基于AutoCAD彎刀機數(shù)控自動編程系統(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)控彎刀機進行模切刀的加工。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,實現(xiàn)彎刀機的數(shù)控自動編程是有必要的。 在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪制加工圖形,通過較少的人工交互,由ＡＲＸ程序讀取其幾何信息,根據(jù)試驗確定的工件角度與模具轉(zhuǎn)角之間的對應(yīng)關(guān)系,利用插值法求出編程角度進行角度補償,按照數(shù)控彎刀機加工工藝進行處理后,自動生成ＮＣ代碼加工程序。 一、彎刀機工作機理 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)控彎刀機主要由數(shù)控系統(tǒng)、進給機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和彎刀嘴組成。彎刀嘴分為固定模和轉(zhuǎn)動模。在模切刀加工過程中(如圖1所示),進給機構(gòu)將刀片送進彎刀嘴固定模,固定模緊緊握住刀片,旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)動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程中的主要參數(shù)。轉(zhuǎn)動模旋轉(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,需要進行角度補償。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,得出工件角度與模具轉(zhuǎn)角之間的對應(yīng)關(guān)系表1是試驗得出的一組數(shù)據(jù)。在實際計算時,根據(jù)工件角度變化范圍和試驗確定的工件角度與模具轉(zhuǎn)角之間的對應(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 基于ＡｕｔｏＣＡＤ平臺,系統(tǒng)設(shè)計的基本思路是:1)在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪圖,編輯成多義線。2)圖形信息提取。3)求出端點總數(shù),開始循環(huán)計算。4)求實體起點、終點、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)的不同進行加工角度補償。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體段中,實體段由若干個組構(gòu)成,組包含組代碼(實體類型)和組值(實體的大小、長度等)。為了保證圖形準確,避免實體出現(xiàn)間隙或連接錯位、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體信息如下:組碼(0 “ＬＷＰＯＬＹＬＩＮＥ”)為多義線標識;組碼(10160 159100 406)為端點坐標;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點的坐標已知,起始角α1、終止角α2可由式(2)求出。 α1=ａｒｃｔａｎＰ1ｙ-ＰｙＰ1ｘ-Ｐｘ;α2=ａｒｃｔａｎＰ2ｙ-ＰｙＰ2ｘ-Ｐｘ…(2)
模切刀加工過程中的角度補償是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。系統(tǒng)根據(jù)凸度值自動識別圖形中的實體,然后根據(jù)直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧、圓弧與直線的相對關(guān)系求出工件角度。 如果當前實體是直線,直接送進該直線段的長度,根據(jù)工件角度自動查詢表1得出模具轉(zhuǎn)角,利用插值法求出相應(yīng)的編程角。例如,當工件角度γ大于15 0°小于等于20 0°時,其編程角計算公式為:β=16 8+0 14(γ-15 0)。 如果當前實體是圓弧,則需考慮稍多。彎制圓弧模切刀,實質(zhì)是將圓弧看作一個多邊形的一部分(整圓為多邊形),進行彎制,如圖5所示。
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的大小進行相應(yīng)的角度補償。例如,當模切刀加工半徑Ｒ大于5 5ｍｍ小于等于6 0ｍｍ時,根據(jù)試驗數(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,給出圓弧默認加工步長?。妫樱簦澹?2Ｒ/25 0,如果有特殊要求,可以人工輸入步長進行干預(yù)。彎制圓弧所需次數(shù)=弧長/步長。 經(jīng)過上述處理,結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的編程語言,便可生成相應(yīng)的ＮＣ代碼,寫入打開的ＮＣ文件。 四、應(yīng)用實例 在ＡｕｔｏＣＡＤ中繪制如圖6所示準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)多義線的起點和繪制的先后順序自動確定加工起始點和加工方向。本系統(tǒng)生成的部分ＮＣ代碼(ＦＡＧＯＲ系統(tǒng))如下。 010Ｇ01 91Ｘ22.000
五、結(jié)語 本文基于ＡｕｔｏＣＡＤ平臺,采用ＶｉｓｕａｌＣ++6 0作為開發(fā)工具,實現(xiàn)了彎刀機的數(shù)控自動編程,通過ＲＳ232接口與彎刀機數(shù)控系統(tǒng)的通訊,提高了編程精度和準確性。系統(tǒng)使用簡便高效,具有極大的推廣應(yīng)用價值。
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