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
1.1　3B指令代码的格式
$ Y$ _. Q9 K0 b, B  }5 Q6 I　　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)。
1 `  W8 ], Z- v4 @8 `# w1.2　Auto CAD实体选择集及实体组码
6 l  j3 t8 i( O) O% M1 F+ b7 f　　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。
& h2 M7 D2 F) w7 ^# L# I
+ ~1 z9 l0 |- e) U+ O图1　计数方向选择(左为直线，右为圆弧)

: n; m" ]& }7 u, O$ n( G8 G! V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＞)
6 ~. j3 [3 {, P8 t9 r: b) ^3 q　　(0.”LINE”)
　　(8.”0”)
　　(10　1.0　2.0　0.0)
　　(11　6.0　6.0　0.0)
表　部分组码
组　码
直　　线
圆　　弧
: A9 @/ q5 O! D+ L$ X2 @) i2 d% u8
层名
$ D9 T, F' Y) _. W层名
  Y- k; w; d  X1 B* C* U4 M10
% `8 x$ M# \! j5 L. ?起点坐标
圆心坐标
( j$ _: B$ N+ O! _11
% q4 R: j& P* A8 [+ Q终点坐标
………
40
………
  l7 d. {+ X# r1 [/ {0 [半径
50
- i8 v2 G/ c# B6 ~, F………
起始角度
! j. M: p9 c4 ], l51
………
终止角度
210
延伸方向
5 n! P, d+ d, y' G' X" {延伸方向
9 J' O0 J' I  \  R2　程序设计的方法
　　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。
1 t) t( e) E/ \! i4 H! |- X　　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’＝
3 A: _& z4 H- `' ]2 l. v/ h) L: O｜Zhx｜或｜Zhy｜，则J＝Q1A’＋Q2B’＋D。

; f; N( S; C/ H4 \5 |' V4 h4 \: X图3　圆弧投影长度J计算(左为G＝Gx时，右为G＝Gy时)
, Z. M/ J- A, @5 r0 F　　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。
7 m7 a) k9 `# O9 q7 R1 @
$ G, t8 W; `0 ]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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