水刀切割專用數(shù)控系統(tǒng)CAD/CAM一體化上位機(jī)軟件開發(fā)
CAD/CAM 一體化上位機(jī)軟件主要包括 CAD、CAM、CNC 等模塊。下面分別對(duì)CAD、CAM 及 CNC 模塊的主要功能進(jìn)行設(shè)計(jì)： （1）CAD 模塊
在該模塊中要設(shè)計(jì)一個(gè)友好的用戶界面，提供菜單欄，工具欄，命令框等。該模塊要能夠完成讀取二維圖形文件如.dxf 文件，二維圖形的繪制、編輯修改等功能。該模塊的主要內(nèi)容有：
1）菜單欄。它主要提供不同功能模塊的菜單，如文件（File）、修改（Modify）、數(shù)控通信（HNCWindow）等，每一模塊完成不同的功能，并且每一模塊里還有子模塊（即子菜單），細(xì)化各個(gè)部分的功能。 2）基本二維圖形繪制。包括：點(diǎn)，直線，圓弧，圓，橢圓，多義線（polyline），多邊形（polygon），樣條曲線（spline）、文本（text）等。 3）二維圖形編輯修改。該功能模塊主要是完成對(duì)所繪制的圖形或是從二維圖形文件中讀取的圖形進(jìn)行編輯修改等，其內(nèi)容包括：選中，移動(dòng)，復(fù)制，偏置，旋轉(zhuǎn)，縮放，鏡像等。 4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。它主要是對(duì)繪制的圖形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行序列化存儲(chǔ)，以文本格式或是二進(jìn)制格式輸出到文件中。 5）文件管理。它主要是完成對(duì)文件的管理，如：新建、保存、另存、打開讀取文件等。 6）圖層和塊。圖層主要是考慮到有時(shí)使某些圖形處在不同的圖層中，然后對(duì)某些圖形進(jìn)行隱藏，或是輸出保存某個(gè)圖層的圖形信息。塊主要是對(duì)部分圖形進(jìn)行打包成塊，然后整體進(jìn)行編輯修改或是復(fù)制、刪除，簡(jiǎn)便操作。 7）窗口。對(duì)打開所有窗口進(jìn)行一個(gè)管理，包括窗口之間的切換、窗口模式及對(duì)具體單個(gè)窗口進(jìn)行各項(xiàng)操作等。 8）幫助。主要是用戶手冊(cè)，聯(lián)網(wǎng)線上查詢資料，及有關(guān)此軟件操作的說(shuō)明。 （2）CAM 模塊CAM 模塊主要是實(shí)現(xiàn)將由 CAD 模塊得到的二維圖形輪廓生成可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床軸運(yùn)動(dòng)的五軸數(shù)控 G 代碼。CAM 模塊從宏觀上來(lái)看主要由圖形實(shí)體屬性排序換向、五軸水刀加工工藝參數(shù)的設(shè)置及數(shù)據(jù)序列化存儲(chǔ)，后置處理及能夠直接用于數(shù)控加工的五軸數(shù)控代碼的自動(dòng)生成，數(shù)控加工仿真三大部分組成。圖形實(shí)體屬性排序換向的設(shè)置（圖形實(shí)體順序重排和圖形實(shí)體換向）、五軸水刀加工工藝參數(shù)的設(shè)置等這些都是為確定加工軌跡而生成初步 G 代碼做準(zhǔn)備的，然后計(jì)算出機(jī)床各軸位移增量，最后對(duì)工件加工的過(guò)程進(jìn)行仿真。該模塊具體內(nèi)容如下： 1）圖形實(shí)體屬性排序換向、五軸水刀加工工藝參數(shù)的設(shè)置及序列化存儲(chǔ)圖形實(shí)體屬性排序換向的設(shè)置包括圖形實(shí)體排序和圖形實(shí)體換向。CAD 功能模塊在創(chuàng)建圖形實(shí)體時(shí)或是從二維圖形文件（如.dxf 文件）中讀取圖形實(shí)體時(shí)，實(shí)體與實(shí)體之間不存在任何約束關(guān)系（即先加工哪一段實(shí)體順序不定），即使實(shí)體本身也存在著方向的不確定性，如可以是繪圖起點(diǎn)指向繪圖終點(diǎn)方向，也可以是繪圖終點(diǎn)指向繪圖起點(diǎn)方向。所以為了確定走刀路徑及加工次序，需要對(duì)實(shí)體進(jìn)行重排（手動(dòng)或是自動(dòng)），及換向的操作。根據(jù)五軸水刀加工工藝要求，還需要設(shè)定五軸水刀加工工藝參數(shù)，如偏轉(zhuǎn)方向、偏置方向、偏轉(zhuǎn)角度、偏置半徑、進(jìn)給速度等，及實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的序列化存儲(chǔ)。序列化（Serialization）是將類對(duì)象的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為可以存儲(chǔ)或傳輸?shù)男问降倪^(guò)程[40]。序列化的主要目的是：以某種存儲(chǔ)形式如二進(jìn)制文件的格式將自定義對(duì)象永久保存；將對(duì)象從一個(gè)地方傳遞保存到另一個(gè)地方；使程序更具維護(hù)性。通俗的說(shuō)就是為了便于操作者在上一次操作未完成時(shí)就關(guān)閉程序或是關(guān)機(jī)等，下次再打開文件接著上一次未編輯完的操作繼續(xù)進(jìn)行編輯修改。 2）后置處理及五軸數(shù)控代碼的自動(dòng)生成后置處理主要是通過(guò)坐標(biāo)變換將給定的點(diǎn)的繪圖坐標(biāo)及實(shí)體偏轉(zhuǎn)角度和偏置半徑（相對(duì)于坐標(biāo)系中的 Z 軸而言）轉(zhuǎn)換成機(jī)床各個(gè)加工軸的位移增量（即五軸機(jī)床五個(gè)軸運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)），然后通過(guò)變換后的點(diǎn)的坐標(biāo)及角度生成能夠直接用于數(shù)控加工的五軸數(shù)控代碼。 五軸數(shù)控加工代碼編程的格式： G01 X_Y_Z_A_B_F_ 指令說(shuō)明： X_Y_Z_指定刀具中心點(diǎn)的位置 A_B_指定旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)角度 F_刀具中心點(diǎn)的進(jìn)給速度 3）數(shù)控加工仿真 數(shù)控加工仿真是集 CAD、CAM、數(shù)學(xué)建模及仿真于一體，通過(guò)在計(jì)算機(jī)的虛擬環(huán)境中對(duì)加工圖形走刀軌跡進(jìn)行模擬仿真。能夠真實(shí)的反應(yīng)刀具走刀方式、切割零件的形狀、刀具與切割工件間是否發(fā)生干涉（切削余量）等，從而檢查數(shù)控加工程序是否正確及判斷加工方案是否合理，以減少試切的次數(shù)，最終縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率等。 （3）CNC 模塊在 Windows 操作平臺(tái)下進(jìn)行華中 8 型的二次開發(fā)，就需要開發(fā)者將華中 8 型相關(guān)的二次開發(fā)軟件包加入自己開發(fā)的工程文件夾中，這個(gè)過(guò)程稱之為 C++二次開發(fā)庫(kù)的配置。完成這個(gè)配置后，就可以通過(guò)華中 8 型軟件包提供的二次開發(fā)接口獲取下位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，從而對(duì)下位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且可以將上位機(jī)數(shù)據(jù)信息發(fā)送給下位機(jī)。這樣，用戶可以定制適合自己的專用的功能界面，并且獲得數(shù)控系統(tǒng)底層的數(shù)據(jù)信息而不需要知道接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，縮短了開發(fā)的周期且提高了開發(fā)的效率。 擬開發(fā)的 CAD/CAM 一體化上位機(jī)軟件中調(diào)用 HNC-8 的一些庫(kù)函數(shù)獲得下位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)信息，及將 CAD/CAM 一體化上位機(jī)的信息傳到下位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，這個(gè)通信的過(guò)程主要是靠華中 8 型提供的以太網(wǎng)口通過(guò)網(wǎng)線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。傳遞信息主要有對(duì)G 代碼文件的操作包括向下位機(jī)發(fā)送 G 代碼文件、獲取下位機(jī) G 代碼文件、打開本地 G 代碼文件、保存本地 G 代碼文件，網(wǎng)絡(luò)連接，G 代碼編輯框，坐標(biāo)系類型，X、Y、Z、A、B 實(shí)時(shí)坐標(biāo)，工件指令，進(jìn)給速度等。
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