基于图形交换文件方式的电火花铣削自动编程系统

图1 DXF文件接口程序流程简图
(a)	(b)
图2 侧面轮廓

接口程序流程图如图1所示。 2 加工方向的自动判别获得零件几何信息后，通过补偿工具半径(圆柱形工具)就可生成工具轨迹。在进行工具半径补偿时，工具中心的偏移方向由轮廓内外特性和加工方向(加工闭环的旋向)决定。轮廓的内外特性在加工时设定，而加工方向须根据轮廓图和工具进给方向来确定。因此，加工方向的判别是解决工具补偿的基础。零件轮廓一般由直线和圆弧组成，因此我们讨论这两种图形组成的平面轮廓工具轨迹的计算。 将多边形各边当作矢量来看待，矢量方向为走刀方向，各矢量按走刀顺序依次连接。如图1中的M1M2、…、M7M8、M8M1。圆弧轮廓则取起点和终点的连线。图中箭头表示工具走刀方向。对于图2(a)所示图形，各项点均为凸点，判别方法较简单。通过判断任意一个顶点相邻两矢量的叉积即可确定加工闭环的旋向。规定加工闭环逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。则当两矢量叉积为正时，加工方向逆时针走向：反之为顺时针走向。但对于图2(b)所示轮廓，这种方法就不行了。我们设计了以下两种判别方法。 顶点旋向累积判断法 定义顶点旋向为顶点相邻两矢量的叉积方向。对于任意一个平面图形，其加工方向与各顶点旋向有关。若旋向为正的顶点数多于为负的顶点数，加工方向为正：反之为负。可以验证，这种方法对于任何平面图形都是有效的。但顶点数较多时，运算量较大。 极点判别法 定义多边形的极点为x坐标最小的顶点。通过判断极点的旋向即可得出加工闭环方向。具体说来，首先在双链表中选出极点和相邻两矢量(若有多个极点则任选一个)，计算其叉积。叉积为正，加工方向为正(逆时针)：反之加工方向为负(顺时针)。极点判别法与多边顶点数无关，所以计算量较小。 3 工具轨迹的计算根据前面判断出的加工方向，就可计算出工具轨迹。设工具半径为dr工，单边放电间隙为d，则工具中心的偏移量b=d+r工。

外轮廓 负 0≤，   取“+” p/2≤，<3p/2 取“-” 3p/2≤，≤2p 取“+” 正 0≤，   取“-” p/2≤，<3p/2 取“+” 3p/2≤，≤2p 取“-” 内轮廓 负 0≤，   取“-” p/2≤，<3p/2 取“+” 3p/2≤，≤2p 取“-” 正 0≤，   取“+” p/2≤，<3p/2 取“-” 3p/2≤，≤2p 取“+”

内轮廓 顺圆 r-b 逆圆 r+b 外轮廓 顺圆 r+b 逆圆 r-b

直线轮廓 圆弧轮廓 对于直线轮廓，需将直线沿走刀方向的法线方向平移距离b，已知直线两端点A(xa，ya)、B(xb，yb)，可得直线方程y=kx+c 

平移后直线方程为y=kx+c'，c'可由下式计算出

c'=c-f(1+k2)½

(1)

式中正负号根据加工方向和轮廓的内外特性来选取。设矢量与X轴的夹角为a，表1为不同情况下的取值。 圆弧轮廓的补偿较直线简单，只涉及圆弧半径r的增大或减小。首先要判断圆弧方向。从DXF文件我们可以获得圆弧的起点和终点坐标、圆弧半径以及起始角和终止角，这样可得到圆弧的起点和终点处的切矢，起点切矢与终点切矢的叉积决定了圆弧的方向。判断规则是：叉积为正，逆圆：叉积为负，顺圆。判断出圆弧方向后，利用表2进行工具轨迹补偿。 经过处理后，便完成了工具轨迹的自动补偿。但在两实体相交形成尖角时，还需对尖角进行过渡处理，避免尖角处工具产生的干涉或工具轨迹不连续现象。我们采用圆弧过渡的方法对尖角进行预处理，解决了这一问题。 根据最后得到的工具轨迹，经过后置处理即可生成数控代码。 4 结论 AutoCAD输出的DXF文件为电火花铣削加工的CAD/CAM集成提供了基础。本文根据DXF文件结构，开发了提取实体信息的接口软件，并提出了两种判别加工方向的方法。它们都能有效地判断出平面图形的旋向。根据加工方向和轮廓的内外特性，即可计算出工具轨迹。这就为最终数控代码的生成打下了基础。利用本文所述方法，可以迅速、可靠地获得工具轨迹。但是，按照本文方法得到的工具轨迹是理论轨迹，没有考虑加工过程中工具的损耗。要实现电火花铣削加工CAD/CAM 的集成，并达到较好的工艺效果，还要解决加工过程中工具损耗动态补偿的问题。