基于DXF文件的數控旋壓機床自動編程系統

2011-08-02 08:13:28楊家榮徐志明

上海電氣技術 2011年4期

關鍵詞：信息

楊家榮，徐志明，周吉

（上海電氣集團股份有限公司中央研究院，上海200070）

旋壓技術是利用旋輪或搟棒等旋壓工具與芯模使毛坯邊旋轉邊成型，生產金屬空心回轉體件的一種回旋成形工藝[1]。旋壓時，金屬毛坯隨芯模旋轉或旋壓工具繞毛坯和芯模旋轉，旋壓工具相對芯模作進給運動，從而使毛坯受壓并產生連續局部變形以獲得零件。旋壓產品具有較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，力學性能好。一般的旋壓采用的旋輪制造簡單，更換容易；因此，旋壓工藝在國防、化工、冶金、電子、機械等領域起到了越來越大的作用，特別在火箭、導彈和宇航等有關零件的制造方面得到了很好的應用。傳統的旋壓主要是采用手工旋壓的方式，以燈罩加工為例，主要由工人采用搟棒的形式加工而成，對工人操作技術要求較高，生產效率較低，勞動強度大，質量不夠穩定，工件一致性較差。隨著數控技術的發展，數控機床已經越來越廣泛地應用在機械制造行業，不少廠家也開始使用數控機床作為旋壓機床，但旋壓工件由于幾何形狀復雜，計算相當繁瑣，手工編程一般難以勝任，甚至無法編出程來；因此，能夠快速、準確地編制一個能立刻用于加工的程序就成為數控旋壓機床發展和應用的一個重要環節。

1 系統結構

燈罩旋壓加工的加工過程是以一個圓形鋁片毛坯，如圖1所示，將鋁片夾持在旋轉主軸的芯模端，如圖2所示。依靠旋輪按照事先規劃好的進給運動軌跡不斷來回，對鋁片連續逐點壓下，改變鋁片的形狀，完成整個成型。由此可見，加工一個零件并不是一次成型的，而是需要經過中間多道次的拉伸過渡。否則，容易引起鋁片的破損，起褶皺，甚至斷裂[2]。

圖1 鋁片毛坯

圖2 燈罩芯模

對于一個合格的燈罩產品，如圖3所示，如何方便合理地規劃進刀的軌跡是數控旋壓機床加工生產的一個重要課題。

本系統采用的自動編程方式主要原理如下：首先，啟動AutoCAD，在CAD環境下完成刀路軌跡的規劃，生成繪圖交換格式（Drawing Exchange Format，DXF）文件；其次，進入所編寫的自動編程系統，系統首先讀取旋壓零件DXF文件圖形信息，獲得其幾何信息，通過人工交互輸入相關的加工工藝參數、主軸轉速等信息，針對數控系統經后置處理生成相應的走刀軌跡程序，經數控系統仿真無誤后，即可正式加工，從而實現燈罩產品的數控旋壓自動編程。其系統結構如圖4所示。

圖3 燈罩產品設計圖

圖4 系統結構圖

2 DXF文件分析及程序設計

2.1 DXF文件的結構

AutoCAD提供了一個中性格式的DXF文件，在圖形繪制后，即可另存為DXF文件。DXF圖形交換文件是一個具有特定格式的順序文件，因它采用ASCAII碼或者二進制格式存儲數據；因此，便于被高級語言讀寫。

AutoCAD環境下生成的DXF文件主要有6個段（SECTION），分別是標題段（HEADER）、類段（CLASS）、表段（TABLES）、塊段（BLOCKS）、實體段（ENTITIES）和對象段（OBJECTS），分別存放著版本號和系統變量、系統定義的各種表段、塊段和實體段這3段中出現的類信息、系統表信息、圖形塊信息、圖形文件中所有非幾何實體信息。每段由一系列組組成，每個組占兩行，第一組稱為組碼，第二組稱為組值[3－4]。因為數控編程中所需要提取的數據只是圖形元素的幾何信息數據，所以可以對存放在文件頭段、類段、表段和對象段中的信息予以忽略，直接處理實體段即可。本系統設計中所需要的實體信息包括：直線（LINE）、圓弧（ARC）、樣條曲線（SPLINE）。

2.2 DXF文件的數據提取

如前所述，數控旋壓機床在編制程序時，通過分析實體段（ENTITIES），取出所需信息即可完成DXF文件的準確輸出，其余各段的信息均可忽略。系統首先需要判斷，所讀取的實體信息是直線、圓弧、還是樣條曲線。對于直線，只需要提取直線的兩個端點，對于圓弧，則提取圓心坐標、半徑、起始角、終止角。對于樣條曲線，則提取其各條連續線的各個點的坐標。Visual Basic（VB）6.0中對DXF文件數據讀取和流程處理如圖5所示。

圖5 DXF文件數據讀取和處理流程

部分處理程序的VB代碼如下：

圓弧與樣條曲線的處理與直線類似，所不同的是，數控系統走圓弧指令時，需要圓弧終點的信息，而DXF文件中給出的圓弧是角度信息；因此，需要程序處理中作一個轉化，計算出終點的坐標值。程序樣例如下：

2.3 數控代碼生成

數控（Numerical Control，NC）系統執行的位置信息均是根據目標點的坐標位置來執行的，一般數控系統均具有直線插補指令（G01），圓弧插補指令（G12，G13），高級的數控系統還具有樣條插補指令。對于沒有樣條插補指令的系統而言，可以通過本次開發的自動編程軟件將樣條曲線的階次提高，所組成樣條曲線的連續線數量也就增多，然后用數控系統的直線插補指令來完成這些連續線的進給規劃，雖然存在部分擬合誤差，但只要該樣條曲線的階次足夠高，所產生的連續線數量足夠多，其誤差對于旋壓而言，是完全可以接受的。通過仿真軌跡的結果來看，實際曲線也是幾乎完全接近的。樣條曲線的階次提高處理部分代碼如下：

對數控系統而言，各品牌的系統對加工程序的格式要求基本相同，將前面程序處理DXF文件得到的坐標信息按照數控格式要求，寫入到NC程序中去即可。另外可加入相關的工藝參數，如進刀速度、主軸轉速等信息。最終開發的自動編程軟件界面如圖6所示。產生的NC代碼如圖7所示，可通過記事本打開檢查，并導入數控系統中先進行仿真，確認無誤后即可用于正式加工執行[4]。

3 結語

本課題所開發的自動編程軟件現已成功應用于燈罩旋壓機床的編程，機床如圖8所示。用戶可以方便地通過調整AutoCAD中設計的走刀軌跡直線、圓弧、樣條曲線來自動生成相應的數控加工程序代碼[5]。解決了手工編程效率低的問題，實現了燈罩產品的數控旋壓自動加工。旋壓生產的燈罩如圖9所示。軟件通用性好，稍加改動后即可用于其他產品的數控加工中去。