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
( e6 C# n6 d+ K2 g; j' [0 l( |1.1　3B指令代码的格式
　　格式为：B　XY　B　YY　B　J　G　Z
　　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)。
% y0 ?1 U. `* Q- L1 X' M2 r1.2　Auto CAD实体选择集及实体组码
5 N8 |% j  R# }0 p; |　　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。
1 }* V( w1 u0 `
4 Z4 L0 A* i5 J0 \图1　计数方向选择(左为直线，右为圆弧)

8 l9 B+ k( F: j% A0 o! ~. D- y* B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＞)
　　(0.”LINE”)
6 J  m, p  }* e! S" P" a　　(8.”0”)
　　(10　1.0　2.0　0.0)
" x, s- O) t) r: G　　(11　6.0　6.0　0.0)
; H- a1 {( N* E# i表　部分组码
; t5 `- Y: b4 t. n, Z/ Z1 {组　码
直　　线
# Y* g/ v3 x5 r3 G/ p3 @5 t+ A$ Z9 T圆　　弧
8
层名
2 P/ P. \; o- p" x层名
% d. K( J4 s; U6 {, V) R, \9 W10
起点坐标
圆心坐标
6 l0 b7 x9 i6 J11
终点坐标
………
" m* U2 p# s. `6 Q: F40
5 O( T( s& ^# m" t6 c8 q………
/ r) s/ h( R& G3 d, k( P半径
8 B$ f9 }% v* y1 Q0 d50
………
( U2 n) _; j& c起始角度
51
5 A9 f- ]! E1 h+ c' J/ h………
终止角度
1 C1 U! U0 ]+ O, a' V210
延伸方向
延伸方向
, y/ K1 u  o! Q8 g- n- m! R2　程序设计的方法
0 @# o1 i' g" O! P+ a& d$ b　　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。
; j6 [( [7 ?% c7 Q; v2 h! s　　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。
- A7 i+ {: |( g4 |; w: \$ S7 P8 R& C　　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’＝
# q4 ^: K1 y, w  S# E, f- R3 Y! Z｜Zhx｜或｜Zhy｜，则J＝Q1A’＋Q2B’＋D。
' K. B. L5 n) r5 B& K2 H9 B
& E  H  d9 ]5 b! O# o$ ^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。

4 h& l) w! P3 y$ e1 E3　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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