一、引言

　　虛擬機床可以在計算機上對數(shù)控加工過程進行模擬仿真，具有直 觀、安全、費用低的優(yōu)點，越來越受到人們的重視。隨著計算機技術的發(fā) 展，對于銑床和車床的虛擬機床已經 日益完善，但是對于電火花線切割虛 擬機床的研究現(xiàn)在才處于起步階段。 快走絲線切割數(shù)控機床在我國應用十分廣泛，它具有經濟實惠、簡單快捷 等優(yōu)點。機床自帶的編程系統(tǒng)，雖然 可以動態(tài)地顯示加工軌跡，但是不夠 直觀，尤其是對帶有錐度或者上下異 形的零件，機床界面無法直觀地顯示零件的形狀，走絲路徑是否正確也無 法驗證。建立快走絲線切割的虛擬機 床，可以很好地解決這些問題。

　　V E R I C U T是美國C G T e c h公司開發(fā) 的，面向制造業(yè)的數(shù)控加工仿真軟 件，應用十分廣泛，許多主流的C A D軟 件將其作為一個基層模塊收入其中。該軟件不僅擁有豐富的機床庫，并且 是一個開放的數(shù)控仿真平臺，用戶可 以根據(jù)自己的需求對軟件進行二次開 發(fā)，構建出用戶需要的虛擬機床。

　　本文以V E R I C U T為平臺，建立快走 絲線切割的虛擬機床，并對上下異形零 件進行模擬仿真，動態(tài)地反映了加工過 程，能夠很好地發(fā)現(xiàn)程序中的問題。

　　二、基于VERICUT的虛擬機床構建方法

　　在VERICUT中，要實現(xiàn)對線切割加工程序的仿真，首先建立仿真環(huán)境， 其構建的一般過程如下。

　　1.機床結構分析

　　確定機床的結構特點，線切割 機床一般由導軌、立柱、床身、運動 軸、工作臺和導絲系統(tǒng)等部件組成。 對于部件尺寸進行測量，確定各運動軸的行程、機床坐標系統(tǒng)及用到的毛 坯夾具等。

　　2.幾何建模

　　運用三維CAD軟件建立機床重要部 件的實體幾何模型。在V E R I C U T中根據(jù) 機床的結構以組件為單位建立機床運動模型即組件樹，并添加各部件的幾 何模型。

　　3.建立機床的控制系統(tǒng)

　　定制出符合該機床的數(shù)控編程指 令系統(tǒng)。首先調用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，再根據(jù)該機床的控制系統(tǒng)功能和指令 格式，對G代碼、M代碼、寄存器地址 和狀態(tài)指令等進行修改設置。

　　4.機床的運動學建模

　　根據(jù)機床的幾何模型和運動特 征，定義機床的坐標系統(tǒng)，設置機床 運動部件的行程等。

　　三、構建快走絲電火花線切割虛擬機床

　　1.機床描述

　　本次開發(fā)的虛擬機床仿真對象為 大量公司的T P-40，該機床是新加坡大 量公司生產的四軸快走絲線切割機。 加工精度比較高，在我國應用廣泛。 加工最大厚度為350mm，各運動軸的行 程如表1所示。

表1 各坐標軸的行程

　　2.機床的幾何建模過程

　　(1)建立部件的3D模型

　　運用P r o/E N G I N E E R野火版4.0建 模，繪制床身、X軸、Y軸、U/V軸、導 絲系統(tǒng)和工作臺等的實體幾何模型。

　　(2)建立組件樹 根據(jù)該機床的結構特點，構建機床的組件樹，構建好的組件樹如圖1所示。

　　(3)添加機床的幾何模型 添加組件樹上的幾何模型，并對其顏色、位置等進行調整，得到我們 需要的機床模型，如圖2所示。

圖1 組件

圖2 機床的幾何模型

　　3.機床指令系統(tǒng)的定制

　　V E R I C U T中沒有跟這臺機床完全 對應的數(shù)控系統(tǒng)，所以先調用相近的c h r200控制系統(tǒng)。再通過對其修改得 到該機床的控制系統(tǒng)。

　　數(shù)控指令系統(tǒng)是由字組成的。在“Word/Address”中完成對各條指令的 修改和添加，完成對字功能的定義， 需要修改或添加的主要字功能定義如 表2所示。

　　4.機床基本參數(shù)的設置

　　根據(jù)真實線切割機床的實際情 況，需要對坐標原點、各運動軸的行 程等基本參數(shù)進行設置。

　　(1)機床組件的碰撞設置

　　仿真過程中為了發(fā)現(xiàn)機床和零 件以及夾具的碰撞，必須首先進行碰 撞設定，該機床設定四個碰撞檢測， 如果仿真過程中以下部件發(fā)生碰撞， 則以紅色顯示。設置完成后，如圖3 所示。

表2 需要添加和修改的主要字功能定義

圖3 碰撞設置

　　(2)坐標系的設置 該虛擬機床的建模原點與機床原點(Machine Zero)重合，即為(0，0，0)。相對于機床原點，機床的初 始點設定在(0，0，20)處。

　　(3)行程極限

　　對各運動軸的行程進行設定， 當程序中出現(xiàn)超行程時，紅色高亮顯示，并且在日志文件里記錄，這樣可 以輕松發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。設置結果，如圖4所示。

圖4 行程設定

　　5.虛擬機床界面的定制

　　通過以上的定制，該虛擬機床已 經能夠仿真數(shù)控加工過程了，從功能 上已滿足我們的要求。但V E R I C U T的缺 省界面較復雜，操作不夠直觀。利用 V E R I C U T的界面定制功能可以定制出針 對線切割機床的簡化界面，使操作更 方便。

　　利用VERICUT的Custom Interface 功能即可對界面進行設定。圖5所示界 面是經過定制后針對本機床的界面。界面簡潔、直觀，操作方便。該界面 有兩部分組成：記事本式窗口和主窗 口。記事本式窗口的上半部分給出了 虛擬機床的操作說明，下半部分布置 了需要的命令按鈕和參數(shù)輸入框。主窗口用于顯示虛擬機床的工作情況。 在此主窗口中再劃分出四個視圖，用 于展現(xiàn)機床的整體和局部。在主窗口 的上方還有用于視圖操作的工具欄。 應該說經過定制后的虛擬機床界面， 操作更簡單、觀測更明了。

　　6.虛擬機床的運行

　　運行V E R I C U T后系統(tǒng)打開一臺默認 的機床，每一次仿真都要重新打開自己 定制的機床，用起來比較麻煩。通過 對該軟件批處理指令的修改，可以達到 運行軟件直接進入自己設定的機床的目 的。下面是修改的批處理文件。

圖5 定制的界面

圖6 零件圖

圖7 仿真結果

　　Set CGTECH _ CODEC _ FILTER=X264 MRLE

　　Set CGTECH_My_Directory=C:JohnnyJohnnyWDEM

　　Set CGTECH_VCPROJECT=C : Johnny Johnny WDEM802smm.VcProject

　　S et CGT E CH _ F LOOR _IMAGE=%CGTECH_LIBRARY%floor.jpg

　　四、仿真實例

　　對于上下異形的零件，機床自帶的控制界面無法直觀地顯示零件形狀 和加工路徑等。但是通過虛擬機床來仿真切割過程則相當直觀，有利于對 程序的檢驗。

　　實例中加工的零件為上、下異形 體，上圓下方，上表面為直徑為20m m 的圓，下表面為10×10m m的正方形， 零件厚度30mm。零件如圖6所示。

　　仿真結果如圖7所示。用該虛擬機床進行仿真加工不僅具有安全性、經濟性和直觀性，而且具有反饋的及 時性。也就是說，對數(shù)控機床參數(shù)的 調整或數(shù)控程序的修改，馬上可以通過仿真加工來得到體現(xiàn)，給操作者及 時的反饋。通過對仿真結果的分析， 還可以檢測出機床與工件夾具的碰 撞，避免機床的損壞;通過比較仿真結果與設計零件的差別，找到程序中的問題。

　　五、結論

　　利用數(shù)控仿真加工平臺V E R I C U T構建了能夠仿真T P-40快走絲線切割 的虛擬機床，具有操作簡單、觀測明 了的特點。并對該機床的控制系統(tǒng)進 行修改，定制出了與機床對應的指令 系統(tǒng)。通過對機床界面與快捷鍵的設 置，使操作界面簡單方便。

　　通過對于上下異形零件的模擬仿 真，能夠直觀地看到加工過程，實現(xiàn) 對加工效果的預測。該虛擬機床具有 安全、經濟和可分析性強的特點。可 以有效地提高程序質量和編程效率。