（机械电子工程专业论文）高速走丝电火花线切割机cadcam研究.pdf

西南交通大学硕士研究生论文第1 页 摘要 高述走丝电火花线切割机是我国独创的电加工设备，它结构简单，价格 低廉，节约使用成本，是我国产量最大、应用最广泛的机床种类之一。现在 线切割机数控加工程序的编制大多利用计算机图形辅助求点，机床操作者依 据自己的经验选择加工工艺参数，辅助手工来完成。迫切需要开发性价比高、 功能完备的c a d c a m 自动编程软件。 本文遵循软件工程的原则和方法，采用面向对象的编程技术，开发了高 迷走丝线切割机c a d c a m 自动编程软件。该软件的主要功能是根据零件的 加工要求，完成加工图形绘制和加工程序编制。其中绘图功能包括基本图形 绘制、高级图形绘制、图形编辑变换三大部分，可以绘制出用户想要的二维 图形。加工功能能根据给定的加工工艺条件，计算处理后产生加工轨迹，通 过后置处理得到线切割机床常用的3 b 格式加工代码，井传送到机床。该软件 带有工艺数据库，能帮助操作人员选择电参数，还有图形文件的标准化接口， 能读入、输出d x f ( a u t o c a d ) 等格式文件。 该软件系统经成都无线电专用设备厂及其用户试验使用，认为其界面友 好、操作方便、功能完备、易学易用、性能稳定具有良好的推广应用前景。 关键词：高速走丝电火花线切割机c a d c a m 软件编程 西南交通大学硕士研究生论文第1 i 页 a b s t r a c t h i g h s p e e d w i f e e l e c t r o d i s c h a r g em a c h i n e ( w e d m ) ，w i t h i t s s i m p l e s t r u c t u r e ，l e s se x p e n s i v e ，i sw i d e l yp r o d u c e da n du s e di nc h i n a u n t i lt on o w t h ep r o g r a m si nt h ew e d m m a c h i n i n ga r em a n u a l l yc r e a t e db yt h eo p e r a t o r s f r o mt h e i re x p e r i e n c e sa n dt h ed r a w i n gd a t a 讯c o m p u t e r s ，t h ea u t o m a t i c c a d c a mp r o g r a m m i n gs o f t w a r ew i t hf u l lf u n c t i o n sa n dl o wc o s ta r eu r g e n t l y n e e d e d + i nt h i sp a p e rt h ec a d c a m p r o g r a m m i n gs o f t w a r ei nh i g h - s p e e dw e d m b yu s i n go b j e c to r i e n tp r o g r a m m i n g ( o p p ) a n dt h ep r i n c i p l e s & m e t h o d si n s o f t w a r ep r o j e c th a sb e e nd e v e l o p e d t h es o f t w a r eh a st w op a r s ：t h em a c h i n e c o m p o n o n e n td r a w i n ga n dm a c h i n i n gp r o c e s sc o d i n g t h ed r a w i n gp a n s i n c l u d e st h ef u n d a m e n t a ld r a w i n g ，a d v a n c e dd r a w i n g ，d r a w i n g se d i ta n d c h a n g e ， w h i c hm a yc r e a t eat w o - d i m e n s i o nd r a w i n gt h a tu s e r sw a n t ，a n dt h ec o d i n gp a r t i n c l u d e st h e c r e a t i n g s o fm a c h i n i n gp a t h sf r o mg i v e np r o c e s sc o n d i t i o n s ，t h e c r e a t i o no f3 bf o r m a tm a c h i n i n gc o d ec o m m o n l yu s e di nw e d m t h r o u g h p o s t - p r o c e s s i n gp r o g r a m s ，a n dt h e t r a n s m i s s i o no ft h ec o d et ow e d m t h e s o f t w a r e s y s t e ma l s oi n c l u d e sp r o c e s sd a t a - b a s et h a tc a nh e l pt h eo p e r a t o r c h o o s em a c h i n i n gp a r a m e t e r sa n ds t a n d a r d d r a w i n gf i l e i n t e r f a c et h a tc a n i m p o r tn a de x p o r td x f ( a u t o c a d ) f i l e s t h ei n t e r f a c ef r i e n d ，o p e r a t i o ns i m p l e ，f u n c t i o n a l ，e a s yt ou s eo fs o f t w a r e s y s t e mh a v eb e e np r o v e db yp r a c t i c e s k e yw o r d s ：h i g h - s p e e dw e d m ，c a d c a m ，s o f t w a r e ，p r o g r a m 西南交通大学硕士研究生论文第1 页 第1 章绪论 1 1 论文题目来源 高速走丝电火花线切割机是我国独创的电加工设备，它结构简 单，生产成本和使用成本低廉、易切割大厚度工件，经过近3 0 年 的发展，已成为我国产量最大、应用最广泛的机床种类之一。目 前高速走丝电火花线切割机不仅成为模具制造的首要工艺手段， 而且跻身于精密零件加工和特殊材料加工领域，发挥着不可替代 的重要作用。 本课题来源于四川省科技厅四川省重点科学技术计划题目 ( 川科计 2 0 0 0 1 7 号) “快走丝线切割系统编程系统( 含工艺参数 库) ”。 1 2 论文课题的主要任务 本课题的主要任务是研究开发用于高速走丝线切割机床的 c a d c a m 一体化软件，该软件具有自主版权，其主要功能如下： l 、基本绘图功能：点、线、圆、圆弧、倒圆及倒角等： 2 、扩展绘图功能：常用公式曲线参数绘图( 椭圆、双曲线、 抛物线、阿基米德螺旋线、渐开线等) 、列表曲线拟合( 用给定点 拟合光顺曲线) ； 3 、图形编辑与变换功能：图形修剪、删除、放大、缩小、对 称、偏移等； 4 、加工程序生成：3 b 加工代码及文本文件输出： 5 、通用图形接口：读入、输出a u t o c a dd x f 文件； 6 、零件尖角程序处理，以保证尖角处的精度。 7 、加工工艺参数库，根据输入条件，输出推荐加工工艺参数： 输入：工件材料、厚度、表面粗糙度及硬度 输出：电流、脉冲宽度、脉冲间隔、电压、功放管数量、 加工效率。 8 、传输通讯( 串1 2 1 通讯) ，打印输出。 1 3 本课题的研究意义 目前，对高速走丝线切割机的研究仅限于国内( 国外无相同 产品) ，主要集中在以下几方面：1 、多次切割工艺与技术：即对 零件表面进行多次切割加工以提高精度：2 、智能问隙伺服进给控 制系统：现有间隙伺服进给控制系统是一个非线性、大滞后的比 例负反馈控制系统，存在一系列影响加工精度的问题，智能控制 谶瀚交通大学硕士研究生论文锵2 页 方法能较好的解决这些问题：3 、带自劝编程功能与工艺参数库的 微机数控系统：警通高速走丝线切割帆数控系统大多是用雄片棍 数控，采瑁皴瓿数靛镌大大增强接锻葫能，叁动缀程系统 ( c a d c a m 软 争) 熊撬赢缡程隶平帮效率，工艺参数瘁黢裁劲操 睾 人员合理选择加工参数。但迄今为止，多次切割工艺和镑能间隙 伺服进给控制还没有比较成功地应用于高速走丝电火花线切割 机，市场上也没逐商出现带工艺参数库的自动编程软件。 高速走丝线切割机的程序编制，怒根据工件尺寸，并考虑电极 丝半径、放电间隙、凸凹模配合要求对搬工尺寸的影购等因素， 在缳涯一定凝浚瓣象传下求褥秘瘦交患( 毫较丝中心软逡交点) 的数据稻各静撂令，按热工蹶j 芋逐敬缡铡覆残。 我国的高速邂驻线切割机编程经历了手工编程、袖珍计算机编 程和通用计算机编稷等几个发展过程。近十余年来，由于微型机 飞速发展，基于p c 的高速走丝线切割机自动编程系统取褥成功， 受到广泛欢迎。随澄基于p c 机的自动编程软件的不断完镶，它将 成为高速走丝线切割极编程技术斡发鼹燕滚。 下瑟按麓入方式懿不弱，怒基予p c 翡毫速走丝线毯霪g 辊塞动 编程国产软俘终分类介绍。 一、语言输入 - 即采用描述几何形状的编程语言输入，如南京宇翔瓶子科技 有限公司的s k g 自动编程系统。它缎多年不断改进。只辨熟记各 秣几何图形描述谮匈和编写规则，就能迅速对任 霹复杂的工 牛编 疆。毽要记忆大豢懿绫程语每，使绽爨繁璞显荔出错。 二、孛文鬣嚣交菜萃及语言输入 采用这种输入方式的编程系统比较多，如北京海剖魄予技术 开发部的海创a p s 线切割自动编程系统：中国科学院电工研究所 的m c s 系列编稷系统；上海力达科拽汗发公司的l s 自动编程系 统等。因为单采用谣言输入，编程人员需要背记的语句和舰则比 较多。采用中文或鼹文菜单提示，使麓耍背记的语句减少，又能 麓霹霉爨提示，绦羧工锋糖对容易垫，嚣嚣受蘩编程入爨瓣欢逮。 僮使霜露徽枫不获箕颓遣夔褥题，缀稷久员需禳据镦瓿瓣提闯逐 个输入繁多的几何参数，很麻烦且赞时。 三、a u t o c a d 输入方式 编程时先进入a u t o c a d 系统用a u t o c a d 指令绘制零件轮 廓，也可以直接调用已经生成的a u t o c a d 图形文件，假霈甩如 l i s p 等其它编稷较传送行编程。当簸入趣王对象、加工怒患、方 淘、程彦格式 3 b 竣i s o ) 寒程彦文 孛名螽，系统霞游热王鼹线 读取图形数据，缀计算整理后产生蕊_ 工程序代码。如航窝工业总 西南交通大学硕士研究生论文第3 页 公司十三所的a u t o c a d 线切割自动编程系统：杭州无线电专用一 厂的z c a d 编程软件。 四、鼠标器按图形标注尺寸输入 该方法无任何语言，彻底废弃了传统编程中顺圆、逆圆、拐 点、相切、相交和走向等硬记的规则，只用鼠标器按图形和标注 输入，各种功能比较齐全，还可以做三维造型以及加工面积自动 计算等。但需用其它软件先绘制好图形，这类编制软件有苏州市 开拓电子有限公司的h y 绘图式线切割自动编程系统等。 由上述分析可知，就目前国内高速走丝线切割机c a d c a m 软 件的现状而言，一般仍基于d o s 系统，功能简单，操作不是很方 便。国内( 如北航海尔) 虽有w i n d o w s 下的编程软件，但它是在 电子图版基础上追加的功能，不是w i n d o w s 下的专用编程软件， 也没有配带工艺参数库，无外尖角保护等功能。国外更无同类 c a d c a m 软件出现。然而，随着科学技术和社会经济的发展，以 及中国加入w t o 后正逐渐成为世界制造中心，对高速走丝线切割 机的加工功能和加工精度要求必将越来越高。因此迫切需要研究 开发一种性价比高、能够解决复杂的加工工艺参数选择问题、功 能完备的高速走丝线切割机c a d c a m 软件。因此本课题的研究 具有重要的意义。 西南交通大学硕士研究生论文第4 页 第2 章高速走丝电火花线切割机概述 2 1 电火花线切割机加工放电基本原理 电火花线切割加工时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。如 图2 1 所示，工件接脉冲电源的正极，电极丝接脉冲电源的负极。 图2 1 线切割加工原理 当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在 放电通道的中心温度瞬时可高达1 0 0 0 0 。c 以上，高温使工件金属 熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部 分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀， 并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化 了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。通常认为电 极丝与工件之间的放电间隙在o o l m m 左右，若电脉冲的电压高， 放电间隙会大一些。 为了确保每来一个电脉冲时在电极丝和工作之间产生的是火 花放电而不是电弧放电，必须创造必要的条件。首先必须使两个 电脉冲之间有足够的间隔时间，使放电间隔中的介质消电离，即 使放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处 问隔中介质的绝缘强度，以免总在同一处发生放电而导致电弧放 电。一般脉冲间隔应为脉冲宽度的4 倍以上。 西南交通大学硕士研究生论文第5 页 为了保证火花放电时电极丝( 一般用铝丝) 不被烧断，必须向 放电间隙注入大量工作液，以使电极丝得到充分冷却。同时电极 丝必须作高速轴向运动，以避免火花放电总在电极丝的局部位置 而被烧断，电极丝速度约在弘1 0m s 左右。高速运动的电极丝， 有利于不断往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀 产物从间隙中带出去。 2 2 电火花线切割i l n - r 的特点 电火花线切割加工具有以下特点： 1 、加工对象不受硬度的限制，特别适合淬火工具钢、硬质合 金等高硬度材料的加工。 2 、能加工细小、复杂的工件。由于电极丝直径最小可达 o 0 1 m m 所以能加工出窄缝、角( 小圆角半径) 等细微结构。 3 、加工精度较高。由于电极丝的磨损很小，并采用各种先进 的线切割技术，完全可以满足一般精密零件的加工要求。 4 、用户不需要制造电极，节约了电极制造时间和电极材料， 降低了制造成本。 5 、采用数控技术，便于实现自动化。 由于以上特点，电火花线切割加工特别适合： 1 、模具加工，特别是冲裁模的凸、凹模加工。 2 、样板和成型刀具加工。 3 、微细孔、槽、缝等加工。 4 、切割稀有、贵重、超硬金属材料。 2 3 电火花线切割加工编程的基本知识 我国数控线切割机床常用编程格式以3 b 为主，也有机床采用 西粥交通大学硕士研究生论文第6 页 4 b 格式，为了便于国际交流和标准化，正在逐渐向i s o 代码过渡。 3 b 程序格式为无阕隙於偿的五臻令程序，其格式为： b x 转￥b j g z t 、分隔符号b 因x 、y 、j 均为数值码，用b 分隔x 、y 、j 的数值。 2 、坐标值x 、y 缟翟嚣对x 、y 坐蠡毽只竣入绝鼹餐，单垃秀勰i ，数字为零 j j 寸可以不写，但必须留分隔符号。加工与x 、y 轴不重合的斜线时， 取加工的起点为切割坐标系的原点，x 、y 值为终点的坐标值，允 许将x 、y 值按相同比例放大或缩小。加工圆弧时，坐标原点取在 蕊心，x 、y 为越点坐标基。 3 、记数方两g 记数方向可按x 方向或y 方向记数，记为g x 或o y ，为了保 证加工精度，正确选择记数方向非常熬藤。 加工斜线时，记数方向的选择可以4 5 0 、。 1 l 。4 为要疆，蘩圈2 2 掰示。菪裁线爱予生4 5 。 、| ，弋4 s 。 以内时，取g x ，及乏取o y 。若斜线藤好为i _ 了叼x 芦 4 5 。时，记数方向可任意选择取g ) ( 或g y 。7。l 、 加工圆弧时，记数方向取决于圆弧的终 患愤援，磐加工慰涎貔终点坐标使予土4 5 。鞋图2 2 记数方蠢 肉时，记数方离淑g ) ( ，反之取g y 。麓疆弧的终点正好藩在4 5 。 斜线上，记数方向可任意选择取g x 或g y 。 4 、记数长发j 记数长度是攒被船工图形在记数方向上的投影长度( 鞭绝对值) 麓总含，擎霞为t i m 。对记数长度j ，祷鏊线穗割裁藤戴宠您写溢 西南交通大学硕士研究生论文第7 页 六位数，如记数长度为1 9 1 3 ，写为0 0 1 9 1 3 。 5 、加工指令z 加工指令z 用来传递被加工图形的形状、所在象限和加工方 向等信息。控制台根据加工指令，正确选用偏差计算公式，进行 偏差计算并控制工作台进给方向，从而实现自动加工。加工指令 共有1 2 种，分为直线和圆弧两类。直线又按切割走向和终点所在 象限分为l l 、l 2 、l 3 、l 4 四种。若直线与坐标轴重合，编程时取 x = y = 0 。圆弧按起点所在象限和切割走向的顺、逆时针而分为s r 、 s r 2 、s r 3 、s t h 及n r i 、n r 2 、n r 3 、n t h 等八种，如图2 3 所示。 | | j k k y c( 4 - 4 ) x = x c - y l 画点i 计算另一点位置清除点并退 i 并画出线到菜单 tl j i r 弹出输入角度。长i 压1 度菜单i 图4 1 3 画极坐标线子模块流程图 弧，三点弧，相切圆弧) 。画弧和圆的方式很多，我们认为将所 ? 有方式输入的参数都转化为圆心和半径两个参数较好，于是定义 ；t - - 个f l o a t 型的变量a r c x ，a r c y ，a r c r ，用于存储圆心坐标和 女半径画图时采用画图函数读取这三个变量的值进行画图。 图4 1 4 画弧和圆的流程图 例如用画圆心半径圆函数：v o i dp a i n t a r c ( f l o a t ，f l o a t ，f l o a t ) ，根据 n p n a n 参数( n 心及半径) ，可以在屏幕中画出一个圆a 其流程 图如图4 1 5 所示； 西南交通大学硕士研究生论文第3 2 页 用画圆弧标准函数： v o i d p a i n t a r c _ h u ( f l o a t ，f l o a t ，f l o a t ，f l o a t ，f l o a t ，f l o a t ， n o a t ) ，根据用户输入的参数：圆心、半径、 起点及终点，可以画出一个圆弧。其流程图 如图4 1 6 所示： 4 2 4 矩形 用户可以根据菜单模块得到的参数 a t r r i bi d ，进入不同矩形绘制方式模块。 数 v o i dm n d o m s q l 0 0 k ( i n t ，i n t ) 等画矩形， 画对角矩形流程图如图4 1 7 所示： 团 选点菜单： 取得圆心点 输入半径表单 珩狙坐摔 差入画圆函数，绘匠 + 完成 图4 1 5 画圆心半径圆流程 图4 1 6 画标准圆弧流程图图4 1 7 画矩形流程图 4 2 5 正多边形 正多边形的绘制与其他几种图形相比所需的函数较少，但在 睡绘制的方法和暂时的存储方面，比其他的图形相对复杂一些。绘 爨瓣， 西南交通大学硕士研究生论文第3 3 页 制多边形时，要弹出一个表单让用户进行绘 制前的参数设定。这些参数包括正多边形的 边数正多边形内切或外接圆的半径，绘制 正多边形的起始角度，绘制正多边形是用内 切或外接的方式等。画正多边形流程图如图 4 。1 8 所示： 4 2 6 倒圆角和倒棱角 倒圆角和倒棱角流程图如图4 1 9 所示： 开始 上 正多边形参数输入 嘉堕 1 l 根据输入参数计 算正多边形的各 个顶点牮标 、l 将各个顶点送入两点l 直线函数进行绘制i i 完成i 图4 1 8 画正多边形流程图 西南交通大学硕士研究生论文第3 4 页 图4 1 9 倒圆角和倒棱角流程图 两南交通大学硕士研究生论文第3 5 页 4 3 高级图形绘制模块 本模块主袋实现糖瑟、双越线、擞物线、阿基涨德螺旋线、 渗舞线等鬻建公式麴线的绘隶l ，述w 宠或列表霾錾线藏会( 溺绘定 点掇舍光颗曲线) 。本模块在软件系统中属于中闯层，主要与用户 直接以交互方式进行参数传递、她珊，与基本图形中感线、圆弧 有调用接口。豳4 2 0 是绘制高级曲线的流程图。 圈4 2 0 绘制高级曲线流程登 4 3 1 常用公式曲线绘制 绘制常用公式曲线是用c 十+ b u i l d e r 提供的磷黼蹶数 v o l e d r a ws l 1 来麓鬻。c u r v e ( s e t c h* s e t l i p s e ) 銎4 。2 t 燕疆糖疆静滚疆霭，蘑饔蘧数：v o i d d r a w _ e l l i p s e ( s e r e 驭_ s l + ) ，根据输入项( s e r c h 一$ i 节点) 的椭圆参 数，先进行坐标酌转换，再从椭髑轮廓的起始角度画到终止角度， 步长为f i n e 。 图4 2 2 是麟凸轮的流程图，域圈溺数：v o i dd r a wc a m ( s t r u c t s e r c hs l + ) ，擞握输入顼 荩点)的参数，分四段画凸_(serch s 1 轮夔线：第一毅攘稷，第二莰运钵史，第三毅嚣疆，麓嚣段透傣 丘，其中接疆秘强程努为匀速、等嬲速、等减速帮余弦嫩速三辩 西南交通大学硕士研究生论文第3 6 页 运动类型。 图4 2 1圊椭圆的流程图 4 3 2 列表曲线绘制 画列表曲线是根据已知列表点的数据，用圆弧或其它曲线拟 和得到光顺曲线。可用c + + b u i l d e r 提供的画图函数 v o i d d r a w l i s t ( s t r u e ts e r c hs l + ) 】来画图，如图4 2 2 所示。将s e r c hs 1 节点 的子链( 列表点) 数据存放到x x 【】，y y u - 点的个数存放到i ， 起始及终止弧度放到d 1 ，d 2 ，调用l i s t _ c o m p u t e ( x x ，y y , i ，d l ，d 2 ) 函 数即可进行点的拟和井画图。曲线拟和处理流程如图4 2 4 所示， 根据拟和曲线的类型调用不同的处理函数。 西南交通大学硕士研究生论文第3 7 页 开始 + 参数赋值 1 时，图形沿两个坐标轴方向等比例放大。 ( 3 ) 当s x = s ， i 时，图形沿两个坐标轴方向等比例缩小。 ( 4 ) 当s 。s ，时，沿两个坐标轴方向作非均匀的比例变换。 2 、对称变换 对称变换的效果完全和平面镜成像一致，所以叉称为镜向变 换( m i r r o r ) 。 西南交通大学硕士研究生论文第4 l 页 对x 轴的对称变换矩阵为：t m x = 10 1 0 0 o q i( 4 7 ) r 1 1 0 0 i j 1 0 0 x + y + 1 - xyl 】io 一1 o1 x y1 l o 0 1 j 即x * - 一x ，y + = - y ，故图形对x 轴对称。 对，轴的对称变换矩阵为：1 1 1 ：l 。4 固 l0 0 1 j 对4 ，。线的对称变换矩阵为：r ：翻。4 唧 l o 0 l j 一1 0 0 对坐标原点的对称交换矩阵为： 0 1 0 ( 4 - 1 0 ) lo o l j t r = 二鼍暑i 鼍弓习 c 4 - ， ”川h ，甜 = x c o s0 一y s i n 0 x s i n0 + y c o s0 1 即x + = x c o s0 一y s i n0 ，y 术2x s i n0 + y c o s0 4 平移变换 西南交通大学硕士研究生论文第4 2 页 平移变换的变换矩阵为：t 0 。l 三，17 j - 1 2 ， c x y +- ，= e xy - ， 主； = e x + m y + ， x = x + m ，y 丰2y + ， 新的坐标分别在x 向和y 向增加了一个增量m 和，即平移了 二、点的移动、旋转、镜像、缩放 根据上述分析和计算公式，按图4 2 7 所示流 程，用函数m o v e p o i n t 和r o t a t e p o i n t 可完成点的 移动和旋转。 按图4 2 8 所示流程，用函数m i r r o r p o i n t 可 完成点的镜像。 按图4 2 9 所示流程，用函数s e a l e p o i n t 可 完成点的缩放。 三、图形的移动、镜像、旋转及缩放 将图形中相关点作移动、旋转等系列变换， 即可完成图形的位置变换。 按图4 3 0 所示流程，可将图形链中的所有图 形平移d ) c ，d y ，如果s i n g 为t r u e 则只平移第一个 图形 、 按图4 3 1 所示流程，可将图形链中的所有图 澎绕旋转基准点旋转c t a 度，如果s i n g 为t r u e 则只旋转第一个图形。如果以l i n e 为反射轴翻转 上 i 将输入参数转换】 i为浮点数 1 上 l 代入公式计算新 i柏赳6 标佶 上 l 以新的坐标值替 原央的坐标信 上 ( 结束 ) 】8 0 0 即可完成图元的镜像。图4 - 2 7 点的移 按图4 3 2 所示流程，可将图形链中的所有图动和旋转 形绕基准点缩放m u l t i p l e 倍，如果s i n g 为t r u e 则只缩放第一个图 形 西南交通大学硕士研究生论文第4 3 页 0 j r i 审v = v + ( v ；- v ) + 2 对称轴是 n g 乖衅9 i v + lx _ x “x ；x 1 + 2i 1r 懈坐标系旋转使对 l 称轴与x 轴重台 上 y _ y + “；- y ) * 2 + 将坐标系旋转回原 桌的衍詈 r 图4 2 8 点的镜像 c 丑 l 至t ( x b a s e ，y b a s e ) 。也即将( x b a s e ， |y b a s e 平移到原点 l 将点( x y ) 的坐标 i 信放大m u l t i t i 倍 上 睛坐标系平移回去l 图4 - 2 9 点的缩放 甲 图4 - 3 酉形藏转 西南交通大学硕士研究生论文第4 5 页 图4 3 2图形缩放 呈 西南交通大学硕士研究生论文第4 6 页 4 5 数控加工模块 计算机数控编程系统的核心是得到加工程序。本模块的主要 功能是将零件的加工图形经计算处理后产生加工轨迹，然后将其 离散成刀位点，产生线切割机床加工工艺数据，提供“工艺参数 库”，为用户加工参数设置提供专家参考意见，通过后置处理得到 线切割机床常用的3 b 格式加工代码。 本模块以交互式表单输入加工工艺参数( 放电间隙、钼丝直 径等) 及补偿方向；调用轮廓偏移函数，对指定封闭或半封闭串 联图形进行数据处理，得到加工轨迹：采用独立模块进行工艺参 数库管理和后置处理；以公用接口p o r ts 交换系统数据；以文件 方式进行格式转换。 4 5 1 加工轨迹生成 一、编程轮廓拟合 高速走丝电火花线切割机数控系统一般只有直线和圆弧插补 西南交通大学硕士研究雏论文第4 7 页 * s e l l i p s e ) ；凸轮拟和函数为v o i d c a mp o i n t ( s t r u c t s e r c hs 1 * s e l l i p s e ) ；阿基米德线拟和函数为v o i da r c h i m e d ep o i n t ( s t r u c t s e r e h _ s 1 + s e l l i p s e ) 。根据魏线方程计簿逝所取鳇点斡坐狐，然后谴 弱l i s t _ c o m p u t e ( x x ，y y , i ，0 ，0 ) 丞数就鬻灏滋按霸盂蕊銎形： 二、编程轮攥德移 编程轮廓是以加工工件的理论轮廓为基础，考虑线切割机床 的工艺参数( 放电间隙、电力干扰、配合间隙等) 及钼熊半径的 影响，对该理论轮廓i 挂行等距偏移而形成的连续封 闭的图形。 一一。# 芸 魏圈4 3 4 掰零，要麓工出与豳群尺寸提簿静 零箨，龟疆丝豹镶移爨e 不枝双考虑魄投丝半径r ， 它还受放电间隙s 和加工凹凸模时革边配合间隙f 等因素影响，图中8 - - r + f 。由于加工z 件的理论轮 廓由多种图形元綮组成，有直线、圆弧、曲线，而 它的等距偏移图形( 即编程轮廓) 是种复合变换 的结果，它包括纛线的平移、圆弧的缭放、曲线的 警蓼及缩放等，势纛要对稳邻强形灵豢遴蠢葑阙筵 图4 3 4 线切割加工时电 板照偏移原理 理、光颁过渡。掰激电稷丝偏移并不怒一般意义主豹为熬熹| 毫径於 偿。软件设计中，考虑电极丝偏移盘补偿的加工路线需避行以下 二项计算： l 、在原工件轮廓上进行图形的平移、旋转和缩放。 2 、相邻两图形元素的封闭和光滑j 挂渡。 剥用直线、濑弧或蘸线豹参数方援避行交点求解。魏瘫 ! 擎l 所录 图4 4 0 读文件算法流程 西南交通大学硕士研究生论文第5 4 页 图4 4 1从打开文件中读取数据项的流程图 西南交通大学硕士研究生论文第5 5 页 第五章工艺实验与工艺数据库 5 1 线切割加工质量与工艺参数的关系 影响电火花线切割加工质量的因素很多，图5 1 归纳整理了常 觅线切割加工质量问题的主要影响因素。 图5 1 各种因素对线切割加工质量的影响 从图中可以看出。除工件质量差或机床操作不当外，影响线切 瓣火花线切割操作者根据所加工零件的要求来选择最佳的脉冲电源 电规准，大大方便了用户；对熟练的电火花线切割机操作人员也 l ；提供了一定的参考价值。同时参数库对用户是开放的，用户可以 8 猥据自己的实际加工情况( 如材料、厚度、硬度、表面粗糙度等) ， 选择得出较合理的电规准来扩充参数库。建立工艺参数库还有一 绎作用是可以根据得出的数据建立一个完整的数学模型，从而为 敢进现行的控制系统和脉冲电源奠定了基础。因为现行的控制系 统是一个非线性、大滞后的比例负反馈控制系统，不能满足多次 期割加工要求，加工精度只能控制在较低的精度范围内，所以一 龃完整的工艺试验数学模型建立起来，就能研制生产出微控电源， 从而能够实现控制系统和脉冲电源由手工调节过渡到智能控制， 实现高速走丝电火花线切割机床质的飞跃，其意义是非常深远的。 匏工艺实验与最佳电参数选择 西南交通大学硕士研究生论文第5 7 页 艺参数库的数据还不能包含所有情况( 如厚度还未能达到逐毫米 缀递增) 。表5 1 是测得的实验数据之一。 表5 i 材料为c r w m n 硬度为2 0 0 h b 厚度1 5 0 m m 的实验数据 r a 值【u m )电流脉宽( u脉冲间电压功放数加工效牢样件【 ( a )s )隔( us )( v )量( 只)f m m 2 ，m i n 、 r a 2 5 2 5 r a 1 3l o6 09 5 l2 51 2 7 3 7 2 r a 3 222 09 09 5l4 l1 2 6 不计r a 值2 54 02 8 09 526 21 2 8 5 2 2 加工工艺规律 根据实验数据，绘制出脉冲电流i ( a ) 、脉冲电压u ( v ) 、脉 冲宽度b ( ps ) 、脉冲间隔t ( us ) 对表面粗糙度r a ( u m ) 和加工 数率s ( m m 2 m i n ) 的影响曲线，如图5 2 、5 3 、5 4 、s s 所示。 jj ； i l i，一 鞘 图5 3 脉冲电压对表面粗糙度 和加士效率的影响 图5 5 脉冲间隔对表面粗糙度 和加工效率的影响 但加工表面质 切割速度高。 大，所以表面 蚀速度和加工 加工精度略有 因此提高了加 西南交通大学硕士研究生论文第5 8 页 由图5 4 可知，增加脉冲宽度则单个脉冲放电能量增大，因此 切割效率提高，但表面粗糙度变差。同时，随着脉冲宽度的增加， 龟圾丝损耗也变大。 由图5 5 可知，减少脉冲间隔，切割效率提高，表面粗糙度稍 有增大。因为脉冲间隔越小，频率就越高，单位时间输出的脉冲 _ 个数就越多。故加工效率高。但实际加工时，脉冲问隔不能太小， 它受间隙绝缘状态恢复速度的限制，如果脉冲间隔太短，放电产 物来不及排除，放电间隙不能充分消电离，会使加工变得不稳定， 易造成烧伤工件或断丝。 综上所述，在工艺条件基本相同的条件下，电参数对工艺指标 的影响主要有如下规律： ，( 1 ) 切割效率( 速度) 随着脉冲电流、电压、宽度及脉冲频 率的增大而提高。 ( 2 ) 加工表面粗糙度随脉冲电流、电压、宽度的减小而减小。 ( 3 ) 加工间隙随脉冲电压的提高而增大。 ( 4 ) 表面粗糙度的改善有利于提高加工精度。 ( 5 ) 在脉冲电流一定的情况下。脉冲电压增大，有利于提高 加工稳定性和脉冲利用率。 配3 电参数选择与工艺参数库 根据上述分析，为兼顾加工效率和质量两方面情况，当采用乳 浑匕介质和高速走丝方式时，通常脉冲电压在6 0 1 2 0 v 范围内选 取，其中7 0 1 1 0 v 为最佳脉冲电压，当脉冲电压高于1 2 0 v 时， 脉冲源稳定性变差，工件进给速度将小于电火花放电腐蚀速度， 此时放电通道不稳定，极易引起烧丝或断丝。通常在精加工时， 绱脉冲宽度限制在2 0 1 ts 内，一般加工可在2 0 6 0 i ts 内选 择。脉冲间隔一般在1 0 2 5 0us 范围内选取。且与工件厚度有关 深，厚度越大，脉冲间隔也越大。 将实验数据进行分析、筛选和优化组合，即可建立工艺参数库， 滚5 2 为数百种实验优化组合中的一个例子。 ， 表5 2 材料c ，w m 。，硬度h b 2 0 0 ，6 = 4 0 r a m r a 值电流脉宽脉冲问隔屯压功放数量加工效率 。 ( p m )( a )( us )( ps )( v )( 只)( m m 2 r n i n ) 。 r a z 51 51 08 09 513 0 2 j r a 訇。22 ，31 04 09 5 l5 0 嚣r a 3 22 2 01 0 09 5l5 4 不计胁254 01 6 09 5 l6 0 西南交通大学硕士研究生论文第5 9 页 5 3 工艺参数库的软件模块开发 工艺参数库是系统的一个独立部分，用于用户管理线切割加工 中所需参数，生成加工“工艺参数表”文件，这样有利于快走丝 系统应用的标准化。本模块为“数控加工”模块中的“工艺规程” 子模块。用d e l p h i 语言编制，采取外挂嵌入方式与主程序相联接。 5 3 1 参数库管理系统特点 一、向导式查询 向导式查询的界面简单明了，用户只要单击f 下步】就可以完 成工作。其主要界面如图5 6 、5 7 、5 8 所示。 图5 6 参数库管理主界面 二、表格式录入 由于用户可能经常需要录入大量的参数数据，因此一个直观 有效的录入方式是很重要的，在此我们采用表格式录入方式，实 践证明是行之有效的，用户在录入数据时，还可以通过过滤来筛 选数据。表格式录入主界面如图5 9 所示。 三、独立的标准参数库与用户参数库 建立两个参数库的原因是不让用户修改标准参数库，但又可 以录入自己的参数，不会因为用户的操作而影响到整个系统。该 参数库具备工艺参数查询和工艺参数库维护两大功能。 工艺参数查询：用户可通过预置的工艺参数库数据，查询生 成供加工人员参考的参数表文件。使用界面见图5 8 。 工艺参数库维护：用户可根据自身需求建立供本行业、部门 西南交通大学硕士石开究生论文第6 0 页 经常使用的工艺参数库，提高工艺设计效率，减小工艺人员的劳 动隅摩。仲用界而w 图5 9 。 图5 7 工艺参数选择界面 图5 8 参数查询界面 5 。3 。2 数库管理系统设计 一、数据库设计 数据库的处理流程如图5 1 0 所示。本系统是一个关系数据库， 通过【编号】把数据关联起来。标志是用来区分标准库和用户库的。 i d s 管理所有编号。 西南交通大学硕士研究生论文第6 1 页 匿5 9 参莸库管理维护界面 二、编程代码实现 l 、向导 向导是通过p a g e c o n t r o i + 3 个b u t t o n 实现，当用户要进行上 下步切换时，只需要改p a g e c o n t r 0 1 的页面就可以完成。 2 、查询 通过一个s q l 语句，根据给定的参数就可以查询到所需要的 参数，s q l 如下： s q l ：= s e l e c tp a