这是 Studio 1.0.2 的手册，不是最新版本。最新版本的手册

孪生的模型和它们的局限

孪生就是写成程序的 MC-1：同匠自研内核在里面跑，控制器周围的机床部分由物理模型代替。孪生给出的关于实物的数，都是物理模型的估计。它的参数来自机床的设计、零件的手册和公开资料；每台 MC-1 计划在调试时实测，并按实测设定它的孪生。下面每节最后写这一节的参数依据什么。

_草稿（第 14 轮）：正文在写，各节还会补。_

控制器

孪生里的控制器就是同匠自研内核，和机床上的固件从同一份源码编出来。模拟的是它周围的板子：定时器和步进脉冲，带去抖的输入，和电脑之间的链路（USB 串口和它的握手），控制器前台用的时间。

依据：内核自己的代码；前台用时在板子上测过之前是估计。

运动和驱动

每根轴由闭环步进驱动器和滚珠丝杠带动。孪生分四级细节模拟它们，默认是三质量模型：

驱动器的位置环：电机在指令位置附近的磁弹簧，力矩随转速下降，负载太大时失步，跟随误差太大时驱动器报警；
导轨、螺母和轴承的摩擦，Z 的重力；
电机、丝杠和工作台之间传动的柔度，螺母的反向间隙，X 轴下面的机架；
驱动器的供电：急停回路、接触器、驱动器上电要多久。

依据：设计（质量、惯量，刚度来自手算和有限元分析），驱动器和电机的手册；摩擦和驱动器内部参数在测过之前是假设值。

几何和精度模型

打开时，孪生按机床的几何误差移动刀尖：每根轴的导程误差和它的周期部分，两个直线度和三个转角误差（按阿贝臂作用），轴之间的垂直度，螺母的反向间隙，丝杠和主轴受热的伸长。限位开关看的是滑座，对刀仪和测头看的是刀尖，和机床上一样。这个模型默认关：名义孪生是理想的。

依据：按零件等级取的一台典型装好的机床的表。它不是机床的规格；调试时用这台机床的 ISO 230-2 测量换掉（计划）。

热

主轴和滚珠丝杠用着会升温、停着会冷下来；孪生在两次会话之间记着它们的温度，并按温度移动刀尖、改丝杠的导程。

依据：一阶热模型，参数在测过机床的预热之前是假设值。

主轴和变频器

主轴的变频器照机床上的模拟：控制器经 RS-485 用变频器自己的协议和它通讯，按设定的波特率一个字节一个字节地传，变频器照它的手册应答，包括决定它听不听的那些参数。后面是：按转差算的电机转矩，电流和变频器的过流、过载、欠压跳闸，短时掉电时撑住变频器的直流母线，水泵。

依据：变频器和电机的资料；母线电容、电流的励磁分量和摩擦在测过之前是假设值。

切削

毛坯是一张高度场，你要的地方可以加细。刀具每走一步，就去掉它的外形扫过的部分，所以零件的形状来自程序本身。

切削力来自材料的切削系数（随切屑厚度和切削速度变化），按刀具真实的外形（平底、球头、牛鼻、V 刀）逐齿算。孪生由切削力估计主轴的负载和功率、刀具的变形和断刀的危险：刃根的弯曲应力对比硬质合金的强度。

依据：各材料公开的切削数据（每种材料的出处写在机床档案里），锋利的刀，典型的刀具几何。

颤振

每一段切削，孪生按刀具和机床的振动模态、这一刀的几何，算出在当前转速下会开始颤振的切深，并挑一个切削稳定的转速。它还按切削的强迫振动估计墙面最后在哪里。

刀尖每个方向有三个模态：机床的结构、装在夹头和主轴里的刀柄、刀自身的弯曲。弯曲模态的频率按刀的形状算——刃部、颈、柄和伸出长度：6 mm 立铣刀伸出 20 mm 约 14 kHz，0.2 mm 的刀超过 100 kHz。1 mm 以下的刀如果颤振，多半是在它自己的弯曲上，切深几乎不随转速变；这个切深孪生每一刀都在时间上算。

依据：机架的模态来自有限元分析，刀柄的模态是假设值，刀的弯曲按刀的形状用梁的理论估算；三个模态的阻尼都是假设的（3 %）。这些都还没有实测：要在造好的机床上做敲击试验测，测之前稳定切深都是估计值。切削本身的阻尼没有建模：对小刀，裕度偏保守。

跳动

刀的轴线偏离主轴时，最外面的刀齿在切：孔切大、凸台切小（发现 187）。孪生按这个包络切；CAM 在配合里补偿它。刀具规格里可以写这把刀自己的跳动——按精密夹头的等级，或者按实测（tir3：它的 TIR，单位微米）；不写就用机床的。

依据：测过之前是假设的跳动。

刀具磨损

1.0 里每把刀都是新的：不管切了多久，它切出的形状和受的力都按锋利的刀算。为每把刀记程序用掉的寿命，计划在以后的版本里做。切铝的刀多半先因为铝粘在刃口上、零件出毛刺或表面变差而换，而不是因为后刀面磨损。

测头

测头是一种刀具：它的球碰到零件时，测头输入翻转。孪生按毛坯的形状和切过的表面（包括斜面）精确算碰到的那一刻。有两种模型：理想测头，球一碰就翻转；典型测头，预行程随方向不同，有三瓣、散布，推得太远测针会断。

依据：触发式测头的典型值；用它测量之前，先在环规上标定。

Z 净空

对于台面上的装夹，孪生算出要越过的最高点，以及主轴上的刀和刀具表里每把刀在 Z 最高处时刀尖的高度。越不过装夹的刀，会在装夹或刀具改变时报出来（发现 188）。

依据：机床的设计，和给定的刀长。

碰撞和装夹

孪生检查刀具、刀柄和主轴与零件、夹具和机床之间的碰撞，快要碰撞之前就提醒。装夹（压板、虎钳、V 形块、胶带、固定）用一个力夹住零件；切削推得更大时，零件会打滑。

依据：机床和夹具的几何来自设计；夹紧力是估计。

没有模拟的

墙面位置以外的表面纹理和粗糙度；
积屑瘤、切屑和排屑；
薄壁在切削下的变形；
零件自己的发热；
刀断了以后的事。

要造好机床才能做的验收（驱动器和声音的测量、切削力、表面、热、机架模态、影子模式接真机）写在孪生的设计文档里（docs/06 第 7 节）。