MicroStation在数控车削加工仿真中的应用

沈鹏

　　MicroStation Modeler是美国Bentley公司开发的面向机械行业的专业软件。它是一种兼容多种操作系统的三维造型平台，提供了参数化、变量化和基于特征的三维实体机械设计工具。用它可以增强用户的设计能力，实现在企业范围内共享和管理工程数据，从而为机械设计、分析与制造提供便利。它包括二维绘图、实体造型、曲面造型、装配、工程图生成、钣金加工和动画渲染等模块，还提供了编程接口MDL(MicroStation Development Language),供专业用户进行二次开发。
　　数控车加工是常用的加工方法。按刀架的数目分，数控车床有单刀架和双刀架等形式。一般情况下，单刀架数控车削应用范围较广，编程也不十分复杂，双刀架数控车削加工则采用多刀同时切削加工，可以缩短工时，提高生产效率，在批量生产中逐渐得到推广，但数控程序编制较困难，手工编程周期较长。这两种车床的共同特点是加工前的调整工作量大，很难提高生产效率。为了提高数控车削编程质量和编程效率，笔者利用MicroStation提供的MDL开发环境和平台的动画功能，开发了数控代码仿真程序，实现了二维和三维车削加工的实时仿真功能。该程序通过与工艺设计的接口文件，采用形象直观的方式实现了对数控代码的校验，对于节省工时和原材料消耗有很大帮助。
　　它由轮箍、轮辐、踏面、轮缘、喉部等加工面组成。分两道工序采用数控车削加工。由于该产品的结构基本保持不变，新产品只是尺寸作部分改动，所以比较适合通过参数化控制在计算机上实现加工仿真。
　　一、数据准备1.建立轮箍模型和机床模型采用MicroStation提供的参数化三维建模工具，建立零件模型和机床模型。建模时，应严格确定刀座与轮箍、轮箍与编程原点以及刀架与刀座之间的位置关系。2.数据采集由于车削仿真是在工艺设计和数控代码生成之后进行的，所以，它应从工艺设计环节获取有关刀具轨迹数据。刀具轨迹包括：编程原点、句型关键字、程序类型、加工类型(快进/步进/走增量)、刀座号、刀补号、刀具偏置、加工轨迹(直线/圆弧)、速度类型、主轴速度、进给速度、暂停时间、应换刀座号与被换刀座号、刀架回转角度等。我们采用文本文件结构体记录上述信息，如下所示：0 0 LCS28 1 LINE 0 1 1 40 0 910 1360 49.665 633.093 94 0 140029 1 LINE 0 1 1 40 0 49.665 633.093 105.173 448.871 94 0 1400………………45 2 ARC 3 1 1 40 0 463.4 113.21 465.05 90.373 227.439 94 0 1.247 2 ARC 2 1 1 40 0 465.1 90.373 451.792 59.82 507.439 94 0 1.2………………0 8 SUBEND0 9 FINI
　　二、数控车削的二维轨迹模拟数控切削轨迹模拟的目的是通过在屏幕上模拟刀具的运动轨迹，对NC程序进行校验，若是双刀架数控车削，则同时将左、右刀架的测量和加工子程序翻译，生成供加工分析模块使用的刀具加工运动轨迹数据文件。二维轨迹模拟程序的设计思想是调用测量子程序测出该毛坯的加工余量分布，将切削参数存放在R参数中，再调用加工子程序，模拟工件的实际加工过程。编程中注意到程序应具有断点测试功能，可人为地中断加工过程，然后在仿真模块中通过仿真来检查加工状况，以保证加工能继续安全、可靠地进行。程序以NC程序、刀具清单及零件、毛坯图作为输入，以刀具清单为装刀依据，输出加工运动轨迹数据文件、刀具加工轨迹图，处理过程文件和出错信息文件，帮助用户定位NC程序中的错误。
　　三、数控车削的三维动画模拟1.制作关键帧利用MicroStation中的动画制作工具，分别作出机床的横梁(沿X轴移动)、立柱及刀架(沿Z轴移动)、轮箍和三个卡爪(绕Z轴旋转)三个动画角色，分别赋予其对应的自由度和角色原点。创建角色后，应分别创建换刀点、对刀点、开始切削、切削中、切削结束、退刀回安全点的关键帧，确保关键位置仿真的准确性。2.设置各角色的运动参数与动画编排在车削加工中，应设置刀架、横梁的移动速度和轮箍的旋转速度，从而定量地控制各角色的运动。
　　加工仿真的准备工作完成后，就可编排各幅关键帧和视图，并录制为脚本文件。3.加工仿真数控车加工仿真的目标是：在机床三维模型环境中，实现动态图形仿真加工过程，查看加工时后刀面与被加工面之间的位置关系，以校验二者是否干涉，其中刀具库和机床库是开放的，用户可补充其中的内容。根据以上的参数化动画设计，采用动画播放器即可达到上述目的。
　　四、结束语本文介绍了基于MicroStation的车轮轮箍的数控加工仿真的实现过程。利用该平台MDL工具和较完善的动画功能，通过形象直观的方式实现了对数控代码的校验。这对于节省工时和原材料消耗有很大帮助。该方法可以推广到同类零件的加工中。【MechNet】
文章关键词： 数控车削