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
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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。
Because of the outstanding performances on machining complex curved surface, high accuracy workpiece and material with high hardness and strength, Wire Electrical Discharge Machining (WEDM) has become the indispensible method of aerospace manufacture, mould cutting, electronic facility and precision instrument machining. Reciprocating feed WEDM, which consumes less time and wire electrode, is independently developed machining method originated according to China's national condition. Since the appearance of the Reciprocating feed WEDM Numerical Control (NC) machine, the developers have never stopped to purpose on shortening the distance between reciprocating feed WEDM and one-way WEDM on accuracy controlling aspect at a low cost. It is an efficient way to fulfill this task that design and implement software control algorithms on NC system according to the characteristics of WEDM. Hence, this article gave a research on the topics from NC code reading to wire electrode path generating and introduced the design method of NC code interpreter, tool radius compensator and interpolator in sequence.
     The article was based on four-axis linkage WEDM, modified the RS274/NGC, a general NC code interpreter, according to WEDM NC code characteristics; re-implemented the C-type tool radius compensation in two-dimension plane using the knowledge of analytic geometry and analyzed the compensation error during taper machining; The development of four-axis linkage interpolation was the combination of ?Point by Point Comparison method (PPC)? and ?Dual-plane Interpolation Control method (DIC)?. Seeing that PPC had an improvement in the light of ?distance minimum principle? and unified programming, the article in this chapter proposed a ?tapering minimum principle' and extended the unified programming to DIC. This chapter also discussed the end discrimination method should take.
     The research project realized key techniques of NC System for reciprocating feed WEDM using Qt GUI library in the GNU/Linux OS environment, tested and verified the achievements of the research by graphic simulation.
引文
[1] K. H. Ho, S. T. Newman, S. Rahimifard, R. D. Allen. State of the art in wire electrical discharge machining(WEDM)[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2004, 44:1247~1259.
    [2]刘晋春,赵家齐.特种加工[M].北京:机械工业出版社, 1994(05): 53~72.
    [3]白基成,郭永丰,刘晋春.电火花和线切割加工技术的产生和在我国的发展[J].
    [4]赵万生.特种加工技术[M].北京:高等教育出版社, 2001: 42~66.
    [5]朱宁,叶军,韩福柱,顾琳,卢智良.电火花线切割加工技术及其发展动向[C].第13届全国特种加工学术会议论文集, 14~21.
    [6]潘存强,王从鹤,程先华,罗立凤,刘玉文.数控技术的新发展——开放式数控系统[J].宝钢技术, 2006(04).
    [7]伍抗逆.面向开放式数控系统平台的编译系统的研究与开发[D].武汉:华中科技大学硕士学位论文, 2005: 9~11.
    [8]章富元,方江龙,汤季安.对我国数控技术发展的思考[J].中国机械工程, 2001(5).
    [9]黄杰,陈幼平,周祖德. CNC软件芯片的研究和开发[J].电脑开发与应用, 1999, 12(3): 2~3.
    [10]陈宗雨,郭伟,王立峰等.基于Windows NT与实时扩展的开放数控系统的研究[J].计算机集成制造技术, 2006, 12(4): 568~572.
    [11]陈友东,陈五一,王田苗.基于组件的开放结构数控系统[J].机械工业学报, 2006, 42(6): 188~192.
    [12]郑君民,赵万生,李智勇,等.基于RTLinux平台的开放式电火花数控系统[J].计算机集成制造系统, 2005, 11(8): 1179~1184.
    [13]秦月霞,胡德金.基于开放式数控系统三轴联动电火花铣削加工的研究[J].机械与电子, 2003(5): 9~10.
    [14]谷安,刘正勋.电火花成型机数控系统的研究[J].南京航空航天大学学报. 2002, 34(2): 346~349.
    [15]胡玉景,张建华,霍孟友,等.开放式控制器及其在特种加工中的应用[J].机电一体化, 2005(2): 20~23.
    [16]赵万生.基于Linux操作系统的开放式EDM-CNC开发思路[J].电加工与模具, 2007,增刊: 70~72
    [17] EMC Handbook. http://www.linuxcnc.org.
    [18]迟永琳,明良玉,吴祖育等.基于WindowsNT和Linux的开放式数控系统[J].上海交通大学学报. 2001(7): 1~3.
    [19]李峰厚,叶佩青,游华云等.基于RTLinux的开放式数控系统研究[J].组合机床与自动化加工技术, 2001(7): 1~3
    [20]王彦利,李斌.实时Linux下数控系统多任务的结构与实现[J].制造业自动化, 2003, 25(3): 9-11.
    [21]李建华,熊清平.基于实时Linux的数控滚轧机的研究和开发[J].机床与液压. 2003(5): 207~209
    [22]陈友东,樊锐,陈五一等.基于RTLinux开放式虚轴机床数控系统研究[J].中国机械工程. 2002, 13(15): 1339~1342
    [23]李伟光,赵博,周建辉等.基于实时Linux的开放式数控系统框架[J].华南理工大学学报(自然科学版).2003, 31(10): 28~31.
    [24]廖效果,刘又午.数控技术[M].武汉:湖北科学技术出版社, 2000: 100~105.
    [25]陈浩.电火花线切割CAD/CAM/CNC一体化软件系统开发[D].武汉:华中科技大学硕士学位论文, 2005.
    [26]孔振宇,马骏,迟关心,董衍善,刘晋春.线切割数控系统ISO代码解释器的研究[J].电加工, 1997(1): 21~23.
    [27]曾国,郭烈恩,胡云堂.利用LEX与YACC实现数控线切割的加工程序编译器[J].机电工程, 2004, 21(1): 58~61.
    [28]徐笠云,顾琳,曹琨,罗凌,赵万生.基于Lex和Yacc的多数控代码解释器研究与应用[J].电加工与模具, 2009(3): 54~56.
    [29]郑君民,王振龙,赵万生.基于Lex&Yacc的电火花加工译码器系统[J].电加工与模具, 2005(6): 27~29.
    [30] Thomas R. Kramer, Frederick M. Proctor, Elena Messina. The NIST RS274/NGC Interpreter– Version 3[M], 2000. 8. 17.
    [31] Yadong Liu, Xingui Guo, Wei Li, Kazuo Yamazaki, Keizo Kashihara, Makoto Fujishima. An intelligent NC program processor for CNC system of machine tool[J]. Robotics and Computer-Intergrated Manufacturing, 2007(23): 160~169.
    [32]崔燕,李家雯,吴文江.基于RS274/NGC语言的数控代码解释器的设计与实现[J].
    [33]甘星明.基于RS274/NGC的数控系统刀具补偿的设计与实现[D].沈阳:中国科学院研究生院硕士学位论文, 2006.
    [34]牛现云.五坐标并联机床数控加工程序解释器的设计与实现[D].沈阳:中国科学院研究生院硕士学位论文, 2006.
    [35]马骏,宋慧颖,赵万生.非圆曲线数控插补的直接刀具半径补偿算法[J].电加工, 1995(5):13~16.
    [36]赵庆志.曲线合成插补理论及其在慢走丝线切割外角内角过渡中的应用[J].机械科学与技术, 2004(5): 608~612.
    [37]周坚.线切割锥度加工电极丝水平截面的椭圆度误差及补偿[J].电加工, 1991(6): 9~13.
    [38]王旭亮,谷安,刘新华.低速走丝电火花线切割机ISO代码的后置处理[J]. 2005(2):14~15.
    [39]杨三强,白基成,郭永丰,邓冠群,刘少垣,毕慧.电火花线切割锥度加工编程技术的研究. 2008(3): 33~36.
    [40]郭艳玲,赵万生,李论,王刚,杨晓东.数控线切割三维直纹面直接刀补算法的研究[J].航空精密制造技术, 2000(12): 35~38.
    [41] Psang Dain Lin, Te-Tan Liao. An effective-wire-radius compensation scheme for enhancing the precision of wire-cut electrical discharge machines[J]. International Journal of Advanced Manufacture Technology, 2009, 40: 324~331.
    [42]史旭明,赵万生等.二次曲线通用插补算法研究[J].电加工, 1998(4).
    [43]马骏,宋颖慧,何永辉,赵万生,李培然.非圆二次曲线数控插补的单步追踪法的研究[J].电加工, 1995(2).
    [44]王琨琦等.椭圆曲线的比较积分插补方法研究[J].西安工业学院学报, 2005(2).
    [45]李卫京,李文斌.椭圆曲线插补算法研究[J].山西机械, 2003(3).
    [46]游有鹏等.时间分割法椭圆曲线插补算法[J].设计与研究, 1999(2).
    [47]倪其民等.基于最小偏差路径法的双曲线插补[J].机械工艺师, 2000(12).
    [48]刘斌等.基于圆心角分割的双曲线、抛物线插补算法[J].华中理工大学学报, 1997(2).
    [49]赵万生,史旭明,王刚.参数方程曲线的直接插补算法研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2000(2).
    [50]余汉成,姚洁,袁立新,谭锡林.非圆复杂曲线的通用插补算法[J].电加工与模具, 2002(5).
    [51] Meek DS, Walton DJ. Planar G2 Hermite interpolation with some fair, C-shaped curves[J]. Comput Appl Math, 2002, 139(1):141~161.
    [52] Seymour C, Unsworth K. Interactive shape preserving interpolation by curvature continuous rational cubic splines[J]. Comput Appl Math, 1999, 102(1):87~117.
    [53] Walton DJ, Meek DS. Planar G2 curve design with spiral segments[J]. Comput-Aid Design, 1998, 30(7): 529~538.
    [54] Xunnian Yang. Curve fitting and fairing using conic splines[J]. Computer-Aided Design, 2004, 36: 461~472.
    [55] Lim CG. A universal parametrization in B-spline curve and surface interpolation[J]. Comput Aid Geometr Des, 1999, 16(5): 407~422.
    [56] Park H. Choosing nodes and knots in closed B-spline curve interpolation to a point data[J]. Comput-Aid Des, 2001, 33(13): 967~974.
    [57] Bae SH, Choi BK. NURBS surface fitting using orthogonal coordinate transform for rapid product development[J]. Comput-Aid Des, 2002, 34(10): 683~690.
    [58] Ma W, Kruth JP. NURBS curve and surface fitting for reverse engineering[J]. Int J Adv Manufact Technol, 1998,14: 918~927.
    [59] Rida T. Farouki, Carla Manni, Alessandra Sestini. Real-time CNC interpolators for Bezier conics[J]. Computer Aided Geometirc Design, 2001, 18: 639~655.
    [60] W.T. Lei, S.B. Wang. Robust real-time NURBS path interpolators[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2009, 49: 625~633.
    [61] M.-Y. Yang, J.-H Park. A Study on an Open Architecture CNC System with a NURBS Interpolator for WEDM[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2002, 19: 664~668.
    [62]袁立新,谭锡林.四轴联动线切割双平面控制的研究[J].电加工与模具, 2001(5): 16~18.
    [63]郭烈恩,凌泽斌,周庆龙.上下异形面几何体零件的线切割插补研究[J].模具技术, 2008(2): 53~55.
    [64]赵庆志,刘正埙,谷安,汪炜,高长水.基于差分插补理论的慢走丝线切割上下异型面工件新方法[J].中国机械工程, 2006(4): 793~797.
    [65]罗良玲,刘旭波主编.数控技术及应用[M].北京:清华大学出版社, 2005.7.
    [66]白建华,潘振峰,周红飞等.基于嵌入式Linux的实时数控系统[J].机电工程, 2008(5).
    [67]张承瑞,单诚,王恒.数控G代码解释器的设计与实现[J].山东大学学报(工学版), 2002(12): 354~358.
    [68] Alfred V. Aho, Ravi Sethi, Jeffrey D. Ullman著.李建中,姜守旭译.编译原理[M].北京:机械工业出版社, 2003: 1~16.
    [69]王爱玲,张吉堂,吴雁.现代数控原理及控制系统[M].北京:国防工业出版社, 2002: 134~160.
    [70]甘星明.基于RS274/NGC的数控系统刀具补偿的设计与实现[D].沈阳:中科院研究生院硕士学位论文, 2006: 14~21.
    [71]岳秋琴,蒋幸幸,郭紫贵等.现代数控原理及系统[M], 2006(5): 15~25.
    [72]李恩林.数控系统插补原理通论[M].北京:国防工业出版社, 2008(7): 200~210.
    [73]林朝平.模具线切割加工中电极丝偏移补偿量的确定[J].电加工与模具, 2006(增刊): 67~69.
    [74]郭艳玲,董本志,赵辉,乔世坤,徐达丽.四轴数控线切割刀具半径补偿算法的研究[J].林业机械与土木设备, 2000(7): 14~16.
    [75]杨三强,白基成,郭永丰,邓冠群,刘少垣,毕慧.电火花线切割锥度加工编程技术的研究[J].电加工与模具, 2008(3): 33~36.
    [76]彭晓南.数控技术[M].北京:机械工业出版社, 2001: 92~104.
    [77]袁立新,谭锡林.四轴联动线切割双平面插补控制的研究[J].电加工与模具, 2001(5): 16~18.
    [78]李长有,卢宝生.四象限圆弧插补的统一编程[J].组合机床与自动化加工技术, 1996(12): 16~20.
    [79]林本杰,石川,张辉,叶佩青.圆弧插补终点判断方法研究[J].工艺与检测, 2007(6): 86~90.
    [80]董大为.基于嵌入式Linux的电火花加工数控系统实现技术研究[D].上海:上海交通大学硕士学位论文, 2009(2).

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