CAD图形驱动的火焰数控切割系统开发

摘要

切割分离是对钢板进行机械加工的首道工序，切割的速度和精度将直接影响零件的后续加工。火焰切割具有切割质量好、切割厚度大、成本低廉、设备投资少等优点，成为切割钢板的一种重要手段，并得到了极为广泛的应用。随着对火焰切割加工过程的灵活性要求越来越高，传统的数控火焰切割机由于系统的开放性差、异形工件无法切割、设备后期维护困难等原因，已逐渐不能适应人们的需求。
　　本文针对传统数控火焰切割机的不足，基于Windows操作系统，以Visual Basic为开发工具，设计并开发了开放式的火焰切割数控系统的可视化图形路径处理和加工控制软件，实现了火焰切割数控系统的Z轴高度的自适应补偿功能。本文的主要内容包括以下几个方面：
　　1）根据对火焰切割加工的特点和现有数控系统的分析，确定了开放式火焰切割数控系统的硬件结构和控制逻辑。系统的主要控制硬件包括工业计算机、运动控制卡、多功能数据采集卡、激光位移传感器等，通过硬件之间的PCI通信，实现了对加工过程中的运动控制、数据采集、数字量输出控制等功能。
　　2）根据火焰切割数控加工控制的功能要求，通过 VB编程实现了系统中加工轨迹的直线插补、螺旋插补、刀具半径补偿、Z轴高度补偿和加工状态跟踪显示等各类功能模块。
　　3）详细解析了 DXF图形文件，通过读取文件中的组码/组值，提取加工对象的特征，并生成加工路径。将计算机图形学原理与数控加工技术相结合，实现了CAD图形驱动加工的目的，简化了火焰切割数控加工的操作流程。
　　4）通过建立路径优化的数学模型，利用蚁群算法对加工对象进行排序，优化切割路径，减少了加工过程中的空行程，节约了加工时间。
　　经过测试，本文所开发的开放式火焰切割数控系统，弥补了传统火焰切割设备关于开放性差、功能不完善、维护困难的缺点，同时系统具有良好的人机交互功能和系统稳定性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 火焰切割数控加工的特点

1.3 国内外火焰切割机的应用现状和发展趋势

1.4 研究目的和主要内容

第2章 火焰切割数控系统的总体方案设计

2.1 前言

2.2 火焰切割数控系统的硬件结构

2.3 火焰切割数控系统的控制软件

第3章 CAD图形驱动的处理

3.1 前言

3.2 CAD图形文件的处理

3.3 刀具路径的生成

第4章 加工轨迹的处理

4.1 前言

4.2 加工轨迹插补

4.3 刀具补偿

4.4 Z轴高度补偿

4.5 加工轨迹跟踪显示

第5章 加工轨迹的优化

5.1 前言

5.2 轨迹优化的问题描述

5.3 蚁群算法的基本原理

5.4 蚁群算法的数学模型

5.5 加工轨迹优化的实现

5.6 优化效果的比较

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录1 攻读硕士期间已发表的论文

致谢