CAD的线切割加工技术

2013-05-28 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

介绍了主从式数控线切割加工系统的组成结构,讨论了自动编程过程中的自动寻迹、方向判别和刀具轨迹自动补偿等关键技术,实现了AutoCAD环境下数控线切割加工CAD/CAM的集成。

曾周末;薛欣伟来源:制造技术与机床
关键字:CAD/CAM集成自动编程自动寻迹刀具轨迹自动补偿数

1 引言

近年来,单机数控系统逐渐被以微机为核心的群控系统(DNC)所替代,手工编程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。由于AutoCAD软件的强大绘图和编辑功能,以及开放的DXF数据接口,它已成为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的自动编程系统按加工顺序绘图,未考虑刀具轨迹的自动补偿,加工方向需人工设定。对于复杂零件,往往还需要手工确定绘图参数,有很多不便之处。本文采用ARX开发技术及VISUAL C++6.0,对AutoCAD进行二次开发,使图形化输入、编辑、自动寻迹、NC编程、主从通讯过程都在AtuoCAD平台下完成,以线切割系统改造为目标实现CAD/CAM的集成。

2 系统结构

系统采用主从式控制方式,其中主机采用中档微机,从机采用单片机系统直接控制线切割机床。一台主机通过RS—485接口控制多台从机,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。主机的自动编程模块将图形数据信息转换成NC加工指令,并将加工指令传给从机,从机依次执行,完成加工过程。同时,从机根据主机要求反馈数据,为实时控制、自动跟踪及工艺参数数据库的建立提供依据。主机软件系统包括图形输入、工艺参数处理、自动编程、仿真、跟踪和通讯等六大功能模块(图1)。

CAD的线切割加工技术autocad应用技术图片图片1

图1 主机软件系统结构

3 自动编程技术

自动编程模块主要解决自动寻迹、加工方向判别、刀具轨迹自动补偿等功能,实现CAD/CAM的集成。其流程如图2所示。

CAD的线切割加工技术autocad technology图片2

图2 自动编程软件流程图

3.1 获取图形数据、生成基本加工闭环

通过AutoCAD绘图输入后生成的DXF文件,利用基于特征的信息建模方法,从中获取加工实体特征信息。系统需要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),并存储有关特征信息。根据这些信息,初步形成零件的轮廓及其构成元素间的拓扑关系。CAD绘图实体在DXF文件中是按其绘图顺序存放的,与加工顺序无关;而在加工闭环中删除或添加某一实体时,由于DXF文件中的实体并不按加工闭环的顺序存放,因此需按端点连接情况重新排序,形成加工闭环。这样,就使绘图和加工分离,利用AutoCAD进行图形输入时,则不必关心实际加工顺序,简化了数据输入过程。本系统采用双链表数据结构存储实体信息,双链表数据结构见文献。

3.2 判别加工方向

本文采用矢量法判断加工方向。下面以图3所示的任一加工闭环为例,来说明加工方向的判别算法。

首先遍历双链表,找出离X坐标轴或Y坐标轴最近的端点为加工起点, 即D=MIN(|x-x0|,|y-y0|)。令此点为B点,其在链表中前后两端点分别为A点和C点。可推知,连接B点两矢量AB、BC的连接情况将唯一确定原图形的方向。

CAD的线切割加工技术autocad technology图片3

图3 任一闭环示意图

采用矢量法来判别三角形ABC的方向。为便于编程,按如下原则将矢量方向所属象限分类。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∈Ⅰ象限;

当xB-xA≤0,yB-yA>0时,AB∈Ⅱ象限;

当xB-xA<0,yB-yA≤0时,AB∈Ⅲ象限;

当xB-xA>0,yB-yA<0时,AB∈Ⅳ象限。

根据加工起点的选择原则,可推知矢量AB、BC不可能在同一象限,从而使判断过程简化。闭环方向判断流程见图4。图4中KⅠ、KⅡ、KⅢ、KⅣ分别表示各象限矢量的斜率。此法编程简洁,运行速度快,程序执行时间短,能够精确地实现自动寻迹。

CAD的线切割加工技术autocad technology图片4

图4 矢量法判断加工方向流程图

3.3 形成实际加工轨迹

在形成实际加工轨迹时,需要考虑加工对象的凹、凸模特性、钼丝直径、放电间隙及加工方向等因素的影响,在自动编程系统中确定刀具轨迹补偿量,对基本加工路线加以调整,才能保证加工精度。设钼丝半径为r钼,单边放电间隙为δ电,则加工轨迹偏移补偿量为

f=r钼+δ电 (1)

目标工件轮廓一般由直线和圆弧组成(其它曲线可由直线和圆弧拟合得到),因此调整刀具实际加工轨迹实际上是对圆弧半径R增大或减小f,和将直线在法线方向上平移f。
设直线两端点为Ps(xs,ys),Pe(xe,ye),

原直线的一般方程为L: Ax+By+C=0 (2)

平移f后的直线方程为L′: Ax+By+C′=0 (3)

其中 (4)

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

对于圆弧,R′=R±f (6)

公式(4)、(6)中正负号的选取取决于工件的凸、凹模特性和加工方向。各种情况下的调整情况见参考文献[2]。系统在进行有关计算时,精确至1μm。对各实体进行相应调整后,便得到刀具实际运动轨迹,从而消除了来自刀具和放电间隙等工艺参数带来的误差,提高了加工精度。

实际加工中工件轮廓可能不光滑,出现拐角、尖角等情况,容易造成断丝、短路、塌角、空程等问题,可添加过渡圆弧(R≥f),使加工轨迹圆滑过渡,从而保护钼丝,提高加工效率。系统按加工顺序对各个实体进行插补运算,把加工命令储存在文件中,并发送给从机系统进行加工,从而实现了CAD/CAM的集成。

4 结论

本文所介绍的基于AutoCAD 的CAD/CAM技术,已在我院精密仪器厂得到应用,实现了CKX-1型和DMK6732型数控电火花线切割机床的技术改造及群控管理。使用过程中,用户只需熟悉基本绘图操作,按设计要求绘图输入,而不必关心加工过程。复杂计算及轨迹补偿均由自动编程系统完成,从而实现图形输入与加工分离。绘图后通过主机直接控制从机加工,实现了CAD/CAM一体化。系统还可以实现复杂工件轮廓的精确加工。本系统界面友好,操作简便,能够精确地进行自动寻迹和刀具轨迹补偿,运行稳定可靠,减轻了操作人员的负担,提高了加工效率。

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