CAD/CAM集成化是當(dāng)前計(jì)算機(jī)在機(jī)械工業(yè)中的一個重要發(fā)展方向衅码，而CAD/ CAM集成化的重要內(nèi)容之一就是數(shù)控編程與CAD的連接。數(shù)控編程與CAD的連接有多種途徑和可能性，最通用浪熙、最常見的就是將CAD的數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)接口的方式傳遞給數(shù)控編程系統(tǒng)。根據(jù)中阵蔚、小企業(yè)的需要锨蹄，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，作者開發(fā)了一個以Auto CAD為平臺的三維曲面銑削CAD/ CAM系統(tǒng)扶免。該系統(tǒng)利用特定的造型方法構(gòu)造了自己的基本體素努墩，通過這些基本體素合成復(fù)雜的實(shí)體，再利用這些實(shí)體的標(biāo)準(zhǔn)接口文件（DXF文件）生成數(shù)控程序（NC代碼）紧视。本文重點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)所采用的零件幾何信息的描述方法―線示模型法引晌，基本體素的建立方法以及數(shù)控加工中的行間距的確定方法。

　　1．利用Auto CAD進(jìn)行數(shù)控自動編程的方法屬于圖象編程硝荚。這種方法的主要特點(diǎn)是以圖形要素為輸入方式赌骏，而不需要使用數(shù)控語言。該方法還具有形象直觀和效率高的特點(diǎn)。圖象編程最關(guān)鍵問題是零件幾何信息的描述晒杈，即幾何建模嫂伞。也就是如何建立零件的幾何模型。在Auto CAD下桐智，可以輸出多種文件格式末早，如DXF、WMF说庭、3DS等等然磷。其中DXF文件是Auto CAD的圖形交換文件又稱為刀位文件，它是一種具有專門格式的ASCⅡ碼文本文件刊驴。它具有可讀性好姿搜、處理速度快、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)捆憎。它很容易被其他程序處理舅柜，是實(shí)現(xiàn)高級語言與Auto CAD接口的最常用方法之一。

　　由于DXF文件是按照實(shí)體的繪制順序排列的躲惰，也就是說先畫的線一定排在前面致份。這樣它的數(shù)據(jù)排列就有可能是雜亂無章的，而且驳达，所有的數(shù)據(jù)都混在一起挣仅。要生成數(shù)控程序必須從幾何建模入手即建立一個合適的模型，其圖形的DXF文件中的數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律排列缆瑟，便于數(shù)控編程時的數(shù)據(jù)提取和處理胀司。

　　由于機(jī)床在某一坐標(biāo)通常是按照某一常量進(jìn)行進(jìn)給，如果把刀具看成一個面的話嫁慌，加工零件的過程就是用等距面去截切工件坚达。因此，不論多復(fù)雜的工件爆始，都可以用等距面去截切它鹦卫，得到它的線框模型，而且涉佑，等距面的間距越小加梁，得到的模型就越接近工件的實(shí)際形狀』闯基于以上事實(shí)，結(jié)合數(shù)控編程的需要旺订，在建模時采用了這種特殊的線示模型弄企，即在用Auto CAD繪圖時，所有體素都由垂直于某一坐標(biāo)軸的平面族與幾何體的交線構(gòu)成。這樣拘领，生成的圖形是三維等距線的集合意乓，這與數(shù)控銑削加工時刀具的軌跡相類似，另外约素，該模型將實(shí)體運(yùn)算簡化為在同一平面內(nèi)曲線間的運(yùn)算届良，就可以比較容易地實(shí)現(xiàn)基本體素之間的合并等運(yùn)算，構(gòu)造復(fù)雜的三維曲面圣猎。更重要的是士葫，利用線示模型生成的零件的DXF文件很容易進(jìn)行處理，易于數(shù)控自動編程送悔。

　　2．基本體素的造型根據(jù)體素能否用方程表達(dá)出來慢显，基本體素可以分為標(biāo)準(zhǔn)體素和非標(biāo)準(zhǔn)體素。

　　2. 1標(biāo)準(zhǔn)體素的造型平面體欠啤、棱體荚藻、柱體、球體称桶、環(huán)硬碳、二次曲線拉伸體等體素，它們有一個共同的特點(diǎn)枚甫，即都可以用標(biāo)準(zhǔn)方程表示出來祈前，所以稱為標(biāo)準(zhǔn)體素。其中平面體包括多邊形面仓脓、圓面售微、橢圓面、拋物線面锨间、雙曲線面等甩腻；棱

　　體包括棱錐、棱柱婿芝、棱臺等昭仲；柱體包括圓柱、圓錐挨让、圓臺等枚冗；球體包括球和橢球等；二次曲線拉伸體是由二次曲線拉伸而成的蛇损，它包括拋物線赁温、雙曲線等拉伸體。標(biāo)準(zhǔn)體素造型比較容易淤齐，只要根據(jù)該實(shí)體的方程（如球的方程） 股囊，按某一給定間距袜匿，用等距面去截切該實(shí)體，就可以得到由線框構(gòu)成的該實(shí)體的線示模型稚疹。圖1給出了部分棱體的線示模型居灯。

　　2. 2非標(biāo)準(zhǔn)體素的造型在實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常會遇到非標(biāo)準(zhǔn)面，也就是自由曲面内狗。由于它們形狀復(fù)雜且沒有固定的方程怪嫌，構(gòu)造起來非常困難。本文采用的方法是利用Bezier曲線或B樣條曲線來構(gòu)造一條任意曲線柳沙。再以曲線為“母線”構(gòu)造出曲面岩灭。生成曲線之后，把該曲線作為“緯線”偎行。用同樣的方法判逊，可以生成“經(jīng)線”∫浇疲可以利用插值殊纫、擬和的方法得到多條“緯線”和“經(jīng)線”，在實(shí)際造型中肿车，要根據(jù)“邊界點(diǎn)”的位置選取插值點(diǎn)和擬和的方式厌哈。最后，局部調(diào)整曲面使之符合設(shè)計(jì)要求到讽。

　　給出了某一自由曲面的線示模型钟肴。

　　3．基本體素的合成要完成更復(fù)雜的幾何形狀的造型，需要通過體素合成的方法實(shí)現(xiàn)保媒。即進(jìn)行“和”苏狠、“差”運(yùn)算。合成運(yùn)算的基本原理是：在間距相等的線元中辟昏，比如在Y坐標(biāo)相等的X - Z平面上的斷面曲線中钻宠，進(jìn)行“和”、“差”運(yùn)算获列。以此類推谷市，對每一個的等距面內(nèi)的線元進(jìn)行“和”、“差”運(yùn)算击孩，最后再根據(jù)對全部的線間距的反復(fù)計(jì)算即可得到零件的合成形狀迫悠。所謂“和”

　　運(yùn)算就是在Y坐標(biāo)相等的兩個線元中，選出Z坐標(biāo)大的線元的計(jì)算巩梢〈葱梗“差”運(yùn)算則正相反，即Y坐標(biāo)相等的兩條線元中選擇Z坐標(biāo)小的線元部分而形成線元差的形狀括蝠。給出了圓弧與圓弧的和運(yùn)算验烧。

　　4．行距與步長的確定在本系統(tǒng)中板驳，三維復(fù)合曲面由斜削面及曲面等合成又跛，行距的確定應(yīng)綜合考慮碍拆。即在幾何建模時必須先算出比較合理的等距面的間距，該間距就是數(shù)控加工的行距慨蓝。

　　4. 1曲面行距S的計(jì)算方法可以看出感混，行距S的大小直接關(guān)系到加工后曲面上殘留高度h 的大小，即粗糙度的大小缩髓。一般來說憨箍，行距S的選擇取決于銑刀半徑r ，以及所要求或允許的刀峰高度h和曲面的曲率變化情況学释。在計(jì)算時遇娜，用下述方法來進(jìn)行：S = 2 A D ，而A D = O 1 Fρr +ρ粱思，當(dāng)球頭刀半徑r與曲面上曲率半徑ρ相差較大区呕，且表面粗糙度要求即較小時，可以取O 1 F的近似值槐芹，即O 1 F = r 2 - FC 2 = r 2 - FG - CG 2≈r 2 - r - h 2則行距S為S = 2 h 2 r - hρr±ρ（1）式中r為銑刀半徑海拾；ρ為曲面上曲率半徑； h為刀峰高度填阅。當(dāng)零件曲面在AB段內(nèi)是凸時取正號眉脖，凹時取，（3）負(fù)號茶壹。

　　為了避免曲率計(jì)算的煩瑣头趴，也可用下述近似公式來計(jì)算行距S ：S≈2 2 rh（2）其中O 1、O 2為刀具中心咆蒿， O為曲面上E點(diǎn)的曲率中心东抹。

　　4. 2斜削面行切間距L的確定行切間距按下述公式確定：l = 0. 8 D - 2λ，1 2 D sinα≤Rα2 h sinαD - 2λ- h sinα1 2 D sinα> Rα式中D為銑刀直徑蜡秽；λ為銑刀刀尖圓角半徑府阀；α為斜削面與水平面的夾角； Rα為斜削面加工后要求的粗糙度芽突。取S及L值中較小的作為程序編制中Y坐標(biāo)增量h 试浙，在生成數(shù)控程序時，行距值即自動為h寞蚌。

　　4. 3步長T的確定若曲面的曲率半徑為ρ田巴、插補(bǔ)誤差為δ。則步長值T為T = 2δ2ρ-δ≈2 2ρ挟秤？δ

　　5．結(jié)論

　　1）基于線示模型的圖形生成方法為Auto CAD下的數(shù)控自動編程提供了條件壹哺。

　　2）以數(shù)控加工為基礎(chǔ)抄伍，確定了構(gòu)成體素的等距線的間距以及數(shù)控加工的步長。

　　3）本文給出的零件幾何信息的描述方法適合于圖象編程管宵。

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