基于AnyCAD的母线排加工CAD/CAM/CNC系统开发

作     者：林海洋 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田新诚

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：母线排 特征建模 自动编程 三维仿真 CAD/CAM/CNC 

摘      要：母线排在电力系统中应用非常广泛。当前,母线排加工一般采取冲剪与折弯加工相独立的设计方式。操作人员依靠通用CAD软件分别设计冲剪和折弯加工图纸,并将其导入到加工系统中生成加工程序以驱动机床完成加工。首先,通用CAD软件难以适用于母线排设计,操作人员需要对母线排三维模型进行手工平面展开计算,将其绘制为应用于冲剪和折弯加工的二维图纸;其次,CAM系统的缺失导致系统无法实现母排加工的自动编程、下料优化和模拟仿真;再次,系统各部分之间相互独立,信息无法双向流动,需要操作人员手动传递参数与加工文件。这样的操作过程使得生产加工变得效率低下和易于出错。本文针对母线排制造行业的关键共性需求,对母线排的生产加工工艺进行了研究,开发了一个高效率、高集成且易于操作的母线排加工CAD/CAM/CNC系统。本文开展了以下研究和开发工作:(1)从母线排加工行业需求的角度分析了系统的技术流程。将系统划分为CAD、CAM、CNC三个子系统,按照每个子系统的特性和功能并基于模块化设计的思想对系统进行了详细分析和设计。(2)对母线排的特征结构进行了研究,建立了母线排数据模型和参数驱动的母线排特征模型库。基于母线排数据模型,提出了相对应的母线排几何模型关键点坐标的计算方法,并基于AnyCAD实现了母线排的几何造型。(3)对CAD子系统中的功能模块进行了设计和开发,包括逐段延伸式、模板调入式、元素拼接式三种母线排折弯设计方式和单体式、阵列式两种母线排冲压设计方式的实现,母线排图纸STP文件解析和导入的实现,模型尺寸测量和尺寸驱动功能的实现,给出了尺寸标注的数据模型。(4)对CAM子系统中与冲剪加工和折弯加工相关的功能模块分别进行了设计和开发,包括对三维模型平面展开的自动计算和实现,对下料优化的模型求解计算和实现,复杂情况下折弯加工的可行性分析,面向三轴/四轴数控母线冲剪机和数控母线伺服折弯机的加工代码自动编程,冲剪和折弯加工过程三维模拟仿真。(5)基于CODESYS开发了数控母线冲剪机和伺服折弯机的数控平台,实现了加工设备的自动控制、手动控制、参数控制、信号监控和加工记录。(6)利用WinForm完成了母线排加工CAD/CAM/CNC系统的开发,并通过行业应用验证了系统的可靠性和有效性。