基于Linux的往复走丝电火花线切割加工数控系统关键技术研究

摘要

电火花线切割加工凭借其在加工高复杂度曲面、高精度工件、以及高硬质、高强度材料等加工方面得天独厚的优势，已成为航空航天、模具、电子、精密仪器制造不可或缺的加工方式。而往复走丝电火花线切割加工是我国基于本国国情自行研发并普遍应用的经济高效型电火花线切割加工方式。以较低成本，努力缩短其与单向走丝线切割加工方式在精度控制方面的距离是往复走丝线切割加工机床开发者的不懈追求。为达到这样的目的，在机床数控系统中依据电火花线切割加工的特点，实现软件控制是一种有效的途径。因此，本文对从数控代码读取到工作台驱动电机轨迹生成这一关键环节做了详细研究，依次设计了数控加工语言解释器、刀具半径补偿器、插补器。本文以四轴联动电火花线切割加工为背景，采用RS274/NGC通用数控加工语言解释器，针对电火花线切割加工数控系统的需求进行了必要的修改；按照解析几何和分情况讨论的思路重新实现了二维C型刀补算法，并对锥度切割中，电极丝处于空间任意位置造成的加工误差进行了分析，给出了常规锥度加工应该采用的转接点过渡方法；四轴联动插补器的开发以逐点比较法和双平面插补控制法为基础，借鉴前者的“距离最短原则”提出了双平面插补控制法的“锥度改变最小原则”，参照前者的统一化算法进行了双平面插补控制法的统一化，并讨论了应该采取的终点判别原则。在GNU/Linux操作系统上使用跨平台的Qt图形用户界面支持库实现了往复走丝线切割数控系统关键技术，通过图形仿真验证了研究成果。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 开放式数控系统的研究现状

1.2.1 国外开放式数控项目和单位

1.2.2 国内开放式数控项目和单位

1.3 基于LINUX 操作系统的数控系统研究现状

1.3.1 基于Linux 操作系统内核的研究现状

1.3.2 基于Linux 数控系统的研究现状

1.4 数控电火花线切割加工语言解释器的研究现状

1.4.1 数控加工语言的种类

1.4.2 数控加工语言解释器的研究现状

1.4.3 电火花线切割数控加工语言解释器的研究现状

1.5 电火花线切割刀具半径补偿的研究现状

1.5.1 刀具半径补偿的位置

1.5.2 二维平面刀具半径补偿的研究现状

1.5.3 三维直纹面刀具半径补偿的研究现状

1.6 电火花线切割插补的研究现状

1.6.1 二维平面插补的研究现状

1.6.2 四轴（五轴）联动插补的研究现状

1.7 课题研究的目的和意义

1.8 本文所作的工作

第二章 电火花线切割加工数控系统总体结构设计

2.1 电火花线切割加工数控系统功能定义

2.1.1 文件准备

2.1.2 参数设置

2.1.3 轨迹生成

2.1.4 加工模拟

2.1.5 工件加工

2.2 电火花线切割加工数控系统硬件结构

2.3 电火花线切割加工数控系统软件结构

2.4 电火花线切割加工数控系统操作系统

2.5 本章小结

第三章 基于RS274/NGC 的电火花线切割数控代码解释器

3.1 RS274/NGC 解释器简介

3.1.1 函数调用界面

3.1.2 文件组织结构

3.1.3 信息传递方式

3.1.4 程序执行循环

3.2 RS274/NGC 解释器修改

3.2.1 RS274/NGC 解释器的面向对象化

3.2.2 上下异形面加工的处理

3.3 本章小结

第四章 常规锥度加工C 型刀具半径补偿算法

4.1 刀具半径补偿概述

4.1.1 B 型刀补算法和C 型刀补算法

4.1.2 实现方法的变化

4.1.3 相连加工程序轨迹的过渡方式

4.2 RS274/NGC 解释器的刀补算法

4.2.1 加工程序段转接交点的处理

4.2.2 刀具半径补偿的建立

4.2.3 名义路径轮廓

4.3 利用平面解析几何分情况讨论实现C 型刀补算法

4.3.1 情况的细分

4.3.2 直线与圆弧加工程序段过渡

4.3.3 圆弧与圆弧加工程序段过渡

4.4 锥度和上下异形面加工刀具半径补偿

4.5 本章小结

第五章 逐点比较和双平面控制插补算法

5.1 插补概述

5.1.1 插补的定义

5.1.2 插补方法的分类

5.2 逐点比较法的统一编程

5.2.1 逐点比较法直线插补

5.2.2 逐点比较法圆弧插补

5.2.3 四象限插补公式的统一化

5.2.4 自动过象限处理

5.2.5 插补终点的判别

5.3 双平面插补控制法

5.3.1 进给一步对弧长的增量

5.3.2 偏差判别

5.3.3 偏差计算

5.3.4 对算法的改进

5.4 本章小结

第六章 电火花线切割加工数控软件开发与加工仿真

6.1 电火花线切割加工数控系统图形用户界面

6.1.1 数控系统图形用户界面的特点

6.1.2 图形用户界面开发工具的选择

6.1.3 图形用户界面开发环境的建立与配置

6.1.4 电火花线切割加工数控系统图形用户界面

6.2 电火花线切割加工数控系统核心

6.3 图形化加工仿真

6.4 嵌入式系统移植

6.5 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表或录用的论文

附录 基于QT/C++ GUI 开发环境的建立方法与配置过程

1 基于LINUX 操作系统的开发环境

1.1 基于终端的开发环境

1.2 基于Eclipse 的集成开发环境

1.3 Qt Creator 集成开发环境

2 基于WINDOWS 操作系统的开发环境

2.1 基于Eclipse 的集成开发环境

2.2 Qt Creator 集成开发环境