電火花雕刻編程管理論文

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電火花雕刻加工是一種成型加工技術。它借鑒數控銑削加工方式，利用簡單電極在數控系統控制下，按照一定軌跡運動，通過簡單電極與工件之間在不同相對位置的放電加工出所需工件形狀。由于電火花加工靠放電時的電熱和非接觸加工的特點，已廣泛地應用到硬脆材料的加工。由于電火花加工過程中電極的損耗，其編程的加工工藝規劃不完全同于一般的數控銑床。

一、系統的整體規劃

本系統以Win2000作為操作系統，以VC6.0作為開發工具，在仿真部分采用了OpenGL技術。系統在取得工件的圖形信息和加工信息后，經過工藝分析，選擇刀具、確定工步和切削用量等，最后生成NC代碼文件，并對該代碼進行仿真加工，以驗證其正確性。因此本系統由輸入模塊、前置處理模塊、后置處理模塊和仿真加工模塊4部分組成，系統流程圖。

二、輸入模塊中的DXF圖形數據的讀取

DXF文件是AutoCAD中一種常用的標準圖形數據交換文件，在工業上廣泛應用于不同圖形系統之間的接口。本系統處理的DXF文件是按照在版本號為R14文件標準格式處理，文件中共有6個段組成，即標題段(HEADER)、類段(CLASSES)、表格段(TA-BLES)、塊段(BLOCKS)、實體段(ENTITIES)和對象段(OBJECTS)，每一段都以SECTION標志開始，以END-SEC標志結尾，文件尾有結束標志EOF。文件中的圖元主要有POINT、LINE、CIRCLE、ARC、SPLINE、SOL-ID、POLYLINE和3DFACE、3DSOLID、3DLINE等，每個圖元都以組碼0開始，以組碼0結束，這些圖元都出現在BLOCKS段和ENTITIES段區域中。由于電火花銑削加工，主要加工平面和各種形狀的曲面，工件使用三維實體造型，因此主要處理三維實體。

三、前置處理

前置處理主要是獲取加工軌跡的過程，為后置處理生成NC加工程序提供必要的刀位數據。其主要任務有:①DXF的數據冗余處理;②根據加工的精度要求對提取的圖形信息重新組織圖形數據;③根據電火花加工工藝選擇確定加工路徑，并最終產生刀具軌跡。

(1)DXF的數據冗余處理CAD模型中采用表面離散化處理來使之接近要加工工件的曲面或雕刻面，所以在DXF文件中大量的三角形或四邊形圖元就是CAD實體模型表面離散化后所得到的所有圖元的集合。在形成DXF文件時，組成網格的每個三角形面片或四邊形面片的所有頂點都要被記錄，因此每個頂點都要被多次記錄在不同的面片中，文件的數據冗余現象非常嚴重。所以要對DXF文件中數據冗余進行處理，去除重復記錄的頂點數據。方法是把所有頂點都存儲在數組中，每次讀取頂點數據時，都進行查找比較，如果該點存在，返回該點的位置，如果不存在，添加該點，返回點的位置，在每個面片的數據區中，只存儲頂點所在數組中的位置。

(2)分層截面模型的建立和重構電火花雕刻加工采用分層去除的加工方法，所以首先建立分層的截面模型。型腔分層截面由具有封閉邊界的一個或多個平面圖形構成，因此邊界數據的求取是建立截面模型的關鍵，也是進行刀位計算的基礎。通過實體的表面離散化處理，可以把分層截面與實體表面的求交簡化為平面與平面的求交，進一步簡化為平面和小面片邊的交點，如圖2所示a、b、c、d點，然后對每層交點按其拓撲結構進行重構，就可以獲得分層截面邊界模型。

CAD模型的實體表面三角化處理時，各小面片是連續分布的。在取得每層所有的交點之后還要對交點按其相鄰的物理順序進行重構處理。方法如下:由于每個交點至少屬于兩個平面，，交點b同時屬于A、B平面，c點同時屬于B、C平面，相鄰的兩個交點必同時屬于一個共同的平面，所以在計算交點的同時還要存儲交點所屬的平面，已備重構使用。對于交點正好是多個小面片的共有頂點時，要做特殊標記并同時記錄下此頂點所在的所有平面，然后用上述方法處理。

(3)封閉截面輪廓邊界多邊形關系對于一個封閉的三維實體，型腔分層截面輪廓由閉合的一個或多個平面圖形構成，即由一系列外形輪廓和若干內部輪廓構成。輪廓則是由一系列幾何實體(如直線)以首尾相連的方式構成的環。通常將構成外輪廓的環稱為外環，構成內輪廓的環稱為內環。在重構完成后，會產生一個或幾個封閉的截面多邊形，因此還要判斷這幾個封閉的截面多邊形的包容關系。判斷這幾個封閉多邊形哪些是型腔的外輪廓邊界，哪些是內輪廓邊界，并以此來判斷哪部分是零件部分，哪部分是要加工的切料部分。因為各個環之間互不相交，各個環之間的包容關系可用點和封閉多邊形的包容關系確定。

(4)編程的誤差控制和過切控制按重構原則處理過的交點已經構成了分層截面的模型，但是還要進一步處理。在加工內輪廓時，則需要向里偏移一個電極半徑R和側面放電間隙Ce。abcd為內邊界點，為偏移量，ab與bc的夾角為α，bc與cd的夾角為β，如果弦長bc很小，而偏移量e又比較大時，就會發生圖3所示的情況，偏移之后的刀具路徑變為，導致產生的刀具路徑錯誤而發生過切。從圖中的關系可以確定產生這種情況的最小弦長。當發生這種情況時，首先要選用合適的電極半徑。但是電極半徑減小會導致加工效率的降低。其次采用三次樣條插值為弦abc構造一條曲線代替真實的曲線，在曲線的cd段重新選取點，代替c點，重新計算以滿足最小弦長要求，以此方法可以消除這種發生過切的情況。

由于本系統采用若干直線段逼近給定曲線，會產生逼近誤差。為了保證加工精度要求，使逼近誤差小于或等于編程允許誤差，考慮到工藝要求及計算誤差的影響，一般誤差δ取零件公差σ的1/5～1/10。這里用構造的三次樣條插值曲線代替真實的曲線，計算每條直線段的誤差是否滿足誤差要求。一般在每條線段的中點，誤差最大，如果滿足誤差要求即，不再處理這個點，否則，添加一個新的點c使其滿足。可以采用等誤差或等步長的方法，全部重新計算所有點，計算出一條新的邊界截面多邊形以滿足加工要求。

(5)電火花加工工藝和運動軌跡規劃為了簡化電火花雕刻過程中的電極損耗補償策略，實現電極的等損耗加工，采用電極端面放電方式，每一層的加工厚度小于放電間隙，把放電過程局限于電極底部。在基于電極底面放電的電極等損耗分層電火花雕刻加工中，如果沒有電極損耗的補償，則隨著掃描運動的繼續，加工表面將由于電極長度的減小而出現斜度。為減小加工誤差，采用相鄰的兩層面的加工用往復的運動方式，即下一次走刀將沿原路徑返回。為減小加工表面的殘余高度保證加工精度，電極的運動軌跡保持一定的重疊率，并采用橫向和縱向結合的方式減少加工輪廓側壁的加工痕跡。為了保證加工的精度和效率，分別采用粗加工和精加工，設置相應的加工工藝參數。

四、后置模塊處理

在生成數控代碼時，要根據主軸運動的設定情況進行主軸的運動控制，包括主軸啟停與進給速度指令的控制。根據前置模塊生成的刀具軌跡文件可以很容易轉換為數控加工NC代碼文件。這里采用的RS-274數控代碼文件標準，基本操作利用功能處理模塊提供的參數，完成數控系統對相關走刀功能的指令描述，并輸出到NC數控文件。

五、仿真加工

仿真加工模塊由代碼的詞法和語法檢查進行正確性檢查，NC代碼解釋器用于產生刀具的軌跡信息和機床部件運動的有關信息。其動態和靜態仿真采用OpenGL技術，可仿真過程的執行和輸出顯示結果。圖5所示的零件圖，是系統讀取圖形DXF文件后，根據文件描述的圖元信息重新生成并由OpenGL圖形系統顯示。

六、結語

在加工實踐中證明該系統產生的NC程序，滿足了加工的精度要求。產生的代碼，加工效率比較高，并可以在加工前進行仿真，很容易檢查刀具軌跡的正確性，是否存在過切，加工路徑是否滿足加工要求。