CAD的線切割加工技術(shù)

2013-05-28 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

介紹了主從式數(shù)控線切割加工系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu),討論了自動(dòng)編程過程中的自動(dòng)尋跡、方向判別和刀具軌跡自動(dòng)補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了AutoCAD環(huán)境下數(shù)控線切割加工CAD/CAM的集成。

曾周末;薛欣偉來(lái)源:制造技術(shù)與機(jī)床
關(guān)鍵字:CAD/CAM集成自動(dòng)編程自動(dòng)尋跡刀具軌跡自動(dòng)補(bǔ)償數(shù)

1 引言

近年來(lái),單機(jī)數(shù)控系統(tǒng)逐漸被以微機(jī)為核心的群控系統(tǒng)(DNC)所替代,手工編程正向圖形化自動(dòng)編程過渡,CAD/CAM技術(shù)開始被廣泛地運(yùn)用到制造技術(shù)中。由于AutoCAD軟件的強(qiáng)大繪圖和編輯功能,以及開放的DXF數(shù)據(jù)接口,它已成為圖形輸入平臺(tái)和自動(dòng)編程的重要組成部分。但是,當(dāng)前許多基于AutoCAD的自動(dòng)編程系統(tǒng)按加工順序繪圖,未考慮刀具軌跡的自動(dòng)補(bǔ)償,加工方向需人工設(shè)定。對(duì)于復(fù)雜零件,往往還需要手工確定繪圖參數(shù),有很多不便之處。本文采用ARX開發(fā)技術(shù)及VISUAL C++6.0,對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā),使圖形化輸入、編輯、自動(dòng)尋跡、NC編程、主從通訊過程都在AtuoCAD平臺(tái)下完成,以線切割系統(tǒng)改造為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用主從式控制方式,其中主機(jī)采用中檔微機(jī),從機(jī)采用單片機(jī)系統(tǒng)直接控制線切割機(jī)床。一臺(tái)主機(jī)通過RS—485接口控制多臺(tái)從機(jī),充分利用微機(jī)的強(qiáng)大功能,進(jìn)行圖形輸入、輸出、建立切割工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等工作。主機(jī)的自動(dòng)編程模塊將圖形數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成NC加工指令,并將加工指令傳給從機(jī),從機(jī)依次執(zhí)行,完成加工過程。同時(shí),從機(jī)根據(jù)主機(jī)要求反饋數(shù)據(jù),為實(shí)時(shí)控制、自動(dòng)跟蹤及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立提供依據(jù)。主機(jī)軟件系統(tǒng)包括圖形輸入、工藝參數(shù)處理、自動(dòng)編程、仿真、跟蹤和通訊等六大功能模塊(圖1)。

CAD的線切割加工技術(shù)autocad應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

圖1 主機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 自動(dòng)編程技術(shù)

自動(dòng)編程模塊主要解決自動(dòng)尋跡、加工方向判別、刀具軌跡自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成。其流程如圖2所示。

CAD的線切割加工技術(shù)autocad technology圖片2

圖2 自動(dòng)編程軟件流程圖

3.1 獲取圖形數(shù)據(jù)、生成基本加工閉環(huán)

通過AutoCAD繪圖輸入后生成的DXF文件,利用基于特征的信息建模方法,從中獲取加工實(shí)體特征信息。系統(tǒng)需要的是實(shí)體的幾何信息,因而只需讀取和處理DXF文件的實(shí)體段(ENTITIES Section),并存儲(chǔ)有關(guān)特征信息。根據(jù)這些信息,初步形成零件的輪廓及其構(gòu)成元素間的拓?fù)潢P(guān)系。CAD繪圖實(shí)體在DXF文件中是按其繪圖順序存放的,與加工順序無(wú)關(guān);而在加工閉環(huán)中刪除或添加某一實(shí)體時(shí),由于DXF文件中的實(shí)體并不按加工閉環(huán)的順序存放,因此需按端點(diǎn)連接情況重新排序,形成加工閉環(huán)。這樣,就使繪圖和加工分離,利用AutoCAD進(jìn)行圖形輸入時(shí),則不必關(guān)心實(shí)際加工順序,簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)輸入過程。本系統(tǒng)采用雙鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)實(shí)體信息,雙鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見文獻(xiàn)。

3.2 判別加工方向

本文采用矢量法判斷加工方向。下面以圖3所示的任一加工閉環(huán)為例,來(lái)說(shuō)明加工方向的判別算法。

首先遍歷雙鏈表,找出離X坐標(biāo)軸或Y坐標(biāo)軸最近的端點(diǎn)為加工起點(diǎn), 即D=MIN(|x-x0|,|y-y0|)。令此點(diǎn)為B點(diǎn),其在鏈表中前后兩端點(diǎn)分別為A點(diǎn)和C點(diǎn)。可推知,連接B點(diǎn)兩矢量AB、BC的連接情況將唯一確定原圖形的方向。

CAD的線切割加工技術(shù)autocad technology圖片3

圖3 任一閉環(huán)示意圖

采用矢量法來(lái)判別三角形ABC的方向。為便于編程,按如下原則將矢量方向所屬象限分類。設(shè)點(diǎn)A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yc),則AB=OB-OA=(xBi+yBj)-(xAi+yAj)=(xB-xA)i-(yB-yA)j

當(dāng)xB-xA>0,yB-yA≥0時(shí),AB∈Ⅰ象限;

當(dāng)xB-xA≤0,yB-yA>0時(shí),AB∈Ⅱ象限;

當(dāng)xB-xA<0,yB-yA≤0時(shí),AB∈Ⅲ象限;

當(dāng)xB-xA>0,yB-yA<0時(shí),AB∈Ⅳ象限。

根據(jù)加工起點(diǎn)的選擇原則,可推知矢量AB、BC不可能在同一象限,從而使判斷過程簡(jiǎn)化。閉環(huán)方向判斷流程見圖4。圖4中KⅠ、KⅡ、KⅢ、KⅣ分別表示各象限矢量的斜率。此法編程簡(jiǎn)潔,運(yùn)行速度快,程序執(zhí)行時(shí)間短,能夠精確地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡。

CAD的線切割加工技術(shù)autocad technology圖片4

圖4 矢量法判斷加工方向流程圖

3.3 形成實(shí)際加工軌跡

在形成實(shí)際加工軌跡時(shí),需要考慮加工對(duì)象的凹、凸模特性、鉬絲直徑、放電間隙及加工方向等因素的影響,在自動(dòng)編程系統(tǒng)中確定刀具軌跡補(bǔ)償量,對(duì)基本加工路線加以調(diào)整,才能保證加工精度。設(shè)鉬絲半徑為r鉬,單邊放電間隙為δ電,則加工軌跡偏移補(bǔ)償量為

f=r鉬+δ電 (1)

目標(biāo)工件輪廓一般由直線和圓弧組成(其它曲線可由直線和圓弧擬合得到),因此調(diào)整刀具實(shí)際加工軌跡實(shí)際上是對(duì)圓弧半徑R增大或減小f,和將直線在法線方向上平移f。
設(shè)直線兩端點(diǎn)為Ps(xs,ys),Pe(xe,ye),

原直線的一般方程為L(zhǎng): Ax+By+C=0 (2)

平移f后的直線方程為L(zhǎng)′: Ax+By+C′=0 (3)

其中 (4)

A=ye-ys,B=xs-xe,C=xeys-yexs (5)

對(duì)于圓弧,R′=R±f (6)

公式(4)、(6)中正負(fù)號(hào)的選取取決于工件的凸、凹模特性和加工方向。各種情況下的調(diào)整情況見參考文獻(xiàn)[2]。系統(tǒng)在進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí),精確至1μm。對(duì)各實(shí)體進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后,便得到刀具實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡,從而消除了來(lái)自刀具和放電間隙等工藝參數(shù)帶來(lái)的誤差,提高了加工精度。

實(shí)際加工中工件輪廓可能不光滑,出現(xiàn)拐角、尖角等情況,容易造成斷絲、短路、塌角、空程等問題,可添加過渡圓弧(R≥f),使加工軌跡圓滑過渡,從而保護(hù)鉬絲,提高加工效率。系統(tǒng)按加工順序?qū)Ω鱾€(gè)實(shí)體進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,把加工命令儲(chǔ)存在文件中,并發(fā)送給從機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行加工,從而實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成。

4 結(jié)論

本文所介紹的基于AutoCAD 的CAD/CAM技術(shù),已在我院精密儀器廠得到應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了CKX-1型和DMK6732型數(shù)控電火花線切割機(jī)床的技術(shù)改造及群控管理。使用過程中,用戶只需熟悉基本繪圖操作,按設(shè)計(jì)要求繪圖輸入,而不必關(guān)心加工過程。復(fù)雜計(jì)算及軌跡補(bǔ)償均由自動(dòng)編程系統(tǒng)完成,從而實(shí)現(xiàn)圖形輸入與加工分離。繪圖后通過主機(jī)直接控制從機(jī)加工,實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM一體化。系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件輪廓的精確加工。本系統(tǒng)界面友好,操作簡(jiǎn)便,能夠精確地進(jìn)行自動(dòng)尋跡和刀具軌跡補(bǔ)償,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,減輕了操作人員的負(fù)擔(dān),提高了加工效率。

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