本发明专利技术涉及一种多系统同步数控加工仿真方法及装置，属于数控加工仿真培训领域。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，并将数控指令编码后发送给仿真控制器，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控制机床完成毛坯或修复件的实际加工。本发明专利技术具有设计理念先进、功能实用、成本低廉、部署方便、系统兼容性好、组训方式灵活多变、加工过程直观形象准确、人机交互性好、用户操作真实感强、能显著改变操作者的用户体验等诸多优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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，力口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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的另一目的在于提供一种多系统同步数控加工仿真装置，包括多系统控制平台1、仿真控制器2、虚拟加工系统3、真实加工系统4及通信协议，其中，多系统控制平台I与仿真控制器2通信连接，所述仿真控制器2分别与虚拟加工系统3及真实加工系统4通信连接。所述多系统控制平台I用于提供两种不同数控系统面板，是系统的输入部分；仿真控制器2是系统的处理中枢，主要用于处理用户输入，数控程序解析、数控加工仿真；虚拟加工系统3和真实加工系统4是系统两套并行的执行机构，在仿真控制器2的控制下分别完成虚拟加工仿真和真实加工模拟；通信协议为系统各部分之间提供可靠的通信服务。本专利技术是国内首款可以同步完成虚拟加工和真实加工的数控加工仿真培训系统。所述的多系统控制平台I包括工作台11、旋转机架12、手轮13、华中数控系统面板14,Funac数控系统面板15、 切换控制装置16及通信接口 17，旋转机架12正反两面分别固定华中数控系统面板14和Funac数控系统面板15，通过工作台11上的切换控制装置16实现华中数控系统面板14和Funac数控系统面板15两种不同数控系统面板的快速切换 ’华中数控系统面板14和Funac数控系统面板15内部各设有一块面板状态扫描控制板，对数控系统面板硬件进行周期性扫描，并将扫描结果编码后通过串口发送给仿真控制器嵌入式工控机主板。所述的仿真控制器2包括嵌入式工控机主板21、手轮控制板22、系统切换控制板23，嵌入式工控机主板21是整个系统的中枢，用于运行仿真软件，主要处理用户输入、完成数控指令解析、仿真加工计算、虚拟数控显示器模拟。嵌入式工控机主板21具有两个串口，分别与虚拟加工系统3和真实加工系统4相连，以驱动虚拟加工系统3和真实加工系统4完成加工仿真；手轮13通过手轮控制板22与嵌入式工控机主板21相连，手轮控制板22用于处理手轮13操作，将手轮控制信号分别发送给多系统控制平台I和数控机床；系统切换控制板23用以实现两种不同数控系统面板的切换控制，建立嵌入式工控机主板与当前数控系统面板之间的串口数据和VGA视频信号传输通道。所述的虚拟加工系统3采用一台PC机作为基础平台，PC机通过串口与仿真控制器2的嵌入式工控机主板21连接。采用虚拟现实技术和计算机仿真技术开发虚拟加工仿真上位机软件，核心功能是以三维图形方式实现用户实时控制下的虚拟数控加工过程仿真及测量仿真。此外，上位机软件还能完成数控机床、工件、刀具、夹具等虚拟数控加工环境定制、观测角度调整以及其它训练配置功能。所述的真实加工系统4是一台现有小型的具有仿真控制功能的真实数控机床，可在仿真控制器的实时控制下完成零件实际加工；真实加工系统4通过串口与仿真控制器2的嵌入式工控机主板21通信连接。主要由数控机床、机床控制单元、通信接口组成，可实现不同原材料毛坯、标准件、异形件的真实数控加工要求。所述的华中数控系统面板14和Funac数控系统面板15上分别设置显示面板、快捷键面板、控制面板、操纵面板、辅助面板及LED电路，且分别与面板状态扫描控制板相连，所述面板状态扫描控制板及切换控制装置分别与系统切换控制板23相连。本专利技术的有益效果在于: 1.同步加工 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邹家平，高月德，邹华懿，齐凤军，孟庆国，张前雄，胡德计，钱九娟，孔德新，胡春华，刘淼，沙学锋，刘宪伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵技术学院，
类型：发明
国别省市：
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