近年來，單機數(shù)控系統(tǒng)逐漸被以微機為核心的群控系統(tǒng)(DNC)所替代，手工編程正向圖形化自動編程過渡，CAD/CAM技術(shù)開始被廣泛地運用到制造技術(shù)中。由于AutoCAD軟件的強大繪圖和編輯功能，以及開放的DXF數(shù)據(jù)接口，它已成為圖形輸入平臺和自動編程的重要組成部分。但是，當前許多基于AutoCAD的自動編程系統(tǒng)按加工順序繪圖，未考慮刀具軌跡的自動補償，加工方向需人工設定。對于復雜零件，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AutoCAD進行二次開發(fā)，使圖形化輸入、編輯、自動尋跡、NC編程、主從通訊過程都在AtuoCAD平臺下完成，以線切割系統(tǒng)改造為目標實現(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，其中主機采用中檔微機，從機采用單片機系統(tǒng)直接控制線切割機床。一臺主機通過RS—485接口控制多臺從機，充分利用微機的強大功能，進行圖形輸入、輸出、建立切割工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫等工作。主機的自動編程模塊將圖形數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成NC加工指令，并將加工指令傳給從機，從機依次執(zhí)行，完成加工過程。同時，從機根據(jù)主機要求反饋數(shù)據(jù)，為實時控制、自動跟蹤及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立提供依據(jù)。主機軟件系統(tǒng)包括圖形輸入、工藝參數(shù)處理、自動編程、仿真、跟蹤和通訊等六大功能模塊(圖1)。

　　圖1　主機軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　3　自動編程技術(shù)

　　自動編程模塊主要解決自動尋跡、加工方向判別、刀具軌跡自動補償?shù)裙δ埽瑢崿F(xiàn)CAD/CAM的集成。其流程如圖2所示。

　　圖2　自動編程軟件流程圖

　　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，從中獲取加工實體特征信息。系統(tǒng)需要的是實體的幾何信息，因而只需讀取和處理DXF文件的實體段(ENTITIES Section),并存儲有關(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)成元素間的拓撲關(guān)系。CAD繪圖實體在DXF文件中是按其繪圖順序存放的，與加工順序無關(guān);而在加工閉環(huán)中刪除或添加某一實體時，由于DXF文件中的實體并不按加工閉環(huán)的順序存放，因此需按端點連接情況重新排序，形成加工閉環(huán)。這樣，就使繪圖和加工分離，利用AutoCAD進行圖形輸入時，則不必關(guān)心實際加工順序，簡化了數(shù)據(jù)輸入過程。本系統(tǒng)采用雙鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲實體信息，雙鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見文獻。

　　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，來說明加工方向的判別算法。

　　首先遍歷雙鏈表，找出離X坐標軸或Y坐標軸最近的端點為加工起點， 即D=MIN(|x-x0|,|y-y0|)。令此點為B點，其在鏈表中前后兩端點分別為A點和C點。可推知，連接B點兩矢量AB、BC的連接情況將唯一確定原圖形的方向。

　　圖3　任一閉環(huán)示意圖

　　采用矢量法來判別三角形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。設點A(xA，yA),B(xB，yB),C(xC，yc)，則AB=OB-OA=(xBi yBj)-(xAi yAj)=(xB-xA)i-(yB-yA)j

　　當xB-xA>0,yB-yA≥0時，AB∈Ⅰ象限;

　　當xB-xA≤0,yB-yA>0時，AB∈Ⅱ象限;

　　當xB-xA<0,yB-yA≤0時，AB∈Ⅲ象限;

　　當xB-xA>0,yB-yA<0時，AB∈Ⅳ象限。

　　根據(jù)加工起點的選擇原則，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。此法編程簡潔，運行速度快，程序執(zhí)行時間短，能夠精確地實現(xiàn)自動尋跡。

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　　圖4　矢量法判斷加工方向流程圖

　　3.3　形成實際加工軌跡

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

　　f=r鉬 δ電　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

　　目標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)整刀具實際加工軌跡實際上是對圓弧半徑R增大或減小f，和將直線在法線方向上平移f。

　　設直線兩端點為Ps(xs,ys),Pe(xe,ye)，

　　原直線的一般方程為L：　Ax By C=0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　平移f后的直線方程為L′：　Ax By C′=0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　其中　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4)

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

　　對于圓弧，R′=R±f　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6)

　　公式(4)、(6)中正負號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[2]。系統(tǒng)在進行有關(guān)計算時，精確至1μm。對各實體進行相應調(diào)整后，便得到刀具實際運動軌跡，從而消除了來自刀具和放電間隙等工藝參數(shù)帶來的誤差，提高了加工精度。

　　實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，從而保護鉬絲，提高加工效率。系統(tǒng)按加工順序?qū)Ω鱾€實體進行插補運算，把加工命令儲存在文件中，并發(fā)送給從機系統(tǒng)進行加工，從而實現(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用，實現(xiàn)了CKX-1型和DMK6732型數(shù)控電火花線切割機床的技術(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，按設計要求繪圖輸入，而不必關(guān)心加工過程。復雜計算及軌跡補償均由自動編程系統(tǒng)完成，從而實現(xiàn)圖形輸入與加工分離。繪圖后通過主機直接控制從機加工，實現(xiàn)了CAD/CAM一體化。系統(tǒng)還可以實現(xiàn)復雜工件輪廓的精確加工。本系統(tǒng)界面友好，操作簡便，能夠精確地進行自動尋跡和刀具軌跡補償，運行穩(wěn)定可靠，減輕了操作人員的負擔，提高了加工效率。