谢菲尔德大学的AMRC是2015年10月开始的为期三年的双控制项目的11个合作伙伴之一,正如福彩3d焰舞字迷汇总此前报道的那样(https://is.gd/kocoja)。预计560万欧元的项目将于今年10月完成,AMRC与Twin-Control联盟的一些合作伙伴一起举办了一个传播研讨会,分享最近的发展。


Twin-Control的目标包括开发一种能够比单功能模拟软件包更好地评估加工(铣削)性能的系统。这种整体仿真模型将与真实机器相关联,以根据其实际情况更新自身,并执行导致性能改进的控制操作。

在研讨会上,AMRC研究员Luke Berglind提供了关于基于虚拟制造的Twin-Control过程模型的重要更新,特别是与该项目的关键元素“切割力模型”有关。

“在加工过程中,刀具和工件之间会发生两种相互作用。一个是去除材料的几何相互作用,另一个是由于材料去除,是力的相互作用,“他说。 “我们对模拟力有兴趣的原因是为了更好地理解机器负载和动力学,以及振动的影响,最终推动过程改进。”

在计算切削力时需要考虑很多因素,包括材料特性,主轴转速和刀具的许多方面,如几何形状,定向,进给速率,啮合方向和切削速度。为了增加任务的复杂性,随着刀具在典型的加工循环中的进展,许多关键参数都会发生变化。

切削力计算

“在AMRC,我们根据刀具与工件的相互作用开发了一个力模型来确定切削力,因为刀具路径程序中每一步的刀具定向和进给速度都会发生变化,”Berglind说。 “这个离散模型使用工具网格,每个元素都包含力特征的某些方面。通过使所有这些元素一致起作用,可以总结它们的表征频率并结合它们的速度。然后,我们可以将任何时间点上的所有元素都切割下来,并沿特定方向将它们一起移动,然后以全切割力出来。“

使用AMRC的力仿真,可以看到刀刃在特定区域旋转时的切削力。即使在高动态5轴周期内快速变化的参数也可以在仿真中很快考虑。

“作为Twin-Control项目的一部分,我们已经完成了许多5轴静力实验,并且我可以报告比较测量的力与模拟力的非常好的结果,”Berglind说。 “但是,我们也做了很多动态力量建模。这意味着我们还可以预测在刀具和工件之间的特定啮合情况下是否可能发生颤振。“

对于动态5轴加工,由于参数的高度可变性,AMRC已经制定了所谓的稳定性路线图。因此,单步执行零件程序,可以预测一系列稳定或不稳定的主轴转速。此外,不同区域的零件会突出显示更高或更低的稳定性切削条件。

Masa Aerospace使用的Gepro机器是Twin-Control的真实测试平台

“当我们为一次操作选择特定的主轴转速时,我们可以按照路线图找到一个组件上我们期望看到颤动的区域,”Berglind解释说。 “再一次,我们在实际上目睹了我们预测的区域[和主轴速度]部件的颤音方面取得了很好的成功。”

AMRC研究的另一方面涉及地表定位误差。无论力量与动力系统之间如何相互作用,都会产生振动。在加工中,这些振动会导致刀具的切削刃偏离程序中指定的精确位置。结果,留下了意想不到的表面轮廓(粗糙度)。

Berglind说:“如果我们对切削刃进行建模,采用我们的力模型并将其应用到动力系统中,我们就能够模拟刀具在切削过程中的振动。通过跟踪切割边缘同时旋转和振动,我们可以更好地了解我们实际留下的表面。在试验中,我们已经能够证明部件上的模拟振动和相应的表面形状非常接近我们在部件上测量的结果。“

在西门子Samtech公司,一个推动项目“虚拟机工作元素”的双控制联盟成员,AMRC的切削力模型与Samtech的全机模型(称为VMT(虚拟福彩3d焰舞字迷汇总工具))集成在一起。

“我们与我们自己完全整合,CADCAM软件专家ModuleWorks和Samtech根据机器的移动情况,对工件上的刀具位置进行建模,并获得整个零件的切削力。这些力量然后回到全机模拟中,“Berglind解释说。

速度的简化模拟

在另一个有趣的发展中,AMRC创建了该模型的简化版本,因为全机模拟需要一段时间才能运行,通常需要几个小时。但是,对于那些不需要这种详细程度的人来说,已经设计了一个模型,可以快速检查切削力或颤振情况。该模型只需几分钟即可完成零件程序,刀具几何和库存材料的全部组件程序运行。

最后,AMRC应用其力模型的最新地点是在线模拟。在线应用程序不是逐个模拟零件程序中的单个动作,而是使用机床实时模拟切削力。

“与ModuleWorks和Artis合作,我们已经开发出将数据从机器控制直接传输到我们的仿真的能力,”Berglind说。 “Marposs公司的Artis公司使用其Genior模块化系统(一种自动化工具和过程监控装置)对现实世界的机器进行测量。这些测量为我们提供了有关刀具位置和主轴转速的信息。在模拟方面,我们将这些信息通过我们的模型运行。所以,在我们的模拟中我们有一个虚拟的部分,它实际上使我们的刀具沿着实际工具的路径移动。无论何时刀具的路径与虚拟零件相互作用,我们都会使用生成的数据运行到我们的力量计算中。有几件事我们必须预先定义:刀具几何形状和材料库存数据。然后,我们从实际机器插入我们的输入,以便 - 实时 - 我们可以比较测量的力与模拟的力。我们也可以实时再看看我们的聊天预测。到目前为止,结果非常好。“

Genior模块化系统在Huron机器上执行监控

目前,AMRC表示这确实是早期的能力,目前正在考虑系统的实际用途。 Berglind说:“我们将机床的功能与模拟的功能紧密结合在一起 - 实时进行。” “最终,它将吸引所有有兴趣知道机器应该做什么的人。一旦加工开始,我们使用机器的反馈来更新我们的模型,以便更好地反映实际发生的情况。然后,一旦我们对模型进行校准,就可以说,我们可以继续运行我们的模拟并将其与真实生活加工进行比较。然后我们可以开始查看诸如刀具磨损监控等事情。

“另一个潜在的好处涉及到工具变更,”他补充说。 “如果我们在一个零件的中途放置一个新工具,我们会进行一次测量,并确保我们的模拟速度和准确性。然后我们可以实时设置进程边界。我们知道力量应该是什么,并且我们知道扭矩应该是什么,所以只要我们保持在这个范围内,我们应该对这个过程感到满意。如果我们开始看到任何漂移,我们可以调查原因。

“我们现在没有能力做的事情是正确的。目前,这是从CNC到我们的模拟的单向馈送。另外,我们的路线图目前只考虑工具动态;最终,下一步将包括组件动力学,这将显示更详细的路线图,因为材料从工件的不同区域移除。“■

从这里扩展版本

双控制联盟合作伙伴

[] Mikko Armendia是西班牙技术中心IK4-Tekniker的自动化和控制部门的研究员(他同时也是双控制项目的协调人),他谈到了软件模型的发展。 :缩短机器按预期工作所需的时间(目标为10%时间/成本降低);减少使流程按预期工作所需的时间(20%);通过基于模型的控制产生过程改进;减少能源消耗;提高机床的可靠性;并降低TCO(总体拥有成本)。目前,法国克雷昂的雷诺工厂和西班牙MASA的另一个合作伙伴现场正在进行工业验证,该公司正在使用Gepro Systems生产的多轴机器生产结构性航空零部件。

[] Frederic Cugnon,西门子公司Samtech的灵活多体动力学专家,详细阐述了他为机床和加工工艺提供高级机电一体化模型的努力。为了正确模拟高速机床,建立代表所有组件及其相互作用的灵活性的模型是至关重要的。 Samtech的解决方案考虑了由一组柔性运动关节连接在一起的部件的有限元分析模型。所提出的技术正被用于构建Comau机器的机电灵活多体模型。该方法允许在工作条件下为虚拟机工具原型设计提供全面的仿真功能。由此产生的Twin-Control仿真软件包适用于机床制造商和用户(以改善其工艺)。在这两种情况下,虚拟模型将避免执行许多昂贵的物理测试。

[]所有用例机器的可靠和持续监控是双控制中最重要的任务之一。在此,Artis的TobiasFürtjesMMS研究项目经理兼双控制监控基础架构的任务负责人介绍了工业4.0的本地过程监控。该公司的解决方案允许双控制 提供全天候的基于云的监控,用于车队级过程分析,以及跨不同机床,工厂,流程,产品和国家的分析。基本设备称为Genior Modular,它监控来自机器控制的实时数据,并接收和处理来自其他设备的实时数据。该系统是全自动的,不需要参数设置或专业知识。其他模块包括OPR(离线过程记录器),一个连接到云平台并允许本地过程分析的智能存储岛。欧洲有12个用例。

[] ModuleWorks专注于测量/采集数据的材料去除模拟和可视化。高级软件开发商Denys Plakhotnik概述了联盟合作伙伴如何访问ModuleWorks过程数据作为材料去除仿真的接口,从而提高仿真细节和准确性。例如,AMRC开发的力模型采用ModuleWorks的几何引擎来计算切削工具接合信息,并随后计算切削力数据。

首次发布于2018年5月福彩3d焰舞字迷汇总