（机械电子工程专业论文）基于pc的石材桥式切割机数控系统的软件设计与开发.pdf

摘要 摘要 石材桥式切割机是石材装饰用品加工使用最为广泛的机械之一，国内的石材桥式 切割机主要为以p l c 手工编程为基础的半自动化机械设备，加工效率低下且工艺范围 窄，不能对设计的石材轮廓进行优化和更改。为解决石材桥切机的这种缺陷，本文提 出了采用v i s u a lc + + 6 0 平台开发基于工业p c 的石材桥式切割机数控系统。 石材桥式切割机数控系统是以w i n d o w sx p 和面向工业应用的p c 机作为工作环 境，使用微软封装基础类库m f c 开发的数控软件。论文首先对石材桥式切割机的基 本构造进行了介绍，比较了国内外石材桥切机械设备的现状，分析了开发石材桥式切 割机数控设备的必要性和前景。 论文接着阐述了开发石材桥式切割机数控系统运用的软件工程学方法。比较了传 统的软件工程学方法和面向对象软件工程方法的优缺点，并用面向对象的软件工程方 法对石材桥式切割机数控系统进行建模分析，同时建立了分析模型。然后论文介绍了 系统进行图形识别和显示、保存的方法，着重介绍了d x f 文件的表段和实体段的组 成和识别过程。为了解决数控系统参数设置困难的问题，系统统一设置了加工参数 页，用于系统的各类参数的设置。 论文重点介绍了数控系统的一些关键算法，包括实现轮廓识别和轨迹优化的算 法。使用最外端寻找法实现外轮廓识别，完成后采用线性衔接法实现内轮廓的识别， 并将识别后的实体按照轮廓结构存入链表。轨迹优化转化为邮差问题后采用最近插入 法实现，完成后根据优化结果对轮廓识别部分构建的链表重新排序。文中还简要介绍 了支撑数控系统的另外关键算法，比如刀具补偿、运动控制、轨迹仿真等。 最后，论文图文并茂的介绍了石材桥式切割机数控系统软件( s t o n e c u t t e r ) 的使 用方法和运行情况，并以例图给出了各个软件模块的运行结构。本文完成了课题的设 计目标和研究任务，但仍有欠缺，还需要继续努力加以完善，将更强的功能石材桥式 切割机数控设备推向市场。 关键词：石材桥式切割机；数控系统；软件设计；轮廓识别；轨迹优化 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n ei so n eo ft h em o s tw i d e l yu s e dm a c h i n e sf o rp r o c e s s i n go f t h es t o n ed e c o r a t i o n s t h et r a d i t i o n a ls t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n ei sas e m i a u t o m a t e d e q u i p m e n tb a s e do np l cm a n u a lp r o g r a m m i n g ，w h o s ep r o c e s s i n ge f f i c i e n c yi sl o wa n d t e c h n o l o g yr a n g ei sn a r r o w i tc a n to p t i m i z et h ec o n t o u ro ft h ed e s i g n i no r d e rt or e s o l v e t h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sam e t h o d ，w h i c he x p l a i n sh o wt od e v e l o pc n c s y s t e mo f s t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n et h a tw i l lr u ni ni n d u s t r i a lp cb yv i s u a lc + + 6 0 c n cs y s t e mo fs t o n eb r i d g ec u r e rm a c h i n ew i l lr u ni ni n d u s t r i a lp ct h a ti si n s t a l l e d w i n d o w sx pi na d v a n c e ，a n dw i l lb ed e v e l o p e db ym f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s ) l i b r a r y t h ep a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h eb a s i cs t r u c t u r eo ft h es t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n e ， t h e nc o m p a r e st h ed e v e l o p m e n to fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n eb e t w e e nd o m e s t i ca n d f o r e i g n t h ec o n c l u s i o no fc o m p a r i s o ns h o w st h a ti ti se s s e n t i a la n dp r o s p e c t i v et od e v e l o p t h ec n c s y s t e mo fs t o n eb r i d g ec u r e rm a c h i n e t h ep a p e rt h e nd e s c r i b e st h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o dt h a tu s e df o rc n cs y s t e mo f s t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n e t r a d i t i o n a ls o f t w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o d sa n do b j e c t - o r i e n t e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o d sa r ei n t r o d u c e da n dc o m p a r e d ，i ts h o w st h ea d v a n t a g e so f o b j e c t - o r i e n t e d s o f t w a r e e n g i n e e r i n gm e t h o d s w eb u i l dt h ea n a l y s i sm o d e lf o r t h e n u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e mu s i n go b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o d s t h e nt h e p a p e rd e s c r i b e st h em e t h o do fp a t t e r nr e c o g n i t i o n , d i s p l a y i n ga n ds a v i n gi nt h es y s t e m t h e c o m p o s i t i o na n di d e n t i f i c a t i o np r o c e s s e so nb o t ht a b l es e c t i o na n de n t i t ys e c t i o no fd x ff i l e a r eh i g h l i g h t e d a n dm u l t i - p a g e sd i a l o g u ei su s e dt os e t u pm a n yp a r a m e t e r s ，w h i c hi s c o n s i d e r e dt ob ev e r yd i f f i c u l tb e f o r e a n dt h e n , t h i sp a p e rp u t se m p h a s i so nr e s e a r c ho fk e ya l g o r i t h m s ，i n c l u d i n gc o n t o u r r e c o g n i t i o na n dp a t ho p t i m i z a t i o n m o s to u t e rs e a r c hm e t h o di su s e dt oa c h i e v eo u t e r - c o n t o u rr e c o g n i t i o n , a n dl i n e a r c o n v e r g e n c em e t h o di s u s e dt oa c h i e v ei n n e r - c o n t o u r r e c o g n i s e t h er e c o g n i z e de n t i t i e sa r el o a d e dt ol i n k l i s t sa c c o r d i n gt oc o n t o u rs t r u c t u r e a f t e rp a t ho p t i m i z a t i o np r o b l e mi ss a m p l e dt ot h ep o s t m a np r o b l e m ，i tw i l lb es o l v e db y n e a r e s ti n s e r t i o na l g o r i t h m l i n kl i s tt h a ti sb u i l d e di nc o n t o u rr e c o g n i t i o ni ss o r t e da g a i n a f t e rt h ea c c o m p l i s h m e n to fn e a r e s ti n s e r t i o na l g o r i t h m t h i sp a p e ra l s ob r i e f l yi n t r o d u c e s i l 摘要 o t h e rk e ya l g o r i t h m sw h i c hs u p p o r tt h en cs y s t e m ，s u c ha st o o lc o m p e n s a t i o n ，m o t i o n c o n t r o l ，n e wo r i g i np o i n ts e t t i n ga n dt h ep r o c e s st r a c ks i m u l a t i o n f i n a l l y ，t h ep a p e ri l l u s t r a t e sh o w t ou s ea n do p e r a t ec n c s y s t e mo fs t o n eb r i d g ec u t t i n g m a c h i n es o f t w a r e ，r u n n i n gp r o c e s s e so ft h ev a r i o u ss o f t w a r em o d u l e sa r es h o w ni ns o m e d i a g r a m s i nc o n c l u s i o n ，i tb a s i c a l l yc o m p l e t e sr e s e a r c ho ft h i ss u b j e c t h o w e v e r ，w ea l s o h a v et op a ya t t e n t i o nt ot h en e x ti m p r o v e m e n ta n dm a k et h es t r o n g e rs t o n eb r i d g ec u t t i n g c n cs y s t e mm o r em a r k e t - o r i e n t e d k e y w o r d s ：s t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n e ；n u m e r i c a l c o n t r o ls y s t e m ；s o f t w a r ed e s i g n ； c o n t o u rr e c o g n i t i o n ；t r a j e c t o r yo p t i m i z a t i o n i i i c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) a b s t r a c t ( e n g l i s h ) c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n l 1 1i n t r o d u c t i o no fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n e 1 1 2t h es i t u a t i o no fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n ea th o m ea n da b r o a d 2 1 2 1d e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n ea ta b r o a d 3 1 2 2d e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n ea th o m e ”4 1 3s u b j e c tr e s e a r c hb a c k g r o u n da n dp u r p o s e 5 1 3 1s u b j e c tr e s e a r c hb a c k g r o u n d 5 1 3 2s u b j e c tr e s e a r c hc o n t e n ta n dp u r p o s e 5 1 4s u m m a r y 6 c h a p t e r 2o v e r a l ld e s i g no fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n ec n cs y s t e m 7 2 1m e t h o do f s o f t w a r ee n g i n e e r i n gb a s e do no b j e c t - o r i e n t e d 7 2 1 1m e t h o do f t r a d i t i o n a ls o f t w a r ee n g i n e e r i n g 7 2 1 2m e t h o do fo b j e c t o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g 8 2 2o b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i so fs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n e sc n cs y s t e ms o f t w a r e 10 2 2 1b a s i cm o d e lo fo b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i s 10 2 2 2s u p p l e m e n tm o d e lo fo b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i s 1 2 2 2 3d e t a i le x p l a n a t i o no fo b j e c t o r i e n t e da n a l y s i s 13 2 3 s u m m a r y 1 3 c h a p t e r3d e v e l o p m e n to fs o f t w a r ep l a t f o r mf o rs t o n eb r i d g ec u t t i n gm a c h i n e 1 5 3 1p r o g r a m m i n gl a n g u a g eo f s y s t e m 1 5 3 2p a t t e mr e c o g n i t i o no fs y s t e m 15 3 2 1f o r m a to f d x ff i l e 1 5 3 2 2s t e p so f d x fr e c o g n i t i o n 1 7 3 2 3p a t t e r nr e c o g n i t i o no fh p g l f i l e 2 1 3 2 4d a t as t o r a g e 2 2 3 3d i s p l a yo fg r a p h i cs y s t e m 2 2 3 3 1c o o r d i n a t i o no f s y s t e m 2 2 3 3 2c o n v e r s i o no fa c t u a lc o o r d i a t es y s t e ma n dl o g i c a lc o o r d i n a t es y s t e m 2 3 3 3 3d r a wf u n c t i o i l s ：1 6 v i i 广东工业大学硕士学位论丈 3 4s e t u pp a r a m e t e r s 2 8 3 5t o o lc o m p e n s a t i o n 2 9 3 6s i m u l a t i o n 一3 0 3 7s u m m a r y 3 1 c h a p t e r4r e s e a r c ho fk e ya l g o r i t h m s 3 3 4 1d a t as t r u c t u r eo fs t o r a g i n ge n t i t i e s 3 3 4 1 1d a t as t r u c t u r eo f s t o r a g i n ge n t i t i e s 3 3 4 1 2l i n k e dl i s ts e l e c t i o no fs t o n e c u t t e r 3 4 4 1 3c o n c r e t eo b j e c ts a v e di nl i n k e dl i s t 3 5 4 2r e c o g n i z ec o n t o u r 3 7 4 2 1r e c o g n i z ec o n t o u ro f o u t l i n e 3 7 4 2 2s e a r c ha n ds o r ti n s i d ec o n t o u r 3 9 4 2 3s o r td a t as t r u c t u r eo fs t o r a g ee n t i t i e s 3 8 4 3p r o c e s st r a c ko p t i m i z a t i o n 4 3 4 3 1a l g o r i t h m so f w a c ko p t i m i z a t i o n 4 4 4 3 2o v e r v i e wo f t r a c ko p t i m i z a t i o n 4 8 4 4s u m m a r y 5 0 c h a p t e r 5r u n n i n go fs t o n e c u t t e rs y s t e m 5 1i n t r o d u c t i o no fs t o n e c u t t e rs y s t e m 5 1 5 1 1t h em a i nu s e ri n t e r f a c eo fs t o n e c u t t e r 5 1 5 1 2f i l ei n t e r f a c eo fs t o n e c u t t e r 5 4 5 2r e s u l to fs o m eo p e r a t i o n 5 5 5 2 1d i s p l a yo fg r a p h i cs y s t e m 5 5 5 2 2d a t ap r o c e s s i n go fs y s t e m 5 5 5 2 3s e t u pp a r a m e t e r so fs y s t e m 5 7 5 2 4s i m u l a t i o no fs y s t e m 5 7 5 - 3s u m m a r y 5 7 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t s 5 9 1 、c o n c l u s i o n 5 9 2 、p r o s p e c t s 6 0 r e f e ；r e n e e s p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gc a n d i d a t ef o rm a s t e r 6 5 a f f i r m a t i o n v i i i 6 7 c o n t e n t s c o p y r i g h t a c k o n w l e d g e m e n t 6 7 6 9 第一章绪论 1 1 石材桥式切割机概述 第一章绪论 天然石材由于具有质感好、外观庄重、机械及物理化学性能良好( 如耐压、耐磨 及耐腐蚀) 等优点，自古就是一种优良的建筑材料。近代以前，石材加工都由石匠手 工完成，直到1 9 世纪欧洲出现第一台加工石材的机械，石材加工业就由传统的手工 加工向机械加工发生转变。近年随着建筑、装饰业的发展，各种品种、规格的石材制 品需求迅速增加，刺激了石材加工机械的快速发展。根据石材加工工艺的区别和市场 需求，锯切加工机械、磨抛加工机械以及异形加工机械是这些年石材机械中发展的重 点。 石材设备中使用最多的就是石材桥式切割机，此类切割机一般采用全自动大梁定 位，红外线对刀，液压传动，具有切割速度快、精度高，一致性好等优点。根据切割 功率和加工工作台尺寸的不同，适合加工花岗岩、大理石等各类石材，加工类型有切 边、磨边、倒边、钻孔加工等。对于石材切割加工的厂家来说，有移动安装方便，操 作简单等优点。 石材桥式切割机的主体主要由主体导轨、支撑系统、主轴系统、垂直升降系统、 横向移动系统、润滑、冷却、制动以及电控制系统等组成。主体导轨和支撑系统在整 机中保证运动的平稳性，同时为切割系统提供运动平台。主轴系统精确控制轨道上工 作头的运动，在电控制系统的辅助下，精确定位工作头的前进速度和距离，保证在切 割薄板材料时的精度、平整度以及均匀度要求。垂直升降系统控制切割锯片的垂直升 降运动。横向移动系统控制锯片的进给运动，进给运动的速度在规定范围内由操作者 调节。润滑和冷却部分保证整机有条不紊的进行石材切割。大部分桥式切割机都采用 油浴集中润滑，而冷却采用冷却泵提供专用冷却液进行切割冷却。电控系统由电控柜 进行集中操作控制。国内大部分机械可以进行手动和半自动加工控制，石材切割锯片 的进给速度调节一般通过变频器实现无极调速n 2 3 。 石材桥式切割机的工作原理为装在主轴上的金刚石圆锯片做高速旋转运动，同时 横向移动系统做往返直线运动切割石材，通过垂直升降系统的升降控制切割锯片的吃 刀量。圆盘锯片的线切割速度最大可达4 0 0 姗s ，加工效率较高，能快速加工吃刀量 不大的直线线型。虽然圆盘锯切机是目前使用最广泛的石材切割机械，但受圆盘锯片 广东工业大学硕士学位论文 半径的限制，石材最大切割厚度受到一定的限制。另一方面圆盘锯刀只是比较适合加 工直线线型，遇到有一定曲率的石形就不能选择圆盘锯刀桥切机。 为了使石材桥式切割机能加工更多的工艺类型，同时提高机械的可操纵性和自动 化程度，本文提出了在金刚石圆盘锯刀为主的基础上，增添铣刀和磨刀两种刀具，同 时将机床数控化的解决方案。铣刀可以辅助切边，同时可以铣切较为复杂的轮廓石 形，帮助锯刀加工更复杂外形的成料，磨刀可以在主轴旋转时磨削边料。在增a n - - 种 刀具的基础上，将原有桥切机数控化，通过准确的数值计算，在简化桥切机的操作难 度和复杂性的基础上自动化加工石材。 数控化的桥式切割机如图1 所示，这种结构的石材桥切机主要用于大理石，花岗 岩的切边、磨边和倒边。圆盘锯刀在c 轴的控制下，可以在x y 平面内翻转3 6 0 度， 能够高效率地加工直线轮廓和圆弧轮廓。铣刀也可用于石材板块的铣切加工，相对于 锯刀，其结构较为简单，可加工较复杂的轮廓，加工效率相对较低。 图1 数控石材桥式切割机 f i g 1 - 1s t o n eb r i d g ec u t t i n gc n cm a c h i n e 1 2 石材桥式切割机的国内外研究现状 随着近十年来中国房地产市场的火爆发展和国民生活水平的提高，建筑和装饰对 石材的要求越来越高，不仅要求石材经久耐用，而且希望石材美观迷人，很多重要场 所都通过石材的质地和加工纹理等特质衬托其高贵典雅的身份象征。这些装饰材料主 2 第一章绪论 要是大理石和花岗岩经过加工后的产品，石材产品的高需求促进了石材加工机械的高 速发展。为了加工形状迥异，纹理特殊的各种异形石材产品，就必须有先进的石材加 工机械。目前国内高端石材制品加工设备主要依靠进口，具有多工艺特点的国产石材 机械比较少。为了满足国内石材市场的需求和提高国产石材机械产品在国际上的竞争 力，加大力度研发石材加工设备是我国石材加工业的当务之急。 1 2 1 国外石材桥切机的发展趋势 欧美以及日本等国家在机械制造和计算机技术一直是世界领先水平，石材机械依 托其先进的数控技术和机械设备制造能力高速发展，近年来制生产了一批高质量、高 性能、可操作性强的石材加工设备。在欧美国家，特别是在德国和意大利为代表的机 械大国，研发了许多高效率、高性能的石材加工设备，降低了石材生产的劳动强度和 生产成本，在石材机械行业有较强的国际竞争力。 国外石材桥式切割机主要向提高加工效率的方向发展，大力改进设备制造结构和 精度，将机床的控制部分数控化是近年来石材桥切机的主要发展方向。意大利a c h i l l i 公司生产的a b s t s 型号的三轴联动数控桥式切割机，其圆盘锯片的直径最大可达 5 0 0 m m ，一次吃刀量5 0 m m ，线切割加工精度控制在0 0 1 r a m 以内。配置 4 6 0 0 x 2 2 0 0 m m 的工作台，以及数字c n c 触摸屏操作面板，能方便地自动加工大尺寸 石材板料 3 1 。 意大利l e v it u n i s i 公司生产的l tf p1 2 0 0 型石材桥式切割机，集锯切和铣削一体 化，工作头能在3 6 0 度范围内翻转，一次切割厚度可达最大为6 0 m m ，线切割精度可 达0 0 2 m m ，完全由c n c 数字控制。这种桥切机主要用于切割二维板材，具有高效 率、高精度和高可靠性的优点 4 1 。 国外石材桥式切割机的设计过程以提高加工效率为目标，同时充分融入人体工学 的理念【5 1 ，同时关注实现细节。国外石材桥式切割机在机械能耗方面不断的优化调整 帮助减轻企业成本，例如主轴电机的功率，国外采用4 k w 三菱伺服电机，相比于国 内使用5 5 k w 的伺服电机节省不少电力成本。另外行程开关的可靠性，系统的异常处 理，乃至产品的安全标识等细节问题，都是国外石材桥式切割机关注的重点。 通过对国外优秀石材机械的介绍，我们看到欧美国家在机械制造和数控机械领域 的长处。这些工业强国依赖其先进的工业制造技术和精益求精的优良传统，设计制造 广东工业大学硕士学位论文 了领先世界水平的石材机械产品。这些产品集成度高，自动化程度好，加工工艺范围 广，具有高精度和高稳定性等特点，在国际市场上有非常明显的技术优势。 1 2 2 国内石材桥切机的发展趋势 随着这些年来国家对机械行业的重视，大力扶植国内机械产业发展，许多公司和 科研机构在数控机械领域取得了可喜的成绩。石材机械行业也跟随这趟大浪取得了一 些成果，但和国外的优秀石材机械厂商相比，还存在着一些差距。尤其是在自动化程 度、性能、工艺范围等核心技术领域内存在着差距。我国目前有上百家石材机械公 司，其产品的机械性能和国外相比距离不算太大，但其产品多半处于半自动化状态， 高性能和集成化程度高的机械产品仍然主要依赖进口。 国内广泛使用的金刚石和大理石锯切设备，根据欧洲进口的金刚石圆盘锯进行研 发，同时不断引进国外先进板材锯切设备，学习基本架构和主要机械组成，模仿生产 了一些金刚石圆盘锯设备。虽然已经取得一些可喜的成绩，但受制于机械本身的结构 特点限制，这种石材切割机械仍有一些难以攻克的难点。比如金刚石圆盘锯( 桥式切 割机) 的锯切深度总会受锯片直径大小的限制，一般不能超过锯片大小的三分之一。 由于锯机的驱动轴不能完全有效地支承较大重量的圆锯片沿空间垂直平面进行锯切， 同时由于圆锯片的直径太大，锯面发生饶曲很难平整，锯切时易产生振动，导致锯路 不平直。为了解决这些技术难题，国内石材机械厂商试探性地研究了很多解决办法。 为了提升桥式切割机的加工效率，山东省莱州市莱东建材设备研究所生产了一种 组合锯，即将多片圆盘锯以一定的间隔装在同一个主轴上同时对石材进行加工。这种 多片锯的锯片直径可达1 2 m ，主要用于生产6 0 0 6 0 0 1 5 m m 的石材面砖所需的板 材。虽然在机械结构上未做太多改进，但由于组合锯的锯片数量可达上百片，因此可 一次加工上百毛板，使得加工效率大为提升【6 】。 在产品的设计理念上，传统的桥切机以安全作为设计的出发点，产品笨、粗、 大、重，既不便于装卸也不利于移动。可喜的是现在一批石材机械生产厂商开始大胆 创新，在保证安全的条件下，对桥切机结构进行优化处理。对选用的材料在保证安全 及各项力学性能要求下使用轻质铝合金材料、新型复合材料、工程塑料代替钢板；动 力传动装置使用控制精度更高的伺服电机；将整机设备的尖锐凌角处加工成圆角；操 作界面越来越友好等。 4 第一章绪论 通过介绍，国内石材桥式切割机的发展状况虽有待进步，但前景非常明朗，我们 要在国家重视机械行业发展的潮流中，站起来积极迎对机遇和挑战，制造满足社会需 求的石材机械设备。国外的石材机械设备虽然可靠，加工效率高，但价格不菲，而且 维护困难。欣喜的是看到国内的石材机械也已取得一些骄人的成绩，生产制造了一批 满足需求的桥切设备。看到了差距就能让我们更加明确前进的方向，自主研发功能强 大，性能稳定的石材桥式切割机械具有重要的市场价值和技术价值 7 1 。 1 3 课题研究的背景和目的 1 3 1 课题研究的背景 本文的课题来源于广东云浮市科特机械有限公司和广东工业大学机电学院联合开 发项目石材桥式切割机数控系统的设计与开发。广东云浮市科特机械有限公司是 一家专业生产石材机械设备的科技型企业。公司组建了“云浮市石材机械装备工程技 术研究开发中心 ，并与高校和科研院所密切合作，致力于光机电一体化产品的研 发、生产、销售和服务。主要产品有框架锯、全自动连续磨抛机、桥式自动切割机、 全自动仿形石线机、数控金刚石绳锯、裁切机等。产品具有自动化程度高、加工精度 高和生产效率高等特点。产品除国内销售外，还出口到欧美、东南亚、韩国、印度、 中东、非洲、俄罗斯、澳大利亚等国家和地区，深受用户好评【8 , 9 , 1 0 】。 家庭装饰业以及大型基建项目对各种石材产品的需求指数上升和各类国产石材制 品的出口需求，共同促进了石材加工机械的高速发展。在市场需求的推动下，课题组 决定联合开发针对性较强的石材加工数控系统，期望能提高石材加工业的加工效率和 工艺水平。 1 3 2 课题研究的主要内容 本课题的最终目的是开发基于p c 的石材桥式切割机数控系统，而本文主要描述 开发此数控系统的软件，为数控系统搭建开发平台，同时完成部分的数据处理和数据 交互，使软件平台有良好的u i ( u s e ri n t e r f a c e ) 和u e ( u s e l e x p e r i e n c e ) 体验。研究内容 的主要部分如下所示： ( 1 ) 源文件的识别读取 广东工业大学硕士学位论文 实现从a u t o c a d 绘制的d x f 格式文件或者h p g l 生成的p t l 文件中将图形文件 的信息读取到数控系统当中，读取文件当中的图层信息、实体信息，为接下来的相应 计算做准备【1 1 1 。 ( 2 ) 源信息的处理 d x f 文件和h p g l 图形文件的读取，并将两种文件信息整合，存储到相同的数据 结构，同时对其进行内外轮廓的识别，轨迹的优化，加工参数信息的配置等工作。 ( 3 ) 图形处理 在加工的过程当中，有很多图形处理的工作需要完成，比如图形的显示、放大缩 小，拖动，点选框选等，以及其他需要完善的人机交互的工作。 ( 4 ) 实验调试 在构建好一个数控系统的软件平台和硬件平台后，对石材桥式切割机数控机床进 行现场运行调试，根据实际需求，提出软件功能和硬件功能的改进，在此基础上完善 和改进，使本数控机床更好的运用于现场生产。 1 4 本章小结 本章介绍了石材桥式切割机的机械结构和工作原理，分析了国内外石材桥式切割 机械的发展状况，通过对比分析了国产机械和国外优秀产品之间存在的差距，借此论 述了发展国产高性能数控机床的需要。本章最后阐述了课题的研究背景和课题研究的 主要内容。 6 第二章石材桥式切割机数控系统软件的总体方案设计 第二章石材桥式切割机数控系统软件的总体方案设计 2 1 面向对象的软件工程方法 面向对象方法( o b j e c t o r i e n t e dm e t h o d ) 是一种把面向对象的思想应用于软件开发 的过程中，指导开发活动的系统方法，简称0 0 ( o b j e c t o r i e n t e d ) 方法，是建立在“对 象 概念基础上的方法学。对象由数据和容许的操作组成封装体，与客观实体有直接 的对应关系，一个对象的类定义了具有相似性质的一组对象。类的每次继承对具有层 次关系的属性和操作进行共享【1 2 1 。所谓面向对象的软件工程方法就是基于对象概念， 以对象为中心，以类和对象作为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构 建相应的软件系统。 面向对象在很大程度上改变了传统的系统开发过程，其基本思想是尽可能运用人 类的自然思维方式，将现实世界中客观存在的事物抽象分类，把复杂的事物( 对象) 抽象为相对简单的对象层层组合而成。对象间的关系与实际相对应，实现了自然事物 到数学模型的直接映射，保证了问题模型与设计模型的一致性。 2 1 1 传统的软件工程学方法 传统的软件工程方法学可以被理解为生命周期方法学或者结构化范例。它采用结 构化地分析、结构化地设计和结构化的实现来达到软件开发的目的，在开发的同时辅 以相应的软件工具和集成开发环境支持这种软件开发方法的实现。 传统的软件开发方法学将软件的整个生命周期划分为若干个具体的阶段，然后按 照顺序依次完成各个阶段的任务。采用传统软件工程方法学开发软件时，从对问题域 的具体情况进行抽象地逻辑结构分析开始，到整个软件的开发完成，都具有承接性。 前一个阶段的完成是后一个阶段的开始能够顺利进行的基础和前提，而后一个阶段的 完成又使前一个阶段更佳完善和具体化，使得细节问题考虑的更加周全。同时，每一 个阶段的开始和结束，都有一定的检验标准。对于相邻的两个具体的阶段而言，后一 个阶段的开始标准就是前一个阶段的结束标准。在每一个阶段的结束时，都需要对该 阶段进行严格的技术审查和管理审查，只有该阶段的成果同时满足技术和管理的审查 标准时，才认为该阶段合格可进入到下一阶段；如果没有同时通过这两个方面的审 查，则需要进行必要的返工，完成后再审查直到通过审查为止。无论是技术审查还是 7 广东工业大学硕士学位论文 管理审查，其最重要的参考标准就是要有最新的技术文档，从而保证在软件开发周期 结束时能提交可靠完整的软件配置资料。技术文档是软件交付时的通信入口，它告诉 软件的使用者或下阶段的开发者项目已经具备了什么样的功能，奠定了什么基础。 同时文档也是对程序进行检查和更新的依据，如果文档和程序实际的工作内容不匹配 时，那么肯定是某些工作忘记做了，在复查时应该补齐这些纰漏。 传统的软件方法学包括四个大的部分，它们包括需求分析、总体设计和详细设 计、编程和测试以及软件的维护。若干个阶段的细分都从这四个部分开始，而且每一 个阶段的任务相对独立，简单，同时便于协同合作，从而降低了软件开发的整体困难 程度；同时，在软件生命周期的各个阶段都采用合理的管理技术和技术方法，且在每 个阶段结束时都进行严格的技术和管理审查，保证下一个阶段能够顺利的进行。通过 这种可靠的过程管理，就可以保证软件开发全过程的稳定可靠，保证了软件的质量， 特别是提高了软件的可维护性。 2 1 2 面向对象的软件工程方法 面向对象的软件工程方法是面向对象方法在软件工程领域的全面运用。面向对象 的软件工程方法主要分为三个阶段：面向对象的分析、面向对象的设计、面向对象的 实现，下面具体介绍这三个阶段n 引。 l 、面向对象的分析 面向对象分析是抽取和整理用户需求，再此基础上建立问题域模型的过程。 面向对象分析的过程从分析用户陈述的需求作为入口点，分析问题域的数据模 型，发现和改正原始陈述中的二义性和不一致性，查漏补遗，从而使需求陈述更为完 整准确。接下来，分析需要深入理解用户需求，抽象化目