0 引言

　　電火花雕刻加工是一種成型加工技術(shù)。它是借鑒數(shù)控銑削加工方式，利用簡單電極在數(shù)控系統(tǒng)控制下，按照一定軌跡運動，通過簡單電極與工件之間在不同相對位置的放電加工出所需工件形狀。由于電火花加工靠放電時的電熱和非接觸加工的特點，已廣泛地應用到硬脆材料的加工。由于加工過程中電極的損耗，其編程的加工工藝不完全同于一般的數(shù)控銑床，同時，數(shù)控電火花雕刻加工的數(shù)控編程也制約著機床的使用效率和加工效率。

1 系統(tǒng)的整體規(guī)劃

　　本系統(tǒng)以Win2000作為操作系統(tǒng)，以VC6．0作為開發(fā)工具，在仿真部分采用了OpenGL技術(shù)。系統(tǒng)在取得零件的加工信息后，經(jīng)過工藝分析，選擇刀具、確定工步和切削用量，最后生成NC代碼文件，并對該代碼進行仿真加工，以驗證其正確性。因此本系統(tǒng)由輸入模塊、前置處理模塊、后置處理模塊和仿真加工模塊四部分組成。系統(tǒng)流程如圖1所示。換文件，是ASCⅡ碼文件，既可以存儲二維圖形數(shù)據(jù)也可以存儲三維圖形數(shù)據(jù)，并且格式簡單，讀取操作較為方便，在工業(yè)上廣泛應用于不同圖形系統(tǒng)之間的接口。本系統(tǒng)處理的DXF文件是按照版本號為R14文件標準格式處理，文件中共有六個段組成，即標題段(HEADER)、類段(classes)、表格段(table)、塊段(blocks)、實體段(entities)和對象段(objects)，每一段都以SECTION標志開始，以ENDSEC標志結(jié)尾，文件尾有結(jié)束標志EOF。文件中的圖元主要有POINT，LINE，CIRCLE，ARC，SPLINE，SOUD，POLYLINE和3DFACE，3DSOLID，3DLINE等，這些圖元都出現(xiàn)在BLOCKS段和ENTITIES段區(qū)域中。由于電火花銑削加工主要加工平面和各種形狀的曲面，因此，零件使用三維實體造型，主要處理三維實體。

3 前置處理

　　前置處理主要是獲取加工軌跡的過程，為后置處理生成NC加工程序提供必要的刀位數(shù)據(jù)。其主要任務有：1)DXF的數(shù)據(jù)冗余處理；2)根據(jù)加工的精度要求對提取的圖形信息重新組織圖形數(shù)據(jù)；3)根據(jù)電火花加工工藝選擇確定加工路徑，并最終產(chǎn)生刀具軌跡。

　　3.1 DXF的數(shù)據(jù)冗余處理

CAD模型中采用表面離散化處理來近似原來的曲面或雕刻面，所以在DXF文件中大量的三角形或四邊形圖元就是CAD實體模型表面離散化后所得到的所有圖元的集合。在形成DXF文件時，組成網(wǎng)格的每個三角形面片或四邊形面片的所有頂點都要被記錄，因此每個頂點都要被多次記錄在不同的面片中，因此文件的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象非常嚴重，所以要對DXF文件中數(shù)據(jù)冗余進行處理，去除重復記錄的頂點數(shù)據(jù)。方法是把所有頂點都存儲在數(shù)組中，每次讀取頂點數(shù)據(jù)時，都進行查找比較，在每個面片的數(shù)據(jù)區(qū)中，只存儲頂點所在數(shù)組中的位置。

　　3.2 分層截面模型的建立和重構(gòu)

　　電火花雕刻加工采用分層去除的加工方法，所以首先建立分層的截面模型。型腔分層截面由具有封閉邊界的一個或多個平面圖形構(gòu)成，因此邊界數(shù)據(jù)的求取是建立截面模型的關(guān)鍵，也是進行刀位計算的基礎(chǔ)。通過實體的表面的離散化處理，可以把分層截面與實體表面的求交簡化為平面與平面的求交，然后對每層交點按其拓撲結(jié)構(gòu)進行重構(gòu)，就可以獲得分層截面邊界模型。

　　CAD模型的實體表面三角化處理時，各小面片是連續(xù)分布的。在取得每層所有的交點之后還要對交點進行重構(gòu)處理，方法如下：由于每個交點至少屬于兩個平面，交點b同時屬于A、B平面，c點同時屬于曰、c平面，所以相鄰的兩個交點必同時屬于一個共同的平面，所以在計算交點時同時還要存儲交點所屬的平面，已備重構(gòu)使用。對于交點正好是多個小面片的共有的頂點時，要做特殊標記并同時記錄下此頂點所在的所有平面，并用上述方法處理。

3.3 編程的誤差控制和過切控制

　　按重構(gòu)原則處理過的交點已經(jīng)構(gòu)成了分層截面的模型，但是還要進一步處理，在加工內(nèi)輪廓時，則需要向里偏移一個電極半徑R和側(cè)面放電間隙ce，如圖4所示，口6cd為內(nèi)邊界點，e=R+ce為偏移量，曲與6c的夾角為a，be與以的夾角為口，如果弦長6c很小，而偏移量e又比較大時，就會發(fā)生圖示的情況，導致產(chǎn)生的刀具路徑錯誤發(fā)生過切，從圖中的關(guān)系可以確定產(chǎn)生這種情況的最小弦長

　　當發(fā)生這種情況時，首先要選用合適的電極半徑，但是電極半徑減小會導致加工效率的降低，其次采用三次樣條插值為弦abe構(gòu)造一條曲線，代替真實的曲線，在曲線的曲段重新選取b：點代替b點重新計算，以此方法可以消除這種情況。

　　由于本系統(tǒng)采用若干直線段逼近給定曲線，會產(chǎn)生逼近誤差，為了保證加工精度要求，使逼近誤差小于或等于編程允許誤差，考慮到工藝要求及計算誤差的影響，一般取零件公差的1／5～1／10。這里可以用構(gòu)造的三次樣條曲線，計算每條直線段的誤差，可以采用等誤差或等步長的方法，重新用直線替代該曲線，直到滿足加工允許的誤差要求。

3.4 電火花加工工藝和運動軌跡規(guī)劃

　　為了簡化電火花雕刻過程中的電極損耗補償策略，實現(xiàn)電極的等損耗加工，采用電極端面放電方式，每一層的加工厚度小于放電間隙，把放電過程局限于電極底部。在基于電極底面放電的電機等損耗分層電火花雕刻加工中，如果沒有電極損耗的補償，則隨著掃描運動的積蓄，加工表面將由于電極長度的減少而出現(xiàn)斜度，為減少加工誤差，采用相鄰的兩層面的加工用往復的運動方式，即下一次走到將沿原路徑返回。為減少加工表面的殘余高度保證加工精度，電極的運動軌跡保持一定的重疊率，并采用橫向和縱向結(jié)合的方式減少加工輪廓側(cè)壁的加工痕跡。為了保證加工的精度和效率，分別采用粗加工和精加工，設置相應的加工工藝參數(shù)。

4 后置處理

　　在生成數(shù)控代碼時，要根據(jù)主軸運動的設定情況進行主軸的運動控制，包括主軸啟停與進給速度指令的控制。根據(jù)前置模塊生成的刀具軌跡文件可以很容易轉(zhuǎn)換為數(shù)控加工NC代碼文件，這里采用的RS-274數(shù)控代碼文件標準，基本操作利用功能處理模塊提供的參數(shù)，完成數(shù)控系統(tǒng)對相關(guān)走刀功能的指令描述，并輸出到NC數(shù)控文件。

　　4.1 形成數(shù)控代碼

　　使用行切法確定刀具軌跡，然后編寫數(shù)控代碼。常用的行切方式有兩種：往復走刀和單向走刀。這種行切方式要先設定一組水平或垂直平行線(平行線間距根據(jù)刀具半徑和刀具重疊率設定)，然后求出平形線與刀具補償后工件輪廓線的所有交點，并把這些交點按順序存放。以距離前一刀位點最近的一個交點為起點開始排序刀位點，并沿著直線和輪廓線走完所有的交點；從直線終點所在的環(huán)上，按照路徑最短原則尋找下一個直線段的起點，并將這段路程也作為一段刀位軌跡。若環(huán)上的互交點都被訪問過，則進行跳刀，在另一個邊界環(huán)上繼續(xù)進行，直到所有的邊界環(huán)都被訪問過為止。這種算法可以最大限度地避免跳刀，對保證工件加工效率非常有利的。連接的方法最簡單，只要將這些刀位點按照走刀方式排列順序連接起來即可，但是，由于跳刀和空程很多，加工效率低。

　　為利用往復式走刀進行說明刀具軌跡確定的方法。行切路徑和輪廓產(chǎn)生的交點a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，m，n，r，p，f，s和u就是要求的刀位點，根據(jù)最小刀位行程和最少跳刀原則安排的刀具路徑為：abedhimlptusnrkjfgde。為了減少跳刀，把點c，d，f，g，j，k，n和r存入堆棧，等排序完最后一行刀位點s和u之后，再從堆棧中取出存入的點，安排刀具路徑，然后把刀位信息轉(zhuǎn)換為G代碼軌跡格式并且存人文件就可以得到數(shù)控代碼文件。需要說明的是，電火花數(shù)控銑削加工程序中除了刀具運動軌跡代碼以外，還要附有加工條件代碼，如脈沖電源參數(shù)等，同時，還要嵌入可供隨時調(diào)用的抬刀程序代碼。

5 仿真加工和實驗與結(jié)論

　　利用電火花數(shù)控銑削加工自動編程技術(shù)，編制的電火花銑削自動編程系統(tǒng)基本解決了常用零件的銑削加工自動編程問題通過進一步細化刀具損耗補償方法及完善工藝數(shù)據(jù)庫，就可以滿足更高的電火花銑削加工自動編程要求。