摘要: 印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）数控铣床主要用于对印制电路板进行精密加工，作为PCB系列产品生产周期中尤为重要的基础加工设备，如何缩短PCB数控机床的设计研发时长、降低机床调试成本、追求多样化需求等成为亟待解决的关键问题。本文以... 展开 印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）数控铣床主要用于对印制电路板进行精密加工，作为PCB系列产品生产周期中尤为重要的基础加工设备，如何缩短PCB数控机床的设计研发时长、降低机床调试成本、追求多样化需求等成为亟待解决的关键问题。本文以大幅面PCB数控铣床为应用对象，研究基于数字孪生的PCB数控铣床虚拟调试方法，主要研究内容如下： 首先，从 PCB 数控机床虚拟调试总体设计出发，依次对结构、控制方案进行详细阐述，为了实现机床物理设备与虚拟模型之间稳定快速的数据传输研究，提出虚拟调试通信方案的整体设计构建形式，通过基础模型的多种信号传输进行具体数据分析，对比分析了传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）与用于过程控制数据访问的对象链接和嵌入（Object Linking and Embedding for Process Control Data Access，OPC DA）通信协议方案选择，基于对比数据得出了TCP/IP在传输效率上的优越性，选择TCP/IP作为本文虚拟调试研究的通信协议。 其次，通过研究数字孪生驱动模型理论，分析其组成结构，并基于西门子工业软件NX集成模块机电一体化概念设计（Mechatronics Concept Designer，MCD），提出对数字孪生体模型的完整构建方式，实现过程包括系统工程模型、几何概念特征模型、物理概念特征模型、传感器与执行器及机电信号构建，并通过基础运动仿真序列，初步验证了孪生体模型具有符合机床物理实体设备的加工模式。 而后，为了实现物理与虚拟之间统一的控制形式，基于运动控制器型号与库文件，在Visual Studio C#二次开发平台，完成了虚实一体机床控制程序的设计。并且，为了有效解决孪生调试研究中虚实连接与传输信号的问题，通过建立可传输和接收数据的套接字接口，执行服务器端在通信过程中绑定地址和端口号等具体流程，以及通过字节数组与统一解析格式实现数据存储与转换，再次基于 Visual Studio C#二次开发方式，构建TCP/IP通讯程序，实现了与虚实一体机床控制程序的集成。 最后，为了实现PCB数控机床加工的孪生应用，以大幅面PCB数控铣床为对象，提出基于NX MCD的软件在环虚拟调试。通过对输入输出信号进行整合与匹配，构建可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）程序，实现了在机床控制程序系统下的虚拟调试与仿真；通过对数字孪生体的加工画面和运动位置数据进行分析，验证了控制程序和系统布局的合理性。在孪生体软件在环虚拟调试基础上，为了分析数字孪生虚拟调试在实际应用中的有效性，对 PCB 数控铣床实体加工进行了验证实验。实验结果表明，通过二次开发程序所实现的孪生体模型虚拟调试方法，能够在实体加工验证中得到正确有效的结果，节约调试时间和降低调试成本，并安全高效地解决实际中会出现的问题，具有较强的应用研究价值。 收起