火焰切割機系統開發中的圖形自動編程運用

張鵬飛

（晉城市金菲機電有限公司， 山西 晉城 048000）

數控編程為數控加工過程中的主要內容，其對加工質量與生產效率具有直接影響。數控編程包括自動編程與手工編程，手工編程應用到幾何形狀不復雜零件中，其計算量比較小，方便編制。自動編程就是使用計算機實現數控機床程序的編制工作，根據不同的輸入方式，自動編程系統包括圖形輸入及語言輸入兩種方式。現代國內的數控火焰切割機大部分都具備自動編程系統，利用語言編程實現。但是此編程并不直觀，對于編程人員素質比較高，使用不方便。所以，開發功能完善、使用方便的數控火焰切割機圖形自動編程系統尤為重要。

1 系統的總體設計

此系統基于IBM PC 系列微機中的中文Windows平臺使用面向對象程序設計開發。對比傳統程序設計的方法，面向對象程序設計沒有傳統編程語言中控制結構概念，其將現實世界描述事物方法對問題進行描述，使復雜事物分解成為獨立對象，各個對象相互協調實現復雜功能，以此使各模塊獨立，提高程序擴充性與重用性。

此系統主要包括加工零件輸入和數控代碼生成，數控加工部分得到切割結合信息方法有多重，比如動態連接技術通過切割件圖形輸入部分直接得到，或者通過圖形文件中讀取[1]。圖1 為系統的設計流程。

圖1 系統的設計流程

2 圖形自動編程實現

2.1 圖形信息的提取

以加工圖形復雜程度，使其劃分成為套環與單環兩種圖形。在CAD 中，圖形實體都是通過數據方式在數據庫中存儲，每個實體具有相互對應的實體數據表，實體數據表通過子表方式構成，每個子表都是通過DXF 文件組碼方式給出。實體段幾何圖形包括圓弧、點、折線、直線等，在實際描繪線切割加工軌跡過程中只是使用部分。在本文系統開發過程中使用MicroDraw 第三方控件實現DXF 文件的處理[2]。

以單環圖形處理為例，元素信息在DXF 文件中是根據繪圖順序進行存儲的，因為繪圖過程中具備隨意性，各個相互連接的實體存儲順序并不連接。火焰切割無法跳躍加工，那么各個元素就要以切割加工的順序重新排列，創建實體元素拓撲關系，實現基本加工路線的生成。圖2 為單環處理，加工人員對每個圖形都要對起割點A 點手動的標記，使其作為程序加工段開始，之后以此使在結構體數組存儲的元素起點坐標對比起割點坐標，使類似于起割點坐標圖元成為第一段加工程序，使此圖元終點坐標成為下個起始點，和剩余元素起點坐標對比得到第二段技工程序。以此類推，得到最后圖元終點坐標和標記起割點坐標一樣。使得到的全部圖元信息根據首位相互連接方式進行排列，構成封閉輪廊，添加加工過程中的工藝需求，自動變成單環圖形[3]。

2.2 圖形信息的處理

對自動編程來說，信息都在DXF 文件中，在實體段中存儲。那么只要以數據存儲格式編程提取實體，之后根據一定格式在數據文件中存儲，對自動變成程序進行提供就行。圖3 為提取文件數據的框架。

圖3 提取文件數據的框架

在DXF 信息讀取過程中，能夠以相應格式進行存儲。在數控切割機自動編程系統中，能夠實現直線起點和終點坐標、圓弧起點和圓心坐標的存儲。圖4 為需要切割的零件，能夠使用任意的軟件繪圖之后在DXF 中存儲，通過此零件圖形DXF文件得到信息實現數據格式的重新存儲。

通過DXF 文件中實現幾何元素讀取為無序的，便于后續的處理。首先，利用簡單程序對圖形結合元素數量進行確定，之后通過循環從第一個元素到n 個元素實現排序。排序的思路就是對文件第i 個元素，對其終點和第i+1 個元素起點重合進行檢驗。如果是，那么他們相互連接；如果不是，那么檢驗其是否和終點重合。如果使，交換第i+1 個元素起點與終點，他們還是相接。如果不滿足上述條件，就對下個元素進行校驗。如果尋找相互連接元素是第j 個元素，使第i+1 個元素交換位置。以此類推，直到尋找全部首尾相接元素，完成第一個輪廊排序。

對實體來說，每個輪廊都要封閉，因為造型或者其他方面原因，會導致同個輪廊不封閉，所以就要封閉其他的輪廊。檢驗輪廊封閉非常的檢查，只需要使同個輪廊第一個元素起點與最后元素終點進行對比[4]。

2.3 切割程序的生成

通過信息處理之后的數據，以不同控制系統要求，對各個加工段坐標增量進行計算，根據相應格式排列實現加工程序的生成。對于XVP 型數控火焰切割機來說，加工部分直線要根據順序寫入文件中。如果加工部分表示圓弧段，那么要計算終點就相當于圓心與起點和起點x 坐標值和y 坐標值，并且根據順序寫入到文件中，之后以順弧或者逆弧，在數據段最后添加“+”后者“-”。圓加工程序或者圓弧加工程序的生成方法類似，只是終點相對起點坐標值為零，這個時候相應位置有兩個“+”和“-”就行。在數據段最后寫“-”或者“+”。對火焰切割來說，還要實現熄弧、引弧、快速移動和脈沖當量等信息。通過圖4 工件自動編程之后，就生成圖5 的數據。

圖5 生成數控火焰切割機加工程序

3 運行實例

現將哈爾濱某公司數控火焰切割機SKG-3A 型為例，說明粗插補方法。使用連續點LINE 命令，頂點對零件實體輪廊外形所產生NC 代碼過程進行描述。SK94開發界面要求生成DXF 文件內輪廊描述在第0 層，外輪廊使用其它層描述，內外輪廊描述順序隨意。SK94 只是重視ARC、CIRCLE 和LINE 中的內容。在CAD 零件圖形描述過程中能夠隨意利用尺寸標注，不同類型線型描述命令，封閉內外輪廊。圖6 為編譯的過程。

其一，進入到CAD 界面中設置頁面，圖層設置兩個。使目前圖層設置為圖層1，設置SNAP 為ON 的狀態，GRIP 柵格為ON 狀態，圖層顏色為紅色。

其二，單擊文本輸入按鈕，在彈出的對話框中將文字進行輸入。比如“年”，對字體與字符大小進行選擇。

其三，使0 圖層作為目前圖層，默認白色。單擊LINE 圖層或者繪制下拉菜單中對直線進行選擇，遇圓時以粗插補原理，多幾點進行描述。

其四，使1 圖層設置為目前圖層，隱藏，切換0 圖層。設置捕捉為ON 狀態，在起始輪廊點中點擊。完成操作，保存。

其五，通過校驗，將圖層顯示，使生成NC 代碼到運動控制卡中傳輸。數控火焰其各級利用傳輸電纜和DNC 網絡得到信息后實現加工[5]。

4 結束語

利用CAD 生成實體中具有大量信息，分析實體造型或者圖形能夠提取有效數據，利用輪廊分配與排序等處理，實現相應應用程序的開發，能夠降低設計工作量，實現數據傳遞自動設計，充分使用CAD/CAM 系統數據交換文件，對于制造行業具有幫助。