冲裁件的图形输入

第二节　冲裁件的图形输入

使用冲裁模CAD/CAM系统，首要的工作是冲裁零件的图形输入，这是工艺分析计算、模具结构设计、模具图绘制及数控自动编程的基础。冲裁零件的图形输入，也就是将冲件的形状、尺寸等信息输入计算机，在计算机内建立一定的数据结构，形成其几何模型，以便取得后续程序运行所需的信息。

冲裁件是一个平面零件(弯曲零件首先要展开为平面冲裁零件)，建立其机内几何模型属于二维几何造型范畴。从表面上看，二维几何造型可以归结为一个二维图形输入问题，但并不只是简单意义上的图形输入，它既要提供描述冲裁件图形上各个几何元素的几何性质和度量关系的信息，如实际尺寸、节点坐标、直线(圆弧)方程，还必须提供描述几何元素之间相对位置关系的信息，如各直线(圆弧)之间的连接关系等拓扑信息。二维几何造型不仅可以用来构建平面零件的机内几何模型，而且也是三维几何造型的基础。因此，二维图形的输入是计算机图形处理中十分重要的问题，图形信息贯穿了整个冲裁模CAD过程的始终，直接影响到整个设计的可靠性和使用效率。

冲裁件的图形输入器，是带有逻辑约束的平面图形输入器，而不是一个随意自由的平面图形输入器，它要求所输入的图形中不存在未封闭的环，能自动识别内外环，而且，一般只允许一个图形中存在一个外环，各环之间不能相交或相切。

冲裁零件图形的逻辑约束大概有以下几个方面:

(1)整个零件图形有唯一的一个外环(外轮廓)。

(2)整个零件图形中允许包含若干个内环(内孔)。

(3)各个环之间不能相交、相切。

(4)图形中不能存在未封闭的环。

(5)图形中不能存在孤立的边(不包括圆)和孤立的节点。

(6)尺寸标注实体必须与图形实体对应，不能存在孤立的尺寸标注。

常用的方法有编码输入法、数控语言描述法、数字化仪法或图形扫描仪输入法、面素拼合法、AutoCAD辅助法、交互输入法等，这些方法各有优缺点，其中交互输入法的主要优点是图形输入直观、操作简单，类似于设计人员手工绘图，在输入过程中就能观察到图形输入的正误，便于及时修改。

一、编码输入法

编码输入法是将图上的形状参数与尺寸编成表格(称为编码)，输入计算机，然后运行计算机内的图形输入程序，便能得到图形内外轮廓的节点坐标、详细的图形信息和完整的尺寸信息。

编码输入法的原理是，任何平面图形均由一个外轮廓和若干个内轮廓构成，而每个轮廓又由点、线、圆(非圆曲线可用圆来拟合)等图形元素构成，每一个元素总可以由一个或两个其他元素唯一地确定。用以确定待定元素的元素称为基准元素，而基准元素必须是已经描述过的元素。

这种方法的优点是占用上机时间少，可以为后续程序提供包括尺寸公差在内的充足信息。缺点是编码时易出错，难以及时发现;编码规则多，使用不方便。

二、数控语言描述法

数控语言描述法是用数控语言(或类似数控语言)的几何定义语句和运动语句描述零件的形状。数控语言是指数控机床用的自动编程语言，其中采用较多的是APT语言。APT语言接近英语自然语言，程序书写方法也类似英语习惯，编程人员容易掌握。

这种方法操作直观方便，易发现错误，但占用上机时间太多，还需要事先算出全部节点的绝对坐标。

三、数字化仪法或图形扫描仪输入法

这两种方法的基本原理相同，都是依靠硬件设备进行图数转换，输入图形的前提条件是必须有尺寸精确的冲裁件零件图。数字化仪输入法是依靠带有放大装置的十字标来直接输入图样上点的坐标，这种方法很难精确地输入节点坐标。图形扫描仪输入法是把冲裁件零件图放在图形输入板上，经过光电扫描转换装置的作用，把图形及其他符号输入计算机，再经过计算机处理成为冲裁模CAD/CAM系统所需要的几何模型，这种输入方法简单、快速。

四、面素拼合法

面素拼合法是通过对大量冲裁件图形的分析，选定构成冲裁件图形的若干种简单形状作为基本面素，如圆、平行四边形、三角形、扇形等。这些基本面素本身只要输入少量参数即可表达。如果把一个平面面素看成是一个被轮廓线包围着的平面点集，则两个点集通过并、交、差运算可以得到另一个点集。同理，两个面素通过并、交、差运算也可以拼合成另一个面素，这就是面素拼合法的基本原理。

面素拼合法操作直观、灵活，易于掌握，对简单、规则的图形输入速度较快，但要求人工预先对图形进行分解、排列和组合，并需少量人工计算。它规定参加运算的两图形之间只能有两个交点，因此限制性比较大，对复杂工件的图形处理占用上机时间多，同时交互能力欠佳，削弱了输入效率高的优势，增加了图形输入的反复性。

五、交互输入法

交互输入法是在屏幕上交互作图，整个过程始终由菜单驱动，并由程序自动处理完成的冲裁件图形输入法。这种方法通常以某一绘图软件为支撑，可对图形进行交互编辑、修改、插入和删除等操作。工作时可利用键盘辅助输入尺寸和公差的精确值，保证了输入的准确性。

这种方法操作直观、灵活，易于掌握，使用广泛。交互输入法具有很好的前景并且已经得到广泛使用。下面介绍以AutoCAD绘图软件为基础的冲裁件图形的交互输入法。

(1)冲裁件图形的交互输入过程冲裁件图形的交互输入过程如图3－4所示。首先利用AutoCAD绘图软件包，以交互式方式在屏幕上完成冲裁件图形编辑，然后生成冲裁件图形的DXF交换文件，并利用接口程序从图形交换文件中提取各线素的节点数据，再利用后续处理程序将提取的图形信息按冲裁模CAD/CAM系统要求，建立起冲裁图形的数据结构与几何模型，供系统后续模块调用。

(2)AutoCAD的改造与冲裁件图形编辑选用AutoCAD作为冲裁件图形输入器的支撑环境的优点为:绘图功能较好，可画点、线、弧、曲线、椭圆、折线等，还具有目标捕捉功能;图形编辑功能强，可复制、阵列、镜像、旋转、块插入等;具有AutoLISP二次开发语言，它提供了对几乎所有的绘图命令的调用;具有标准图形交换文件的接口。

图3－4　冲裁件图形的交互输入过程

AutoCAD虽然有较强大的绘图功能，但还不能较好地满足冲裁模CAD/CAM图形输入的要求。以坐标点方式输入图形，需要求出点的坐标，操作繁琐，对于复杂的图形不易绘出。但AutoCAD的结构是开放的，可根据实际需要，借助其内嵌的AutoLISP语言开发新的实用命令，扩充和完善AutoCAD命令集。AutoCAD的改造主要包括建立基本图库，增加图形运算功能、用于数据文件检验的绘图命令和显示控制辅助命令等，并将其制成屏幕菜单图与原有命令一起使用。因此，使用新命令可简化冲裁件图形输入操作，显著提高图形输入速度。

冲裁件图形编辑是利用扩充的AutoCAD绘图命令集将冲裁件图形在屏幕上画出。编辑图形时将不同的轮廓、不同的线型分别放在不同的层上，直至完成图形输入工作。这里规定，非轮廓线元素放在第0层，外轮廓放在第1层，各内轮廓放在第2、3…n(n＜99)层，尺寸标注放在第99层上。