一種電火花線切割3B代碼解碼算法與QT實現(xiàn)

李 丹

（湖南科技職業(yè)學(xué)院，長沙 410118）

電火花線切割機床是一種特種加工機床。它的加工精度和加工性價比較高，在各類高精密零部件加工方面應(yīng)用廣泛[1]。由于成本等因素的限制，目前我國大部分電火花線切割機床采用單板機作為控制器，而單板機多年未更新，且人機交互性能差[2-5]。

QT具有優(yōu)秀的跨平臺界面反饋和設(shè)計功能[6-7]。本文基于QT平臺，驗證電火花線切割3B加工指令的解碼算法，并通過圖形方式顯示用戶導(dǎo)入的3B程序?qū)?yīng)的加工圖形，可供用戶直觀檢驗3B代碼對應(yīng)的零件形狀是否符合加工要求，增強了人機交互性，節(jié)約了時間成本。

1 電火花線切割3B代碼解碼算法

1.1 電火花線切割3B代碼格式

3B代碼的格式是BXBYBJGZ[8]。代碼中，3個B表示數(shù)據(jù)的分隔符；X、Y、J、G和Z代表5個必要的參數(shù)。其中：B為分隔符，用于區(qū)分隔離X、Y和J等數(shù)碼，B后的數(shù)字若為0，則可省略不寫；X、Y為直線的終點坐標(biāo)值或圓弧的起點坐標(biāo)值，編程時均取絕對值，單位為μm；J為計數(shù)長度，單位為μm；G為計數(shù)方向，分Gx或Gy，可按x方向或y方向計數(shù)，工作臺在該方向每走1 μm即計數(shù)累減1，當(dāng)累減到計數(shù)長度J=0時，表示這段程序加工完成；Z為加工類型，分為直線L和圓弧R兩大類。直線按照走向和終點所在象限，分為L1、L2、L3、L4，如圖1所示。圓弧按照第一步進(jìn)入的象限及其走向的順圓或逆圓，分為SR1、SR2、SR3、SR4及NR1、NR2、NR3、NR4，如圖2所示。

圖1 直線所在象限情況

圖2 圓弧所在象限情況

1.2 電火花線切割直線3B代碼解碼

根據(jù)讀入的直線3B代碼，結(jié)合直線的加工類型（L1～L4），可確定直線終點坐標(biāo)所在象限。如果當(dāng)前直線3B代碼為程序首行，則起點坐標(biāo)（X0，Y0）為（0，0），否則當(dāng)前直線的起點坐標(biāo)為上一段的終點坐標(biāo)。由于直線3B代碼中的X和Y值是相對于起點坐標(biāo)的絕對值，則可通過區(qū)分的象限確定直線3B代碼中的X和Y的符號，從而獲得直線的終點坐標(biāo)。

通過式（1）可求得直線的長度Lz：

1.3 電火花線切割圓弧3B代碼解碼

根據(jù)圓弧3B代碼，可得圓弧的絕對值起點坐標(biāo)（X，Y）及計數(shù)長度J，通過式（2）計算圓弧半徑R：

假設(shè)圓弧上一線段的終點坐標(biāo)為（Xe，Ye），可結(jié)合圓弧起點所在象限求得圓心坐標(biāo)。如果圓弧起點所在象限為SR1或NR1，則圓心坐標(biāo)（Xc、Yc）計算方法分別為：

則對應(yīng)的圓弧起始角α為：

如果圓弧起點所在象限為SR2或者NR2，則圓心坐標(biāo)（Xc、Yc）的計算方法為：

則對應(yīng)的圓弧起始角α為：

根據(jù)以上方法可推算出圓弧起點在第3象限和第4象限時，圓弧的圓心坐標(biāo)（Xc、Yc）和起始角α。

整圓的判定方法為圓弧3B代碼中計數(shù)長度J是否與4R相等，若相等則為整圓。整圓的終點坐標(biāo)和終止角與起點坐標(biāo)和起始角保持一致。

當(dāng)圓弧不為整圓時，則需通過判斷起點所在象限（L1～L4）、順圓（SR1～SR4）或逆圓（NR1～NR4）、短軸上投影的長度J，確定圓弧終點所在象限及該象限的短軸長度Jn，再得出圓弧的終點坐標(biāo)（Xn，Yn）與終止角β。

具體方法：當(dāng)X為短軸即Gx且圓弧為起點在第1象限或第2象限的順圓即SR1或者SR3時，先判斷式（9）的值：

J＜R-Y（9）

當(dāng)式（9）的值為真時，可得起始角α和終止角β在同一象限，則圓弧終點坐標(biāo)（Xn，Yn）的絕對值可通過式（10）和式（11）求得：

結(jié)合式（12）中得到的象限數(shù)N，通過式（13）可得圓弧終點所在象限的短軸投影長度Jn：

當(dāng)圓弧終點在第1象限、第3象限時，|Xn|=Jn；當(dāng)圓弧終點在第2象限、第4象限時，|Xn|=R-Jn。根據(jù)圓弧解析式，結(jié)合式（11），可得|Yn|的值。由圓弧終點所在象限，可知|Xn|、|Yn|的正負(fù)符號。根據(jù)終點坐標(biāo)所在象限，結(jié)合式（5）、式（8）等，可求得圓弧的終止角β。其他的起點象限或者Y為短軸，都以此類推求出圓弧的終點坐標(biāo)（Xn，Yn）和終止角β。需要說明的是，以上所述的圓弧起始角α和終止角β均為弧度。

圓弧的弧長Lc為：

式中，圓弧終止角β減去起始角α為圓弧弧度。

2 3B代碼圖形界面的QT設(shè)計過程

在電火花線切割過程中，按照闡述的直線或圓弧解碼算法，對加工圖形生成的3B代碼進(jìn)行解碼，再通過人機交互界面將3B代碼程序所對應(yīng)的加工圖形在電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行顯示，方便操作人員實時查看加工圖形的形狀。

采用QT開發(fā)電火花線切割的加工圖形界面，繪制直線的指令為DrawLine（起點坐標(biāo)X0，起點坐標(biāo)Y0，終點坐標(biāo)Xz，終點坐標(biāo)Yz），繪制橢圓指令為DrawEllipse（橢圓邊框左上角X坐標(biāo)，橢圓邊框左上角Y坐標(biāo)，橢圓邊框?qū)挾龋瑱E圓邊框高度），則整圓繪制指令為DrawEllipse（圓心Xc坐標(biāo)-半徑R，圓心Yc坐標(biāo)-半徑R，直徑D，直徑D）。弧線繪制指令為DrawArc（橢圓矩形左上角X坐標(biāo)，橢圓矩形左上角Y坐標(biāo)，橢圓的矩形寬度，橢圓的矩形高度，從X軸到弧線起始點沿順時針方向度量的角（以1/16度為單位），從StartAngle參數(shù)到弧線結(jié)束點沿順時針方向度量的角（以1/16度為單位））。由此可知，繪制圓弧段的指令為DrawArc（圓心Xc坐標(biāo)-半徑R，圓心Yc坐標(biāo)-半徑R，直徑D，直徑D，起始角度*16，終止角度*16）。

3 3B代碼圖形界面的QT實現(xiàn)

經(jīng)過3B代碼圖形界面的QT設(shè)計過程，可通過如下步驟直觀查看電火花線切割零件加工圖形：

（1）使用AutoCAD繪制要加工的二維零件圖；

（2）將加工零件圖導(dǎo)入AutoCut或CAXAWEDM等軟件，生成3B代碼；

（3）將生成的3B代碼存儲到文本文檔；

（4）在如圖3所示的圖形界面中，通過“文件”菜單導(dǎo)入3B代碼文本文檔，則顯示對應(yīng)的加工零件圖。

圖3 基于QT的3B代碼加工圖形交互界面

以下為具體示例，每一條指令及功能如下：

N1: B0 B24900 B24900 GYL2;0.000,24.900//往Y軸正方向移動24.9 mm；

N2: B 0 B 24900 B 49800 GX NR2;-0.000,-24.900//以當(dāng)前點Y-24.9 mm為圓心，以24.9 mm為半徑，

逆時針繪制一個在X軸上投影為49.8 mm的圓弧（即半圓）；

N3: B 56757 B 0 B 56757 GX L1;56.757,-24.900//往X軸正方向移動56.757 mm；

N4: B 43243 B 24900 B 149800 GY NR3;56.756,24.898//以當(dāng)前點（X+43.243 mm，Y+24.9 mm）為圓心，49.9mm為半徑，逆時針繪制一個在Y軸上投影為149.8 mm的圓弧

N5: B 56756 B 2 B 56756 GX L2;0.000,24.900//往X軸反方向走56.756 mm

N6: B 0 B 24900 B 24900 GY L4;0.000,0.000//往Y軸反向方走24.9 mm，回到起點

N7: DD//結(jié)束停機

通過以上的3B指令的功能解析可知，它的加工軌跡與圖3的圖形一致，可知本文介紹的3B解析算法能夠有效在QT平臺進(jìn)行加工圖形的顯示，既增加了人機交互性能，也為基于QT的電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)跨平臺應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

為了加快我國快走絲線切割行業(yè)的自動化發(fā)展，借助于QT良好的跨平臺性能，依據(jù)本文的3B指令解碼算法，研發(fā)了基于QT的3B指令圖形界面，能夠有效提取3B程序文檔中的信息，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的零件加工圖形，幫助線切割行業(yè)操作人員直觀了解加工信息，提高人機交互性能。