1 引言

　　我國特有的高速走絲線切割機床，通常只能實現兩軸數控加工，可滿足一般制造工藝要求。為拓寬其應用范圍，解決空間復雜曲面零件的加工難題，很多專家學者對高速走絲線切割機床進行了改進，在復雜直紋曲面加工系統的理論分析、仿真及實驗方面進行了大量的研究工作。如何拓寬電火花線切割加工的工藝范圍，特別是如何利用計算機等現代工具來解決電火花線切割加工復雜曲面的問題，一直是電加工界研究與探索的課題。

　　本文在現有高速走絲電火花線切割加工技術基礎上，開發出通用性很強的五軸聯動加工系統。利用該系統，可以在高速走絲電火花線切割機床上加工出空間曲面零件，從根本上解決空間曲面加工難題。勻此同時，利用該系統，還可以對現有的高速走絲電火花線切割機床進行改造，擴大其工藝范圍。

2 五軸聯動加工系統運動參數

　　電火花線切割五軸聯動加工系統是專為實現空間直紋曲面零件加工而開發的數控系統，此系統最大限度地包括了電火花線切割加工的所有運動參數，進一步擴大了線切割加工的工藝范圍。此系統是由高速走絲數控電火花線切割機床和“轉、擺、擺數控工作臺”附件組成。通過五軸聯動控制系統控制工件沿x軸、y軸移動(X、Y)和繞x軸、y軸、z軸轉動(即A、B、C)，實現移、移、轉、轉、轉五軸聯動。其運動參數主要有X、Y、A、B、C，運動形式通式為Σ(X+Y+A+B+C)。實質上，以前研究的平面加工系統、極坐標加工系統、三軸和四軸聯動加工系統都是五軸聯動加工系統在一定條件下的特例。該系統可以加工所有上下異形的三導線曲面和復雜直紋曲面零件。

3 仿真系統實現

　　(1)仿真開發工具

　　選用的仿真編程開發工具為適合于面向對象程序設計的VisualC++6.0和OpeIflGL1.2。VisualC++6.0是在Windos平臺上最流行的面向對象的32位編程語言。它緊密結合了面向對象分析(00A)、面向對象設計(OOD)、面向對象編程(OOP)的思想，從而為大型復雜的應用程序開發，提供了一種比傳統的過程式編程放法更有效的方式。OpenGL的前身是由SGI公司為其圖形工作站開發的IRISGL，是一個工業標準的三維計算機圖形軟件接口。繪畫時，OpenGL通過建模與取景變換設置物體坐標系中對象的每個頂點，然后由投影變換指定的取景體積對頂點進行剪切，最后把這些頂點映射到視區上。

　　(2)仿真系統實現

　　對于五軸聯動電火花線切割加工計算機仿真來講，仿真就是把數控電火花線切割加工系統作為要研究的實際系統，以各種運動形式對應的數學模型作為仿真模型，模擬研究空間曲面零件線切割加工的實際過程。空間曲面電火花線切割多軸加工計算機仿真系統主要由仿真系統交互界面的設計、電火花線切割母線運動軌跡規劃、工作環境的渲染、母線動畫仿真實現等部分組成。為保證電極絲能繞上、下導線同步轉動，需對所得的上．下導線數據文件進行線性插值處理。

　　(3)仿真編程數學模型的建立

　　為了編程方便，對五軸聯動加上系統一般數學模型做如下處理。取電極絲的K度為h，沒其端點為A、8，t時刻變為A1、B1，在O_tX_tY_tZ_t，坐標系中A_t、B_t點的坐標，其中，A點沿下導線運動，B點沿上導線運動，Φ0為B點在初始時劉的轉角。式(1)和式(2)構成了t時刻電極絲在O_tX_tY_tZ_t，坐標系下仿真編程的數學模型。

　　(4)典型仿真結果

　　在設汁仿真系統中，把電極絲作為窄問解析幾何中的母線來分析，在計算機圖形學的基礎上，采用了面向對象的程序設計方法．選擇了適用于計算機仿真的Vlsum c++6 O和OpencL 1.2作為仿真編程工具．在計算機上將加工出的空間曲面形狀用圖形仿真的方法模擬井繪出，得到一些典型零件的仿真結果圖。

　　通過仿真過程及仿真結糶的分析，驗證了數學模型的正確性。因此，只要在計算機上通過仿真研究直接調榷數學模則中的有關運動參數，就能夠得到理想的仿真型而;再根據仿真獲得的理想加工運動參數去調格加工系統，還可加工出符合要求的空間曲伯(零件。利用計算機仿真技術不僅可以證明數學模型的正確性，還可以為空間直紋曲面零件電火花線切割加工實驗研究和開發多軸聯動加工系統提供可靠的理論濃據。

4 五軸聯動加工系統開發

　　空間曲面電火花線切割五軸聯動加工系統，是以“轉、擺、擺數控工作臺”作為主要硬件裝置，加上三維加工信息流控制技術，與國產高速走絲電火花線切割機床相結合，從根本上解決空間曲面零件高速走絲電火花線切割加工的關鍵技術問題，擴大了電火花線切割加工工藝的應用范圍。

　　4.1五軸聯動加工傳動原理

　　“轉、擺、擺數控工作臺”是線切割!%軸聯動加工系統的重要組成部分.其上具有一個轉臺和兩個擺臺，傳動原理如圖2所示。步進電機3固定于基體上，由它通過齒輪副及蝸輪副傳動，實現下擺臺擺動;步進電機2固定于下擺臺卜，由它通過另一套齒輪副及蝸輪副傳動，使上擺臺擺動;步進電機1固定于上擺臺上，由它通過第三套齒輪副及蝸輪副傳動，使回轉臺轉動。工件裝夾在回轉臺上，這樣工件就可以實現一個轉動、兩個擺動的合成運動。如果將轉、擺、擺數控工作臺與電火花線切割機床的原工作臺配合使用，即可實現五軸聯動加工.也就是實現工件沿X軸、Y軸移動和繞X軸、Y軸、Z軸轉動。

　　4.2五軸聯動加工空間直紋曲面分析

　　例如在電火花線切割加工機床上，加工山橢圓形平滑過渡到六邊形、并具有初始扭轉角Φ0的三導線曲面零件。除了應用原機床工作臺以外，述必須使用“轉、擺、擺數控工作臺”才能完成。在進行切割加工幾前，應做好以下準備工作:(1)將“轉、擺、擺數控臺裝”夾在電火花線切割機床的工作臺上;(2)調節上擺臺擺動軸心距離，使得上擺臺擺動軸心與回轉臺回轉中心的距離等于工件底圓半徑;(3)調節下擺臺的初始擺角Φ0，這樣可以得到扭轉的三導線曲面零件。

　　利用“轉、擺、擺數控工作臺”加工由橢圓形平滑過渡到六邊形的三導線曲面零件。在加工時，步進電機1帶動回轉臺繞其回轉中心轉動，同時，步進電機2通過上擺臺帶動回轉臺擺動，移動工作臺的步進電機通過移動工作臺帶動“轉、擺、擺數控臺”沿x方向移動。工件放在回轉臺內，這樣在加工過程中就可以使工件在繞自身軸線旋轉的同時又輔以擺動和移動，從而完成三導線曲面的加工。切割加工時，工件底面橢圓周應切于上擺臺的擺動軸心線上，隨著工件的轉動和移動，橢圓周上的各點應不斷經過該點。這樣才能把底面加工成橢圓形；上擺臺的擺動可保證當工件下端加工成橢圓形時，其上端同時加工出六邊形；而下擺臺的初始擺角聲Φ0是保證工件上下導線扭轉的必要條件。

5 五軸聯動加工數控系統開發

　　5.1 數控系統的硬件體系及軟件結構

　　基于Windows操作系統和可編程多軸控制器(PMAC)，可開發出空間曲面多軸聯動電火花線切割加工數控系統。PMAC是一個多任務實時計算機系統，可以實現復雜的實時運動控制任務，具有高度的開放性。本設計實現了基于可編程多軸控制器(PMAc)的開放式體系結構電火花線切割加工數控系統的硬件體系。該硬件體系實時性強，系統穩定性好，同時具有良好的開放性和可擴展性。五軸聯動電火花線切割加工數控系統主要包括數控裝置、脈沖電源控制機以及間隙電壓檢測裝置、運動控制器等組成。開發出一套加工性能穩定的多軸聯動電

火花線切割加工數控系統軟件。電火花線切割數控系統的主要任務是對脈沖電源系統和伺服控制系統進行有效的控制，達到對工件高效穩定加工的目的。利用PC機本身的開放式結構就可以很容易地完成電火花線切割數控系統的大部分功能。此系統采用了基于PC機的開放式體系結構和模塊化設計，使系統獲得了很好的加工穩定性、快速的實時響應性和很強的擴展性。

在電火花線切割加工中，系統的所有硬件設備，包括伺服系統、脈沖電源控制及間隙電壓檢測裝置、機床繼電器等都在系統軟件的控制下運行。系統軟件是一個多任務系統，每個任務負責控制一個硬件設備，或者完成一組特定的操作。這些任務的協調運行使電火花線切割加工過程得以實現。

6 空間曲面零件五軸聯動加工實驗

　　首先通過CAD軟件輸入上、下導線的參數方程，然后CAD軟件自動畫出三維圖形并進行加工仿真。在確認獲得滿意結果后，通過CAM軟件的后髓處理模塊生成下位機需要的加工代碼．并下載到下位機中，由下位機逐行解釋運行并命令執行元件完成加上。大多數的空間曲面零件的上下導線曲線不同而且彼此錯位．顯然對于形狀如此復雜的零件，采用其他加工方法很難加工，只能采用五軸聯動電火花線切割加工。

　　通過劉比分析可知，實際加工出的樣件和引算機仿真結果完全一致。這就為研制多軸聯動電火花線切割加工機床奠定基礎。通過審問曲面零件的加工式驗來驗證新外發的加工系統艇件及軟件的可靠性以及數學模刪和數控模型的難確性和有效性。

7 結語

　　本文對線切割五軸聯動加工計算機仿真過程進行了研究，改變數學模型中的加上參數．就可以改變被加工零什的型面特征，為生產實踐研究提供理論依據。塒電火花線切割五軸聯動加工運動規律進行了分析，建立了數控數學模型。研制了數控“轉、擺、擺工作臺”，開發出復雜曲面線切割五軸加工系統，計在高速走絲電火花線切割機瞇卜加工出理想的三導線曲面零件和多種復雜紋曲面零件，加工結果與仿真結果基本相似，拓寬了電火花線切割加工的工藝范圍。