[发明专利]一种数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法

说明书

一种数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，包括以下步骤：(1)SolidWorks环境下搭建数控雕刻机的机械总装配模型；(2)SimMechanics模型转换；(3)创建基于Matlab/Simulink的数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统。本发明基于Solidworks及Matlab/Simulink创建了数控雕刻机虚拟调试系统，该方法简单便捷，通过使用该虚拟调试系统，省去了现实中调试的成本，提高了产品开发效率。

技术领域

本发明涉及一种用于对数控雕刻机进行虚拟调试系统的创建方法。

背景技术

目前数控雕刻机制造厂家在调试伺服控制参数时，判断动态性能好坏通常是通过人工观测伺服电机旋转平稳度以及监听旋转噪音的方式，这种方式误差大且消耗大量的人力、物力和财力，频繁启停易对雕刻机设备造成损害；而通过经常采用专门的动态性能检测仪器来调整，长期租赁价格昂贵，则大大增加了企业成本。

对于数控雕刻机的虚拟调试，传统的方法通常是在传统PID控制基础之上，推导出位置环、速度环、电流环的传递函数公式，建立机械传动系统的简化数学模型，进而搭建出整个伺服进给系统的完整数学模型，分析不同的伺服系统与机械结构参数对于雕刻机性能的影响。但对于数控雕刻机而言，这种方法在建立数学模型时比较困难，模型误差较大，同时不能直观地反映数控雕刻机的物理组成。

发明内容

本发明针对当前数控雕刻机调试存在的问题，基于Solidworks及Matlab/Simulink，提出一种简单、便捷的数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法。

本发明的数控雕刻机虚拟调试系统的创建方法，包括以下步骤：

(1)SolidWorks环境下搭建数控雕刻机的机械总装配模型；

(2)SimMechanics模型转换；

(3)创建基于Matlab/Simulink的数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统。

所述步骤(1)搭建数控雕刻机的机械总装配模型的过程是：

在SolidWorks环境下建立总装配模型，给予数控雕刻机相关属性、层次结构和机械约束等关键信息，基于相应的调试目的对模型进行适度简化，对雕刻机的主要功能部件进行建模，建立包括床身、机架、主轴以及X、Y、Z三个进给轴的导轨、滑块和工作台等关键零部件在内的几何模型，并将各零部件模型按照实际装配关系添加配合，以各零部件的各自作用对数控雕刻机总装配模型进行分割，根据实际关键零部件的功能需求，将数控雕刻机总装配体模型划分成多个子装配体模型(如木材加工系统子装配体模型、机械传动系统子装配体模型、伺服系统子装配体模型等)，选择各子装配体模型之间的配合关系，在SimMechanics中尽可能地以低副(旋转副和移动副)来代替高副。

总装配模型文件中的各零部件全部以英文命名，防止在MATLAB环境中读取时不可识别。

所述步骤(2)SimMechanics模型转换的过程是：

根据实际雕刻机部件功能实现子装配体模型的划分，同时结合Simscape高级语言来实现进给系统各关键功能部件物理建模与模块化封装；在MATLAB环境下通过“smimport”指令将所述步骤(1)获得的XML文件与STEP文件导入，将XML文件转化为SLX格式的文件，即为SimMechanics的动力学模型。

所述步骤(3)数控雕刻机动力学可视化虚拟调试系统的创建过程是：

将Simulink/Simscape中提供的伺服进给驱动模型与SimMechanics的动力学模型相结合，作为虚拟调试系统模型；advanced mates在SolidWorks中能够被用来限制X、Y、Z轴的最大行程，在虚拟调试系统模型中通过加入饱和块的方式，将数控雕刻机各执行机构的输入信号限制在上下饱和值，建立考虑三个进给轴最大行程的简化动力学模型。