML文件与STEP文件导入，将XML文件转化为SLX格式的文件，即
为SimMechanics的动力学模型。
[0014]所述步骤(3)数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统的创建过程是：
[0015]将Simulink/Simscape中提供的伺服进给驱动模型与SimMechanics的动力学模型相结合，作为虚拟调试系统模型；advanced mates在SolidWorks中能够被用来限制X、Y、Z轴的最大行程，在虚拟调试系统模型中通过加入饱和块的方式，将数控雕刻机各执行机构的输入信号限制在上下饱和值，建立考虑三个进给轴最大行程的简化动力学模型。
[0016]本专利技术基于Solidworks及Matlab/Simulink创建了数控雕刻机虚拟调试系统，该方法简单便捷，通过使用该虚拟调试系统，省去了现实中调试的成本，提高了产品开发效率。
附图说明
[0017]图1是本专利技术数控开料机的虚拟调试系统的创建总体流程。
[0018]图2是三维模型和可视化动力学模型的转化关系示意图。
[0019]图3是SolidWorks环境下建立的数控开料机三维CAD模型示意图。
[0020]图4是数控开料机SimMechanics的动力学模型示意图。
具体实施方式
[0021]图1给出了本专利技术数控雕刻机的虚拟调试系统的创建总体流程，具体如下所述。
[0022]1.SolidWorks环境下搭建数控雕刻机的机械总装配模型
[0023]数控装置和机械系统经由电气和控制子系统进行联接，机械系统是数控雕刻机的执行机构，电气和控制子系统是数控雕刻机的驱动控制部件；电气、控制与机械系统作为数控雕刻机关键的功能子系统，很大程度上影响数控雕刻机的动态特性和静态特性。通过对数控雕刻机本体基本结构进行研究分析，才能有效确保机电一体化模型建立的准确性。
[0024]利用SolidWorks软件建立数控雕刻机的机械总装配模型，其中三维CAD模型包含了数控雕刻机形状、质量、尺寸以及拓扑结构约束等信息。通过SimMechanics link插件实现三维模型和可视化动力学模型的转化，转化关系如图2所示。
[0025]首先在SolidWorks环境下建立总装配模型，给予数控雕刻机相关属性、层次结构、机械约束等关键信息。由于数控雕刻机是一个相对复杂的机械设备，在模型的建立过程中如果对雕刻机的每一个结构细节进行描述，工作量巨大且没有必要。基于相应的调试目的，可对模型进行适度简化，对雕刻机的主要功能部件进行建模，省略对整体系统影响很小的一些零部件和结构，如螺栓螺孔、导槽等。建立床身、机架、主轴和X、Y、Z三个进给轴的导轨、滑块、工作台等关键零部件的几何模型并将各零部件模型按照实际装配关系添加配合。
[0026]为使数控雕刻机导出的文件能够有效利用，还需对三维模型进行前处理。首先，在建模过程中，装配体(数控雕刻机总装配体模型)文件中的各零部件全部以英文命名，防止在MATLAB环境中读取时不可识别。以各零部件的各自作用对装配体进行分割，根据实际子零件的功能需求，将子零件装配成多个子装配体模型(如木材加工系统子装配体模型、机械传动系统子装配体模型、伺服系统子装配体模型等)；合理选择各子装配体模型之间的配合关系，以保证在SimMechanics中尽可能地以低副(旋转副和移动副)来代替高副。对机械三维实体模型利用SolidWorks插件进行干涉检测等手段，进一步确保机械系统建模的正确
性。
[0027]在SolidWorks软件中打开数控雕刻机的三维装配后，通过“Multibody Second Generation”选项导出数控雕刻机第二代格式XML文件以及多个STEP文件，导出过程生成一个XML文件，其中包含程序集的结构和定义每个部件的参数，以及一组STEP文件，这些文件提供可视化功能并指定每个CAD部件的三维表面几何形状，所有导出文件全部保存在同一个文件夹中，以便能够让MATLAB全部识别。
[0028]2.SimMechanics模型转换
[0029]机械传动系统作为伺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，其特征是，包括以下步骤：(1)SolidWorks环境下搭建数控雕刻机的机械总装配模型；(2)SimMechanics模型转换；(3)创建基于Matlab/Simulink的数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统。2.根据权利要求1所述的数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，其特征是，所述步骤(1)搭建数控雕刻机的机械总装配模型的过程是：在SolidWorks环境下建立总装配模型，给予数控雕刻机相关属性、层次结构和机械约束的关键信息，基于相应的调试目的对模型进行适度简化，对雕刻机的主要功能部件进行建模，建立包括床身、机架、主轴以及X、Y、Z三个进给轴的导轨、滑块和工作台的关键零部件在内的几何模型，并将各零部件模型按照实际装配关系添加配合，以各零部件的各自作用对数控雕刻机总装配模型进行分割，根据实际关键零部件的功能需求，将数控雕刻机总装配体模型划分成多个子装配体模型，选择各子装配体模型之间的配合关系，在SimMechanics中尽可能地以低副来代替高副。3.根据权利要求2所述的数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，其特征是，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：候丙科，
申请(专利权)人：济南中科数控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：