[发明专利]一种应用于数控机床的数字孪生构建方法

说明书

本发明提供一种应用于数控机床的数字孪生构建方法，包括如下步骤：步骤一、对数控机床进行特征参数采集以及装配关系分析，完成几何模型的构建，将几何模型统一规范为URDF格式的几何模型；步骤二、对数控单元提供的数控系统进行二次开发，在二次开发API接口进行下位机数据的采集以及设置，实现对下位机的控制；步骤三、将URDF格式的几何模型导入Simulink仿真工具的模块图环境中进行全机有限元仿真；步骤四、开发数字孪生平台的功能界面，通过二次开发API接口调用下位机底层数据或/和传感器信号输出，将值返回仿真环境中，完成数控机床在虚拟空间中的映射。该方法能够实现数控机床孪生体的建立，以及孪生空间的构建，并且在一定程度上能反映相对应的数控机床的全生命周期过程。

技术领域

本发明涉及数控机床数字孪生建模技术领域，特别涉及一种应用于数控机床的数字孪生构建方法。

背景技术

与普通机床相比，数控机床有对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法，且加工精度高，具有稳定的加工质量，但设备一旦出现故障，维修费用及维修人员的技术要求大。而数字孪生技术应用于数控机床，能反映数控机床实体的全生命周期过程，能对数控机床进行实时故障检测及健康管理。

现阶段应用于数控机床的数字孪生技术，通常是通过传感器测量实现数控机床的姿态，主轴转速及刀具状态等参数的获取，对于高精度的加工质量，通过传感器实现的部分参数获取无法满足实体与虚拟空间中孪生体的高度映射。

当数控机床进行加工运作时，刀具长度补偿，轴位置，轴速度以及修调值等参数，通过传统的传感器外置进行测量或感应，参数的精度无法达到一定要求，部分参数甚至无法在不破坏数控机床实体的前提下利用外置传感器获取，同时传感器的安装及使用不可避免地会对数控机床运作产生影响，故传统的传感器外置的方法对于部分参数进行测量，无法或实现难度巨大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于数控机床的数字孪生构建方法，能够实现数控机床孪生体的建立，以及孪生空间的构建，并且在一定程度上能反映相对应的数控机床的全生命周期过程。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种应用于数控机床的数字孪生构建方法，包括如下步骤：

步骤一、对数控机床进行特征参数采集以及装配关系分析，完成几何模型的构建，将几何模型统一规范为URDF格式的几何模型；

步骤二、对数控单元提供的数控系统进行二次开发，在二次开发API接口进行下位机数据的采集以及设置，实现对下位机的控制；

步骤三、将URDF格式的几何模型导入Simulink仿真工具的模块图环境中进行全机有限元仿真；

步骤四、开发数字孪生平台的功能界面，通过二次开发API接口调用下位机底层数据或/和传感器信号输出，将值返回仿真环境中，完成数控机床在虚拟空间中的映射。

优选的方案中，所述步骤一中，通过三维机械设计软件对应特征参数库进行非标零件的几何模型建立，再通过标准零件库里导入数控机床的标准零件，根据配置的装配约束关系将各个零部件装配成型，完成数控机床几何模型建立，导出STEP标准格式。

优选的方案中，所述步骤一中，完成几何模型的构建后，基于URDF插件导入STEP标准的几何模型文件，根据数控机床的工作原理，选择零部件进行基准轴及坐标轴设置，插件自动计算其在世界坐标位置，将零部件视作为连杆，并为其配置关节，各个连杆连接起来形成运动链。

优选的方案中，所述步骤二中，对于主流的开发平台Linux和Windows，根据开发环境是C++或者C#，进行不同的二次开发库配置。