线切割加工码后处理算法研究

喻声频 古文伟 黄 河

宜宾职业技术学院 四川宜宾 644003

☆职业教育大家谈☆

线切割加工码后处理算法研究

喻声频 古文伟 黄 河

宜宾职业技术学院 四川宜宾 644003

通过对线切割加工码数据的分析，总结出一种多次加工码生成的方法，并提出了快速进行工件内外切割的判断方法和对定义对于平面集上直线和圆弧的偏移算法以及支撑余量的变换方法。

线切割；后处理；多边形；偏移

数控电火花加工是利用电腐蚀作用原理，对金属工件进行加工的一种工艺方法。电火花加工形式很多，其中电火花成形加工(简称电火花加工)和电火花线切割加工(简称线切割加工)的应用最为广泛。目前线切割加工采用的编码一般采用G代码或3B代码，其中3B代码为我国独创的程序格式，其针对性强，通俗易懂，为我国绝大多数快走丝线切割机床生产厂家采用。

当前线切割加工趋于经多次切割而获得较高精度表面，且第一次加工时，加工速度较低，放电波形稳定，每个加工脉冲放电能量基本稳定，在后续加工时能降低表面粗糙度值，在多次加工中根据加工次数选择不同的电参数和走丝速度，从而达到多次加工、提高加工精度的目的。在此加工过程中根据加工件是凸模或凹模而选择不同的切割方法。目前有两种方法，即往复切割与重复切割法。往复切割是在加工一件凸模或凹模时，先设定工件某一段暂不切割，作为支撑臂，然后让电极丝在设定的起切点和返回点之间往复切割，每切一次都可按设定的偏移量进行偏移，一直达到加工要求的尺寸。重复切割法则是不留支撑臂，电极丝按一个方向对工件进行加工。这就要求对线切割加工码进行相应的后处理以满足不同切割的需要。

线切割一次加工码的后处理首先是对加工码的分析，得出穿丝孔位置、加工形式、加工方向等信息，按实际加工的需要设置加工次数、分配每次加工量、设计支撑余量、加特定控制参数，生成多次处理加工码。其中加工形式判断、加工码的偏移、支撑余量的处理是关键性问题。本文侧重研究如何有效利用原有一次加工码，按往复切割与重复切割法对其进行变换，自动分析与处理该码并生成合格的多次加工码的方法与步骤，重点探讨了原有加工码的内外加工识别、对象偏移、支撑处理方法。通过此研究开发出了一套通用的一次加工码后处理软件，并已投入使用。

1 内外加工判断

对于一次加工3B代码(见表1)，其有穿丝孔位置和引线，对凸模或凹模一般都存在。在一般情况下，作为通用的判断方法，单通过加工码无法事前知道工件的形状，工件边界的构成是直线、圆弧或曲线，或者说工件的构成是由曲线所围成的封闭区域。内外加工判断依据为穿丝孔位置是在该封闭区域之内还是之外。对于点与多边形的关系问题现已提出了很多判断方法。针对多边形或多边形与圆弧或圆弧所围成的区域进行判断点与其位置关系问题，提出一种简洁、快速的判断方法。

表1 线切割3B文件代码

设穿丝位置点为P0(X0，Y0)，如果加工工件区域为多边形，则可定义其顶点为P1(X1，Y1)，P2(X2，Y2) ，…，PN(XN，YN)及多边形的各边P1P2，P2P3，…，PNP1。并构造线段P0Pi，其中Pi为临时二维点，即Pi(X，Y)。

根据射线交叉法，如果线段P0Pi与上述多边形的边分别相交，如果有偶数个交点，则说明穿丝点在多边形外，如果有奇数个交点则说明穿丝点在多边形内。

过穿丝点P0作射线P0Pi，选择多边形中顶点Pi，判断线段P0Pi与线段P1P2，P2P3，…，PNP1是否有交点。由于Pi是多边形上的点，所以P0Pi在与多边形求交的过程中已与线段PiPi+1有一个交点了(取一条线的一端点)，则只要求与其他线段是否有交即可，如果有交点数目和为奇数，则说明穿丝点P0在内部，在进行后处理时，无论是几次加工，钼丝都向内部偏移；反之，则只能向外进行偏移。所以问题的关键是判断两线段是否有交点。

设PmPl为构成多边形中的一段，P0Pi为过穿丝点P0所作的线段，假如线段PmPl和线段P0Pi所在直线相交，交点为Pk(Xk，Yk)，如果两线段是延长相交〔如图1(a)所示〕，Pk则为虚交点，则∣Xk∣＜∣X0∣和∣Xi∣，或者∣Xk∣＞∣X0∣和∣Xi∣ ；如果两线段是实相交〔如图1(b)所示〕，Pk则为实交点，则∣X0∣＞∣Xk∣＞∣Xi∣，或者∣X0∣＜∣Xk∣＜∣Xi∣。只要判断Pk与 P0和Pi的坐标位置关系就可判断两线段是相交还是不相交。对于直线处于特殊位置则更易判断是否相交。

图1 两线段相交判断

综上所述，遍列 P1P2，P2P3…，PNP1各边，得出实相交点数目，即可判断内外加工的类型。前面主要论述了工件是多边形的情况，如果工件的边中含有圆弧则可利用将圆弧分解为折线的方法构建新的多边形，按上述方法同样可以判断出穿丝点在其内部还是外部。

2 加工码的偏移算法

2.1 直线圆弧的偏移算法

在线切割加工码中只有两类线型：直线和圆弧。直线是通过方向和终点来定义的，而圆弧则是终点、起点相对圆心的坐标值、计数长度和加工码来定义的。对于单段直线的偏移是其起点和终点垂直于加工方向(与原直线平行)在上述多边形外侧或内侧偏移δmm(偏移量)得到；对于单段圆弧是其起点和终点沿着径向向内或外侧偏移δmm(偏移量)得到(如图2所示)。

图2 直线和圆弧外偏移

在图2中，直线偏移的结果是与其等长且平行的线段，圆弧偏移后也是圆弧，该圆弧是原圆弧的同心圆弧，起点和终点、圆心、原起点和终点同线。这样偏移的结果会造成如图2所示的加工掉段现象，也可能出现图3所示直线与直线、圆弧与直线、圆弧与圆弧偏移后相交的情况，为解决此问题则需对其进行补线处理或截线求交点处理(如图4所示)。对于补线的情况，一般采用补直线的方法；对偏移后相交则求出偏移后两线段的交点，以该交点代代替偏移后的两个交点。对于补线在进行逐条线段偏移过程中应进行排序处理，以避免加工顺序混乱。

图3 直线和圆弧内偏移

图4 补线与截线处理

2.2 偏移次数的奇偶性

当偏移次数等于1时，产生的偏移码与原码一致，没有发生变化；当偏移次数大于等于2，加工次数为偶数时，加工偏移对象与原加工码顺序相反；加工次数为奇数时，加工偏移对象与原加工码顺序一致。如图5所示，当偏移次数为奇数时，偏移顺序由“指令1”开始，到“指令N”结束；在进行下一次偏移时，偏移次数为偶数，偏移顺序由“指令N”到“指令1”结束。

图5 偏移次数奇偶性

对于不需支撑余量的多次加工码变换，按原加工顺序进行偏移变换，顺序由“指令1”“指令2”“指令3”……“指令N”，又从“指令1”开始，此时加工偏移对象与原加工码顺序一致(重复切割)；对于有支撑余量的多次加工码变换，支撑余量宽度应从“指令N”开始，按所需长度量从“指令N”截取，若“指令N”所代表线段长度不够，则应从“指令N-1”进行累截，直到所截长度与支撑宽度相等为止。奇次变换结束部分不再是“指令N”所在位置了，而应在被截线段位置开始作为起点进行偶次指令偏移变换(如图6所示)。

图6 支撑余量对偏移变换位置的影响

2.3 支撑余量处理

对于有支撑余量的多次变换，在进行变换以后还需要对支撑部分〔图7(a)中虚线所在位置〕进行多次切割。切割顺序应根据变换的次数和余量构成进行，图7中所示是进行4次切割加工变换，4次加工完成后，钼丝在如图7(b)所示“进行支撑余量切割”位置，处理时应对支撑部位丝转折点进行位置确定，并按图示序号进行多次切割。如果切割次数是奇数，“进行支撑余量切割”位置应在右则，加工方向应与图示相反。

图7 支撑余量处理

3 结束语

线切割一次加工码的构成较简单，但是对其进行多次加工变换涉及的问题相对较多，除应注意本文所述变换的关键要素之外，还应注意加工方向、过切保护、支撑余量跨线段多次变换等问题，本文所述设计思路与相应解决方法已在实际工程中得以应用，并开发出了一套有效的变换软件，变换结果如图8所示。

图8 一次加工码变多次加工码

[1] 刘润涛.一种简单多边形凸包的新线性算法[J].工程图学学报,2008,2:89-92.

[2] 邓建华,梁丽萍.高速走丝线切割机床多次切割技术[J].模具工业,2006,32:11:58-66.

[3] 盛国成.数控编程加工轨迹的确定及算法实现[J].广西轻工业,2006,5:81-83.

Research algorithm of WEDM code post-processing

Yu Shengpin, Gu Wenwei, Huang He
Yibin vocational and technical college, Yibin, 644003, China

Based on analysis of WEDM code data, a new method is proposed to transform one code to multiple code, and put forward a method to judge the work inside and outside, and the line and arc in the def nition above the plane offset algorithm, and support part of the transformation method.

wire-cutting; post-process; polygon; offset

2011-05-26

喻声频，副教授。