（机械制造及其自动化专业论文）高速走丝线切割机自动编程系统研究.pdf

、 删黼 苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属在l 月解密后适用本规定。 非涉密论文 论文作者签名：至至i日 导师签名：! ：鲤日 期：! 7 高速走丝线切割机自动编程系统研究 摘要 摘要 高速走丝线切割机是我国独创的电加工设备，它价格低廉，结构简单，工艺 效果好，是我国生产和使用的主要电加工机床。随着高速走丝线切割机在模具制 造、成型刀具加工、难加工材料和精密复杂零件加工等方面的广泛应用，对其自 动化程度有了更高的要求，自动编程系统的作用显得同益重要。而国产或国外的 自动编程系统分别存在技术滞后、操作不便和通用性不好等问题，严重限制了线 切割机生产效率的提高。因此，研究适合我国国情的高速走丝线切割自动编程系 统具有重要的现实意义。 本文在论述了高速走丝线切割技术的研究现状以及现有高速走丝线切割机自 动编程系统的基础上，设计和开发了一套高速走丝线切割机的自动编程系统。本 文主要作了以下几个方面的研究工作： 完成了图形绘制的设计，实现了基本零件图形的绘制、图形的编辑与文件管 理。通过对d x f 文件的结构和组码、组值含义的分析，成功实现了d x f 文件图 形信息的读取，自动快速重绘图形，实现了在a u t o c a d 2 0 0 7 环境下绘制的任何二 维图形完整地转移到自动编程系统中，实现了绘图模块所绘图形信息输出为d x f 文件的功能。通过对图形信息进行排序，能生成随用户指定加工顺序变化的有序 链表，全面研究了两相邻实体可能出现的各种连接方式，并给用户提供了两种拐 角过渡方式的选择，通过处理电极丝偏移轨迹和拐角过渡，实现了电极丝准确平 滑的过渡。通过对3 b 代码、g 代码算法的研究，实现了两种数控代码的生成，最 后通过对以插补技术为基础的加工仿真算法进行研究，实现了加工轨迹的图形仿 真。 本系统以w i n d o w sx p 为操作平台，以s u a lc + + 6 o 为编程工具，采用图形 交互的编程方式，界面友好，操作方便。 关键词：高速走丝线切割机，自动编程，图形绘制，d x f 文件，代码生成 作者：程坤 指导老师：倪俊芳 r e s e a r c ho na u t o m a t i cp r o g r a m m i n gs y s t e m o f h i g hs p e e d w i r ec 吡i n gm a c h i n e a b s t r a c t h i g l ls p e e dv v i r ec u t t i n gm a c h i n e ，w i l i c hi sa no r i g i n a le l e c t r i cm a c h i n i n gf a c i l i 够 c r e a t e di nc h i n a i sw i d e l yp r o d u c e da n du s e di nc h i n ao w i n gt 0i t sl o wp r i c e ，s i m p l e s 觚t u r e 锄de 舵c t i v et e c i l i l o l o g y w i t ht h e 、i d e l y 印p l i e do f1 1 i g l ls p e e d 谢r ec 眦i n g m a c l l i n ei nt h ea s p e c t so fm o l dm a i l u f a c t u r i n g ，m o l dc u t t i n g ，d i m c u l t t o m a c h i n i i l g m a t e r i a l sa n dm a c 量l i n i n go fc o m p l e x p r o f i l ep r o d u c t sw i t hl l i g hp r e c i s i o n ， t 1 1 e r e q u i r e m e n to f t l l ea l l t o m a t i o nd e g r e eo fl l i 曲s p e e dw i r ec u n i n gm a c l l i n ei s1 1 i g h e r 锄d k g h e r ，a n dt h ea u t o m a t i cp r o g r a m m i n gs o f t w a r eo fk g hs p e e dw i r ec u n i n gm a c l l i n ei s p l a y i n ga m o r ea n dm o r ei m p o n a i l tr o l e h o 、e v e r ，t h ea u t o m a t i cp r o 踟m i n gs o f t w a r e m a d ei nc h i n ah 弱d e f e c t so ft e c hh y s t e r e s i sa n di n c o n v e n i e n c e ，锄di m p o r ta u t o m a t i c p r o g r 黜i n gs o 脚a r eh 弱p o o ru n i v e r s a l i t ) ，a i l di sh a r dt ou s e t 1 1 i sl i m i t ss e v e r e l y t i l e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y o fc 碱i n gm a c h i n e t 1 1 e r e f o r e ， i th 硒 i i i l p o r t 眦p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c et 0 r e s e a r c h s u i t a b l ef o rc h i m sa i i t o m a t i cp r o 争a r ：【u i l i n gs y s t e mo fl l i 曲 s p e e d 诚r ec u n i n gm a c h i n e 1 1 1 i sa n i c l ed e s i g i l s 锄dd e v e l o p s 锄a u t o m a t i cp r o g 啪f l r i l i n gs y s t e mo f h i g t ls p e e d w i r ec u t t i n gm a c h i n eo nt 1 1 eb a s i so fd i s c u s s i o no fr e s e a r c hs t a t u so nh i 曲s p e e d 谢r e c u t t i n gt e c h i l o l o g ) r 锄dm ea u t o m a t i cp r o g r a i i i l i n gs y s t e mo fm ee x i s t i n gh i 曲s p e e d 丽r cc 叭i n gm a c h i n e t h i sp a p e rm a i l l l yc o v e r sm ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r k ： t h ed e s i 印o fn l e 伊印h i cd m 、 ，i n gm o d u l eh a sb e e nc o m p l e t e d i tc a na c l l i e v e d b 邪i cg r a p m c s ，鲫l l i ce d i t 雒df i l em a n a g e m e n t b y 锄a l y s eo nm ec o n s t n l c t i o no f d x ff i l e 肌dt 1 1 em e a n i n go fg r o l 叩c o d ea n d 伊o u pv a l u e ，n l es y s t e mg e t si i l 】f o 肌a t i o n 娜c c e s s 凡l l y 锄dr e d r a w sa l j t o m a t i c a l l y t h es y s t e ma c m e v e sm m s f i e r i n go f 锄ya t i c 甜l y t 、v o - d i m e i l s i o n a j卿m c st 0t l l e a u t o m a t i cp r o g r a m m i n g s y s t e m o na u t o c 川) 2 0 0 7 n es y s t e mc 觚e x p o r td x f6 l e so f 恤g r a p m ci n f o n n a t i o nw h i c hi sd r a 、ni i l 也e 蓼a p m cd 硪v v i n gm d d u l e b ys e q u e n c eo fm e 孕a p m ci i l 】f 0 肌a t i o 玛t l l es y s t e m 咖 g e n e m t e t l l eo r d e r e dl i s t 、i t l lt l l eu s e rs p e c i f i e dp r o c c s s i n g o r d e r t h es y s t e m n c o m p r e h e n s i v es t u d y sa l ls o r t so fc o n n e c t i o n so ft h et w oa d j a c e n te n t i t i e sa n dg i v e st h e u s e r st l l ec h o i c eo ft w ow a yc o m e ro ft h et r a n s i t i o n b yp r o c e s s i n gw i r ee l e c t r o d eo 行s e t a n dc o m e rt r a j l s i t i o n ，m es y s t e ma c h i e v e sas m o o t ht r a n s i t i o no fw i r ea c c u r a t e l y b y r e s e a r c h3 bc o d e s 锄dgc o d e s ，t h es y s t e mr e a l i z e si nt h et 、v on cc o d e a tl a s t ，b y s t u d y i n gt l l es i m u l a t i o na l g o r i t b 2 l s e do nt h ei n t e 叩o l a t i n gt e c h n o l o g y ，t h es y s t e m a c h i e v e sg r a p h i c ss i m u l a t i o no ft h ep r o c e s s i n gt r a c k w i t l lw i n d o w sx pa st h eo p e r a t i n gs y s t e m ，v i s u a lc + + 6 o 弱ap r 0 伊觚l m i n g t o o l ， p r o g 删n m i n go fg r 印h i c a li n t e m c t i o n ，t l l es y s t e mi n t e r l 沁e s 硒e n d l ya n do p e r a t e s e a s i l y ，s h o n e n sp r o 伊卸1 m i n gt i m ea n di m p r o v e sm ea c c u r a c yo ft h ep r o g r a n l l l l i n g k e y w o r d s ：h i g hs p e e dw i r ec u c t i n gm a c h i n e ，a u t o m a t i cp r o g r a m m i n g ，g r a p h i c d r a w i n g ，d x ff i l e ，n cc o d e w r i t t e n b yc h e n gk u i l s u p e i 。v i s e db y n ij u n f h g 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 电火花线切割加工技术1 1 2 1 电火花线切割加工原理及其应用l 1 2 2 高速走丝线切割加工技术的研究现状及发展趋势2 1 3 电火花线切割机的自动编程技术5 1 3 1 数控编程技术简介5 1 3 2 高速走丝线切割机自动编程的研究现状6 1 4 本课题研究概况7 1 4 1 研究的意义和目的7 1 4 2 主要研究内容8 第二章自动编程系统的总体设计9 2 1 软件开发平台与编程语言9 2 1 1 开发平台的选择9 2 1 2 编程语言的选择1 0 2 2 自动编程系统基本结构框架1o 2 3c a d 模块的功能设计1 l 2 4c a m 模块的功能设计1 2 2 5 本章小结1 3 第三章交互绘图系统的设计与实现1 4 3 1 图形的数据结构1 4 3 1 1 数据结构概述1 4 3 1 2 图形数据的定义1 5 3 2 图形绘制l8 3 2 1 直线1 9 3 2 2 矩形l9 3 2 3 椭圆：2 0 3 2 4 三角形2 0 3 3 图形编辑2 0 3 - 3 1 选择2 1 3 3 2 移动2 1 3 3 3 删除和剪切2 2 3 3 4 复制2 2 3 - 3 5 粘贴2 3 3 3 6 恢复和撤销2 4 3 4 文件管理2 5 3 5 本章小结2 6 第四章基于d x f 文件读入二维图形2 7 4 1d x f 文件的总体结构2 7 4 1 1 输出和察看d x f 文件2 7 4 1 2d x f 文件的总体结构2 7 4 2d 7 文件组码的含义2 9 4 3d x f 文件信息的读取3 2 4 3 1 直线信息的读取3 4 4 3 2 圆弧信息的读取。3 4 4 4 本章小结3 5 第五章线切割编程实现3 6 5 1 图形排序3 6 5 1 1 圆弧端点的计算3 6 5 1 2 图形排序的实现3 7 5 2 轨迹偏移3 8 5 2 1 刀具补偿算法3 8 5 2 2c 刀补的工作过程及转接方式3 9 5 2 3 轨迹关键点的计算。4 0 5 3 代码生成4 3 5 3 13 b 代码及其生成4 3 5 3 2g 代码及其生成4 6 5 4 轨迹仿真4 7 5 4 1 逐点比较法4 8 5 4 。2 轨迹仿真的实现5 1 5 5 本章小结5 3 第六章系统运行实例5 4 6 1 系统界面5 4 6 2 图形绘制。5 4 6 3d x f 文件的读取5 5 6 4 轨迹生成5 6 6 5 代码生成5 7 6 6 轨迹仿真5 8 6 7 本章小结5 9 第七章总结与展望6 0 7 1 总结6 0 7 2 展望6 0 参考文献6 2 攻读硕士学位期间发表的论文6 5 致谢6 6 岛速走丝线切割机自动编程系统研究第一章绪论 第一章绪论帚一早三百。y 匕 1 1 引言 电火花线切割加工( w i r ee l e c t r i c a ld i s c h a 唱em a c i l i n i n g ) 是于2 0 世纪5 0 年代 末，在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状金属作为工具 电极，与工件电极产生火花放电，利用电极之间的放电蚀除金属对工件轮廓进行 切割的一种加工方法。电火花线切割加工可以解决具有高硬度、高熔点、高韧性 等特殊机械性能材料和特殊结构、特殊要求的零件加工问题，而这正是传统的机 械加工很难甚至无法解决的问题。因此电火花线切割加工在模具制造，成型刀具 加工，难加工材料和精密细小零件加工中得到广泛的应用。电火花线切割加工从 出现到现在发展了才不过短短半个世纪，但却依靠其特有的实用性得到了快速的 发展，在制造领域发挥了重要的作用。电火花线切割加工根据电极丝的走丝速度 可分为高速走丝线切割加工与低速走丝线切割加工【i j 。国外生产的主要是低速走丝 线切割机，而国内生产的主要是高速走丝线切割机。随着新技术的不断应用，低 速走丝线切割机的发展已经很成熟，加工精度、自动化程度比较高，但费用太高， 不适合中小企业用户的需求：而高速走丝线切割机虽然其加工精度及自动化程度 相对低速走丝线切割机要低，但最大优点是结构简单、成本低廉且在普通工件加 工中具有很高的适应性。 1 2 电火花线切割加工技术 1 2 1 电火花线切割加工原理及其应用 电火花线切割加工时电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当 脉冲电源加到电极丝和工件之间时，两极之间产生很强的脉冲电场，使极间的介 质被电离击穿，形成放电通道，产生脉冲放电；极间介质一旦被电离击穿，形成 放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极。电能变成动能，动能通过 碰撞又转变为热能。于是在放电点表面产生大量的热，整个放电通道形成一个瞬 时热源，温度可达到8 0 0 0 1 2 0 0 0 0 c 甚至2 0 0 0 0 0 c 【列，该瞬时高温使工件和电极表 面都蚀除掉一小部分金属。单个脉冲经过上述过程，完成了一次脉冲放电，在工 件表面留下一小凹坑。这样以很高频率连续地重复放电，可产生无数个凹坑的叠 第一章绪论高速走丝线切割机自动编程系统研究 加，就能沿电极丝的轨迹形成一条切缝【3 j 。线切割加工为新产品试制、精密零件及 模具制造开辟了条新的工艺途径。由于电火花线切割加工所采用的电极丝很细， 所以能加工出任何平面几何形状的零件，应用范围较广，主要在以下几个方面： ( 1 ) 在试制新产品时，用线切割直接加工出的零件，无须另外制造模具，可 大大缩短制造周期、降低成本。另外，如变更设计，线切割只须改变程序，便可 以再次切割出新产品。 ( 2 ) 不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维 曲面。加工中并不把全部多余材料加工成废屑，提高了能量和材料的利用率。 ( 3 ) 适用于各种形式的冲模，在切割凸模、凹模时，只须一次编程，使用不 同的间隙补偿量，就能保证模具的配合间隙和加工精度。 ( 4 ) 加工特殊形状的零件。它特别适用于微小零件窄槽、窄缝的加工，目前 已可以采用直径为2 0 岬的电极丝进行切割1 4 】。利用电火花线切割加工可切割出仪 器仪表工业中的高精度齿轮、化工行业中常用的喷油嘴以及许多机械结构上的关 键零件。 1 2 2 高速走丝线切割加工技术的研究现状及发展趋势 高速走丝线切割加工技术自6 0 年代末研制成功以来，经过多年的不断发展和完 善，现已成为机械制造行业中不可或缺的加工手段。目前，高速走丝线切割机的切割 速度已由过去的2 0 4 0 m m 2 m i n 普遍提高到l o o m m 2 m i n 以上，有的可达到 2 6 0 n u n 2 r i l i i l ，机床的加工精度为士0 0 1 m m ，工件的表面粗糙度为r a l 2 5 2 5 岬，因而 可满足常用模具加工和其他复杂零件制造的要求1 5 j ，1 6 。近年来，为了满足市场的 需求，国内研究人员及制造企业开发生产了中走丝线切割机、双运丝线切割机。 所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是指加工质量介于高速走丝 机与低速走丝机之间【7 】，其主要是运用低速线切割机的多次切割技术，解决一次切 割时的材料变形影响，提高加工精度，获得较低的表面粗糙度，消除往返切割条 纹，并保证一定的切割速度，执行的是高速走丝标准，仍属于高速走丝电火花线 切割机的范畴。双运丝线切割机是在中走丝机的平台上，增加一套低速运丝系统， 利用低速走丝机的运丝系统可以保持较高的电极丝空间位置精度及稳定性的特 点，在精加工时用低速运丝系统进行一次或多次切割，从而达到较好的表面质量 和切割精度。而对于切割厚度较高的工件，如果加工要求不是很高，仍用高速走 丝或中走丝方案进行切割，维持较高的切割效率和一般的切割精度。 2 高速走丝线切割机自动编程系统研究 第一章绪论 高速走丝线切割机由于受到机械结构、电极丝耗损、工作液导电率的变化、 进给系统的开环控制、加工温度的变化等因素影响，使机床的加工精度有限。以 目前现状来说，在短时间内要想在加工精度方面与低速走丝线切割机进行竞争，困 难是非常大的，而且开发研究新技术的代价会很高，这样机床的制造成本将大幅提 高，从各方面来考虑都是不合适宜的。因此，高速走丝线切割机的发展策略是以发展 中低档机床为主，使机床向良好的加工稳定性、适当加工精度和容易操作的方向发 展，来满足快速增长的生产需要。高速走丝线切割机最大的优势在于拥有良好的性 价比，机床的发展必须以此为基本点，不能过分强调机床的加工精度，如违背这一原 则，机床制造商和用户都不会接受。为在较短的时间内，使高速走丝线切割机的加工 性能有较大的提高，在今后的发展中应优先注意以下方面的研究【8 】。 ( 1 ) 基于p c 的数控系统的开发 数控系统是电火花线切割机的核心部分，其控制性能不仅直接影响机床稳定性 和加工的质量，而且也是扩大机床的加工范围、实现复杂加工的重要手段。为此，各 国都非常重视数控系统的研究，将其作为发展制造技术的一个重点。数控系统的一 个重要发展趋势是开放式数控系统。开放式数控系统是有硬件平台、软件平台、 一个用户可扩展的硬软件系统和应用开发环境组成。其含义是：数控系统的制造商 在一个统一的、广泛认可的且透明的体系结构下开发自己的产品。 高速走丝线切割机要进一步发展，必须开发和使用基于p c 的开放式数控系 统。随着个人计算机的高速发展和广泛应用，为我们开发以p c 为基础的开放式数 控系统提供了一种有效的途径。而p c 本身就是插卡式结构，是标准的开放式体系结 构。现在，p c 的产量逐年上升，价格持续下降，而性能和稳定性不断增强，高速 走丝线切割机使用p c 不仅为数控系统提供了优越的硬件平台，而且还能保持机床 性价比的优势。目前，国内基于p c 的高速走丝线切割数控系统的主要功能是加工 轨迹编程，而机床加工的控制功能并没有充分利用p c 的资源，还不完善。总体来 说，充分利用p c 的资源开发高性能的数控系统，将是高速走丝线切割机的一个重 要发展方向【9 。 ( 2 ) 人工智能的运用 高速走丝线切割加工由于开环控制、运丝速度快等加工特点，使放电过程具有 很强的随机性，采用传统的控制很难取得理想的控制效果，人工智能的兴起为高速 走丝线切割加工技术的发展提供了新思想、新方法。人工智能是用计算机来延伸 3 第一章绪论高速走丝线切割机自动编程系统研究 或取代人在加工过程中的部分智能活动，以减轻人们在参数控制和工艺规划中的 脑力负担，提高系统的柔韧性和自适应性。目前，对以智能算法为基础的人工智 能技术的研究已渗透到电火花线切割数控系统的很多方面，如加工过程的人工神 经网络和模糊控制、遗传算法和线切割专家系统，并取得了很好的效果。人工智 能是由传感器来感知加工状态和外界环境的变化，结合专家系统，做出合理的推 理和分析、生成相应的控制信息，以便模仿专家的技能，实现高效率的无人化操 作。因此，充分利用日益发展的人工智能技术来提高自动化程度、降低操作难度 将成为高速走丝线切割加工的一个重要发展趋势。 ( 3 ) 完善机床结构 为改善高速走丝线切割机的加工精度，必须进一步改进机床的结构，使其更 为合理【i o 】。目前高速走丝线切割机的整体结构大多固有频率低、刚度差、易发生 振动，而且放电加工产生的热会使机床发生热变形，这在一定程度上都影响了高 速走丝线切割机的加工精度。因此，在设计机床的整体结构时，必须充分运用先 进的计算机有限元模拟软件对机床的结构进行热稳定性和力学分析。机床运动精 度的改善对提高加工精度也是十分重要的。传统改善线切割机运动精度的方法是 通过提高传动刚度和工作台传动链的零件精度来实现的，但这将明显增加机床的 成本。而高速走丝线切割机可以通过提高坐标工作台精度来提高机床的运动精度， 为了提高坐标工作台精度，除考虑先进的导向结构和热变形外，还应采用间隙补 偿与丝距误差补偿技术。高速走丝线切割机的走丝机构是影响其稳定性和加工精 度的关键部件，目前存在很多有待改进的地方，是高速走丝线切割机完善机床结 构的一个发展方向。 ( 4 ) 多次切割工艺的应用 高速走丝线切割的加工速度与加工精度是一对矛盾，要想在一次切割过程中 既有很高的加工速度，又有很好的加工精度是很困难的。多次切割工艺是使高速 走丝线切割加工获得较高综合工艺效果的有效方法。高速走丝线切割机因走丝系 统不稳定，不仅电极丝的空间位置很难准确控制，而且容易发生振动，难于准确 重复加工轨迹，以至于多次切割工艺至今很难在生产实践中广泛应用。大量研究 和实验证明，为了改善高速走丝线切割机的加工品质，采用多次切割工艺不仅是可 行的，而且是必须的。为了能在高速走丝线切割加工中大力推广应用多次切割工 艺，应该开发可调速的走丝机构、深入研究多次切割工艺、提供有关机床的工艺 4 高速走丝线切割机自动编程系统研究第一章绪论 数据库和解决多次切割的工艺参数选取方法。 1 3 电火花线切割机的自动编程技术 1 3 1 数控编程技术简介 数控编程一般可分为人工编程和自动编程。人工编程是人采用数学方法，使 用一般的计算工具，对编制数控加工程序的各步骤( 确定工艺过程、计算加工轨迹 和加工尺寸、编写加工程序单以及初步校验、制备控制介质、程序校检和试切削) 数据进行处理和运算。通常是把图形分割成直线段和圆弧段，并把每段曲线关键 点的坐标一一算出，按这些曲线的关键点坐标进行编程。对于几何形状相对简单 的零件，计算比较容易，加工程序不多，适合人工编程。但对于形状复杂或有非 圆曲线时，人工编程的工作量大，容易出错且难校对，宜采用自动编程【1 1 】。自动 编程的整个过程是由计算机自动完成的，编程人员只需根据零件图样的要求，使 用数控语言编写出零件加工的源程序，将该源程序送入计算机，经计算处理后， 计算机便自动的输出零件加工程序单，绘出零件加工走刀中心轨迹图。根据输 入零件参数的不同，自动编程系统可分为数控语言式、图形交互式、实物模型式、 语音式四类i l 2 。 数控语言式编程要有数控语言和编译程序。编程人员需要根据零件图样要求 用一种简单易懂的编程语言编写零件的源程序j 相应的编译程序对源程序自动的 进行编译、计算、处理。会话型编程是在数控语言编程的基础上，增加“会话 功能而形成的，属于数控语言式编程。在系统处理零件源程序的过程中，编程人 员可以随时对编程计算机进行控制，编程人员通过与计算机对话的方式，输入必 要的数据与指令，并完成对零件源程序的编辑修改。 图形交互式编程是以计算机图形学为基础的自动编程方法，是通过专用的计 算机软件来实现的。这种软件通常以c a d 软件为基础，利用c a d 软件的图形编辑 功能将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，而后调用数控编 程模块，采用人机交互的方式在计算机指定被加工的部位，再输入相应的加工参 数，计算机便可自动进行必要的数字处理并编制出数控加工程序，同时在计算机 上动态地显示刀具的加工轨迹。图形交互式编程具有速度快、精度高、直观、容 易掌握等优点。因此，目前国内外市场上主流的线切割自动编程软件均采用图形 交互式编程。 实物模型式编程也称为无尺寸图形的数字化处理，当有模型或实物而无尺寸 第一章绪论 高速走丝线切割机自动编程系统研究 的零件要进行数控加工时，可配备一台坐标测量机，先将模型或实物的尺寸测量 出来，再由计算机将所测数据进行处理并输出需要的零件加工程序单。 语音式编程是利用人的声音作为输入信息，并与计算机直接对话，令计算机 编出数控加工程序的一种方法。语音式编程系统编程时，编程人员只需对着话筒 讲出所需的指令即可。编程前应使系统“熟悉”编程人员的声音，即首次使用该 系统时，编程人员必须对着话筒将该系统约定好的各种词汇和数字让系统记录下 来，并使其转换成计算机可以接受的数字命令。 1 3 2 高速走丝线切割机自动编程的研究现状 电火花线切割加工方法自问世以来，编程问题就一直受到高度重视。线切割 自动编程软件是随着电火花线切割技术的不断进步，为满足高效生产和缩短产品 设计周期而发展起来的一种c a d c a m 软件3 1 。目前国内和国外的线切割自动编程 软件大都采用图形交互式的编程方法。国外的线切割编程软件有m a s t e r c 锄w i r e 、 e s p 黜t 、p e p sw i r e 、a g i e 自动编程软件掣1 4 】，国外的数控编程技术开发应用较 早，自动编程系统功能相当强大，但国外的编程系统都是与低速线切割机配套的 软件，不适用于国内独创的高速线切割机。国内线切割编程软件有c a x a w e d m 、 y c u t 、e z c o d e 、b a n d 5 w e d m 、y h 、a u t o p 等。 c a x a w e d m 软件是北航海尔软件有限公司推出的一个基于w i n d o w s 平台 上面向线切割编程的软件。c 砧队w e d m 软件拥有强大的智能化图形绘制和编辑 功能，支持实物扫描输入，丰富的数据接口，可以直接读入其他c a d 软件生成的 图形数据【1 5 】。可以进行方便有效的后置处理、逼真的轨迹仿真、直观的代码反读 以及优越的程序传输功能。 y c u t 是深圳市浩腾科技开发有限公司集多年c a d c a m 软件开发经验，依托 a u t o c a d 平台开发出的全新高速走丝线切割编程软件i l6 1 。因依托普遍流行的 a u t o c a d 平台开发，易学易会可轻松绘图，多种加工方式( 上下异型、无芯加工) 、 拐角处理方式多样、代码格式自由控制，简单易用。生成的3 b 、4 b 和g 代码在 a u t o c a d 内可直接传送到机床，支持串口、并口传送，可以边编程序边传送程序 代码。它支持内外同割、无屑加工、上下异形等多种加工方式，拐角处理方式多 样，兼容各种格式文件，并支持预览功能。 e z c o d e 是北京洛克兰计算机技术有限公司针对国内市场，推出的一套基于 w 砌o w s 操作系统的线切割编程软件【i 刀。支持单一型腔锥度切割，能自动生成上 6 高速走丝线切割机自动编程系统研究第一章绪论 下异形指令。支持多型腔切割，但这个功能仅支持具有自动穿丝功能的线切割机 床。提供常用图库导入功能，为用户总结了工业上经常用到的几何图形。为提高 工件加工精度，提供了正反切割及多次切割功能。 b a n d 5 w e d m 是由上海国列工贸有限公司开发的一个专为高速走丝线切割机 进行自动编程的数控产品。它具备完善的绘图功能，仅用鼠标即可绘出要加工的 图形，而且可输出多种格式数控代码，能实现多种文件间的转换，提供了文字切 割，图形文件查找等功能【1 8 l 。 y h 具备一定的绘图功能，可输出多种格式的数控代码，能实现与一些c a d 文件的转换，可上下异形面、大锥度工件加工。锥度切割可达9 0 0 ( 士4 5 0 斜度) ， 可任意变锥切割，并具有导轮切点偏移的实时补偿和加工轨迹的实时跟踪显示等 特点。 a u t o p 具备完善的绘图功能，可输出多种格式数控代码，能实现多种文件间的 转换，一控多功能，可在一部电脑上同时控制多达四部机床切割不同的工件，并可 一边编程一边加工。但也存在输入图形的方法过于简单，图形编辑功能不强，操 作步骤过于繁琐等不足。 虽然目前国内高速线切割自动编程软件的数量比较多，但大都是在基本功能 上的简单重复。根据我国的具体现状，为适应新形势的发展，线切割自动编程软 件应具有完善的绘图和编辑功能、丰富的数据交换接口、多种代码格式、实时的 加工轨迹仿真等功能。 1 4 本课题研究概况 1 4 1 研究的意义和目的 目前，线切割机床都是数控的，数控编程是线切割加工中一个重要部分。数 控程序编制是零件进行线切割加工的关键技术，也是线切割数控机床实际应用的 瓶颈。由于线切割加工切割的工件大多数是平面轮廓类工件，因此，线切割编程 较早地实现了图形编程，限于当时的计算机软硬件发展水平，早期的线切割编程 软件已逐渐退出实用领域。随着c a d 技术在我国已经得到了普遍应用，同时随着 线切割技术的深入应用，实现c a d c a m 的集成，开发实用的计算机线切割自动 编程系统势在必行。目前，国内外都出现了很多线切割自动编程系统，国外开发 的线切割编程系统大都功能强大，但它们的操作系统各不相同，有的则是配套开 发的，价格昂贵，一般中小企业购买不起，并不适合国产的高速走丝线切割机使 7 第一章绪论高速走丝线切割机自动编程系统研究 用。国内开发的高速走丝线切割机自动编程系统一般仍基于d o s 系统，功能简单， 操作不方便，有一些是基于c a d 平台上进行二次开发的线切割自动编程系统，在 推广过程中有一定的局限性。虽然有w i n d o w s 下的编程软件( 如最著名的 c a x a w e d m 线切割数控软件) ，虽然具有非常完备的功能，然而在追求全面的 同时，无形中却增加了操作的复杂性，并提高了对系统的要求( 例如在绘制分段数 较多的平面复杂曲线时，如果内存较小，有可能出现假死机) ，界面设计也不够友 好。因此迫切需要研究开发一种性价比高、功能完备的高速走丝线切割机自动编 程软件。 研究本课题的目的是开发出具有良好的人机交互能力和达到既定功能要求的 高速走丝电火花线切割自动编程系统。 1 4 2 主要研究内容 本课题是在w i n d o w sx p 操作系统下，以v i s u a jc + + 6 o 为编程工具，从底层 研究出发，开发了一套初步的高速走丝线切割自动编程系统。其主要研究工作包 括以下内容： ( 1 ) 图形绘制模块的设计和实现。主要包括绘图模块中坐标系的建立，图形 的数据结构，基本图形的绘制、图形的编辑与修改，图形文件管理。 ( 2 ) 分析d x f 文件的组成结构和含义，完成d x f 文件的读入，自动快速重 绘图形，实现在a u t o c a d 环境下绘制的任何复杂二维图形完整地转移到自动编程 系统中，实现把绘图模块所绘图形零件信息输出为d x f 文件的接口程序。 ( 3 ) 对图形信息进行排序，生成能随用户指定加工顺序变化的有序链表，处 理电极丝偏移轨迹和拐角过渡，全面研究了两相邻实体可能出现的各种连接方式， 并给用户提供两种拐角过渡方式的选择，实现电极丝准确平滑地过渡。 ( 4 ) 研究3 b 代码和g 代码的算法，实现了两种代码生成。对加工轨迹进行 仿真，能更清晰的看到加工过程，并能校验代码的正确性。 8 高速走丝线切割机自动编程系统研究第二章自动编程系统的总体设计 第二章自动编程系统的总体设计 本系统是以开放式思想开发面向高速走丝线切割机的自动编程软件，不仅能 实现线切割自动编程的所有功能，而且操作简便，具有良好的人机界面。在进行 系统的平台选择，功能设计，数据设计和界面设计时着眼于开放式结构体系，采 用模块化结构，从而使系统易于移植和扩展，具有良好的通用性。 2 1 软件开发平台与编程语言 2 1 1 开发平台的选择 随着计算机技术的飞速发展，现代p c 的结构一般是标准的开放式体系结构， 且具有十分良好的性价比，是现代数控系统的优秀硬件平台，因此目前的开放式 线切割数控系统绝大多数均基于p c 架构【撙】。这种情况下，高速走丝线切割机的自 动编程系统理所当然地应该以p c 为主要运行平台。目前运行于p c 上的操作系统 主要有d o s ，u n i ) ( l i n u ) ( ，w i n d o w s 等f 2 0 j 。 d o s 是一个单任务的操作系统，不利于实现数控系统中的多任务。采用d o s 作为数控系统的开发平台，有很大的局限性。首先，d o s 在运行应用程序时是按 照顺序执行自己的代码，直到程序运行完毕才放弃对c p u 的使用，并且其它应用 程序在此期间都不能运行。其次，由于d o s 是单任务操作系统，系统开发者自行 实现的多任务环境使平台的通用性、开放性和可靠性降低。再次，基于d o s 开发 的数控系统，很容易造成系统的层次不清，软件结构复杂，可扩展性和可维护性 降低【2 。此外，d o s 提供系统的接口过于简单，能利用的软件资源很少，而且d o s 对数据库、网络等现代数控系统的支持非常弱。最后，d o s 是1 6 位的操作系统， 由于内存的限制，数控系统的很多功能不能实现。 u i l i x 是一个多用户，多任务的操作系统，支持多种处理器架构，具备高可靠 性和优良的性能，一直是高端网络操作系统选择的主流。u n i x 的优点是具有强大 的可移植性，适用于多种硬件平台，提供了良好的开发环境，可同时支持数十种 流行的程序开发语言，结构清晰，且具有强大的网络功能和完善的安全机制。但 灵活性差，价格过于昂贵。“n u x 是一类u n i x 计算机操作系统的统称，它既可应 用于p c 机，又可应用于网络服务器。l i n u ) ( 以它的高效性和灵活性著称，能够在 p c 计算机上实现u n i x 的全部特性，而且作为自由软件可以免费下载和传播，并 9 第二章自动编程系统的总体设计高速走丝线切