线切割编程控制软件在Windows操作系统下的设计与实现

金属狂人

北京市电加工研究所是一个从事特种加工设备、工艺研究与开发的有着长久历史和辉煌成就的老研究所,近几年,为了满足市场的需要,不断开发新的产品.笔者所参与的项目,微型精密线切割机床就是其中之一.微型线切割是吸收了国外慢走丝机床的设计思想,有多项创新的新型快走丝线切割机,它采用横向走丝,结构轻巧,适合于精密,微小零件的加工,如手表零件,试验样件等.为了配合新机床的研制,笔者开发了一套线切割编程控制软件,原来是在DOS下开发的,在试验当中,发现很多弊病.WINDOWS系统良好的图形界面,完善的多任务能力和内存管理能力使笔者彻底放弃了原程序,重新开发了一套新系统.这套系统不仅可以用于电加工机床,实际上它稍加改造,应用面很广,本文就是对这套系统的要点介绍. + v6 w e# f1 g 电加工技术作为机械特种加工的一个重要分支,从诞生以来,就在工业生产中发挥了极为重要的作用.在近几年,随着计算机技术的飞速发展,电加工数字控制技术也有了飞跃的提高,笔者因为工作的需要,开发了一套在windows平台上的线切割编程控制软件,并在实际当中得到了应用.此套系统已经用于多个工厂的线切割数控改造项目和本所的新产品试制中,效果良好,工作稳定,现简单介绍如下. 4 z! y6 [5 z1 H4 R) d! O- j) j这套系统由两个独立软件组成.它的模块图如附图.一个是线切割自动编程软件.这个软件用DELPHI编制,它的主要功能是自动生成线切割机床的NC代码,并生成相应的工艺图和工艺卡,同时可支持DNC,由计算机直接传输代码给控制机.它的工作过程大致如下: 　　1.首先由通用的CAD平台,如autocad,生成待加工零件的几何图形.输出标准的dxf文件. 　　2.由自动编程软件读入该dxf文件,在加工向导的指示下,用鼠标拾取工艺参数,选择穿丝点,起切元素,切割方向.计算机按照选择,自动生成加工链表,由加工链表,生成NC代码. 　　3.通过仿真模块,读入刚生成的NC代码,输入工艺参数,模拟加工,检查代码错误. 　　4.计算机自动生成工艺图和工艺卡,由打印机打印输出. 　　5.通过磁盘或者DNC将代码传输给控制机. 这个编程软件的优点是: - W( A) `. V2 Y- ]3 `a. 利用windows平台，可使用的内存几乎无限制，摆脱了过去线切割编程软件的NC代码的长度限制． 4 G$ D5 f, a1 C" T! Z) V3 M/ F1 S　　b. 支持多任务，可在切割的同时编制程序．而这些完全由操作系统管理，安全，可靠． 　　c. 提供多种编程模式,支持多次加工,多行腔加工,满足各种零件的特殊工艺需要. , n% E5 I/ M3 D6 E* z7 i0 j$ A9 Q9 D　　d. 界面是windows标准界面，简单易学，非常友好． 这个编程软件的开发难点是: - j( s& g' N9 p1 W 4 ~& o3 I( U7 f) f3 {* CAD 与 CAM 的接口的实现: . R. s% X9 i, \5 c8 ~ 数控机床编程,首先要建立所加工零件的几何模型.而现在的通用CAD平台可以非常方便,快捷的产生几何模型.这样,CAM与CAD之间的接口就变得很重要.DXF文件是大多数CAD平台所支持的文本文件格式,其结构完全公开化,是一种CAD与CAM接口的良好工具.而现在的可视化语言都提供良好的文件操作支持,有丰富的控件和底层函数,用这些良好的工具可以很容易实现CAD与CAM的接口. 8 W: R8 E& m2 _% g7 y * 工艺参数与几何路径结合生成NC代码: CAD所产生的几何路径信息还不足以生成零件加工的NC代码.根据各种数控机床的需要,还要输入不同的工艺信息.具体到线切割机床,还需要输入穿丝点,切入点,切割方向,偏移量等工艺信息.由于此软件运行在WINDOWS平台上,其良好的图形界面可以充分发挥程序员的想象力.在此软件中,我设计了一个加工向导,在它的指引下,操作者可以很容易的完成工艺参数的输入. 0 N0 w+ l- U# I- C1 `, q- c此程序以链表的方式存储加工信息,包括几何路径信息和工艺信息,当工艺参数输入后,则链表生成.程序沿链表周游一次,则代码生成. % A3 H, P9 _8 |0 A$ g9 q , W" r) J* H, [/ F/ C9 n# e! N* NC代码翻译及仿真加工: : R$ Y0 b" J1 p9 L( ~% H 当NC代码生成后,为了保证数控程序的正确性,降低加工废品率,还要进行计算机仿真加工.需要将NC代码转换成加工信息,进而生成加工链表.这实际上相当于将程序源代码编译成机器代码的过程,所以编译原理的理论完全可以应用在这.我开发了一个NC代码编译器,它经过两遍扫描,通过词法分析,语法分析,既可以将NC代码转换成加工信息,同时生成加工链表.有了加工链表,就可以由插补模块形成几何路径,再借助计算机动画技术,可以很真实的反映加工情况. 3 t0 v' z2 n1 m% F5 R5 u * 工艺卡及工艺图生成: ; U- I" a( C8 f+ u. \ WINDOWS系统为外设的使用提供了极大的方便性,它的设备无关性解放了许多程序员的苦恼.此程序采用DELPHY当中提供的打印控件,同时对PRINTER的CANVAS编程,自动生成工艺卡和工艺图,充分利用了计算机的计算和绘图能力. 3 N$ c( g( e8 b$ J 0 @4 b! x6 W% S* DNC计算机直接传输 6 x( l3 O6 H( l' K$ E本程序可以通过控制机的光电纸带接口,将代码直接送入控制机,这为老机床的改造提供了极大的方便.同时,也为新机床的网络化,提供了解决方案. 5 w9 n7 c/ `( Q U2 g 这套系统的另一个软件是线切割控制软件．它的关键控件由VC编制，界面用delphi编制，其中的开关量控制使用了行内汇编．在windows下的cnc系统，关键要解决的问题是windows系统禁止应用程序直接访问硬件,为了进入ring0层,本软件编制了专门的虚拟设备驱动程序. + Y& |& l3 s% @# e 6 K$ `7 K* @* K这个控制软件的主要功能是: 　　1. 读入nc代码.并提供了编辑修改功能. 　　2. 提供了手动控制台,可手动以三种速度移动机床. 　　3. 可图形仿真加工,也可空走仿真加工. 　　4. 加工时,可直接控制高频电源,也可暂停进给.同时有速度,状态显示. 　　5. 提供自动间隙补偿. 8 |* w3 I- ~. I" F9 I; O　　6. 由于是在windows 平台上运行,它自然具有了多任务能力,在切割的同时,可以随意进行其他操作,可以玩游戏或者看vcd. 6 t& ]0 S y5 ~* D8 d* K这个控制软件的开发难点是: E' G. M" v' u! S1 N 1. 要提供一个NC代码编辑器: q4 P- b% V! S& F+ b& U, |- y! j　　这个代码编辑器要具有一个简单字处理器的所有功能.以前在DOS状态下,这是一件很繁琐的工作.在WINDOWS平台上,借助DELPHY的VCL控件,这成为一种很轻松的工作.利用DELPHY的RICHEDIT控件可以很容易的实现代码编辑器的所有功能. 2. 具有手动控制台: $ d$ N# N& w' K* u: S# R6 i L　　以前在DOS状态下,手动速度控制要依靠软件延时,需要设计一个循环子程序,空循环产生延时,浪费CPU时间.在WINDOWS平台上,利用DELPHY的TIMER控件,可以较为精确的控制机床速度,同时,由于WINDOWS系统对应用程序并不屏蔽IO口的访问,所以,可以使用行内汇编直接控制步进电机的运动.由于TIMER控件实际上是在使用时间中断,所以对CPU的占用要远远小于DOS下. 0 J* j6 g" K2 r B! \ k7 e6 E5 L8 z/ H/ C: s2 j5 I3. 插补模块: 　　对于数控系统来说,插补模块是很重要的部分.为了满足高精度的要求,本程序采用0.1um作为一个脉冲当量,对各种不同的精度要求,用多次插补,一次进给的方式,来解决数控系统与机械系统的精度差别. & X. o0 @! {! q2 j 4 c: k3 q% G. K2 ^4. WINDOWS下的中断控制: ' P% P% M2 `) V　　WINDOWS系统下屏蔽应用程序对硬件中断的控制,为了获得系统ring0级的控制权,需要自己开发设备驱动程序.VtoolsD是很好的驱动程序开发环境,可以很方便的编制驱动程序,避开繁琐的汇编语言. 4 J- {9 P" o& p' W# w; F　　总之,这套系统运行在windows平台上,充分利用了　　windows系统的特性,为电加工数控系统的发展,探索了一条新的道路.