一種線切割加工程序自動(dòng)生成及仿真軟件

丁晚景 孫 川 劉 繄

（黃石理工學(xué)院，湖北 黃石 435003）

作為一種特種數(shù)控加工設(shè)備，線切割機(jī)床在加工中的工作過(guò)程是由相應(yīng)的數(shù)控加工代碼控制的。我國(guó)廣泛采用的是3B格式代碼程序。

在加工前的準(zhǔn)備過(guò)程中，一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)就是編制加工程序。一些線切割機(jī)床在控制系統(tǒng)上配置了上位計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器編程，并針對(duì)這種需要開(kāi)發(fā)了各種各樣的生成線切割程序的計(jì)算機(jī)軟件［1］。但是，這些線切割自動(dòng)編制程序?qū)嶋H上是以重新錄入圖形為代價(jià)來(lái)逃避手工編程過(guò)程中的幾何計(jì)算。因而，開(kāi)發(fā)出可避免工作的重復(fù)性、極大地方便用戶、有效地提高工作效率的線切割程序自動(dòng)生成并能進(jìn)行加工仿真的軟件系統(tǒng)勢(shì)在必行。

本文介紹的在AutoCAD中自動(dòng)生成線切割程序并進(jìn)行加工仿真的方法。該方法直接訪問(wèn)CAD的數(shù)據(jù)，避免了對(duì)加工圖形的重新描述和節(jié)點(diǎn)計(jì)算，達(dá)到了避免工作的重復(fù)性、極大地方便用戶、有效地提高工作效率的目的。

1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

在AutoCAD的運(yùn)行環(huán)境中，嵌入了LISP語(yǔ)言，兩者有機(jī)結(jié)合形成了以Visual LISP和VB、VC為基礎(chǔ)的二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。通過(guò)各種功能程序模塊的掛接，直接訪問(wèn)AutoCAD的數(shù)據(jù)文件，能很方便地實(shí)現(xiàn)針對(duì)圖形的各種后處理，如生成指定圖形輪廓的數(shù)控加工代碼。

本文所述軟件系統(tǒng)是基于Visual LISP來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，較好地利用了Visual LISP的優(yōu)良特性。軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

2 模型分析

2.1 3B代碼的結(jié)構(gòu)

線切割加工中的3B程序是通過(guò)對(duì)直線和圓弧的描述來(lái)定義切割軌跡的。

直線描述的格式是:B!xB!yBproj［GX|Gy］Ln，其中!x、!y是終點(diǎn)對(duì)起點(diǎn)的坐標(biāo)差值，proj是在坐標(biāo)軸上的軌跡插補(bǔ)計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，GX、GY是插補(bǔ)計(jì)數(shù)方向，n=1、2、3、4是用象限表示的軌跡走向，L是直線的標(biāo)記。

圓弧描述的格式是:B!xB!yBproj［GX|Gy］［SR|NR］n，其中!x、!y是終點(diǎn)對(duì)圓心的坐標(biāo)差值，proj是在坐標(biāo)軸上的軌跡插補(bǔ)計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，GX、GY是插補(bǔ)計(jì)數(shù)方向，n=1、2、3、4 是用象限表示的軌跡走向，SR、NR分別是順圓、逆圓的標(biāo)記。

2.2 AutoCAD的實(shí)體數(shù)據(jù)

AutoCAD的實(shí)體有很多的種類，而線切割加工中使用的3B代碼只針對(duì)直線和圓弧的插補(bǔ)進(jìn)行了相應(yīng)的描述。因此本軟件的開(kāi)發(fā)只需要了解直線和圓弧在dwg數(shù)據(jù)文件中的記錄格式和提取方法。其他類型的實(shí)體在生成加工代碼之前必須進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，并用直線和圓弧進(jìn)行擬合。

AutoCAD以實(shí)體名區(qū)分實(shí)體，實(shí)體名和幾何參數(shù)如端點(diǎn)坐標(biāo)、圓心、半徑、起始角、終止角等是以組代碼索引的方式來(lái)記錄的。用AutoLISP的entget和assoc函數(shù)可以獲取實(shí)體數(shù)據(jù)［3］。

直線數(shù)據(jù)表中與檢索和幾何描述有關(guān)的組代碼結(jié)構(gòu)如表1所示。圓弧數(shù)據(jù)表中與檢索和幾何描述有關(guān)的組代碼結(jié)構(gòu)如表2所示。

表1 直線實(shí)體的組代碼及其意義

表2 圓弧實(shí)體的組代碼及其意義

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件的總體構(gòu)成分為三大模塊，即與圖形數(shù)據(jù)處理有關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、加工仿真模塊和與AutoCAD的接口模塊。分別完成3B程序的自動(dòng)生成、加工軌跡仿真和菜單定義。

3.1 功能模塊劃分及其實(shí)現(xiàn)

針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的兩大功能設(shè)計(jì)了兩個(gè)命令級(jí)函數(shù)，C:Make3B 和C:Check3B。C:Make3B 實(shí)現(xiàn)3B 程序的自動(dòng)生成，C:Check3B實(shí)現(xiàn)加工軌跡仿真。按照使用頻度，設(shè)置了12個(gè)功能程序，定義了相應(yīng)的過(guò)程函數(shù)。功能劃分及描述如表3所示。

DispLINE和DispARC兩個(gè)仿真模塊的實(shí)現(xiàn)主要使用了GrDraw技術(shù)，產(chǎn)生的僅僅是暫顯圖像，使仿真軌跡區(qū)別于CAD實(shí)體，不添加到實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)中。此外，在算法上還考慮了路徑長(zhǎng)度記數(shù)和精度檢查，并將這兩項(xiàng)功能加入到主模塊之中。

表3 自定義函數(shù)模塊及功能描述

3.2 與AutoCAD接口

主功能模塊C:Make3B和C:Check3B是通過(guò)defun在LISP程序中加以定義的，在提交執(zhí)行以前必須經(jīng)過(guò)_appload裝入，才具有和內(nèi)部命令相同的調(diào)用格式。為方便調(diào)用，將函數(shù)裝入過(guò)程添加到AutoCAD的POP菜單，形成簡(jiǎn)單明了的調(diào)用界面。在MNU文件中，進(jìn)行相應(yīng)的菜單節(jié)定義:

就可以得到如圖1所示的菜單和菜單項(xiàng)。

3.3 應(yīng)用分析

經(jīng)過(guò)典型的應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證，軟件能夠很好地完成所有具有典型意義的輪廓段的程序生成和加工仿真。仿真過(guò)程中可以通過(guò)參數(shù)設(shè)定來(lái)控制加工精度和表面質(zhì)量的控制。鉬絲直徑和放電間隙等工藝參數(shù)也能夠方便地設(shè)置。但是，在凸模與凹模的指定、軌跡偏移方向和圖形節(jié)點(diǎn)處欠切的處理方面需要事先進(jìn)行輪廓處理。應(yīng)用分析如圖2所示。

（1）滿足 L1～L4、NR1～NR4和 SR1～SR4的各種輪廓段的程序生成和加工仿真。

（2）鉬絲直徑和放電間隙可以根據(jù)實(shí)際加工情況調(diào)整參數(shù)設(shè)定。

（3）通過(guò)走絲速度的設(shè)定，可以控制仿真精度和表面加工質(zhì)量。

（4）針對(duì)在輪廓節(jié)點(diǎn)處可能發(fā)生的欠切情況，應(yīng)該能夠自動(dòng)進(jìn)行處理，本軟件目前沒(méi)有這一塊的功能設(shè)置，在實(shí)際應(yīng)用中還是存在欠缺。但是通過(guò)對(duì)待加工輪廓進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚恚軌蚪鉀Q這一問(wèn)題。后續(xù)的改進(jìn)工作可以考慮用適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法對(duì)軟件進(jìn)行完善。

4 結(jié)語(yǔ)

本軟件的開(kāi)發(fā)，通過(guò)直接訪問(wèn)圖形數(shù)據(jù)，將生成線切割加工代碼變成了CAD的一個(gè)后處理過(guò)程，代替了從圖形重新定義開(kāi)始的機(jī)器編程，大大地提高了工作效率，并為線切割加工的CAD/CAM連接提供了軟件基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中獲得了良好的效果。

［1］李明輝.電火花線切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.模具技術(shù)，2002（6），2003（01）.

［2］胡智勇.面向?qū)ο蠹夹g(shù)在電火花線切割編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［D］.福建:廈門大學(xué)，2004.

［3］郭秀娟，于全通，范小鷗.AutoLISP語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［4］劉航.模具CAD/CAM技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.