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什么叫数控仿真技术?
什么是数控技术?
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
1908年,穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19世纪末,以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938年,香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年,第一台数控机床问世,成为世界机械工业史上一件划时代的事件,推动了自动化的发展。
现在,数控技术也叫计算机数控技术,目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可通过计算机软件来完成。
仿真技术:利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统,又称模拟。
这里所指的模型包括物理的和数学的,静态的和动态的,连续的和离散的各种模型。
所指的系统也很广泛,包括电气、机械、化工、水力、热力等系统,也包括社会、经济、生态、管理等系统。
当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时,仿真是一种特别有效的研究手段。
仿真的重要工具是计算机。
仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。
仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。
简史 20世纪初仿真技术已得到应用。
例如在实验室中建立水利模型,进行水利学方面的研究。
40~50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。
60年代计算机技术的突飞猛进,为仿真技术提供了先进的工具,加速了仿真技术的发展。
利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活,而且也是经济的。
因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初,连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。
50年代中,人们开始利用数字计算机实现数字仿真。
计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。
在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后,又出现了混合模拟计算机仿真,以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。
在发展仿真技术的过程中已研制出大量仿真程序包和仿真语言。
70年代后期,还研制成功专用的全数字并行仿真计算机(见全数字仿真计算机)。
分类 仿真可以按不同原则分类:①按所用模型的类型(物理模型、数学模型、物理-数学模型)分为物理仿真、计算机仿真(数学仿真)、半实物仿真;②按所用计算机的类型(模拟计算机、数字计算机、混合计算机)分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真;③按仿真对象中的信号流(连续的、离散的)分为连续系统仿真和离散系统仿真;④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真(仿真时间标尺等于自然时间标尺)、超实时仿真(仿真时间标尺小于自然时间标尺)和亚实时仿真(仿真时间标尺大于自然时间标尺);⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。
仿真模型 仿真模型是被仿真对象的相似物或其结构形式。
它可以是物理模型或数学模型。
但并不是所有对象都能建立物理模型。
例如为了研究飞行器的动力学特性,在地面上只能用计算机来仿真。
为此首先要建立对象的数学模型,然后将它转换成适合计算机处理的形式,即仿真模型。
具体地说,对于模拟计算机应将数学模型转换成模拟排题图;对于数字计算机应转换成源程序。
仿真实验 通过实验可观察系统模型各变量变化的全过程。
为了寻求系统的最优结构和参数,常常要在仿真模型上进行多次实验。
下图为某工程系统仿真的流程图。
在系统的设计阶段,人们大多利用计算机进行数学仿真实验,因为修改、变换模型比较方便和经济。
在部件研制阶段,可用已研制的实际部件或子系统去代替部分计算机仿真模型进行半实物仿真实验,以提高仿真实验的可信度。
在系统研制阶段,大多进行半实物仿真实验,以修改各部件或子系统的结构和参数。
在个别情况下,可进行全物理的仿真实验,这时计算机仿真模型全部被物理模型或实物所代替。
全物理仿真具有更高的可信度,但价格昂贵。
仿真工具 主要指的是仿真硬件和仿真软件。
仿真硬件中最主要的是计算机。
用于仿真的计算机有三种类型:模拟计算机、数字计算机和混合计算机。
数字计算机还可分为通用数字计算机和专用的数字计算机。
模拟计算机主要用于连续系统的仿真,称为模拟仿真。
在进行模拟仿真时,依据仿真模型(在这里是排题图)将各运算放大器按要求连接起来,并调整有关的系数器。
改变运算放大器的连接形式和各系数的调定值,就可修改模型。
仿真结果可连续输出。
因此,模拟计算机的人机交互性好,适合于实时仿真。
改变时间比例尺还可实现超实时的仿真。
60年代前的数字计算机由于运算速度低和人机交互性差,在仿真中应用受到限制。
现代的数字计算机已具有很高的速度,某些专用的数字计算机的速度更高,已能满足大部分系统的实时仿真的要求,由于软件、接口和终端技术的发展,人机交互性也已有很大提高。
因此数字计算机已成为现代仿真的主要工具。
混合计算机把模拟计算机和数字计算机联合在一起工作,充分发挥模拟计算机的高速度和数字计算机的高精度、逻辑运算和存储能力强的优点。
但这种系统造价较高,只宜在一些要求严格的系统仿真中使用。
除计算机外,仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器,如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。
仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。
仿真方法 主要是指建立仿真模型和进行仿真实验的方法,可分为两大类:连续系统的仿真方法和离散事件系统的仿真方法(见仿真方法)。
人们有时将建立数学模型的方法也列入仿真方法,这是因为对于连续系统虽已有一套理论建模和实验建模的方法,但在进行系统仿真时,常常先用经过假设获得的近似模型来检验假设是否正确,必要时修改模型,使它更接近于真实系统。
对于离散事件系统建立它的数学模型就是仿真的一部分。
应用和效益 仿真技术得以发展的主要原因,是它所带来的巨大社会经济效益。
50年代和60年代仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。
在航空工业方面,采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩短20%。
利用飞行仿真器在地面训练飞行员,不仅节省大量燃料和经费(其经费仅为空中飞行训练的十分之一),而且不受气象条件和场地的限制。
此外,在飞行仿真器上可以设置一些在空中训练时无法设置的故障,培养飞行员应付故障的能力。
训练仿真器所特有的安全性也是仿真技术的一个重要优点。
在航天工业方面,采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少80%。
在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障,一年即可收回建造仿真系统的成本。
现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域,而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域,如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。
对于社会经济等系统,很难在真实的系统上进行实验。
因此,利用仿真技术来研究这些系统就具有更为重要的意义。
发展方向 在仿真硬件方面,从60年代起采用数字计算机逐渐多于模拟计算机。
混合计算机系统在70年代一度停滞不前,80年代以来又有发展的趋势,由于小型机和微处理机的发展,以及采用流水线原理和并行运算等措施,数字仿真运算速度的提高有了新的突破。
例如利用超小型机 VAX 11-785和外围处理器AD-10联合工作可对大型复杂的飞行系统进行实时仿真。
在仿真软件方面,除进一步发展交互式仿真语言和功能更强的仿真软件系统外,另一个重要的趋势是将仿真技术和人工智能结合起来,产生具有专家系统功能的仿真软件。
仿真模型、实验系统的规模和复杂程度都在不断地增长,对它们的有效性和置信度的研究将变得十分重要。
同时建立适用的基准对系统进行评估的工作也日益受到重视。
数控仿真的操作实例
FANUC 数控车床的仿真操作步骤:
1.打开仿真软件选择机床
打开VNUC数控仿真软件,进入VNUC主界面后,点选菜单栏 “选项/选择机床和系统”,进入如图 3所示选择机床对话框,选择“卧式车床/FANUCOiMate-TC”系统,则出现图 4所示控制操作面板,它与真实机床操作面板几乎一模一样。
2.开机回参考点
点按“系统电源”,点按并弹起急停按钮 ,则系统开机上电。
点按“回零”按钮,再按 (+Z)和 (+X)按钮,各轴原点指示灯变亮,即回参考点。
3.安装工件
首先在菜单栏中选择“工艺流程/毛坯”,出现对话框,在该对话框中选择“新毛坯”,出现对毛坯与夹具设置话框,按照对话框提示设置毛坯参数,选择夹具后确定,出现毛坯列表对话框;在毛坯列表中选择某毛坯并点选“安装此毛坯/确定”,出现调整毛坯位置对话框, 调整好毛坯在夹具中的位置后关闭即可。
此时观察视图区可以见到工件毛坯被安装到夹具上。
4.安装刀具
在菜单栏中选择“工艺流程/车刀刀库”,出现所示刀具设置对话框,在此为所用各刀具选择刀具类型,设置刀具参数后确定。
此时观察视图区可以见到各刀具“对号入座”,被安装到车床刀架上。
5.建立工件坐标系
假设工件坐标系原点建在工件右端面中心。
打开主轴正转,选工作7a686964616fe4b893e5b19e31333361303131方式为手动,分别移动X轴Z轴,平端面、车外圆用试切法对刀。
切削端面后,刀具沿X方向退离工件后,点按偏置/设置键 ,再点软键“坐标系”,调出工件坐标系设定界面,将光标移到G54的“Z”之后,在命令行输入“0”,再点选软键“测量”,系统即可自动计算并显示出G54坐标系Z零点的机床坐标值。
试切一段外圆,刀具沿Z方向退离工件后,在菜单栏选择“工具/选项/测量”,测量出毛坯的试切直径值。
点选 键,在所示界面中,将光标移到G54的“X”之后,在命令行输入X的测量值,点软键“测量”,系统即可自动计算并显示出G54坐标系的X零点的机床坐标值。
此时G54工件坐标系建立完毕,在程序中用G54调用该坐标系即可。
6. 设置刀具偏置值
打开主轴正转,工作方式选择手动,分别移动X轴Z轴,平端面、车外圆对刀设置偏置值。
以下是1号刀具的对刀过程:
点选键在出现的参数设置界面中,点选软键“补正”出现刀具偏置值设置或称补正界面;将光标移到“G 01”行X列,在命令行输入所测直径值,点软键“测量”,系统即可自动计算并显示出X方向刀具的补偿值,即完成了X方向刀具偏置值的设定。
切削端面后,刀具沿X方向退离工件后,在界面将光标移到“G 01”行Z列,在命令行输入 “0”,点软键“测量”,即可完成了Z方向刀具偏置值的设定。
7.编辑或上传NC程序
编辑程序:进入编辑状态,再点选键,出现编辑程序界面,在该界面用MDI键将程序指令先输入缓冲区,然后点 (INSERT)键插入即可。
程序段可以单独输入,也可以几个程序段一起输入,但是段与段之间要有“;”隔开(点“EOB”键)。
如果在输入程序于缓冲区时发现错误,点按 (CAN)可以消除光标前面的字符。
在已经插入的程序中发现错误字符,点 (DELETE)键可以删除;输入正确的程序字,再点 (ALTER)可以替换错误的字符。
上传NC程序:点选 键进入编辑状态,再点选 键,然后在菜单栏选择“文件/加载NC代码文件”,出现图 15浏览磁盘界面,寻找并双击找到的程序文件(此文件路径是个人设置的),该程序将自动出现在显示窗口中。
8.程序校验:点工作方式键为“自动” 、“机床锁住”,然后点按“循环启动”,则主轴旋转,进给运动锁住,坐标值动态显示。
根据坐标值的变化情况检查刀具运动轨迹是否正确,据此修改程序。
校验结束后解除“机床锁住”,确认程序无误可以进行下一步。
9.自动加工
编辑或上传NC程序,检查主轴转速和进给速度倍率旋钮无误后,点按“循环启动”按钮,机床开始自动加工。
什么数控仿真好
[数控仿真-FANUC 数控车床的仿真操作
1.打开仿真软件选择机床 打开VNUC数控仿真软件,进入VNUC主界面后,点选菜单栏 “选项/选择机床和系统”,进入如图 3所示选择机床对话框,选择“卧式车床/FANUCOiMate-TC”系统,则出现图 4所示控制操作面板,它与真实机床操作面板几乎一模一样。
2.开机回参考点 点按“系统电源”,点按并弹起急停按钮 ,则系统开机上电。
点按“回零”按钮,再按 (+Z)和 (+X)按钮,各轴原点指示灯变亮,即回参考点。
3.安装工件 首先在菜单栏中选择“工艺流程/毛坯”,出现对话框,在该对话框中选择“新毛坯”,出现对毛坯与夹具设置话框,按照对话框提示设置毛坯参数,选择夹具后确定,出现毛坯列表对话框;在毛坯列表中选择某毛坯并点选“安装此毛坯/确定”,出现调整毛坯位置对话框, 调整好毛坯在夹具中的位置后关闭即可。
此时观察视图区可以见到工件毛坯被安装到夹具上。
4.安装刀具 在菜单栏中选择“工艺流程/车刀刀库”,出现所示刀具设置对话框,在此为所用各刀具选择刀具类型,设置刀具参数后确定。
此时观察视图区可以见到各刀具“对号入座”,被安装到车床刀架上。
5.建立工件坐标系 假设工件坐标系原点建在工件右端面中心。
打开主轴正转,选工作方式为手动,分别移动X轴Z轴,平端面、车外圆用试切法对刀。
切削端面后,刀具沿X方向退离工件后,点按偏置/设置键 ,再点软键“坐标系”,调出工件坐标系设定界面,将光标移到G54的“Z”之后,在命令行输入“0”,再点选软键“测量”,系统即可自动计算并显示出G54坐标系Z零点的机床坐标值。
试切一段外圆,刀具沿Z方向退离工件后,在菜单栏选择“工具/选项/测量”,测量出毛坯的试切直径值。
点选 键,在所示界面中,将光标移到G54的“X”之后,在命令行输入X的测量值,点软键“测量”,系统即可自动计算并显示出G54坐标系的X零点的机床坐标值。
此时G54工件坐标系建立完毕,在程序中用G54调用该坐标系即可。
6. 设置刀具偏置值 打开主轴正转,工作方式选择手动,分别移动X轴Z轴,平端面、车外圆对刀设置偏置值。
以下是1号刀具的对刀过程: 试切一段外圆,刀具沿Z方向退离工件后,在菜单栏选择“工具/选项/测量”,测量出毛坯的试切直径值。
点选 键在出现的参数设置界面中,点选软键“补正”出现刀具偏置值设置或称补正界面;将光标移到“G 01”行X列,在命令行输入所测直径值,点软键“测量”,系统即可自动计算并显示出X方向刀具的补偿值,即完成了X方向刀具偏置值的设定。
切削端面后,刀具沿X方向退离工件后,在界面将光标移到“G 01”行Z列,在命令行输入 “0”,点软键“测量”,即可完成了Z方向刀具偏置值的设定。
7.编辑或上传NC程序 编辑程序:进入编辑状态,再点选键,出现编辑程序界面,在该界面用MDI键将程序指令先输入缓冲区,然后点 (INSERT)键插入即可。
程序段可以单独输入,也可以几个程序段一起输入,但是段与段之间要有“;”隔开(点“EOB”键)。
如果在输入程序于缓冲区时发现错误,点按 (CAN)可以消除光标前面的字符。
在已经插入的程序中发现错误字符,点 (DELETE)键可以删除;输入正确的程序字,再点 (ALTER)可以替换错误的字符。
上传NC程序:点选 键进入编辑状态,再点选 键,然后在菜单栏选择“文件/加载NC代码文件”,出现图 15浏览磁盘界面,寻找并双击找到的程序文件(此文件路径是个人设置的),该程序将自动出现在显示窗口中。
8.程序校验:点工作方式键为“自动” 、“机床锁住”,然后点按“循环启动”,则主轴旋转,进给运动锁住,坐标值动态显示。
根据坐标值的变化情况检查刀具运动轨迹是否正确,据此修改程序。
校验结束后解除“机床锁住”,确认程序无误可以进行下一步。
9.自动加工