A电火花线切割加工CAD_CAM系统与自动编程关键技术.pdf

电火花线切割加工CAD CAM系统 与自动编程关键技术 天津大学 薛欣伟 曾周末 饶 键 摘 要 以电火花线切割机改造为目标 针对目前电火花线切割加工自动编程系统的 不足 提出了电火花线切割CAD CAM集成技术 介绍了系统结构 并重点阐明了自动编程中 自动寻迹 加工方向自动判别和刀具轨迹自动补偿等关键技术 实践证明是行之有效的 Abstract Aiming at improving the WEDM machining this paper presents the integration of CAD CAM technique applicable to WEDM machining The system architecture is introduced and the key techniques in the process of automatic programming such as automatic path planning automatic direction judgement and automatic compersation of cutter path are dealt with in this article These techniques prove effective in real machining 关键词 电火花线切割加工 CAD CAM 自动编程 1 引言 近年来 数控加工技术正发生着巨大的 变化 原有的单机数控系统正逐渐被以微机 为核心的群控系统 DNC 所取代 复杂烦琐 的手工计算编程也正向图形化自动编程过 渡 CAD CAM技术开始被广泛地运用到制 造技术中 并成为发展趋势 由于AutoCAD软件的强大绘图和编辑功 能及开放性DXF数据接口 它已成为普遍采 用的CAD设计 图形输入平台和自动编程的 重要 组 成 部 分 但 是 当 前 许 多 基 于 AutoCAD的自动编程系统 大都要求按加工 顺序绘图 未考虑刀具实际轨迹的自动补偿 加工 方 向 需 人 工 设 定 没 有 充 分 利 用 AutoCAD的强大绘图和图形编辑功能 对操 作人员要求较高 对于一些复杂的零件 往 往还需手工计算确定绘图参数 有很多不便 之处 收稿日期 1999 04 02 本文采用ARX开发技术及VISUAL C 5 0对AutoCAD进行二次开发 将图形化 输入 编辑 自动寻迹 刀具轨迹补偿和NC 编程的整个过程都在AutoCAD平台下完成 以电火花线切割机改造为目标实现了CAD CAM的集成 2 电火花线切割加工CAD CAM系统 结构 系统采用群控技术 主从式控制方式 主机采用中档微机 可配以打印机 绘图仪和 扫描仪等辅助设备 从机采用单片机系统直 接控制电火花线切割机 一台主机通过串行 RS 485总线控制多台从机 可充分利用微 机的强大功能 进行图形输入 输出 建立切 割工艺参数数据库等工作 主机完成图形处 理并自动编程后将加工指令传递给从机 从 机依次执行 完成加工过程 同时 从机根据 主机的要求反馈 为进行实时控制 自动跟踪 及工艺参数数据库的建立提供依据 便于主 参 考 文 献 1 刘晋春 赵家齐编 特种加工 北京 机械工业出版社 1994 2 王蔚岷 电火花加工放电状态多参数检测及微机自适应 控制脉冲电源和系统的研究 博士学位论文 哈尔滨 哈尔滨工业大学 1985 4 电加工 1999年第4期 机进行误差分析及补偿 主机软件系统构成 如图1所示 图1 系统软件结构 3 自动编程 自动编程系统主要解决以下问题 自动 寻迹 使得绘图人员不再考虑加工问题 由程 图2 自动编程流程图 序自动将待加工图形转换成实际加工数据 实现CAD CAM的集成 自动编程流程如图 2所示 3 1 获取图形数据 从AutoCAD生成的DXF数据转换文件 中获取加工实体特征信息 直线 圆弧 多边 形等 DXF数据交换文件是具有专门格式 的ASC 码文本文件 我们关心的是实体的 几何信息 因而只需读取和处理DXF文件的 实体段 ENTITIES Section 并将有关特征信 息存储起来 在DXF文件中 直线的特征参 数为起点和终点坐标 圆弧的特征参数为圆 心坐标 半径和起始角 编程所用的数据结 构如下 typedef struct node3dlink Define Double2link pointer struct node char entity 20 The name of the entity boolean direction Direction in manufacturing clockwise or counter2clockwise struct point doublex y pStart pEnd pCenter Respectively the two ends and center of arc double k a b c The Values ofA B CinAx By C 0 k is the slope coefficient of a line double radius startAngle endAngle dlink Llink Rlink Pointers that link the double2link table 3 2 生成基本加工路线 根据构成零件的实体元素信息 初步形 成零件的轮廓及其构成元素之间的拓朴关 系 CAD绘图实体在DXF文件中按照其绘 图顺序存放 与加工的顺序无关 而当闭环中 删除或添加某一实体时 在DXF文件中也不 是按照闭环顺序存放 因此需按端点连接情 况进行重新排序 这样 绘图和加工分离 可 充分利用AutoCAD软件的强大绘图与编辑功 能 而不必关心实际加工的顺序 大大方便了 数据输入 这里采用双链表数据结构 形成 闭环 生成基本加工路线 3 3 加工方向自动判别 加工的顺时针或逆时针方向 直接影响 刀具实际轨迹的自动生成 本文采用矢量法 下面以任意形式的闭环ABCDEFG为例 图 3 来说明加工方向的判别算法 图3 任意闭环示意图 首先确定加工起点 遍历双链表 找出 距X坐标轴或Y坐标轴距离最近的端点为加 工起点 即使得D MIN x x0 y y0 令此点为B点 其在链表中前后两端点 5 电加工 1999年第4期 分别为A点和C点 作连接C和A的线段 若点A和B及B和 C间是圆弧连接 则可作直线连接来代替 可 以推出 三角形ABC的方向唯一确定原图形 的方向 采用矢量法来判别三角形ABC方 向 矢量在二维空间有 x x y y 8 种方向 为了便于编程 可按如 下原则对矢量方向进行分类 设点A xA yA B xB yB C xC yC 则AB OB OA xBi yBj xAi yAj xB xA i yB yA j 当xB xA 0 yB yA 0时 AB 第 象限 当xB xA 0 yB yA 0时 AB 第 象限 当xB xA0 yB yA 0时 AB 第 象限 可以推知 顺 逆 时针方向矢量连接符 合图4所示的连接原则 若两个连接矢量所 图4 矢量连接图 属象限在图中位置连续 可据图4直接判断 其方向 在同一象限或不连续时 如 则需比较其斜率进一步判断 由于AB BC 不可能在同一象限 便简化了判断过程 判断 流程见图5 此法简便易行 简化了程序编 制 程序执行时间短 图5 矢量法判断加工方向流程图 6 电加工 1999年第4期 3 4 刀具轨迹自动补偿 如图6所示的电火花线切割加工零件 钼丝半径为r钼 放电间隙 单边 为 电 则钼 丝的偏移补偿量为f r钼 电 由此可见 在自动编程中考虑加工对象的凹凸性 钼丝 直径 放电间隙等工艺参数 确定刀具轨迹补 偿量 对基本加工路线进行相应的调整 是保 证加工精度和质量的关键步骤 由于目标工 件的轮廓一般由直线和圆弧组成 因此在进 行刀具实际加工轨迹的调整时 只需要对直 线和圆弧的情况进行处理 对圆弧只涉及半 径R的增大或减小 对于直线 需将其在法线 方向上平移f 图6 刀具轨迹示意图 由直线的两个端点Ps x s ys Pe x e ye 可得直线L Ax By C 0的参数A B C分别为A ye ys B xs xe C xeys yexs 2 平移f后的直线方程为L Ax By C 0 由两平行线间的距离公式可得 f C C A2 B2 C C fA2 B2 3 关于正负号的选取 需根据是左平移还 是右平移来确定 取P x y L P x y L 若是左平移 当y y 时 有x x 0 即 x x C C A fA2 B2 A 0 即PsPe位于第 象限时 取C C fA2 B2 否则C C fA2 B2 同理 可推出右平移时正负号的选取情 况 调整刀具实际加工轨迹时 需考虑工件 的凸 凹模特性及加工方向的影响 加工方向 决定直线平移的方向及圆弧半径的变化 将 与加工方向相同的圆弧称为顺圆 反之为逆 圆 各种情况下刀具的轨迹调整见下表 根据 下表调整各个实体的参数 便完成了刀具轨 迹的生成任务 刀具轨迹形成圆弧 直线调整情况表 象限 矢量直线 象限 矢量直线 X轴平行线Y轴平行线顺圆逆圆 凸模 顺时针左平移右平移 x 0 上 x 0 左 y 0 下 x 0 右 y 0 下 x 0 右 y 0 上 x 0 左 y 0 右 R fR f 3 5 添加过渡圆弧 在实际加工中 目标工件轮廓可能不光 滑 会出现拐角 尖角等情况 容易造成断丝 短路 空程等现象 于是采用加入过渡圆弧的 办法对尖角加以处理 取过渡圆弧的半径R f 这样使整个加工轨迹圆滑过渡 有利 于保护钼丝 提高加工效率 3 6 NC插补数据的生成和传输 按实际加工顺序对各个实体进行插补运 算 把步进电机在X和Y轴方向的运动用命 令字的形式储存在文件中 并发给数控系统 进行加工 从而实现CAD CAM的集成 7 电加工 1999年第4期 结构陶瓷电火花加工模型化 山东工程学院 王斌修 李淑玉 摘 要 针对结构陶瓷电火花加工特性 对高能小脉宽电火花加工进行了模型化分析 提出可利用模型化分析不同材料最大熔化体积的变化规律 预测某种材料电火花加工的可行 性 确定高的加工效率 低的工具电极损耗的工艺参数 Abstract The pesent work gives the model of process of high power short EDM in the light of structural ceramics special characteristics Analysing the properties of the curve of the maximum melting volume of different materials by use of given model it is easier to predic the machinability of different materials and to pick up technological parameters with witch the maximum maching rate and least wear of electrodes can be reached 关键词 结构陶瓷 电火花加工 模型化 1 引言 为了能充分认识电火花加工的性能特 点 预测某种材料电火花加工的可行性 需建 立电火花加工的数学物理模型 由于影响因 素多 一个模型不能适用于所有的电火花加 工条件 先后出现了几种适合于某个具体条 件的电火花加工模型 如用于热力学分析的 各种热源模型 用于蚀除机理分析的阴阳极 腐蚀模型等 到目前为止 这些模型大多数 处于半定量化的阶段 涉及因素越多的模型 在模型应用时所进行的假设越多 因而使模 型的适用性大大降低 如日本东京大学的研 究者 1 为了理论分析最优化放电脉冲形式 收稿日期 1999 03 22 而假设在特定时刻 电极放电点的熔化深度 是个特定值 假定熔化状态的电极材料是在 某个特定的时刻抛出 而且该时刻与脉冲持 续时间无关 由于假设得不现实 这一理论 分析无法适用于电火花加工装置的设计 尤 其对于新型材料的电火花加工 笔者分析和 实验结果表明 脉冲电流后沿的变化率可用 来控制工具电极的损耗 模型的建立要达到 真正能够预测并指导电火花加工 应针对具 体材料的特性和具体加工要求 包络主要参 数 提出能为实验重复验证的假设条件 本 文针对结构陶瓷电火花加工特性 对高能小 脉宽电火花加工进行了分析 提出了分析不 同材料的最大熔化体积的变化规律 预测某 种材料电火花加工的可行性 确定高加工效 4 结束语 本文结合基于AutoCAD R14环境的电火 花线切割编程加工系统 介绍了该系统的结 构 并针对电火花线切割加工CAD CAM集 成系统的关键技术进行了分析和介绍 尤其 对自动编程中加工方向的判断及刀具实际加 工轨迹的自动调整技术进行了详尽的介绍 实践证明 本文所介绍的