电火花数控软件设计论文

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电火花加工在实际生产中得到越来越广泛的应用。在开放式华中I型数控平台上开发出电火花加工数控系统，使系统具有良好的开放性和模块化功能，能根据需要随时调整机床的加工参数和工艺参数等，改善了机床的柔性，扩大了机床的加工范围。同时使二次开发后的专用CNC系统仍具有一定的开放性、扩展性，以便再进行后续开发时简化研制工作和提高市场应变能力，更好地满足用户的要求。

一、电火花加工数控系统的软件结构

电火花加工数控系统是在华中I型数控系统平台上开发而成的，采用软件模块化结构分析、设计方法，扩展了电火花自动加工模块、手动加工模块、加工参数编辑模块、界面显示模块等部分，其软件结构如图1所示。

各扩展模块的主要功能分别为：

（1）自动加工模块，主要是在运动控制接口的基础上针对电火花加工的运动特性，实现数控加工的功能。自动加工是指将机床调整好，找正结束并选择加工参数后进行的加工方式，整个加工过程中不必进行人工干预和加工参数调整，其特征是操作简单、加工效率高，加工出的工件精度高。

（2）工件找正模块，它是一种断续的加工方式，可以根据需要一步步地进行调整。

（3）参数设定模块，是指根据加工的实际情况，将一些电加工参数预先设置好，包括加工极性、脉冲宽度、脉冲间隔等。它们也可根据加工的情况进行修改，需考虑的因素如电极对材料、加工性质等。

（4）界面显示模块，实现当前系统主要参数或状态的显示和加工状态的实时仿真。当系统进行电火花加工时，调用数控平台自身所带的插补器轴运动控制函数控制轴的运动，即可进行相应的加工。

扩展功能包括MDI、PLC、故障诊断和参数设置，是数控系统的基本功能模块，主要是方便操作者对机床进行调整、查看机床状态、对机床故障进行准确定位、设置机床的各种基本参数。

二、工艺卡式编程

由于电火花加工为专用的数控加工系统，同时在加工过程中的影响因素也很多，采用G代码文件的方式存在着过多的控制参数量，使得G代码编程的实用性并不好。为了适应该系统工艺参数过多的特点，在华中I型开放式数控系统平台上对人机界面进行了扩展，采用了工艺卡式编程方式，将专家工艺数据保存在数据文件中，作为推荐值提供给用户。用户在加工前根据实际电极对材料及加工要求调出已设置好的参数文件作为加工规准的初始值，有效地解决了电火花数控系统加工电极种类多、工艺参数多的编程控制问题。另外这些设置的参数也可方便地修改并保存为文件，使该系统具有良好的操作性和友好的人机界面。

工艺卡式编程具有简单而直观的表现形式，编程人员只需要确定工艺卡片中的各个加工参数量，就可完成加工编程。这种方式对加工过程的控制是通过把读入工艺卡的参数转换成加工控制指令，再将运动控制指令送入数控系统的运动控制接口中从而实现整个加工过程。

三、实时状态检测的软件实现

在电火花加工过程中，一般认为存在4种典型的放电状态，即开路、短路、火花放电、电弧放电（包括过渡电弧放电和稳定电弧放电），再加上脉冲间隔一起共5种状态。我们把间隙状态检测电路的输出结果送入数据采集板带缓冲的锁存器中进行锁存，以便于PC机随时读入状态信息。

华中I型开放式数控平台的底层软件包提供了一个创建进程的函数，由它生成一个任务。具体函数如下：

此函数的功能就是创建一个进程，返回值为空时表示创建进程失败。第一个参数是进程名，字符串，长度小于>；第二个参数是进程入口函数，即进入具体实现的函数，所创建进程的功能就是由这个函数实现。

在电火花整个找正和加工过程中，将定时调用此函数以产生一个实时检测进程。此进程实现的功能有：读取数据采集板指定的端口值并对相应各位进行判断，以确定极间属于何种状态供控制程序进行处理，后续的程序控制模块就根据端口值的处理结果对加工过程进行相应调整，直到系统调用进程撤销函数结束检测进程。

四、电火花加工的过程控制

1、主要控制环节

（1）进给伺服控制。其作用是及时调整间隙的大小。间隙过大时，加工会停止；间隙过小时，会造成拉弧烧伤或短路。另外，调整间隙的大小也间接调整了工作电流。

（2）脉冲间隔、脉冲宽度的自适应控制及自适应抬刀。

2、主要控制过程

（1）根据放电间隙的状态，自动调节脉冲间隔的大小。当发生短路或电弧时增加脉冲间隔值，以防止或避免拉弧烧伤；当加工处于正常但不是最佳状态时，相应减小脉间的大小，提高加工速度，充分发挥脉冲电源的潜力。

（2）根据放电间隙的状态，自动调节脉冲宽度的大小。当发生短路或电弧时减小脉冲宽度值；当加工处于正常但不是最佳状态时，相应加大脉宽的大小。

（3）间隙状态恶化，而加大脉冲间隔又不见效时，则要迅速抬刀，要求抬刀时的运动速度要快。

对加工过程控制的二次开发主要是调用系统伺服轴控制函数。根据端口值的处理结果对加工过程进行相应调整，直接控制轴运动来完成过程控制功能。

3、控制程序流程图

五、结语

在开放式华中I型数控平台上针对电火花加工的状态检测、加工控制以及专用的人机交互要求，成功开发出电火花数控加工系统，改善了机床的柔性，扩大了机床的加工范围。今后对系统软件进行扩展，还可以加工形状更复杂的工件。另外该系统由于有良好的人机界面，通用规范的模块化设计，使系统具有较好的实用性、可维护性和扩展性。