0 引言

　　我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的高速走絲電火花線切割機(jī)床，是目前使用的主要機(jī)種，但由于高速走絲線切割機(jī)床一般采用3B加工代碼，使一般的圖形化編程系統(tǒng)如UG，MasetrCAM無(wú)能為力。因此，高速走絲線切割機(jī)床的編程方式比較落后，主要采用手工編程，致使線切割的大部分功能得不到充分發(fā)揮，使用效率和效益都比較低。而圖形交互式自動(dòng)編程可以直接利用CAD模塊生成的幾何圖形，采用人機(jī)交互的方式，自動(dòng)進(jìn)行必要的計(jì)算處理并編制出數(shù)控加工程序，具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便，以及對(duì)編程人員要求低等優(yōu)點(diǎn)。因此，圖形交互式自動(dòng)編程是目前數(shù)控自動(dòng)編程的首選方法。

1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論

　　1.1 參數(shù)化理論

　　用AutoLISP語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的一個(gè)典型的、最重要的應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化繪圖程序設(shè)計(jì)。參數(shù)化繪圖是指幾何圖形拓?fù)潢P(guān)系不變，尺寸形狀由一組參數(shù)進(jìn)行約束，參數(shù)與圖形的控制尺寸顯示的對(duì)應(yīng)，不同的參數(shù)值驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生不同大小的幾何形狀。

　　例如，圖1所示的圓，首先按照通常的形狀和拓?fù)浼s束關(guān)系定義幾何模型；然后，根據(jù)圓的功能原理和設(shè)計(jì)要求定義尺寸參數(shù)；最后，分析得知該模型圓心O和直徑D是其關(guān)鍵參數(shù)。只要改變圓心O的位置和直徑D的大小，就會(huì)使得幾何圖形重構(gòu)。參數(shù)化繪圖理論在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，是通過(guò)提取實(shí)體屬性表中的參數(shù)來(lái)約束加工軌跡的參數(shù)化模型，由此來(lái)推導(dǎo)加工軌跡中各特征點(diǎn)的計(jì)算關(guān)系，根據(jù)其具體的參數(shù)來(lái)約束加工軌跡的位置和大小。

圖1幾何模型

1.2 3B程序的編寫規(guī)則

　　1.2.1 程序格式

　　我國(guó)數(shù)控線切割機(jī)床采用統(tǒng)一的五指令3B程序，格式為： BxByBJGZ

　　其中：B——分隔符，用它來(lái)區(qū)分、隔離x，Y和J等數(shù)碼，B后的數(shù)字若為0，則可省略不寫；
　　x，ｙ——直線的終點(diǎn)或圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值，編程時(shí)均取絕對(duì)值，μm；
　　J——計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，μm；
　　G——計(jì)數(shù)方向，分Gx或Gy，即可按菇方向或y方向計(jì)數(shù)，工作臺(tái)在該方向每走1μm即計(jì)數(shù)累減1，當(dāng)累減到計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J=0時(shí)，這段程序即加工完畢；
　　Z——加工指令，分為直線￡和圓弧尺兩大類。直線又按走向和終點(diǎn)所在象限分為L(zhǎng)1，L2，L3，L44種(圖2)。圓弧又按第一步進(jìn)入的象限及走向的順，逆圓而分為SRl，SR2，SR3，SR4，及NRl，NR2，NRt3，NR48種(圖3)。

圖2直線所在象限情況

圖3圓弧所在象限情況

1.2.2 直線的編程規(guī)則

　　1)把直線起點(diǎn)作為坐標(biāo)的原點(diǎn)。

　　2)把直線的終點(diǎn)坐標(biāo)值作為x，y，均取絕對(duì)值，單位為μm。

　　3)計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J，按計(jì)數(shù)方向Gx或Gy取該直線在x軸或Y軸上的投影值，以μm為單位，決定計(jì)數(shù)長(zhǎng)度時(shí)，要和選計(jì)數(shù)方向一并考慮。

　　4)計(jì)數(shù)方向的選取原則，應(yīng)取此程序最后一步的軸向?yàn)橛?jì)數(shù)方向。不能預(yù)知時(shí)，一般選取與終點(diǎn)處的走向較平行的軸向作為計(jì)數(shù)方向，這樣可減少編程誤差和加工誤差。對(duì)直線而言，取x，y中較大的絕對(duì)值和軸向作為計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J，和計(jì)數(shù)方向，具體可參照?qǐng)D4。

圖4直線計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和方向判斷

　　5)加工指令按直線走向和終點(diǎn)所在象限不同而分為L(zhǎng)1，L2，13，L4，其中與+并軸重合的直線算作L1，與+y軸重合的直線算作L2，與一髫軸重合的直線算作L3，與-y軸重合的直線算作L4。具體可參考圖2。與茹x，y軸重合的直線，編程時(shí)x，y均可作0，且在B后可不寫。

　　注意：當(dāng)x=y時(shí)，45°和225°取Gy，135°和315°取Gx。具體參照?qǐng)D5。

圖5圓弧加工指令判斷

1.2.3 圓弧的編程規(guī)則

　　1)把圓弧的圓心作為坐標(biāo)原點(diǎn)；

　　2)把圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)值作為x，y，均取絕對(duì)值，單位為μm；

　　3)計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J按計(jì)數(shù)方向取髫軸或Y軸上的投影值，以μm為單位。如圓弧較長(zhǎng)，跨越兩個(gè)以上象限，則分別取計(jì)數(shù)方向x軸(或y軸)上各個(gè)象限投影值的絕對(duì)值相累加，作為該方向的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，也要和選計(jì)數(shù)方向一并考慮，如圖6所示。

圖6圓弧計(jì)數(shù)長(zhǎng)度判斷

　　4)計(jì)數(shù)方向同樣也取與該圓弧終點(diǎn)走向較平行的軸向作為計(jì)數(shù)方向，以減少編程和加工誤差。對(duì)圓弧來(lái)說(shuō)，取終點(diǎn)坐標(biāo)中絕對(duì)值較小的軸向作為計(jì)數(shù)方向(與直線相反)，如圖7所示。最好也取最后一步的軸向?yàn)橛?jì)數(shù)方向。

圖7圓弧計(jì)數(shù)方向判斷

　　5)加工指令對(duì)圓弧而言，按其第一步所進(jìn)入的象限可分為R1，R2，R3，R4；按切割走向又可分為順圓S和逆圓N，于是共有8種指令，即SR1，SR2，SR3，SR4；NR1，NR2，NR3，NR4，見(jiàn)圖3所示。

　　注意：當(dāng)起點(diǎn)位于坐標(biāo)軸上時(shí)，順圓和逆圓的加工指令是不一樣的。具體也可參照?qǐng)D3。
　　1)若起點(diǎn)在x軸正方向上(即α=0°)，則逆圓的加工指令為NR1，順圓的加工指令為SR4。
　　2)若起點(diǎn)在y軸正方向上(即α=90°)，則逆圓的加工指令為NR2，順圓的加工指令為SRl。
　　3)若起點(diǎn)在茗軸負(fù)方向上(即α=180°)，則逆圓弧的加工指令為NR3，順圓的加工指令為SR2。
　　4)若起點(diǎn)在Y軸負(fù)方向上(即α=270°)，則逆圓的加工指令為NR4，順圓的加工指令為SR3。

　　1.3 加工軌跡的偽代碼算法

　　1.3.1 偽代碼算法概述

　　算法是解決“做什么”和“怎么做”的問(wèn)題。做任何事情都有一定的步驟，這些步驟都是按一定的順序進(jìn)行的。廣義的說(shuō)，為解決一個(gè)問(wèn)題而采取的方法和步驟，就稱為“算法”。計(jì)算機(jī)算法可分為兩大類數(shù)值運(yùn)算算法和非數(shù)值運(yùn)算算法。一個(gè)算法應(yīng)該具有以下5個(gè)特點(diǎn)：1)有窮性；2)確定性；3)有零個(gè)或多個(gè)輸入；4)有一個(gè)或多個(gè)輸出；5)有效性。

　　1.3.2 3B指令生成偽代碼算法

　　基于對(duì)線切割數(shù)控程序自動(dòng)生成軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容的理解，設(shè)計(jì)程序偽代碼算法如下：

2 信息獲取模塊

　　要輸出數(shù)控線切割3B程序，關(guān)鍵就是要編寫出直線和圓弧3B程序自動(dòng)生成的程序。而編寫直線和圓弧的3B程序首先要解決的問(wèn)題是直線和圓弧圖形信息的獲取。

　　2.1 直線3B程序模塊

　　編寫直線的3B程序，關(guān)鍵是要得到直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，有了這兩個(gè)參數(shù)后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)其具體的參數(shù)來(lái)約束加工軌跡的位置和大小。最后，根據(jù)3B程序的書寫格式，將數(shù)控程序以ASCII碼的形式輸出到文本文件中。設(shè)計(jì)直線3B程序流程圖(圖8)。

圖8直線3B程序流程圖

　　下面我們以一實(shí)例來(lái)具體介紹算法在程序設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。圖9所示的一條直線，生成其3B程序的Auto LISP程序如下：

圖9直線舉例

　　有了直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)之后，通過(guò)計(jì)算直線在坐標(biāo)軸上的投影，我們就可以得到3B編程五個(gè)參數(shù)中的髫，y值。其中要注意的是，AutoCAD中的繪圖單位和編程單位在數(shù)值上相差1000，單位之間要進(jìn)行轉(zhuǎn)化。具體程序如下：

　　最終直線的3B程序?yàn)?3622363 B288036 13622363Gx L1。

　　以上只是一條直線的例子，其余各種情況下直線線切割3B程序的編寫，均可用上述方法獲得。

　　2.3.2 圓弧3B程序模塊

　　與直線相類似的，為了編寫圓弧的3B程序，我們必須要知道圓弧的圓心、半徑、起點(diǎn)、終點(diǎn)等相關(guān)參數(shù)，才能進(jìn)行編程。設(shè)計(jì)圓弧3B程序自動(dòng)生成的流程圖如圖10所示。

圖10圓弧3B程序流程圈

　　下面，以典型實(shí)例來(lái)闡述算法在程序設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。如圖11所示的圓弧，根據(jù)圓弧3B程序自動(dòng)生成的流程圖，編寫LISP程序如下：

圖11圓弧舉例

　　最終圓弧的3B程序?yàn)锽29484 13210842 B270757 Gy SR2。

　　以上只是第四象限的一條逆圓弧，其余各種情況下圓弧的數(shù)控線切割3B程序均可用以上方法來(lái)獲得。

3 結(jié)語(yǔ)

　　綜上可以看出，通過(guò)對(duì)于Lisp語(yǔ)言的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)圖形交互式自動(dòng)編程，可以直接利用CAD模塊生成的幾何圖形，采用人機(jī)交互的方式，自動(dòng)進(jìn)行必要的計(jì)算處理并編制出數(shù)控加工程序，提高了生產(chǎn)效率。但是如何對(duì)所編寫的3B程序檢驗(yàn)其正確性，也就是3B程序的仿真，是進(jìn)一步研究的方向。