基于AutoCAD的彎刀機(jī)數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)
模切刀廣泛應(yīng)用在印刷包裝行業(yè)。模切刀需要根據(jù)加工要求彎成各種形狀,傳統(tǒng)生產(chǎn)采用手工彎刀,目前廣泛使用數(shù)控彎刀機(jī)進(jìn)行模切刀的加工。由于模切刀的材質(zhì)硬、彈性大,并且形狀復(fù)雜,要求精度較高,而手工編程效率低。因此,實(shí)現(xiàn)彎刀機(jī)的數(shù)控自動(dòng)編程是有必要的。
在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪制加工圖形,通過(guò)較少的人工交互,由ＡＲＸ程序讀取其幾何信息,根據(jù)試驗(yàn)確定的工件角度與模具轉(zhuǎn)角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,利用插值法求出編程角度進(jìn)行角度補(bǔ)償,按照數(shù)控彎刀機(jī)加工工藝進(jìn)行處理后,自動(dòng)生成ＮＣ代碼加工程序。
一、彎刀機(jī)工作機(jī)理
模切刀是高23 8ｍｍ、厚0 71ｍｍ的條狀單刃刀片,常見規(guī)格為長(zhǎng)1ｍ的直刀或100ｍ的盤刀,其平面圖形等同于展開的加工件圖形邊界。數(shù)控彎刀機(jī)主要由數(shù)控系統(tǒng)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和彎刀嘴組成。彎刀嘴分為固定模和轉(zhuǎn)動(dòng)模。在模切刀加工過(guò)程中(如圖1所示),進(jìn)給機(jī)構(gòu)將刀片送進(jìn)彎刀嘴固定模,固定模緊緊握住刀片,旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)模將刀片精確地折彎,這樣反復(fù)工作,完成預(yù)定形狀。模切刀鑲嵌在母板(木質(zhì)或塑質(zhì)、金屬等)上,即為模切板(如圖2所示)。將模切板安裝在專用設(shè)備上,可以實(shí)現(xiàn)大開張的包裝印刷材料一次沖切成形。
二、模切刀折角
折角是模切刀折彎加工過(guò)程中的主要參數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)模旋轉(zhuǎn)的角度(以下稱模具轉(zhuǎn)角)與模切刀折角(以下稱工件角度)不是線性關(guān)系,由于模切刀材料具有一定的彈性變形,數(shù)控編程角度(模具轉(zhuǎn)角)與工件角度之間是不相等的,需要進(jìn)行角度補(bǔ)償。在編程之前,需要根據(jù)不同的模切刀材料做相應(yīng)的試驗(yàn),得出工件角度與模具轉(zhuǎn)角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表1是試驗(yàn)得出的一組數(shù)據(jù)。在實(shí)際計(jì)算時(shí),根據(jù)工件角度變化范圍和試驗(yàn)確定的工件角度與模具轉(zhuǎn)角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,利用插值法求出數(shù)控編程角。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
基于ＡｕｔｏＣＡＤ平臺(tái),系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路是:1)在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪圖,編輯成多義線。2)圖形信息提取。3)求出端點(diǎn)總數(shù),開始循環(huán)計(jì)算。4)求實(shí)體起點(diǎn)、終點(diǎn)、凸起,根據(jù)直線與圓弧、直線與直線、圓弧與圓弧、圓弧與直線的關(guān)系求出轉(zhuǎn)角。5)根據(jù)圓弧、直線參數(shù)的不同進(jìn)行加工角度補(bǔ)償。6)代碼轉(zhuǎn)換。7)程序輸出。系統(tǒng)框圖如圖3所示。
在ＡｕｔｏＣＡＤ環(huán)境中,與圖形相關(guān)的幾何信息包含在實(shí)體段中,實(shí)體段由若干個(gè)組構(gòu)成,組包含組代碼(實(shí)體類型)和組值(實(shí)體的大小、長(zhǎng)度等)。為了保證圖形準(zhǔn)確,避免實(shí)體出現(xiàn)間隙或連接錯(cuò)位、順序顛倒等現(xiàn)象,在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪制圖形后,使用ＰＥ命令將圖形變成一條多義線(ＰＯＬＹＬＩＮＥ)。ＡｕｔｏＣＡＤＲ14以上版本的多義線實(shí)體信息如下:組碼(0 “ＬＷＰＯＬＹＬＩＮＥ”)為多義線標(biāo)識(shí);組碼(10160 159100 406)為端點(diǎn)坐標(biāo);組碼(42 0 414214)為凸度,如果凸度等于零,則為直線;如果凸度大于零,則為圓弧。圖4所示圓弧中,圓心角α、半徑Ｒ、凸度μ之間的換算關(guān)系如式(1):
由于Ｐ1、Ｐ2、Ｐ點(diǎn)的坐標(biāo)已知,起始角α1、終止角α2可由式(2)求出。
α1=ａｒｃｔａｎＰ1ｙ-ＰｙＰ1ｘ-Ｐｘ;α2=ａｒｃｔａｎＰ2ｙ-ＰｙＰ2ｘ-Ｐｘ…(2)
模切刀加工過(guò)程中的角度補(bǔ)償是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)根據(jù)凸度值自動(dòng)識(shí)別圖形中的實(shí)體,然后根據(jù)直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧、圓弧與直線的相對(duì)關(guān)系求出工件角度。
如果當(dāng)前實(shí)體是直線,直接送進(jìn)該直線段的長(zhǎng)度,根據(jù)工件角度自動(dòng)查詢表1得出模具轉(zhuǎn)角,利用插值法求出相應(yīng)的編程角。例如,當(dāng)工件角度γ大于15 0°小于等于20 0°時(shí),其編程角計(jì)算公式為:β=16 8+0 14(γ-15 0)。
如果當(dāng)前實(shí)體是圓弧,則需考慮稍多。彎制圓弧模切刀,實(shí)質(zhì)是將圓弧看作一個(gè)多邊形的一部分(整圓為多邊形),進(jìn)行彎制,如圖5所示。
為處理方便起見,通常將整圓看作25邊形,計(jì)算出單步步長(zhǎng)和單步角度。當(dāng)然,邊數(shù)越多,越平滑,反之,則可能出現(xiàn)明顯的棱角。
系統(tǒng)根據(jù)式(1)和式(2)求出圓心角α、半徑Ｒ、起始角α1、終止角α2,并根據(jù)半徑Ｒ的大小進(jìn)行相應(yīng)的角度補(bǔ)償。例如,當(dāng)模切刀加工半徑Ｒ大于5 5ｍｍ小于等于6 0ｍｍ時(shí),根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用插值法,其編程角(工件角度)為β=16 9-0 2(Ｒ-5 5);系統(tǒng)根據(jù)模切刀材料特性和圓弧半徑,給出圓弧默認(rèn)加工步長(zhǎng) ｆＳｔｅｐ=2Ｒ/25 0,如果有特殊要求,可以人工輸入步長(zhǎng)進(jìn)行干預(yù)。彎制圓弧所需次數(shù)=弧長(zhǎng)/步長(zhǎng)。
經(jīng)過(guò)上述處理,結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的編程語(yǔ)言,便可生成相應(yīng)的ＮＣ代碼,寫入打開的ＮＣ文件。
四、應(yīng)用實(shí)例
在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪制如圖6所示準(zhǔn)備加工的模切刀平面圖形(等同于展開的加工件圖形)。
在該圖形中,既有直線與直線相連,又有直線與圓弧相連,又有圓弧與直線相連三種情況,系統(tǒng)根據(jù)多義線的起點(diǎn)和繪制的先后順序自動(dòng)確定加工起始點(diǎn)和加工方向。本系統(tǒng)生成的部分ＮＣ代碼(ＦＡＧＯＲ系統(tǒng))如下。
010Ｇ01 91Ｘ22.000
011Ｇ01 90Ｙ90.000
012Ｇ01 90Ｙ0.0
013Ｇ01 91Ｘ22.000
014Ｇ01 90Ｙ270.000
015Ｇ01 90Ｙ0.0
016Ｇ01 91Ｘ12.500
017Ｇ01 90Ｙ335.000
018Ｇ01 90Ｙ0.00
19Ｇ01 91Ｘ26.000
020Ｇ01 90Ｙ25.000
021Ｇ01 90Ｙ0.0
022Ｇ01 91Ｘ7.500
023Ｇ01 90Ｙ180.000
024Ｇ01 90Ｙ0.0
025Ｇ01 91Ｘ0.320
026Ｇ01 90Ｙ342.600
027Ｇ01 90Ｙ0.0
028Ｇ25Ｎ25 27.19
029Ｇ01 91Ｘ0.203
030Ｇ01 90Ｙ342.600
031Ｇ01 90Ｙ0.0
032Ｇ01 90Ｙ360.000
033Ｇ01 90Ｙ0.0
034Ｇ01 91Ｘ44.000
035Ｇ01 90Ｙ0.000
五、結(jié)語(yǔ)
本文基于ＡｕｔｏＣＡＤ平臺(tái),采用ＶｉｓｕａｌＣ++6 0作為開發(fā)工具,實(shí)現(xiàn)了彎刀機(jī)的數(shù)控自動(dòng)編程,通過(guò)ＲＳ232接口與彎刀機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的通訊,提高了編程精度和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便高效,具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
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