1 引言

　　模具制造水平是反映一個國家總體制造水平的重要標(biāo)志之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對模具的要求也越來越高。其中之一是在大市場的條件下，模具制造要適應(yīng)快的特點，制造廠商對訂單的響應(yīng)速度，可能決定其在市場上的成敗。而要提高響應(yīng)速度，僅僅從提高設(shè)備臺數(shù)和單臺生產(chǎn)效率是不夠的，應(yīng)從整體上提高模具制造系統(tǒng)的自動化水平和管理水平。

　　在模具制造系統(tǒng)中，電火花線切割起到了重要作用。模具零件，特別是模具關(guān)鍵件(模具成形部分)很大部分是由線切割完成的，其工作量很大。因此構(gòu)造與模具制造系統(tǒng)相匹配的、具有較高自動化水平和一定管理協(xié)調(diào)能力的直接數(shù)字控制(dnc)電火花線切割系統(tǒng)是很有意義的。

　　2 電火花線切割dnc系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　電火花線切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)已日臻完美。但目前仍有大量線切割機(jī)是一臺配一套控制系統(tǒng)，自動編程程度低，特別是早期的控制系統(tǒng)，用單板機(jī)控制，多用手工編程或計算機(jī)編程后用手工或穿孔帶輸入。較先進(jìn)的線切割機(jī)配備了微機(jī)，利用微機(jī)較強(qiáng)大的圖形和數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行繪圖、編程乃至控制。即使如此，大多也是獨臺使用。這對大量生產(chǎn)制造模具這種產(chǎn)品(多品種、小批量)的制造系統(tǒng)來說，反應(yīng)慢、效率低，與要求高效的模具制造系統(tǒng)不相適應(yīng)。

　　在規(guī)模稍大的模具制造廠(車間)，需要線切割加工的零件數(shù)量很大，往往配置了幾臺，甚至幾十臺各種規(guī)格的線切割機(jī)。因而漸漸地出現(xiàn)了群控系統(tǒng)的概念，但其僅僅是把自動編程系統(tǒng)與線切割機(jī)簡單連接，只是節(jié)省了編程和輸入的工作量。

　　為了提高反應(yīng)能力和生產(chǎn)效率，應(yīng)把多臺線切割機(jī)構(gòu)成一套完整的dnc系統(tǒng)。這套dnc系統(tǒng)自身應(yīng)具備較高的自動化水平和一定的計算機(jī)輔助管理水平，同時又保持單機(jī)的靈活性和系統(tǒng)的可重構(gòu)性，并與模具制造系統(tǒng)的cad構(gòu)成一體化，即將模具cad軟件產(chǎn)生的設(shè)計信息，快捷、安全地與dnc聯(lián)機(jī)，實現(xiàn)cad/cam的集成。

　　圖1顯示了電火花線切割機(jī)dnc系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)計算機(jī)各行其職，又互聯(lián)，既保證控制系統(tǒng)的實時性，又保證線切割機(jī)的獨立性和可重構(gòu)性，它體現(xiàn)了開放式體系結(jié)構(gòu)的特點，從而使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可移植性等特點，各層之間通過數(shù)據(jù)接口來實現(xiàn)其間的通訊。系統(tǒng)包括圖形處理功能，一方面接收如虛擬企業(yè)、企業(yè)聯(lián)盟、cad中心等傳給的cad信息，經(jīng)數(shù)據(jù)交換格式(如iges)處理后，通過自動編程系統(tǒng)生成控制程序；另一方面自身又能進(jìn)行模具零件的設(shè)計并轉(zhuǎn)換成控制指令。編程系統(tǒng)也可直接編制程序。管理系統(tǒng)對若干天內(nèi)的dnc工作做出計劃，使系統(tǒng)內(nèi)的各種線切割機(jī)做到均衡負(fù)荷，并為管理人員和操作人員的工作進(jìn)行提醒。

　　圖1 電火花線切割機(jī)dnc系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　3 線切割自動編程系統(tǒng)

　　要實現(xiàn)系統(tǒng)的cad/cam集成化，首先要解決圖形的輸入問題。auto cad圖形系統(tǒng)具有強(qiáng)大的圖形輸入和編輯功能，是目前微機(jī)上最活躍的cad系統(tǒng)。基于auto cad環(huán)境的線切割自動編程系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。自動編程系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 自動編程系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)

　　軟件包括系統(tǒng)功能(進(jìn)行3b、4b、iso代碼文件的編輯打印、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等)、代碼指令圖形逆轉(zhuǎn)換(用以檢查代碼指令的準(zhǔn)確性)、代碼指令轉(zhuǎn)化、各專用零件的參數(shù)化設(shè)計、nc通信等。系統(tǒng)可接受模具設(shè)計軟件如ugⅱ的設(shè)計結(jié)果，根據(jù)圖形經(jīng)縮放間隙后直接轉(zhuǎn)化為數(shù)控指令。

　　參數(shù)化建模針對專用零件如拋物線、漸開線零件及凸輪、齒輪等進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。

　　要實現(xiàn)線切割加工cad/cam集成化，還必須使cad圖形轉(zhuǎn)化為nc機(jī)床能接受的指令。算法步驟如下：

　　(1)利用autocad的offset命令生成刀具曲線。

　　(2)對cad圖形元素按加工順序重新排序，算法是：

　　step1：選取加工首點和加工方向，在圖形數(shù)據(jù)庫中找到加工的第一個元素，并將其終點置為當(dāng)前點，已找到的圖形元素設(shè)置已排序標(biāo)志。

　　step2：搜索與當(dāng)前點有關(guān)的圖形元素，如該圖形元素沒有被排序，則該元素為當(dāng)前元素，當(dāng)前元素的另一端點為當(dāng)前點，同時將該元素設(shè)置已排序標(biāo)志。

　　step3：重復(fù)step2，直到圖形已封閉或所有元素都已排序。

　　(3)對已排序的所有圖形元素生成nc指令

　　線切割機(jī)保留單獨控制器結(jié)構(gòu)，以提高實時性和可靠性。計算機(jī)通過rs232串行口與線切割機(jī)控制器通訊口相連，可實時輸入線切割程序?qū)C(jī)床進(jìn)行控制，或通過機(jī)床的電報頭模擬紙帶輸入進(jìn)行控制。同時，控制器可向計算機(jī)傳輸機(jī)床狀態(tài)信息，如斷絲、短路、加工開始、結(jié)束