基于可重构理念的WEDM自动编程系统关键技术研究

论文题目: 基于可重构理念的WEDM自动编程系统关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 翟洪军

导师: 刘正埙

关键词: 电火花线切割,数控编程,可重构,汉字切割,等误差同步线性化,虚拟电极丝模型,数控仿真

文献来源: 南京航空航天大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文综述了国内外电火花线切割加工技术(Wire Electrical Discharge Machining, WEDM)研究现状和发展趋势,随着该技术研究的不断进展,包括自动编程系统在内的线切割加工技术将向智能化、绿色化、开放式、可重构的方向发展。基于对 WEDM 发展方向的分析以及可重构低速走丝电火花线切割机床系统研究课题的需要,提出了“基于可重构理念的电火花线切割自动编程系统研究”这一课题,在 ACIS 平台上开发了 NH-WAPS1.0 系统,并做了相应的切割试验。本文的主要研究内容如下: 1.通过对现有 CAD/CAM 体系结构的分析,本文提出了基于 ACIS 几何平台的双总线体系结构,分析了各个功能子模块之间的数据流向。与传统的单总线体系结构相比,双总线体系结构具有几何数据与非几何数据分离,系统运行效率高、功能易扩展、易维护等优点。此外,本文还对数控编程系统的二次开发技术和界面重构技术进行了研究。 2.WEDM 的发展和普及使得人们对汉字字模的切割需求日益增加,但某些汉字字体的轮廓交叉在一定程度上制约着汉字切割技术的发展。基于 ACIS 平台中几何实体之间的拓扑关系,本文提出了“蒙皮轮廓提取法”,成功地解决了汉字字体轮廓交叉自动剔出这一技术难题。 3.在复杂直纹面加工中,NC 代码冗长是影响其加工效率的一个重要因素。通过对现有等步长同步线性化方法的分析,本文提出了可实现对应曲线段同步线性化的等误差算法,与前者相比,后者能充分利用对应曲线段中各处曲率不同这一特征,从而非常有效地减少 NC 代码长度,提高切割效率,降低加工成本。 4.精确求取电极丝的中心轨迹是保证复杂直纹面电火花线切割加工精度的前提条件。结合椭圆度偏置法中存在的不足,本文提出了可以精确求取复杂直纹面加工中电极丝中心轨迹的“虚拟电极丝”模型。它不但能精确求取复杂直纹面加工中电极丝的中心轨迹,还能对型面过切误差进行有效补偿。 5.以四轴联动 WEDM 机床拖动轴的运动分析为基础,本文提出了可以方便求取电极丝最大倾角、工作台和上导丝嘴最大行程的“端点比较法”。基于该方法的求取结果、机床的结构参数和零件的装夹情况,仿真系统能及时发现加工中是否存在超行程碰撞等问题,验证工件的可加工性,降低加工事故的发生概率。 此外,本文还对 3B 代码累计误差的处理、数控加工效果的工艺仿真、塌角保护策略等问题作了研究。

论文目录:

摘要

Abstract

图表索引

符号索引

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 电火花线切割加工技术研究现状

1.2.1 电火花线切割加工技术概述

1.2.2 WEDEM 技术主要研究现状

1.2.3 WEDM 技术发展趋势

1.3 可重构WEDM 数控编程系统

1.3.1 WEDM 自动编程系统的发展历程

1.3.2 可重构线切割自动编程系统研究的必要性

1.4 研究课题的提出及本文主要研究工作

1.4.1 研究课题的提出

1.4.2 本文主要研究工作

第二章 基于ACIS 平台的可重构编程系统体系结构

2.1 引言

2.2 CAD/CAM 系统体系结构及其支撑技术

2.2.1 CAD/CAM 系统体系结构设计的目标

2.2.2 常见的几种体系结构及其比较

2.2.3 组件技术简介

2.2.4 基于组件技术的 ACIS 几何平台

2.3 NH-WAP51.0 系统的体系结构

2.4 NH-WAP51.0 系统功能简介

2.4.1 系统的构成及各模块的功能

2.4.2 系统中各模块之间的数据交互

2.5 NH-WAP51.0 系统重构中的一些关键技术

2.5.1 二次开发技术研究

2.5.2 基于资源配置文件的界面可重构技术

2.6 本章小结

第三章 二维线切割编程技术研究

3.1 二维线切割编程技术概述

3.2 字符及汉字切割技术研究

3.2.1 中、英文字符间的划分

3.2.2 字符轮廓的提取

3.2.3 汉字字体轮廓的交叉

3.2.4 汉字字体轮廓交叉的拓扑学处理

3.2.5 汉字轮廓交叉处理的应用实例

3.3 电极丝中心轨迹的生成及处理

3.3.1 电极丝中心轨迹的求取

3.3.2 中心轨迹的后置处理

3.4 轨迹与模型相关技术初步研究

3.4.1 轨迹和模型相关技术

3.4.2 规则零件的数控编程

3.5 切割实例

3.6 本章小结

第四章 复杂直纹面数控编程关键技术研究

4.1 直纹面的基本概念及其描述

4.1.1 四轴 WEDM 机床坐标系统的主要安排方式

4.1.2 直纹面的描述及其比较

4.2 复杂直纹面数控编程中的基本知识

4.2.1 复杂直纹面的分类及其相互关系

4.2.2 轮廓标注的四条基本原则

4.2.3 轨迹合成

4.3 复杂直纹面对应点的求取

4.4 对应曲线段的同步线性化

4.4.1 等步长同步线性化方法简介

4.4.2 基于等误差的同步线性化算法

4.5 电极丝中心轨迹的求取

4.5.1 “虚拟电极丝”模型

4.5.2 直线—直线对应

4.5.3 直线—圆弧对应

4.5.4 圆弧—圆弧对应

4.6 复杂直纹面加工中型面过切误差的修正

4.6.1 过切误差的定义及其影响因素

4.6.2 减小过切误差的策略

4.6.3 算例分析

4.7 本章小结

第五章 仿真系统关键技术研究

5.1 引言

5.2 面向多用户的仿真系统处理流程

5.3 复杂直纹面WEDM 加工的碰撞校验

5.3.1 四轴 WEDM 机床拖动轴运动分析

5.3.2 电极丝最大倾角求取

5.3.3 运动超行程碰撞校验

5.3.4 电极丝、导丝嘴与夹具之间的碰撞校验

5.3.5 验证实例

5.4 基于BP 神经网络的加工效果预测

5.4.1 电火花线切割加工机理简介

5.4.2 加工指标及其影响因素

5.4.3 基于 BP 网络的加工效果预测模型

5.4.4 实例分析

5.4.5 BP 网络在研究材料可加工性方面的应用

5.5 本章小结

第六章 WEDM 工艺分析及其在专家系统中的初步应用

6.1 引言

6.2 拐角保护策略的初步研究

6.2.1 塌角的成因

6.2.2 影响塌角大小的因素

6.2.3 常见的尖角保护策略分析

6.2.4 几何修形与参数调整相结合的综合拐角保护策略

6.3 变质层及表面残余应力对模具寿命的影响

6.3.1 变质层及表面残余应力的形成机理

6.3.2 影响变质层及表面残余应力的因素

6.3.3 减小变质层及残余应力的措施探讨

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文工作总结

7.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间已发表和已录用的论文

附录A：NH-WAP51.0 系统的编程实例

A.1 直齿圆柱齿轮数控编程

A.2 汉字字符数控切割编程

A.3 上下异型体数控编程

附录B：文中主要切割实例的部分 NC 代码

B.1 齿轮数控加工中的部分NC 代码

B.2 仿宋_G82312 体“南”字切割部分 NC 代码

B.3 上下异型体切割部分NC 代码

发布时间: 2005-07-08

参考文献

• [1].精密线切割电加工建模仿真与工艺优化研究[D]. 明五一.华中科技大学2014

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