機床仿真的實現(xiàn)

由于需要提高生產(chǎn)效率，或者需要通過加工更復雜、更高價值的零件來贏得更多訂單，工廠紛紛投資購買先進機床，而這種情況越來越普遍。由于這些機床非常先進，因此機床仿真就成為NC編程人員必不可少的武器，而不僅僅是作為一個有用的程序驗證工具。

　　加工仿真已經(jīng)經(jīng)過多個階段的演變，現(xiàn)在大多數(shù)CAM系統(tǒng)都具有一定的仿真功能。不過，這些系統(tǒng)并不是都以同樣的方法運行。當編程人員需要確定其在數(shù)字世界里面模擬發(fā)生的事情是否會真正發(fā)生在機床上時，這些差別就顯得尤為重要。因此，要為手上的工作選擇正確的過程，就需要了解不同機床仿真之間的差別。

　　Vynce Paradise先生是Siemens PLM Software NX CAM行銷總監(jiān)，他認為機床仿真非常重要，且需甄別刀具路徑驗證

　　最簡單層次的仿真是CAM系統(tǒng)多年來所做而且現(xiàn)在還在做的事情。CAM系統(tǒng)通過坯料的一個3D模型的切削變化來表示切削過程，驗證坯料的刀具路徑。該模式一般被稱為“刀具路徑驗證”，即使沒有機床表示也可以執(zhí)行該模式。在標準的銑削或車削作業(yè)中，對刀具路徑的這種驗證層次通常已經(jīng)綽綽有余了。選定了自動材料切除選項之后，以現(xiàn)在的PC速度加上軟件算法的進步，可以很好地改善這一層次的刀具路徑驗證，對驗證內(nèi)部刀具路徑這一工作來說是合適的。用戶可以輕易讀取刀具路徑的內(nèi)部定義，清楚地知道刀具與被加工表面的相對位置。

　　內(nèi)部刀具路徑定義

　　具有不同的基本運動自由度或者多任務(wù)功能的更高級的機床則需要一種不同的仿真。我們需要了解并顯示當NC控制器和機床識別推薦的刀具路徑數(shù)據(jù)時，這些數(shù)據(jù)會做什么。需要把機床運動作為一個完整系統(tǒng)來看待，而不僅僅是切削刀具相對于坯料的運動。

　　CAM 供應(yīng)商達到這一目的的最簡單方法就是開發(fā)一種著眼于內(nèi)部刀具路徑定義的軟件，就像用于基本刀具路徑驗證的軟件一樣，然后該軟件會將其轉(zhuǎn)換為一種通用運動輸出形式。這種運動與3D CAD各個軸相連接。該方法的優(yōu)點是它非常簡單易用，最重要的是它具有相對的通用性。在軟件發(fā)展的這一階段，運動定義相對獨立于最終的目標機床和控制器的造型和模型。在這種情況下，大多數(shù)CAM供應(yīng)商都采用一個通用的第三方插件應(yīng)用程序，將其用于3D運動學和運動顯示，創(chuàng)建機床仿真解決方案。

　　后處理器

　　人們顯然低估了后處理器的地位，它并不是整個計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)中微不足道的一部分。在大多數(shù)情況下，大多數(shù)后處理器向機床控制器傳輸數(shù)據(jù)的惟一方法是采用眾人皆知的“G代碼和M代碼”。這些代碼是一組標準化的代碼，在某個層次上是通用的。但是與所有標準一樣，每個控制器制造商和機床車間都用很多不同的方法來延伸和解釋這些代碼。由于在大多數(shù)情況下控制器只擁有這些代碼以及與這些代碼相關(guān)的數(shù)值，因此解釋這些代碼的確切方法就至關(guān)重要。

　　問題的關(guān)鍵是，如果仿真系統(tǒng)要正確并完整地對機床運動進行仿真，則仿真系統(tǒng)需要讀取后處理器的輸出即被發(fā)送到控制器的數(shù)據(jù)。為此，仿真系統(tǒng)需要一個軟件組件，該軟件組件比基于內(nèi)部刀具路徑的仿真驅(qū)動程序要先進一倍。

G代碼和M代碼

　　為了提供由后處理器輸出驅(qū)動的仿真，系統(tǒng)必須能夠解讀G代碼和M代碼以及控制器專用的其他命令和相關(guān)數(shù)據(jù)區(qū)，然后系統(tǒng)會把這些信息轉(zhuǎn)化為機床上每個軸或可控制裝置的相應(yīng)運動輸入。這就要求詳細了解具體的目標機床和控制器，甚至需要詳細到了解一個特定客戶對該機床的預期目標配置。這是對后處理器所創(chuàng)建內(nèi)容的逆向工程，即該逆向工程的方法最好與機床控制器執(zhí)行該任務(wù)的方法相同，其結(jié)果是3D仿真，驅(qū)動該3D仿真的代碼與進入機床對真實零件進行切割的G代碼和M代碼相同。

　　該軟件還可以看到由處理器的邏輯增加的、但是在內(nèi)部刀具路徑階段早期并不存在的其他動作，從而對機床實際加工進行更加真實、更加完整的仿真。在很多高級機床(尤其那些具有真實、同步多任務(wù)功能的機床)的封閉、復雜環(huán)境中，非常關(guān)鍵。

　　機床車間可以檢查CAM系統(tǒng)是否能夠進行G代碼驅(qū)動的機床仿真。其中一項測試方法是檢查CAM系統(tǒng)是否能夠?qū)σ粋€外部來源的NC程序進行讀入并仿真，如手動創(chuàng)建或修改的，或者從機床讀入用G代碼和M代碼編寫的NC程序。要做到這一點，就要能夠?qū)o定機床和控制器的這些代碼進行逆向工程。

　　另外，還有一些獨立軟件包，能夠提供后期的G代碼和M代碼驗證，這些代碼能夠讀入來自CAM系統(tǒng)的輸出。不僅如此，這些軟件包還能夠完全以上面描述的方式使用數(shù)據(jù)。很多機床車間均已投資于這些外部機床仿真軟件，即使投資超出了它們在CAM軟件上的投資。

　　NC編程

　　如果把G代碼驅(qū)動的單獨仿真應(yīng)用程序用作大多數(shù)CAM系統(tǒng)的附件，則在同步多通道機床的各個單獨元件時又會產(chǎn)生另外一個問題。編程人員希望看到在任何情況下機床的關(guān)鍵部件、夾具和切削刀具的準確位置，在編程人員用軟件來向程序運行順序添加“等待”和“同步”代碼時更是如此。就像繁忙路口的交通信號燈一樣，這些代碼在管理多加工順序方面起到了關(guān)鍵作用，確保多任務(wù)機床不成為“多沖突”機床。

　　為了實現(xiàn)可靠的同步，必須確定每次操作或者每個NC程序塊的準確時間。為了計算準確時間，需要準確表示控制器功能以及軸的參數(shù)(加速度、最大速度、速度、急跳限值、準確的停止時間等)。通用機床仿真只能提供大概值，但是當編程人員使用所有機床功能時，對于快速運動設(shè)備和小公差而言，只有這些大概值是不夠的。與實際沖突風險相差甚遠。

　　一些編程人員會用手動方式把這些“同步和等待”代碼增加到其CAM系統(tǒng)后處理器的輸出，然后用外部、第三方機床仿真軟件包來進行全面測試。當然，如果發(fā)現(xiàn)問題，他們會對G代碼和M代碼進行一些局部、手動編輯，或者回到CAM系統(tǒng)，在反復試驗的基礎(chǔ)上重新按順序運行。當編程人員對整套作業(yè)進行同步處理時，車間最好擁有 CAM系統(tǒng)內(nèi)的所有功能。

　　事實上，真正需要的是完整集成后處理器功能和內(nèi)部“G代碼驅(qū)動”機床仿真，把該組合與CAM系統(tǒng)內(nèi)的仿真功能直接連接，意味著NC編程人員可以在同一套軟件內(nèi)完成所有操作。