基于圖形交換文件方式的電火花銑削自動編程系統(tǒng)

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2477

 

傳統(tǒng)的電火花加工主要分為兩大類：電火花成型加工(SEDM)和電火花線切割加工(WEDM)。成型加工的關鍵也是其難點之一是成型電極的制作。工具的設計和制造幾乎占總加工時間的一半，成本也較高。多年來，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)正是利用簡單形狀電極按一定軌跡作成型運動，通過工具電極與工件間的放電進行加工。這樣就避免了成型電極的制作，提高了生產率。相應地，它對EDM機床也提出了更高的要求，需要開發(fā)專門的數控系統(tǒng)。AutoCAD是目前應用得最廣泛的CAD軟件。
它不僅具有豐富的二維繪圖、編輯命令及較強的三維建模功能。而且提供有線形文件、菜單文件、命令文件等程序設計方法。其靈活性和開放性決定了眾多的應用程序選擇它作為圖形設計、編輯及其前后處理的支撐平臺。AutoCAD及其圖形格式已成為一種事實上的國際工業(yè)標準。另外，AutoCAD可以通過標準的數據格式與其它的CAD系統(tǒng)或CAM系統(tǒng)進行數據交換，這就是“圖形交換文件(DrawingeXchangeFile)”，簡稱為DXF文件。要實現電火花銑削加工CAD/CAM的集成，就需要從這個文件中提取有用的零件信息，并將這些信息轉換成電火花銑削機床的數控程序。

 


DXF 文件是ASCⅡ碼文本文件，典型的DXF文件由六個節(jié)組成：標題節(jié)、類節(jié)、表節(jié)、塊節(jié)、實體節(jié)、對象節(jié)。DXF文件包含的信息量極大，但對數控編程有用的是實體節(jié)。因此，我們只關心實體節(jié)的內容。根據實體節(jié)的數據格式，編制相應的接口程序，可提取出圖形的幾何信息。但是，從DXF文件中得到的起點坐標是最先輸入圖形的起始點。而電火花銑削加工起始點的設置需要考慮工件應力狀態(tài)以及對工件加工精度和表面粗糙度的影響兩個方面。往往與繪圖的起點不一致。為解決這一問題，我們在繪制圖形時就在加工起始點旁邊加入字符“O”。為便于修改和對DXF文件中的實體重新排序。我們采用雙鏈表結構存放實體坐標值。














1
圖1 DXF文件接口程序流程簡圖

2
(a)

1
(b)
圖2 側面輪廓

接口程序流程圖如圖1所示。

2 加工方向的自動判別


獲得零件幾何信息后，通過補償工具半徑(圓柱形工具)就可生成工具軌跡。在進行工具半徑補償時，工具中心的偏移方向由輪廓內外特性和加工方向(加工閉環(huán)的旋向)決定。輪廓的內外特性在加工時設定，而加工方向須根據輪廓圖和工具進給方向來確定。因此，加工方向的判別是解決工具補償的基礎。零件輪廓一般由直線和圓弧組成，因此我們討論這兩種圖形組成的平面輪廓工具軌跡的計算。
將多邊形各邊當作矢量來看待，矢量方向為走刀方向，各矢量按走刀順序依次連接。如圖1中的M1M2、…、M7M8、M8M1。圓弧輪廓則取起點和終點的連線。圖中箭頭表示工具走刀方向。對于圖2(a)所示圖形，各項點均為凸點，判別方法較簡單。通過判斷任意一個頂點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)逆時針旋轉為正，順時針旋轉為負。則當兩矢量叉積為正時，加工方向逆時針走向：反之為順時針走向。但對于圖 2(b)所示輪廓，這種方法就不行了。我們設計了以下兩種判別方法。

  1. 頂點旋向累積判斷法 定義頂點旋向為頂點相鄰兩矢量的叉積方向。對于任意一個平面圖形，其加工方向與各頂點旋向有關。若旋向為正的頂點數多于為負的頂點數，加工方向為正：反之為負。可以驗證，這種方法對于任何平面圖形都是有效的。但頂點數較多時，運算量較大。

  2. 極點判別法 定義多邊形的極點為x坐標最小的頂點。通過判斷極點的旋向即可得出加工閉環(huán)方向。具體說來，首先在雙鏈表中選出極點和相鄰兩矢量(若有多個極點則任選一個)，計算其叉積。叉積為正，加工方向為正(逆時針)：反之加工方向為負(順時針)。極點判別法與多邊頂點數無關，所以計算量較小。


3 工具軌跡的計算


根據前面判斷出的加工方向，就可計算出工具軌跡。設工具半徑為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 直線輪廓時的符號選取
    部位 加工方向 a 符號
    外輪廓 負 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“-”
    內輪廓 負 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 圓弧輪廓時工具的補償
    部位 圓弧方向 工具軌跡
    圓弧半徑
    內輪廓 順圓 r-b
    逆圓 r+b
    外輪廓 順圓 r+b
    逆圓 r-b


  1. 直線輪廓
    對于直線輪廓，需將直線沿走刀方向的法線方向平移距離b，已知直線兩端點A(xa，ya)、B(xb，yb)，可得直線方程y=kx+c

















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

    平移后直線方程為y=kx+c’，c’可由下式計算出







    c’=c-f(1+k2)? (1)

    式中正負號根據加工方向和輪廓的內外特性來選取。設矢量與X軸的夾角為a，表1為不同情況下的取值。

  2. 圓弧輪廓
    圓弧輪廓的補償較直線簡單，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和終點坐標、圓弧半徑以及起始角和終止角，這樣可得到圓弧的起點和終點處的切矢，起點切矢與終點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，順圓。判斷出圓弧方向后，利用表2進行工具軌跡補償。


經過處理后，便完成了工具軌跡的自動補償。但在兩實體相交形成尖角時，還需對尖角進行過渡處理，避免尖角處工具產生的干涉或工具軌跡不連續(xù)現象。我們采用圓弧過渡的方法對尖角進行預處理，解決了這一問題。
根據最后得到的工具軌跡，經過后置處理即可生成數控代碼。

4 結論


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。本文根據DXF文件結構，開發(fā)了提取實體信息的接口軟件，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。根據加工方向和輪廓的內外特性，即可計算出工具軌跡。這就為最終數控代碼的生成打下了基礎。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，沒有考慮加工過程中工具的損耗。要實現電火花銑削加工CAD/CAM 的集成，并達到較好的工藝效果，還要解決加工過程中工具損耗動態(tài)補償的問題。
1 接口程序的設計

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