数控火焰切割机虚拟样机系统设计和切割运动仿真.pdf

机械 设计与制造 第7期 170 Machinery Design Manufacture 2010年7月 文章编号：1001—3997(2010)07—0170—02 数控火焰切割机虚拟样机系统设计与切割运动仿真 徐达丽 董本志 (东北林业大学，哈尔滨 150040) DesignandcuttingsimulationofCNCflamecuttingmachinevirtualprototypesystem XU Da—li，DONG Ben—zhi (NortheastForestryUniversity，Harbin150040，China) 中图分类号：TH12，U463 文献标识码 ：A 1引言 2虚拟样机总体结构和设计流程 虚拟样机 (VirtualPrototype)技术是一种基于产品的计算机 数控火焰切割虚拟样机系统主要由数控机床本体、数控代码 仿真模型的数字化设计方法1_『。利用虚拟样机可代替物理样机对 译码器、运动控制器和切割效果分析器四个部分构成，它们分别 产品进行创新设计测试和评估，缩短开发周期，降低成本，改进产 承担与实际机床相对应的各部分功能，各部分之间的关系，如图 品设计质量，提高面向客户与市场需求的能力。目前，虚拟样机的 1所示。系统工作时，基本输入为测试用数控程序和各轴的运动 研究和应用主要集中机械系统运动和动力学仿真方面，人们多利 约束条件，输出结果由切割效果测试分析报告和切割过程的三维 用ADAMS、SolidWorks等软件进行虚拟样机的设计和分析 ，取 动画模拟过程构成。 得了较好的效果。 但在数控机床虚拟样机的设计方案中，不仅包含机床机械系 统的设计和分析，数控系统和数控加工工艺的设计以及三者之间 的协同问题更为重要，即虚拟样机不仅仅是在几何形式和运动方 面 “形似”实际机床，更应在加工控制等功能方面做到 “神似”。在 这一方面，通用软件的能力略显不足目。此外 ，从产品生命周期考 虑，机床产品设计定型后，其使用、维修、个性化定制等后半生命 周期服务成为竞争关键。因此，可将提高虚拟样机设计过程的可 重用性作为缩短整个产品开发周期的重要手段。本文基于数控火 焰切割机的虚拟样机系统的设计过程，提出了一种解决上述问题 的方案。 图1虚拟样机系统功能模块划分 ★来稿 日期：2009—09—28 ★基金项 目：东北林业大学中央高校基本科研业务费专项资金项 目(09009) 第7期 徐达丽等：数控火焰切割机虚拟样机 系统设计与切割运动仿真 171 基于上述功能划分，采用自顶一机向械下系的统建设模计和分析方法，系统 型的显示列表 ，这里需要记录各部件模型显示列表的名称。在 设计流程主要包括机床结构设计、机械系统建模、控制模块设计 OpenGL中，显示列表名称由一个0到255之问的正整数来表示。 和三维可视化仿真四个步骤，机械系统建模和控制模块设计并行 3．3火焰切割机床虚拟样机的装配 完成，如图2所示。 在进行虚拟机床装配的过程中，除了要将各部件显示在预定 l设计机床结构 l 位置之外，还要保证其运动机构中各运动部件能够按照割炬位姿 J J 控制序列进行运动。因此，在进行装配时，每个可运动部件的显示 l菥尧 錾l I序译码器l 代码前均应附加对其进行旋转或移动的程序。由于各运动部件间 + I 植 存在依赖关系，在装配时还应注意装配次序。装配完毕后，应保证 机床的机械原点和