電火花數控軟件設計論文

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電火花加工在實際生產中得到越來越廣泛的應用。在開放式華中I型數控平臺上開發出電火花加工數控系統，使系統具有良好的開放性和模塊化功能，能根據需要隨時調整機床的加工參數和工藝參數等，改善了機床的柔性，擴大了機床的加工范圍。同時使二次開發后的專用CNC系統仍具有一定的開放性、擴展性，以便再進行后續開發時簡化研制工作和提高市場應變能力，更好地滿足用戶的要求。

一、電火花加工數控系統的軟件結構

電火花加工數控系統是在華中I型數控系統平臺上開發而成的，采用軟件模塊化結構分析、設計方法，擴展了電火花自動加工模塊、手動加工模塊、加工參數編輯模塊、界面顯示模塊等部分，其軟件結構如圖1所示。

各擴展模塊的主要功能分別為：

（1）自動加工模塊，主要是在運動控制接口的基礎上針對電火花加工的運動特性，實現數控加工的功能。自動加工是指將機床調整好，找正結束并選擇加工參數后進行的加工方式，整個加工過程中不必進行人工干預和加工參數調整，其特征是操作簡單、加工效率高，加工出的工件精度高。

（2）工件找正模塊，它是一種斷續的加工方式，可以根據需要一步步地進行調整。

（3）參數設定模塊，是指根據加工的實際情況，將一些電加工參數預先設置好，包括加工極性、脈沖寬度、脈沖間隔等。它們也可根據加工的情況進行修改，需考慮的因素如電極對材料、加工性質等。

（4）界面顯示模塊，實現當前系統主要參數或狀態的顯示和加工狀態的實時仿真。當系統進行電火花加工時，調用數控平臺自身所帶的插補器軸運動控制函數控制軸的運動，即可進行相應的加工。

擴展功能包括MDI、PLC、故障診斷和參數設置，是數控系統的基本功能模塊，主要是方便操作者對機床進行調整、查看機床狀態、對機床故障進行準確定位、設置機床的各種基本參數。

二、工藝卡式編程

由于電火花加工為專用的數控加工系統，同時在加工過程中的影響因素也很多，采用G代碼文件的方式存在著過多的控制參數量，使得G代碼編程的實用性并不好。為了適應該系統工藝參數過多的特點，在華中I型開放式數控系統平臺上對人機界面進行了擴展，采用了工藝卡式編程方式，將專家工藝數據保存在數據文件中，作為推薦值提供給用戶。用戶在加工前根據實際電極對材料及加工要求調出已設置好的參數文件作為加工規準的初始值，有效地解決了電火花數控系統加工電極種類多、工藝參數多的編程控制問題。另外這些設置的參數也可方便地修改并保存為文件，使該系統具有良好的操作性和友好的人機界面。

工藝卡式編程具有簡單而直觀的表現形式，編程人員只需要確定工藝卡片中的各個加工參數量，就可完成加工編程。這種方式對加工過程的控制是通過把讀入工藝卡的參數轉換成加工控制指令，再將運動控制指令送入數控系統的運動控制接口中從而實現整個加工過程。

三、實時狀態檢測的軟件實現

在電火花加工過程中，一般認為存在4種典型的放電狀態，即開路、短路、火花放電、電弧放電（包括過渡電弧放電和穩定電弧放電），再加上脈沖間隔一起共5種狀態。我們把間隙狀態檢測電路的輸出結果送入數據采集板帶緩沖的鎖存器中進行鎖存，以便于PC機隨時讀入狀態信息。

華中I型開放式數控平臺的底層軟件包提供了一個創建進程的函數，由它生成一個任務。具體函數如下：

此函數的功能就是創建一個進程，返回值為空時表示創建進程失敗。第一個參數是進程名，字符串，長度小于>；第二個參數是進程入口函數，即進入具體實現的函數，所創建進程的功能就是由這個函數實現。

在電火花整個找正和加工過程中，將定時調用此函數以產生一個實時檢測進程。此進程實現的功能有：讀取數據采集板指定的端口值并對相應各位進行判斷，以確定極間屬于何種狀態供控制程序進行處理，后續的程序控制模塊就根據端口值的處理結果對加工過程進行相應調整，直到系統調用進程撤銷函數結束檢測進程。

四、電火花加工的過程控制

1、主要控制環節

（1）進給伺服控制。其作用是及時調整間隙的大小。間隙過大時，加工會停止；間隙過小時，會造成拉弧燒傷或短路。另外，調整間隙的大小也間接調整了工作電流。

（2）脈沖間隔、脈沖寬度的自適應控制及自適應抬刀。

2、主要控制過程

（1）根據放電間隙的狀態，自動調節脈沖間隔的大小。當發生短路或電弧時增加脈沖間隔值，以防止或避免拉弧燒傷；當加工處于正常但不是最佳狀態時，相應減小脈間的大小，提高加工速度，充分發揮脈沖電源的潛力。

（2）根據放電間隙的狀態，自動調節脈沖寬度的大小。當發生短路或電弧時減小脈沖寬度值；當加工處于正常但不是最佳狀態時，相應加大脈寬的大小。

（3）間隙狀態惡化，而加大脈沖間隔又不見效時，則要迅速抬刀，要求抬刀時的運動速度要快。

對加工過程控制的二次開發主要是調用系統伺服軸控制函數。根據端口值的處理結果對加工過程進行相應調整，直接控制軸運動來完成過程控制功能。

3、控制程序流程圖

五、結語

在開放式華中I型數控平臺上針對電火花加工的狀態檢測、加工控制以及專用的人機交互要求，成功開發出電火花數控加工系統，改善了機床的柔性，擴大了機床的加工范圍。今后對系統軟件進行擴展，還可以加工形狀更復雜的工件。另外該系統由于有良好的人機界面，通用規范的模塊化設計，使系統具有較好的實用性、可維護性和擴展性。