电火花雕刻编程管理论文

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电火花雕刻加工是一种成型加工技术。它借鉴数控铣削加工方式，利用简单电极在数控系统控制下，按照一定轨迹运动，通过简单电极与工件之间在不同相对位置的放电加工出所需工件形状。由于电火花加工靠放电时的电热和非接触加工的特点，已广泛地应用到硬脆材料的加工。由于电火花加工过程中电极的损耗，其编程的加工工艺规划不完全同于一般的数控铣床。

一、系统的整体规划

本系统以Win2000作为操作系统，以VC6.0作为开发工具，在仿真部分采用了OpenGL技术。系统在取得工件的图形信息和加工信息后，经过工艺分析，选择刀具、确定工步和切削用量等，最后生成NC代码文件，并对该代码进行仿真加工，以验证其正确性。因此本系统由输入模块、前置处理模块、后置处理模块和仿真加工模块4部分组成，系统流程图。

二、输入模块中的DXF图形数据的读取

DXF文件是AutoCAD中一种常用的标准图形数据交换文件，在工业上广泛应用于不同图形系统之间的接口。本系统处理的DXF文件是按照在版本号为R14文件标准格式处理，文件中共有6个段组成，即标题段(HEADER)、类段(CLASSES)、表格段(TA-BLES)、块段(BLOCKS)、实体段(ENTITIES)和对象段(OBJECTS)，每一段都以SECTION标志开始，以END-SEC标志结尾，文件尾有结束标志EOF。文件中的图元主要有POINT、LINE、CIRCLE、ARC、SPLINE、SOL-ID、POLYLINE和3DFACE、3DSOLID、3DLINE等，每个图元都以组码0开始，以组码0结束，这些图元都出现在BLOCKS段和ENTITIES段区域中。由于电火花铣削加工，主要加工平面和各种形状的曲面，工件使用三维实体造型，因此主要处理三维实体。

三、前置处理

前置处理主要是获取加工轨迹的过程，为后置处理生成NC加工程序提供必要的刀位数据。其主要任务有:①DXF的数据冗余处理;②根据加工的精度要求对提取的图形信息重新组织图形数据;③根据电火花加工工艺选择确定加工路径，并最终产生刀具轨迹。

(1)DXF的数据冗余处理CAD模型中采用表面离散化处理来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边形图元就是CAD实体模型表面离散化后所得到的所有图元的集合。在形成DXF文件时，组成网格的每个三角形面片或四边形面片的所有顶点都要被记录，因此每个顶点都要被多次记录在不同的面片中，文件的数据冗余现象非常严重。所以要对DXF文件中数据冗余进行处理，去除重复记录的顶点数据。方法是把所有顶点都存储在数组中，每次读取顶点数据时，都进行查找比较，如果该点存在，返回该点的位置，如果不存在，添加该点，返回点的位置，在每个面片的数据区中，只存储顶点所在数组中的位置。

(2)分层截面模型的建立和重构电火花雕刻加工采用分层去除的加工方法，所以首先建立分层的截面模型。型腔分层截面由具有封闭边界的一个或多个平面图形构成，因此边界数据的求取是建立截面模型的关键，也是进行刀位计算的基础。通过实体的表面离散化处理，可以把分层截面与实体表面的求交简化为平面与平面的求交，进一步简化为平面和小面片边的交点，如图2所示a、b、c、d点，然后对每层交点按其拓扑结构进行重构，就可以获得分层截面边界模型。

CAD模型的实体表面三角化处理时，各小面片是连续分布的。在取得每层所有的交点之后还要对交点按其相邻的物理顺序进行重构处理。方法如下:由于每个交点至少属于两个平面，，交点b同时属于A、B平面，c点同时属于B、C平面，相邻的两个交点必同时属于一个共同的平面，所以在计算交点的同时还要存储交点所属的平面，已备重构使用。对于交点正好是多个小面片的共有顶点时，要做特殊标记并同时记录下此顶点所在的所有平面，然后用上述方法处理。

(3)封闭截面轮廓边界多边形关系对于一个封闭的三维实体，型腔分层截面轮廓由闭合的一个或多个平面图形构成，即由一系列外形轮廓和若干内部轮廓构成。轮廓则是由一系列几何实体(如直线)以首尾相连的方式构成的环。通常将构成外轮廓的环称为外环，构成内轮廓的环称为内环。在重构完成后，会产生一个或几个封闭的截面多边形，因此还要判断这几个封闭的截面多边形的包容关系。判断这几个封闭多边形哪些是型腔的外轮廓边界，哪些是内轮廓边界，并以此来判断哪部分是零件部分，哪部分是要加工的切料部分。因为各个环之间互不相交，各个环之间的包容关系可用点和封闭多边形的包容关系确定。

(4)编程的误差控制和过切控制按重构原则处理过的交点已经构成了分层截面的模型，但是还要进一步处理。在加工内轮廓时，则需要向里偏移一个电极半径R和侧面放电间隙Ce。abcd为内边界点，为偏移量，ab与bc的夹角为α，bc与cd的夹角为β，如果弦长bc很小，而偏移量e又比较大时，就会发生图3所示的情况，偏移之后的刀具路径变为，导致产生的刀具路径错误而发生过切。从图中的关系可以确定产生这种情况的最小弦长。当发生这种情况时，首先要选用合适的电极半径。但是电极半径减小会导致加工效率的降低。其次采用三次样条插值为弦abc构造一条曲线代替真实的曲线，在曲线的cd段重新选取点，代替c点，重新计算以满足最小弦长要求，以此方法可以消除这种发生过切的情况。

由于本系统采用若干直线段逼近给定曲线，会产生逼近误差。为了保证加工精度要求，使逼近误差小于或等于编程允许误差，考虑到工艺要求及计算误差的影响，一般误差δ取零件公差σ的1/5～1/10。这里用构造的三次样条插值曲线代替真实的曲线，计算每条直线段的误差是否满足误差要求。一般在每条线段的中点，误差最大，如果满足误差要求即，不再处理这个点，否则，添加一个新的点c使其满足。可以采用等误差或等步长的方法，全部重新计算所有点，计算出一条新的边界截面多边形以满足加工要求。

(5)电火花加工工艺和运动轨迹规划为了简化电火花雕刻过程中的电极损耗补偿策略，实现电极的等损耗加工，采用电极端面放电方式，每一层的加工厚度小于放电间隙，把放电过程局限于电极底部。在基于电极底面放电的电极等损耗分层电火花雕刻加工中，如果没有电极损耗的补偿，则随着扫描运动的继续，加工表面将由于电极长度的减小而出现斜度。为减小加工误差，采用相邻的两层面的加工用往复的运动方式，即下一次走刀将沿原路径返回。为减小加工表面的残余高度保证加工精度，电极的运动轨迹保持一定的重叠率，并采用横向和纵向结合的方式减少加工轮廓侧壁的加工痕迹。为了保证加工的精度和效率，分别采用粗加工和精加工，设置相应的加工工艺参数。

四、后置模块处理

在生成数控代码时，要根据主轴运动的设定情况进行主轴的运动控制，包括主轴启停与进给速度指令的控制。根据前置模块生成的刀具轨迹文件可以很容易转换为数控加工NC代码文件。这里采用的RS-274数控代码文件标准，基本操作利用功能处理模块提供的参数，完成数控系统对相关走刀功能的指令描述，并输出到NC数控文件。

五、仿真加工

仿真加工模块由代码的词法和语法检查进行正确性检查，NC代码解释器用于产生刀具的轨迹信息和机床部件运动的有关信息。其动态和静态仿真采用OpenGL技术，可仿真过程的执行和输出显示结果。图5所示的零件图，是系统读取图形DXF文件后，根据文件描述的图元信息重新生成并由OpenGL图形系统显示。

六、结语

在加工实践中证明该系统产生的NC程序，满足了加工的精度要求。产生的代码，加工效率比较高，并可以在加工前进行仿真，很容易检查刀具轨迹的正确性，是否存在过切，加工路径是否满足加工要求。