数控线切割3B加工指令的图形化自动编程

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数控线切割机床是利用上下移动的钼丝，对金属进行电火花切割的机床。几十年来，全世界出现了许多系列的线切割机床，其相应的加工指令也有了国际ISO和EIA标准。国产线切割机床因为价格便宜、维修方便、可靠性好、熟练操作人员多而在全国各地有广泛的用户。然而，国产机床广泛采用的是3B格式的加工指令。一般的图形化编程系统(如UGⅡ、MasterCAM等)仅能生成符合ISO和EIA标准的加工代码，对于3B格式代码无能为力。近年来Auto CAD在国内机械行业得到了广泛应用。本文在Auto CAD上开发了一个3B指令图形化自动编程系统，它采用AutoLisp语言读取实体组码数据来转化成3B加工代码，实践证明其精确、实用、效率高。
1　原理
/ Z- S) f( T5 S* _+ i0 ?5 T  N1.1　3B指令代码的格式
　　格式为：B　XY　B　YY　B　J　G　Z
1 R1 S+ C7 _9 o　　其中，B是分隔符。XY和YY：①加工直线时，是直线的终点坐标(原点处于直线的起点)；②加工圆弧时，是其起点坐标(原点处于圆弧的圆心)。J和G：G是计数方向，有X、Y两个方向，分别是Gx和Gy，如图1所示，对于直线，当线处在阴影区域时，G取Gy，否则G取Gx；若圆孤的终点处于阴影区，G取Gx，否则取Gy。J则是加工轨迹(直线或圆弧)在计数方向上的投影线长度或投影长度之和； Z是加工指令，共有12种(如图2)。
! v6 x4 G2 i, @9 c) L* Q1.2　Auto CAD实体选择集及实体组码
　　在Auto CAD中，每个图形元素都可做为独立的实体来处理，还可以用ssget()函数来构造需要的实体选择集。每个实体的数据，都可查找其实体组码来获得。每个实体都有一个实体名，用组码-1表示，还有一个实体类型，如Line、Arc、Pline等，用组码0表示，其他组码关系见下表。
/ V' P' [  W0 }
图1　计数方向选择(左为直线，右为圆弧)
9 K7 D; l4 ]( C
+ J8 w+ U2 m5 `" l3 z. \2 S# _. _图2　加工指令示意图(左为直线，右为圆弧)
下面是一段线的实体组码：
　　(-1.＜Entity name: 60000014＞)
; x& n0 a5 r5 D% Y: z8 F　　(0.”LINE”)
. x6 q( ?3 u$ @) y+ \　　(8.”0”)
　　(10　1.0　2.0　0.0)
# Y8 g8 {  ^6 _　　(11　6.0　6.0　0.0)
/ r" r% ]6 b8 V& {/ _9 ~表　部分组码
) x" Y( u- f; E& U1 r, o8 b' D1 ~组　码
% \* D6 [: `6 s& H直　　线
( b% n0 f7 k, @$ q& n  ~圆　　弧
8 u2 z2 \. G. \+ R/ h8
层名
层名
10
+ E) {1 C8 a) n起点坐标
) T/ d0 }5 L9 X8 B圆心坐标
11
$ w. I! r3 p: ~- n! J/ c" K2 w8 s终点坐标
………
( W2 s" m0 i3 e  f2 m# `7 ^40
7 }  e+ w; q( w/ P# F) p$ D………
半径
# a7 ~6 }- l. g5 u* ]50
………
  @, P# r0 p  v起始角度
- R, O5 ?( Q4 L( A( D, |0 d51
………
终止角度
210
延伸方向
# h0 r0 N# J1 D9 v% I延伸方向
2　程序设计的方法
+ `+ s) j/ p4 ]3 x　　程序首先调用gettfiled()函数创建一个NC文件(该文件以.3B为扩展名)，然后用ssget()函数定义实体选择集(由用户依加工顺序选取)，经解碎后成为“Line”和“Arc”两种类型(经研究发现，对v12.0，图形实体解碎到最后均为Line和Arc，如Fit拟合的pline解碎后为Arc，spline拟合的pline解碎后为line等等)，因此程序的核心以line和Arc为对象。程序调入下一个实体，判断其是line还是Arc，分流后按line或Arc的组码提取几何数据进行计算，最后形成一字符串“B　XX　B　YY　B　J　G　Z”，将这行字符添加到NC文件中去，然后再调入一个实体进行循环计算，这样NC文件就一行一行地增加，直到实体被编辑完毕。
　　对于直线，可用10和11组码提取其起点和终点坐标，然后将原点换到起点，此时XX和YY就是终点坐标。令dx1和dx2分别是XX、YY的绝对值，则当dx1＞dy1时，G＝Gx、J＝dx1，否则，G＝Gy、J＝dy1。对于圆弧，可用10、40、50、51组码提取圆心、半径、起始角度、终止角度。圆弧的问题之一是对投影长度J的计算，如图3所示。
　　圆弧的J计算分成3种情况(图3)，对于①J＝｜Qx－Zhx｜或J＝｜Qy－Zhy｜(Q：起点，Zh：终点)。对于②将原点移到Q点，此时J＝｜Qx＋Zhx｜或J＝｜Qy＋Zhy｜。对于③将原点分别移到Q1、Q2来计算Q1A’和Q2B’：Q1A’＝｜Qx｜或｜Qy｜、Q2B’＝
｜Zhx｜或｜Zhy｜，则J＝Q1A’＋Q2B’＋D。
5 q. F! ^0 w( o. Q/ Z* h0 y
! s% K6 d# r% i% t8 {图3　圆弧投影长度J计算(左为G＝Gx时，右为G＝Gy时)
　　对于圆弧的加工方向问题(顺、逆时针)，由于Auot CAD圆弧的组码数据全按逆时针方向规定，因此本程序将保留上一个实体的终点坐标，将其赋给变量ZhD，若下一个实体是圆弧，则将ZhD与圆弧的起点坐标Qx、y相比较，若相同说明该弧为逆时针，否则该弧为顺时针，此时要将圆弧的起点和终点交换。程序框图见图4。

3　结论
　　实践证明采用本文介绍的方法编制3B加工代码时，操作简便迅速、计算精确、直观可靠、效果显著，对数控编程员的要求有所下降，减轻了劳动的难度，达到了3B加工代码的图形化自动编程的目的。
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