线切割五轴联动加工技术开发与仿真

1 引言

　　我国特有的高速走丝线切割机床，通常只能实现两轴数控加工，可满足一般制造工艺要求。为拓宽其应用范围，解决空间复杂曲面零件的加工难题，很多专家学者对高速走丝线切割机床进行了改进，在复杂直纹曲面加工系统的理论分析、仿真及实验方面进行了大量的研究工作。如何拓宽电火花线切割加工的工艺范围，特别是如何利用计算机等现代工具来解决电火花线切割加工复杂曲面的问题，一直是电加工界研究与探索的课题。

　　本文在现有高速走丝电火花线切割加工技术基础上，开发出通用性很强的五轴联动加工系统。利用该系统，可以在高速走丝电火花线切割机床上加工出空间曲面零件，从根本上解决空间曲面加工难题。匀此同时，利用该系统，还可以对现有的高速走丝电火花线切割机床进行改造，扩大其工艺范围。

2 五轴联动加工系统运动参数

　　电火花线切割五轴联动加工系统是专为实现空间直纹曲面零件加工而开发的数控系统，此系统最大限度地包括了电火花线切割加工的所有运动参数，进一步扩大了线切割加工的工艺范围。此系统是由高速走丝数控电火花线切割机床和“转、摆、摆数控工作台”附件组成。通过五轴联动控制系统控制工件沿x轴、y轴移动(X、Y)和绕x轴、y轴、z轴转动(即A、B、C)，实现移、移、转、转、转五轴联动。其运动参数主要有X、Y、A、B、C，运动形式通式为Σ(X+Y+A+B+C)。实质上，以前研究的平面加工系统、极坐标加工系统、三轴和四轴联动加工系统都是五轴联动加工系统在一定条件下的特例。该系统可以加工所有上下异形的三导线曲面和复杂直纹曲面零件。

3 仿真系统实现

　　(1)仿真开发工具

　　选用的仿真编程开发工具为适合于面向对象程序设计的VisualC++6.0和OpeIflGL1.2。VisualC++6.0 是在Windos平台上最流行的面向对象的32位编程语言。它紧密结合了面向对象分析(00A)、面向对象设计(OOD)、面向对象编程(OOP)的思想，从而为大型复杂的应用程序开发，提供了一种比传统的过程式编程放法更有效的方式。OpenGL的前身是由SGI公司为其图形工作站开发的IRISGL，是一个工业标准的三维计算机图形软件接口。绘画时，OpenGL通过建模与取景变换设置物体坐标系中对象的每个顶点，然后由投影变换指定的取景体积对顶点进行剪切，最后把这些顶点映射到视区上。

　　(2)仿真系统实现

　　对于五轴联动电火花线切割加工计算机仿真来讲，仿真就是把数控电火花线切割加工系统作为要研究的实际系统，以各种运动形式对应的数学模型作为仿真模型，模拟研究空间曲面零件线切割加工的实际过程。空间曲面电火花线切割多轴加工计算机仿真系统主要由仿真系统交互界面的设计、电火花线切割母线运动轨迹规划、工作环境的渲染、母线动画仿真实现等部分组成。为保证电极丝能绕上、下导线同步转动，需对所得的上．下导线数据文件进行线性插值处理。

　　(3)仿真编程数学模型的建立

　　为了编程方便，对五轴联动加上系统一般数学模型做如下处理。取电极丝的K度为h，没其端点为A、8，t时刻变为A1、B1，在O_t X_t  Y_t  Z_t  ，坐标系中A_t  、B_t  点的坐标分别为

　　其中，A点沿下导线运动，B点沿上导线运动，Φ0为B点在初始时刘的转角。式(1)和式(2)构成了t时刻电极丝在O_t  X_t  Y_t  Z_t  ，坐标系下仿真编程的数学模型。

　　(4)典型仿真结果

　　在设汁仿真系统中，把电极丝作为窄问解析几何中的母线来分析，在计算机图形学的基础上，采用了面向对象的程序设计方法．选择了适用于计算机仿真的Vlsum c++6 O和OpencL 1.2作为仿真编程工具．在计算机上将加工出的空间曲面形状用图形仿真的方法模拟井绘出，得到一些典型零件的仿真结果图。图1a是上导线为正六边形，下导线为唰形的仿真图；图1b是上导线为三二角形，下导线为心形线的仿真图。

图1典型零件仿真结果 

　　通过仿真过程及仿真结粜的分析，验证了数学模型的正确性。因此，只要在计算机上通过仿真研究直接调榷数学模则中的有关运动参数，就能够得到理想的仿真型而;再根据仿真获得的理想加工运动参数去调格加工系统，还可加工出符合要求的空间曲伯(零件。利用计算机仿真技术不仅可以证明数学模型的正确性，还可以为空间直纹曲面零件电火花线切割加工实验研究和开发多轴联动加工系统提供可靠的理论浓据。