基于DXF文件的水切割机床轨迹优化及仿真加工的研究与实现

论文摘要

制造业的发展对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求,基于运动控制卡开发的数控设备逐渐增加,但这类设备在自动生成数控代码的应用上尚不多见,主要采用的是手工编程,工作量大,限制了其在更广泛领域内的推广和应用。水射流切割加工在现代加工中作为特种加工的一种重要方法,其应用日益广泛。如何快速、准确地得到水切割加工的数控程序是水射流加工需解决的一个重要课题。本文以Visual C++为开发工具,结合某型水切割机床运动控制卡,开发了基于DXF文件的水切割机床的控制系统软件。本文首先对DXF文件结构进行了详细分析,并在此基础上提出了一种自动提取零件图数据信息的方法。然后根据水切割机床加工的工艺要求,对从DXF文件中提取的图形元素数据信息做了进一步处理,生成水切割机床的加工轨迹。针对加工的无序性、空行程过大等问题提出了基于贪婪算法的优化方法即在加工过程中改变路径的加工顺序以及控制点顺序的优化算法和基于遗传算法的轨迹优化方法对轨迹进行了优化,使得加工中空行程变短,提高了加工效率。在了解水射流机床的数控编程语言的格式与特点以及常用的代码的基础上,提出了根据DXF文件自动生成进行水切割加工所需要的NC代码格式的数控水切割程序的方法。本文还设计了NC代码编译器,并对水刀半径补偿进行了研究,给出了相应的基于水刀半径补偿的仿真实例。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 水射流机床加工技术
• 1.1.1 水射流机床系统组成
• 1.1.2 水射流机床切割工艺特点及应用领域
• 1.1.3 水射流机床在国内外的发展情况
• 1.2 CAD 技术在水射流切割机中的应用
• 1.3 数控加工自动编程研究现状
• 1.4 计算机仿真数控加工软件的现状
• 1.5 本文研究的内容和章节安排
• 第二章 图形文件DXF 及图元信息的读取
• 2.1 DXF 文件格式
• 2.1.1 DXF 文件简介
• 2.1.2 DXF 文件基本结构
• 2.2 DXF 文件的解析
• 2.3 图元信息的读取与存储
• 2.4 图形的界面显示
• 2.5 本章小结
• 第三章 轨迹的生成和优化
• 3.1 加工轨迹的生成
• 3.2 轨迹优化的必要性以及加工轨迹优化现状分析
• 3.3 基于贪婪算法的轨迹优化
• 3.3.1 优化的步骤
• 3.3.2 优化的流程
• 3.3.3 优化效果对比
• 3.4 改进的优化算法
• 3.4.1 算法描述
• 3.4.2 局部优化效果
• 3.5 算法的时间复杂度
• 3.6 基于遗传算法的轨迹优化
• 3.6.1 遗传算法的介绍
• 3.6.2 应用遗传算法的优化过程及效果
• 3.6.3 遗传算法在多轮廓加工中的应用
• 3.7 本章小结
• 第四章 水射流机床的编程语言
• 4.1 水射流机床的数控代码的格式与特点
• 4.2 由 DXF 文件自动生成NC 代码
• 4.2.1 参数设置模块
• 4.2.2 生成数控代码
• 4.3 数控代码的编辑
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于水刀半径补偿加工代码的仿真研究
• 5.1 数控仿真系统
• 5.1.1 仿真加工的必要性
• 5.1.2 仿真的分类
• 5.1.3 仿真系统的模块结构
• 5.2 NC 代码编译器
• 5.2.1 NC 中常见错误分析
• 5.2.2 词法分析器
• 5.2.3 语法分析器
• 5.2.4 生成目标代码
• 5.3 代码翻译中水刀半径补偿的研究
• 5.3.1 水刀半径补偿命令
• 5.3.2 几个相关概念
• 5.3.3 水刀半径补偿计算
• 5.4 基于水刀半径补偿的仿真
• 5.4.1 水刀半径补偿算法的编程实现
• 5.4.2 水刀半径补偿仿真实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文