[发明专利]用于模拟机床上加工过程的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用虚拟机模拟机床上加工过程的方法及系统。

背景技术

领先的机床制造商和研究机构已经对“虚拟机床”进行了多年的工作，该虚拟机床的关键方面是与制造过程进行结合，其中，机床和工件之间的交互作用被模拟，且可通过3D生动地显示出来。现代系统重现了所有移动机床的运动学特征，所述特征包括由于使用机床进行加工，在工件上进行制造过程中的材料移除。

例如，在文献EP1 901 149B1中，申请人描述了一种装置和方法，以用于模拟机床上加工工件的操作序列，该发明被设计用来尽可能全面地重现在工件上进行的所有加工操作，而且还用来以尽可能全面、真实的描述模拟和重现机床的外围设备，包括换刀库、工件库、工作区等。

在机床应用中，虚拟机床通常由控制侧的组件以及系统侧的组件构成，其中，控制侧组件包括以控制台和监视器形式提供的人机界面（HMI）、数字控制核心（即，由NC程序预定义的控制指令）以及可编程逻辑控制器（PLC），即特定机床控制器以及对应的驱动控制器，所述特定机床控制器通常用于控制机械调整电路，包括附加组件，例如，刀库、冷却水源等。而系统侧组件具体包括驱动系统以及关联的控制装置、气压/液压系统、工件主轴运动学，所述驱动系统包括其运动学特征以及运动学行为（恢复力、热特性），所述工件主轴运动学包括其几何表示、工件夹具以及刀具以及同时执行的工件和材料移除过程。

在许多虚拟机床中，这些组件中只有部分组件被实现，在少数的情形下会显示附加的组件，例如，外部自动化装置的几何表示。

迄今为止模拟过程的主要目的是在模拟平台上与真实应用的步骤一样，运行真实过程的整个加工/移动顺序。这样，例如，当委托制造一新机床或安装该新机床时，可以获得关于加工顺序的有价值信息，所述加工顺序可能是实际上所期望的。在该操作中，根据模拟平台的性能，模拟处理速度可以被调慢，以允许更精确地观察，甚至也可以被加速。

目前，由于硬件能力，加速只能通过增加时钟频率来获得，与此同时，新的硬件功能集成仍然只能在一有限范围内获得，从而使得所述模拟处理速度以及预先获取特定工作过程的（例如对于不使用弹性碰撞的）快速印痕受到限制。而另一方面，随着先进机床的提出，加工和移动操作正变得越来越复杂，从而对用于虚拟机床的整体方法增加了限制。

发明内容

根本问题的实现是本发明的出发点，本发明的目的在于提供一种使用虚拟机模拟机床工件过程的方法和系统，该虚拟机可以得到更高的模拟速度。

该目的中的方法可通过权利要求1中的技术特征来实现，系统则具有权利要求12的技术特征。

优选实施例则在从属权利要求中被描述。

本发明描述一种使用虚拟机模拟机床上工作过程的方法，根据NC控制数据和PLC控制数据，所述虚拟机被设置用来使用加工数据、工件数据以及刀具数据模拟机床上加工工件的过程，根据本发明，工作过程在一平台上被模拟，所述平台包括多个处理处核心，所述工作过程被局部模拟，这些局部模拟并行地运行在不同的处理器核心上。

通过这种方式本发明保证了一模拟环境，该模拟环境以一平台的形式，可以较好地执行整个过程，通过该平台虚拟机可以被并行地启动多次。

这包括可以将完全的虚拟机安装到多个不同处理器核心上，然后，所述多个处理器核心可执行所述局部模拟。尽管如此，还可以在不同处理器核心上只安装和启动功能相对减少的特定虚拟机。

并行处理可得到的时间优势可通过下述方式得出：T_par＝T_seq/N+T_seq/N,其中N=NC程序段的数量，C=CPU核心或VM的数量，T_seq=顺序处理的时间，T_par=并行处理的时间，并假设N=C。作为示例地，在8个虚拟机并行处理的情况下，T_par的处理时间=2/8·T_seq=0.25·T_seq加上间接花费的时间。

尽管如此，本发明的方法不但可以为给定的、具有特定复杂程度的工作过程增加模拟速度，而且为所有工作过程整体模拟的进一步研究确定了至关重要的前提。在这种情况下，由于本发明中工作过程或工作过程的模拟被划分为在不同处理器核心上运行的局部模拟，使得本发明方案原则上提供了不同的方法来增加计算能力，因此，模拟不再受到涉及复杂性的任何进一步的限制，这是非常重要的。