基于圖形交換文件方式的電火花銑削自動(dòng)編程系統(tǒng)

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2653

 

傳統(tǒng)的電火花加工主要分為兩大類(lèi)：電火花成型加工(SEDM)和電火花線(xiàn)切割加工(WEDM)。成型加工的關(guān)鍵也是其難點(diǎn)之一是成型電極的制作。工具的設(shè)計(jì)和制造幾乎占總加工時(shí)間的一半，成本也較高。多年來(lái)，電加工研究人員一直在尋找替代成型電極的方法。電火花銑削(EDM-Mill)正是利用簡(jiǎn)單形狀電極按一定軌跡作成型運(yùn)動(dòng)，通過(guò)工具電極與工件間的放電進(jìn)行加工。這樣就避免了成型電極的制作，提高了生產(chǎn)率。相應(yīng)地，它對(duì)EDM機(jī)床也提出了更高的要求，需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的數(shù)控系統(tǒng)。AutoCAD是目前應(yīng)用得最廣泛的CAD軟件。
它不僅具有豐富的二維繪圖、編輯命令及較強(qiáng)的三維建模功能。而且提供有線(xiàn)形文件、菜單文件、命令文件等程序設(shè)計(jì)方法。其靈活性和開(kāi)放性決定了眾多的應(yīng)用程序選擇它作為圖形設(shè)計(jì)、編輯及其前后處理的支撐平臺(tái)。AutoCAD及其圖形格式已成為一種事實(shí)上的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，AutoCAD可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式與其它的CAD系統(tǒng)或CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這就是“圖形交換文件(DrawingeXchangeFile)”，簡(jiǎn)稱(chēng)為DXF文件。要實(shí)現(xiàn)電火花銑削加工CAD/CAM的集成，就需要從這個(gè)文件中提取有用的零件信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成電火花銑削機(jī)床的數(shù)控程序。

 


DXF 文件是ASCⅡ碼文本文件，典型的DXF文件由六個(gè)節(jié)組成：標(biāo)題節(jié)、類(lèi)節(jié)、表節(jié)、塊節(jié)、實(shí)體節(jié)、對(duì)象節(jié)。DXF文件包含的信息量極大，但對(duì)數(shù)控編程有用的是實(shí)體節(jié)。因此，我們只關(guān)心實(shí)體節(jié)的內(nèi)容。根據(jù)實(shí)體節(jié)的數(shù)據(jù)格式，編制相應(yīng)的接口程序，可提取出圖形的幾何信息。但是，從DXF文件中得到的起點(diǎn)坐標(biāo)是最先輸入圖形的起始點(diǎn)。而電火花銑削加工起始點(diǎn)的設(shè)置需要考慮工件應(yīng)力狀態(tài)以及對(duì)工件加工精度和表面粗糙度的影響兩個(gè)方面。往往與繪圖的起點(diǎn)不一致。為解決這一問(wèn)題，我們?cè)诶L制圖形時(shí)就在加工起始點(diǎn)旁邊加入字符“O”。為便于修改和對(duì)DXF文件中的實(shí)體重新排序。我們采用雙鏈表結(jié)構(gòu)存放實(shí)體坐標(biāo)值。














1
圖1 DXF文件接口程序流程簡(jiǎn)圖

2
(a)

1
(b)
圖2 側(cè)面輪廓

接口程序流程圖如圖1所示。

2 加工方向的自動(dòng)判別


獲得零件幾何信息后，通過(guò)補(bǔ)償工具半徑(圓柱形工具)就可生成工具軌跡。在進(jìn)行工具半徑補(bǔ)償時(shí)，工具中心的偏移方向由輪廓內(nèi)外特性和加工方向(加工閉環(huán)的旋向)決定。輪廓的內(nèi)外特性在加工時(shí)設(shè)定，而加工方向須根據(jù)輪廓圖和工具進(jìn)給方向來(lái)確定。因此，加工方向的判別是解決工具補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)。零件輪廓一般由直線(xiàn)和圓弧組成，因此我們討論這兩種圖形組成的平面輪廓工具軌跡的計(jì)算。
將多邊形各邊當(dāng)作矢量來(lái)看待，矢量方向?yàn)樽叩斗较�，各矢量按走刀順序依次連接。如圖1中的M1M2、…、M7M8、M8M1。圓弧輪廓?jiǎng)t取起點(diǎn)和終點(diǎn)的連線(xiàn)。圖中箭頭表示工具走刀方向。對(duì)于圖2(a)所示圖形，各項(xiàng)點(diǎn)均為凸點(diǎn)，判別方法較簡(jiǎn)單。通過(guò)判斷任意一個(gè)頂點(diǎn)相鄰兩矢量的叉積即可確定加工閉環(huán)的旋向。規(guī)定加工閉環(huán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為負(fù)。則當(dāng)兩矢量叉積為正時(shí)，加工方向逆時(shí)針走向：反之為順時(shí)針走向。但對(duì)于圖 2(b)所示輪廓，這種方法就不行了。我們?cè)O(shè)計(jì)了以下兩種判別方法。

  1. 頂點(diǎn)旋向累積判斷法 定義頂點(diǎn)旋向?yàn)轫旤c(diǎn)相鄰兩矢量的叉積方向。對(duì)于任意一個(gè)平面圖形，其加工方向與各頂點(diǎn)旋向有關(guān)。若旋向?yàn)檎捻旤c(diǎn)數(shù)多于為負(fù)的頂點(diǎn)數(shù)，加工方向?yàn)檎悍粗疄樨?fù)�？梢则�(yàn)證，這種方法對(duì)于任何平面圖形都是有效的。但頂點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，運(yùn)算量較大。

  2. 極點(diǎn)判別法 定義多邊形的極點(diǎn)為x坐標(biāo)最小的頂點(diǎn)。通過(guò)判斷極點(diǎn)的旋向即可得出加工閉環(huán)方向。具體說(shuō)來(lái)，首先在雙鏈表中選出極點(diǎn)和相鄰兩矢量(若有多個(gè)極點(diǎn)則任選一個(gè))，計(jì)算其叉積。叉積為正，加工方向?yàn)檎?逆時(shí)針)：反之加工方向?yàn)樨?fù)(順時(shí)針)。極點(diǎn)判別法與多邊頂點(diǎn)數(shù)無(wú)關(guān)，所以計(jì)算量較小。


3 工具軌跡的計(jì)算


根據(jù)前面判斷出的加工方向，就可計(jì)算出工具軌跡。設(shè)工具半徑為dr工，單邊放電間隙為d，則工具中心的偏移量b=d+r工。











































































    表1 直線(xiàn)輪廓時(shí)的符號(hào)選取
    部位 加工方向 a 符號(hào)
    外輪廓 負(fù) 0≤，<p/2 取“+”
    p/2≤，<3p/2 取“-”
    3p/2≤，≤2p 取“+”
    正 0≤，<p/2 取“-”
    p/2≤，<3p/2 取“+”
    3p/2≤，≤2p 取“-”
    內(nèi)輪廓 負(fù) 0≤，<p/2 取“-”
    p/2≤，<3p/2 取“+”
    3p/2≤，≤2p 取“-”
    正 0≤，<p/2 取“+”
    p/2≤，<3p/2 取“-”
    3p/2≤，≤2p 取“+”





























    表2 圓弧輪廓時(shí)工具的補(bǔ)償
    部位 圓弧方向 工具軌跡
    圓弧半徑
    內(nèi)輪廓 順圓 r-b
    逆圓 r+b
    外輪廓 順圓 r+b
    逆圓 r-b


  1. 直線(xiàn)輪廓
    對(duì)于直線(xiàn)輪廓，需將直線(xiàn)沿走刀方向的法線(xiàn)方向平移距離b，已知直線(xiàn)兩端點(diǎn)A(xa，ya)、B(xb，yb)，可得直線(xiàn)方程y=kx+c

















    式中k= yb-ya ，c= xbya-xayb
       
    xb-xa xb-xa

    平移后直線(xiàn)方程為y=kx+c’，c’可由下式計(jì)算出







    c’=c-f(1+k2)? (1)

    式中正負(fù)號(hào)根據(jù)加工方向和輪廓的內(nèi)外特性來(lái)選取。設(shè)矢量與X軸的夾角為a，表1為不同情況下的取值。

  2. 圓弧輪廓
    圓弧輪廓的補(bǔ)償較直線(xiàn)簡(jiǎn)單，只涉及圓弧半徑r的增大或減小。首先要判斷圓弧方向。從DXF文件我們可以獲得圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧半徑以及起始角和終止角，這樣可得到圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的切矢，起點(diǎn)切矢與終點(diǎn)切矢的叉積決定了圓弧的方向。判斷規(guī)則是：叉積為正，逆圓：叉積為負(fù)，順圓。判斷出圓弧方向后，利用表2進(jìn)行工具軌跡補(bǔ)償。


經(jīng)過(guò)處理后，便完成了工具軌跡的自動(dòng)補(bǔ)償。但在兩實(shí)體相交形成尖角時(shí)，還需對(duì)尖角進(jìn)行過(guò)渡處理，避免尖角處工具產(chǎn)生的干涉或工具軌跡不連續(xù)現(xiàn)象。我們采用圓弧過(guò)渡的方法對(duì)尖角進(jìn)行預(yù)處理，解決了這一問(wèn)題。
根據(jù)最后得到的工具軌跡，經(jīng)過(guò)后置處理即可生成數(shù)控代碼。

4 結(jié)論


AutoCAD 輸出的DXF文件為電火花銑削加工的CAD/CAM集成提供了基礎(chǔ)。本文根據(jù)DXF文件結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了提取實(shí)體信息的接口軟件，并提出了兩種判別加工方向的方法。它們都能有效地判斷出平面圖形的旋向。根據(jù)加工方向和輪廓的內(nèi)外特性，即可計(jì)算出工具軌跡。這就為最終數(shù)控代碼的生成打下了基礎(chǔ)。利用本文所述方法，可以迅速、可靠地獲得工具軌跡。但是，按照本文方法得到的工具軌跡是理論軌跡，沒(méi)有考慮加工過(guò)程中工具的損耗。要實(shí)現(xiàn)電火花銑削加工CAD/CAM 的集成，并達(dá)到較好的工藝效果，還要解決加工過(guò)程中工具損耗動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。
1 接口程序的設(shè)計(jì)

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