前言:
北京市電加工研究所是一個(gè)從事特種加工設(shè)備、工藝研究與開發(fā)的有著長(zhǎng)久歷史和輝煌成就的老研究所，近幾年，為了滿足市場(chǎng)的需要，不斷開發(fā)新的產(chǎn)品。
筆者所參與的項(xiàng)目，微型精密線切割機(jī)床就是其中之一。微型線切割是吸收了國外慢走絲機(jī)床的設(shè)計(jì)思想，有多項(xiàng)創(chuàng)新的新型快走絲線切割機(jī)，它采用橫向走絲，結(jié)構(gòu)輕巧，適合于精密，微小零件的加工，如手表零件，試驗(yàn)樣件等。為了配合新機(jī)床的研制，筆者開發(fā)了一套線切割編程控制軟件，原來是在DOS下開發(fā)的，在試驗(yàn)當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)很多弊病。WINDOWS系統(tǒng)良好的圖形界面，完善的多任務(wù)能力和內(nèi)存管理能力使筆者徹底放棄了原程序，重新開發(fā)了一套新系統(tǒng)。這套系統(tǒng)不僅可以用于電加工機(jī)床，實(shí)際上它稍加改造，應(yīng)用面很廣，本文就是對(duì)這套系統(tǒng)的要點(diǎn)介紹。
電加工技術(shù)作為機(jī)械特種加工的一個(gè)重要分支，從誕生以來，就在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了極為重要的作用。在近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電加工數(shù)字控制技術(shù)也有了飛躍的提高，筆者因?yàn)楣ぷ鞯男枰_發(fā)了一套在windows平臺(tái)上的線切割編程控制軟件，并在實(shí)際當(dāng)中得到了應(yīng)用。此套系統(tǒng)已經(jīng)用于多個(gè)工廠的線切割數(shù)控改造項(xiàng)目和本所的新產(chǎn)品試制中，效果良好，工作穩(wěn)定，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下。
這套系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立軟件組成。一個(gè)是線切割自動(dòng)編程軟件。這個(gè)軟件用DELPHI編制，它的主要功能是自動(dòng)生成線切割機(jī)床的NC代碼，并生成相應(yīng)的工藝圖和工藝卡，同時(shí)可支持DNC，由計(jì)算機(jī)直接傳輸代碼給控制機(jī)。它的工作過程大致如下:
1.首先由通用的CAD平臺(tái)，如autocad，生成待加工零件的幾何圖形。輸出標(biāo)準(zhǔn)的dxf文件。
2.由自動(dòng)編程軟件讀入該dxf文件，在加工向?qū)У闹甘鞠拢檬髽?biāo)拾取工藝參數(shù)，選擇穿絲點(diǎn)，起切元素，切割方向。計(jì)算機(jī)按照選擇，自動(dòng)生成加工鏈表，由加工鏈表，生成NC代碼。
3.通過仿真模塊，讀入剛生成的NC代碼，輸入工藝參數(shù)，模擬加工，檢查代碼錯(cuò)誤。
4.計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成工藝圖和工藝卡，由打印機(jī)打印輸出。
5.通過磁盤或者DNC將代碼傳輸給控制機(jī)。
這個(gè)編程軟件的優(yōu)點(diǎn)是:
a. 利用windows平臺(tái)，可使用的內(nèi)存幾乎無限制，擺脫了過去線切割編程軟件的NC代碼的長(zhǎng)度限制。
b. 支持多任務(wù)，可在切割的同時(shí)編制程序。而這些完全由操作系統(tǒng)管理，安全，可靠。
c. 提供多種編程模式，支持多次加工，多行腔加工，滿足各種零件的特殊工藝需要。
d. 界面是windows標(biāo)準(zhǔn)界面，簡(jiǎn)單易學(xué)，非常友好。
這個(gè)編程軟件的開發(fā)難點(diǎn)是:
* CAD 與 CAM 的接口的實(shí)現(xiàn):
數(shù)控機(jī)床編程，首先要建立所加工零件的幾何模型。而現(xiàn)在的通用CAD平臺(tái)可以非常方便，快捷的產(chǎn)生幾何模型。這樣，CAM與CAD之間的接口就變得很重要。DXF文件是大多數(shù)CAD平臺(tái)所支持的文本文件格式，其結(jié)構(gòu)完全公開化，是一種CAD與CAM接口的良好工具。而現(xiàn)在的可視化語言都提供良好的文件操作支持，有豐富的控件和底層函數(shù)，用這些良好的工具可以很容易實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的接口。
* 工藝參數(shù)與幾何路徑結(jié)合生成NC代碼:
CAD所產(chǎn)生的幾何路徑信息還不足以生成零件加工的NC代碼。根據(jù)各種數(shù)控機(jī)床的需要，還要輸入不同的工藝信息。具體到線切割機(jī)床，還需要輸入穿絲點(diǎn)，切入點(diǎn)，切割方向，偏移量等工藝信息。由于此軟件運(yùn)行在WINDOWS平臺(tái)上，其良好的圖形界面可以充分發(fā)揮程序員的想象力。在此軟件中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)加工向?qū)В谒闹敢拢僮髡呖梢院苋菀椎耐瓿晒に噮?shù)的輸入。
此程序以鏈表的方式存儲(chǔ)加工信息，包括幾何路徑信息和工藝信息，當(dāng)工藝參數(shù)輸入后，則鏈表生成。程序沿鏈表周游一次，則代碼生成。
* NC代碼翻譯及仿真加工:
當(dāng)NC代碼生成后，為了保證數(shù)控程序的正確性，降低加工廢品率，還要進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真加工。需要將NC代碼轉(zhuǎn)換成加工信息，進(jìn)而生成加工鏈表。這實(shí)際上相當(dāng)于將程序源代碼編譯成機(jī)器代碼的過程，所以編譯原理的理論完全可以應(yīng)用在這。我開發(fā)了一個(gè)NC代碼編譯器，它經(jīng)過兩遍掃描，通過詞法分析，語法分析，既可以將NC代碼轉(zhuǎn)換成加工信息，同時(shí)生成加工鏈表。有了加工鏈表，就可以由插補(bǔ)模塊形成幾何路徑，再借助計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)，可以很真實(shí)的反映加工情況。
* 工藝卡及工藝圖生成:
WINDOWS系統(tǒng)為外設(shè)的使用提供了極大的方便性，它的設(shè)備無關(guān)性解放了許多程序員的苦惱。此程序采用DELPHY當(dāng)中提供的打印控件，同時(shí)對(duì)PRINTER的CANVAS編程，自動(dòng)生成工藝卡和工藝圖，充分利用了計(jì)算機(jī)的計(jì)算和繪圖能力。
* DNC計(jì)算機(jī)直接傳輸
本程序可以通過控制機(jī)的光電紙帶接口，將代碼直接送入控制機(jī)，這為老機(jī)床的改造提供了極大的方便。同時(shí)，也為新機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化，提供了解決方案。
這套系統(tǒng)的另一個(gè)軟件是線切割控制軟件．它的關(guān)鍵控件由VC編制，界面用delphi編制，其中的開關(guān)量控制使用了行內(nèi)匯編．在windows下的cnc系統(tǒng)，關(guān)鍵要解決的問題是windows系統(tǒng)禁止應(yīng)用程序直接訪問硬件，為了進(jìn)入ring0層，本軟件編制了專門的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
這個(gè)控制軟件的主要功能是:
1. 讀入nc代碼。并提供了編輯修改功能。
2. 提供了手動(dòng)控制臺(tái)，可手動(dòng)以三種速度移動(dòng)機(jī)床。
3. 可圖形仿真加工，也可空走仿真加工。
4. 加工時(shí)，可直接控制高頻電源，也可暫停進(jìn)給。同時(shí)有速度，狀態(tài)顯示。
5. 提供自動(dòng)間隙補(bǔ)償。
6. 由于是在windows 平臺(tái)上運(yùn)行，它自然具有了多任務(wù)能力，在切割的同時(shí)，可以隨意進(jìn)行其他操作，可以玩游戲或者看vcd。
這個(gè)控制軟件的開發(fā)難點(diǎn)是:
1. 要提供一個(gè)NC代碼編輯器:
這個(gè)代碼編輯器要具有一個(gè)簡(jiǎn)單字處理器的所有功能。以前在DOS狀態(tài)下，這是一件很繁瑣的工作。在WINDOWS平臺(tái)上，借助DELPHY的VCL控件，這成為一種很輕松的工作。利用DELPHY的RICHEDIT控件可以很容易的實(shí)現(xiàn)代碼編輯器的所有功能。
2. 具有手動(dòng)控制臺(tái):
以前在DOS狀態(tài)下，手動(dòng)速度控制要依靠軟件延時(shí)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)子程序，空循環(huán)產(chǎn)生延時(shí)，浪費(fèi)CPU時(shí)間。在WINDOWS平臺(tái)上，利用DELPHY的TIMER控件，可以較為精確的控制機(jī)床速度，同時(shí)，由于WINDOWS系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序并不屏蔽IO口的訪問，所以，可以使用行內(nèi)匯編直接控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。由于TIMER控件實(shí)際上是在使用時(shí)間中斷，所以對(duì)CPU的占用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DOS下。
3. 插補(bǔ)模塊:
對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來說，插補(bǔ)模塊是很重要的部分。為了滿足高精度的要求，本程序采用0.1um作為一個(gè)脈沖當(dāng)量，對(duì)各種不同的精度要求，用多次插補(bǔ)，一次進(jìn)給的方式，來解決數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的精度差別。
4. WINDOWS下的中斷控制:
WINDOWS系統(tǒng)下屏蔽應(yīng)用程序?qū)τ布袛嗟目刂疲瑸榱双@得系統(tǒng)ring0級(jí)的控制權(quán)，需要自己開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。VtoolsD是很好的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)環(huán)境，可以很方便的編制驅(qū)動(dòng)程序，避開繁瑣的匯編語言。
總之，這套系統(tǒng)運(yùn)行在windows平臺(tái)上，充分利用了windows系統(tǒng)的特性，為電加工數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，探索了一條新的道路。
