《电火花加工数控系统软件的研发与应用》黄海鹏著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《电火花加工数控系统软件的研发与应用》

【作　者】黄海鹏著

【页 数】 169

【出版社】 厦门：厦门大学出版社 , 2018.04

【ISBN号】978-7-5615-6766-1

【价 格】42.00

【分 类】电火花加工-数字控制系统-系统软件-软件开发

【参考文献】 黄海鹏著. 电火花加工数控系统软件的研发与应用. 厦门：厦门大学出版社, 2018.04.

图书封面：

图书目录：

《电火花加工数控系统软件的研发与应用》内容提要：

本书内容包括: EDM数控技术概述 ; 多轴联动EDM数控系统的软件架构 ; 数控系统件用户管理模块构建 ; 数控系统软件实时控制模块构建 ; 数控系统软件驱动模块构建 ; 数控系统软件模块间通信构建等。

《电火花加工数控系统软件的研发与应用》内容试读

第1章EDM数控技术概述

第1章

EDM数控技术概述

1.1EDM简介

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1.1.1EDM的原理及特点

电火花加工(electrical discharge machining,简称EDM)是特种加工技术的一种，由苏联学者拉扎连科夫妇(Dr.B.R.Lazarenko及Dr.N.I.Lazarenko)于20世纪40年代研究开创，主要包括电火花成型加工和电火花线切割加工。目前业界内通常将电火花

成型加工简称为EDM,而将电火花线切割加工简称为线切割加工。本书中所称的

EDM,亦特指电火花成型加工。

EDM的基本原理是：工具和工件分别连接脉冲电源的两极，浸人具有一定绝缘度

的工作液中，基于工具和工件正负两极之间的脉冲性火花放电时的电蚀现象来去除多余金属，从而达到对工件的尺寸、形状及表面质量的预定加工要求，如图1-1所示。

EDM具有如下一些显著特点：第一，脉冲放电的能量密度高，便于应用在用普通的

加工方法难以胜任的特殊材料工件的加工上，不受材料硬度影响，不受热处理状况影响；第二，加工时工具电极与工件不接触，没有宏观的切削力，工具电极材料不需要比工

件材料硬，可以实现软刀具加工硬工件；第三，由于EDM属于反拷贝形式的加工，故可

以通过设计特殊形状的工具电极来完成复杂形状的加工；第四，结合多轴联动技术，可以合理地规划工具电极的加工轨迹，完成狭窄结构和复杂结构的加工，并且加工精度较高。的顶曲油直者

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001

电火花加工数控系统软件的研发与应用

1一工件：2一脉冲电源；3一自动进给调节系统；4一工具：5一工作液：6一过滤器；7一工作液泵

图1-1EDM基本原理点诗基旺月的1041山

1.1.2地EDM的应用与发展有前，n道s四s量火升单04世0g

火由于EDM加工特点及优势，目前主要用于各种普通切削方法难以胜任的脆、硬材

料的加工，如硬质合金、钛合金和淬火钢等：加工具有复杂型腔的模具和零件：加工各种异形孔、深槽、窄缝等；还可以在微细加工领域进行微孔的加工，完成微细铣削工作。目前电火花加工已成为一种重要的加工方法，广泛应用于模具制造、车辆、航空航天等众多领域。来象班册小的极中数东火想地回5号西员五丹工阴从工干甚，中西静工鱼

自从拉扎连科夫妇于1943年发明第一台EDM机床以来，经过70多年的发展，

EDM机床的加工形式已经由最开始的单轴简单运动发展到目前的多轴复杂运动。近

年来，EDM相关应用领域的迅猛发展，对EDM提出了更高的要求。目前多轴联动

EDM技术已成为EDM的重要发展方向和研究领域。工具工工

随着我国航空、航天事业的飞速发展，许多关键零部件的高精度、高效加工问题日益突出。目前，航空、航天领域所使用的许多关键零部件具有如下几个特点：第一，采用高硬度、高强度、高熔点的难加工耐热合金材料作为胚料。这些材料的可切削性差，对刀具、切削方法和加工工艺的要求都非常高。第二，结构通常包含自由曲面。有的曲面形状复杂，曲率变化非常剧烈，普通加工方法的加工工艺无法处理。第三，有的包含狭小空间结构和复杂型腔结构。这就导致了刀具的活动空间受到很大的限制，许多加工方法因为加工轨迹干涉而无法完成加工。零部件的这些自身特点导致其加工成了一个

难题。目前多轴联动EDM已经成为这些零部件非常适用而且不可替代的加工方法。

002

第1章EDM数控技术概述

而想要完成这些零部件的加工，则必须实现多轴联动EDM的数字控制。

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1.2EDM数控技术的发展这维周维的

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1.2.1由简单控制向多轴联动控制发展

传统的EDM数控机床是控制单轴在Z坐标轴方向上进行加工，后来逐步发展为

三轴独立和三轴联动控制数控成型加工。目前大量应用的EDM数控机床还是以三轴

及三轴以下为主。但是在进行形状复杂的零部件加工时，单轴、三轴EDM机床已经不

能完全满足要求，往往需要四轴、五轴甚至五轴以上联动的EDM数控机床来进行加

工。近些年来，伴随着我国航空、航天事业的飞速发展，四轴、五轴联动EDM数控机床

的需求量明显增长。

经过这些年的发展，EDM数控技术也由传统的单轴简单控制依次发展为三轴独立

控制、三轴联动控制、四轴联动控制、五轴及以上联动控制。其中在发展到四轴联动控制之后，经历了一段比较长时间的空闲期，因为四轴联动已经可以满足当时的生产加工需要。后来因为出现了特殊材料、特殊结构工件的加工要求，才逐步发展为五轴及以上联动控制。由于多轴联动数控机床的数控系统开发、数控程序编制都远比三轴联动数控机床复杂得多，因此多轴联动数控技术的发展水平在国际上一直被作为衡量一个国

家设备自动化水平高低的标志，EDM数控技术的发展水平同时也从一个侧面反映了一

个国家制造业水平的高低。

1.2.2软件化程度越来越高单面快量普

随着数控技术的开放化和计算机软件的迅猛发展，大量软件技术迅速融人数控系统中，软件所实现的功能在数控系统中所占的比重越来越大，使得数控技术已经进入“软数控”(SoftCNC)时代。软数控的显著特点就是不使用专门的硬件板或运动控制器，所有的运动控制功能完全通过数控系统软件实现。如今提到数控系统，许多人的认识和第一反应就是运行于主控机当中的数控系统软件，可见数控技术的软件化趋势已经使人们把大部分的研究精力都集中于数控系统软件的研发上。图1-2所示为数控技

术软件化的发展历程。提高EDM数控系统的软件化程度，有利于提高系统的移植性，

同时能够摆脱对硬件的过分依赖，减少开发成本，是一个很好的选择。

软数控降低了整个系统的硬件成本，同时也增强了整个系统的柔性。但是软数控必须面对的一个重要问题就是数控系统的实时性如何保证，这是对软数控的一个挑战。

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电火花加工数控系统软件的研发与应用

现在普遍采用的方法是应用实时操作系统或者改进非实时操作系统的实时性来开发数控系统软件，相对而言应用一款成熟的实时操作系统作为开发平台进行数控系统软件的开发是比较简单易行的方法，避免了对操作系统原理的修改，减少了风险。

(1)基于PC的人机界面

(2)基于PC的控制器

(3)软件CNC

基于PC的操作面板

基于PC的CNC硬件

基于PC的CNC软件

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使用实时操作系统的软件数控

增加了软件的重要性

图1-2数控技术软件化发展历程

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1.2.3开放式发展成为大势所趋例册部圆

20世纪90年代以来，数控技术最重要的发展趋势是数控系统的开放化，EDM数

控系统也必然要走开放化的共同发展道路。传统的数控系统是封闭的，是数控厂商为了获得最大的自我利益而制作的专有打包产品，不对外开放，这必然不利于业内人士的共同研发和用户的选择，进而大大地阻碍了数控技术的发展。计算机技术及其相关技术的进步促进了开放式数控系统的诞生。

电气及电子工程师协会(institute of electrical and electronics engineers,.IEEE)对“开放式”一词做了如下的定义：一个开放式系统能够使各种应用合理地运行在来自多个供应商的不同平台上，能够与其他系统应用程序进行相互的操作，并给用户提供一致的交互界面的性能。为了给控制器厂商建立一个中立的控制标准，美国于1987年发起了“下一代控制器”(the next generation work-station/machine control,简称NGC)计划。之后开放式体系结构的数控系统获得了迅速的发展。盟

目前许多国家都在进行开放式数控系统平台的标准制定和产品开发工作，如欧盟的自动化控制系统的开放式体系结构(open system architecture for control within au-tomation systems.,简称OSACA)、日本的控制器的开放式系统环境(open system envi-

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第1章EDM数控技术概述

ronment for controller,简称OSEC)、中国的开放式数控系统(open numerical controlsystem,简称ONC)等。我国于2003年1月1日开始实施了开放式数控系统国家标准

GB/T18759.1-2002,这非常有利于促进我国EDM数控产业的开放式发展，推动整个

行业EDM数控技术的共同发展

Windows操作系统是如今应用最广泛、发展相对比较成熟的操作系统，运用Windows操作系统来开发数控系统也是比较广泛采用的一种方法。但是，Windows操作系统从根本上来说并不是一个开放式的操作系统，其关键技术还垄断在个别国际组织的手中，不对外界公开。因此，利用Windows操作系统并不能开发出真正的开放式数控系统。20世纪末，随着Liux操作系统的面世，开放式数控系统的发展获得了新的生命力。Liux操作系统实现了真正开放式，其内核源代码完全对所有用户公开，用户可以真正实现对操作系统最底层的操作，这大大增加了数控系统开发的方便性、灵活性、开放性，促进了开放式数控系统的飞速发展。经过多年来的应用与发展，Liux操作系统的功能得到了极大的丰富和增强，稳定性得到了充分的验证，作为一个性能良好的通用操作系统逐渐为广大用户所接受；而且随着其实时性改造方案的日趋成熟，

Linux操作系统的实时性也得到了保证，从而使基于Linux操作系统的软数控实现成为可能。因此，采用Liux操作系统进行开放式、软件化的数控系统的研究开发工作已如火如茶地开展起来了。

对开放式数控系统来说，通用的软硬件平台是至关重要的。个人计算机(persona】computer,简称PC)产业的迅速发展和PC的大范围普及，给开放式数控系统的发展提

供了广阔的舞台。PC因其开放性好、具有较高的性价比，已成为开放式数控系统首选

的硬件平台，数控系统专用硬件也逐步实现了“PC化”。相应地，越来越多的适用于PC

的专用数控硬件也随之诞生，比如高度集成化CPU、RISC芯片、大规模可编程集成电

路CPLD、FPGA和可编程多轴控制器(programmable multi-axes controller,PMAC)

等，并且这些硬件都逐步成为开放式数控系统的通用硬件。以PC作为硬件平台，以

Liux操作系统作为软件平台，开发开放式、软件化的EDM数控系统，是一个非常合适、合理且实际的选择。

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1.3 Linux操作系统发展及应用

Linux操作系统是由芬兰大学生Linus Torvalds最早开发的一种UNIX类操作系统。由于其遵守GNU的通用公共许可证GPL(general public license)),源代码完全开放，故一出现就立刻引起了广大计算机爱好者的关注，并吸引了全世界许多优秀的计算机天才无私地投入Liux共同开发工作之中。伴随着互联网技术的飞速发展和普及，全世界的Linux开发人员能够更方便地交流开发成果与开发心得，这就促使Linux在

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电火花加工数控系统软件的研发与应用

短短20多年的时间里得到了飞速的发展，成为目前最成功的开源操作系统之一，并为越来越多的计算机用户所使用。

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1.3.1 Linux操作系统的发展

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1991年10月5日，Linus Torvalds在新闻组comp.os.minix发布了大约1万行代码的Linux v0.01版本。到了1992年，Linux公布了0.95版本，大约有1000人在使用

Linux。1993年，100余名程序员参与了Linux内核代码的编写和修改工作，其中核心组由5人组成，此时Linux0.99版本的代码大约有10万行，用户有10万人左右。到1994年3月，Linux l.0版本发布，代码量17万行，至此，Linux的代码开发进入良性循环。I995年，此时的Linux已可在Intel、Digital以及Sun SPARC处理器上运行了，用户量也超过了50万。1996年6月，Linux2.0版本发布，此版本有大约40万行代码，并可以支持多个处理器。此时的Liux已经进入实用阶段，全球大约有350万人使用。1998年是Liux迅猛发展的一年。1月，小红帽高级研发实验室成立，同年

RedHat5.0获得了InfoWorld的操作系统奖项。4月，Mozilla代码发布，成为linux图形界面上的王牌浏览器。l0月，Intel和Netscape宣布小额投资红帽软件，这被业界视作Linux获得商业认同的信号。同月，微软在法国发布了反Linux公开信，表明微软公司开始将Linux视作一个对手来对待。12月，IBM发布了适用于Linux的文件系统AFS3.5以及Jikes Java编辑器和Secure Mailer及DB2测试版。l998年可以说是

Linux与商业接触的一年。

91999年1月，Linux2.2版本发布。2001年1月以后，共发布了17个2.4.x版本。2003年12月，Liux的第一个2.6版本问世，随后的一年时间里共发表了近10个

2.6.x版本。2005年8月底，Linux2.6.13版本正式亮相，内核中的代码质量得到了极大的改进。2009年6月，Linux2.6.30问世，“Linux之父”Torvalds在邮件列表里宣布“很有希望进人一个新世界秩序”。截至目前，Liux正式公开发行的内核版本已发展到4.9，而且前进的步伐始终没有停止过。

1.3.2 Linux操作系统的特点

作为一个通用分时操作系统，Liux具有如下显著的特点：

(1)完全开放内核源代码

用户可以通过各种渠道获取最新版本的Liux内核源代码，并根据自身需要对其进行修改与完善。

(2)完全免费

Liux操作系统不是垄断在某些商业集团手中，而是为全世界人民所共享。应用

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···试读结束···