基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
　　数控技术作为现代制造技术的一项关键技术，它是有效提高机床生产效率、保证加工精度稳定和一致性的重要手段。目前，以美、日、欧为先驱，许多国家都在全力研制新一代开放式CNC高档数控系统，国内已有西北工业大学、北京航天航空大学、浙江大学等一些单位也在进行新一代基于工业个人计算机(Industrial Personal Computer,简称IPC)数控系统的开发与尝试。随着IPC数控系统的研制成功，其中数控系统软件的设计将更具开放性和易扩展升级的特点。为此作者选用“奔腾”PC机硬件平台、Windows95操作平台、AutoCAD for Windows开发平台、Visual Basic(以下简称VB)开发工具，研制适于工业PC机数控系统上使用的数控图形自动编程系统。该系统具有可移植性好，功能易扩展升级，操作、使用、维护简便等特点，本文对系统研制的主要内容予以介绍。
2　系统的框架结构和功能
6 F8 f. r# ]0 ]* b4 {　　系统框架结构如图1所示，它主要包括AutoCAD图形生成、图形数据信息输入、工艺干预、NC代码生成、动态校验和数控加工程序输出六个功能模块。其中图形生成模块由AutoCAD完成；其余模块均为基于AutoCAD平台采用VB开发工具研制而成，功能如下：
2 O9 N6 Y% x1 B: F2 k
图1　系统总体框架结构
　　(1)图形数据信息输入：它是AutoCAD实体建模后首先进入的功能模块。具有AutoCAD图形交换文件DXF接口，读取DXF接口文件为自动编程系统准备必要的图形数据；
# k, J1 z2 L. R6 Z( ^　　(2)工艺干预：它是继(1)步操作后对图形数据进行再加工的核心模块。工艺干预内容包括轮廓和点位两种方式，干预过程通过鼠标事件求鼠标干预位置与实体的最短距离实现。考虑到零件尺寸大小变化，本模块还具备视口放大和满屏显示的辅助功能，便于进行有效干预；
　　(3)NC代码生成：经过工艺干预即确定刀具走刀路线后，根据ISO数控代码格式便可将图形几何信息和工艺干预信息转换成ISO标准数控加工程序代码。同时以“?．NC”形式文件名永久保存；
　　(4)动态校验：上述生成的NC代码是否正确还要进行校核和检验方能制作控制介质输出，本模块采用逐点插补算法进行动态模拟检验ISO数控加工程序代码是否正确，以及刀具与工件是否会发生干涉等。如果检验不正确则需对上述各个环节进行反复调试直到正确为止；
+ r5 b( v5 M' Q9 ^- O3 }/ s5 P　　(5)数控加工程序输出：经调试和校验后正确的数控加工程序可以通过拷贝、打印的方式输出。
3　软件设计过程
　　构成图形自动编程系统的主要功能模块有图形信息输入模块、工艺干预模块、NC代码生成模块以及校核检验模块。以图形信息输入模块为例说明VB程序设计的过程。
　　(1)实体数据类型变量定义
& Z# C; O+ u, P3 Z　　系统对点、直线、圆弧和整圆四种实体采用通用数据类型结构定义几何信息，该类型的全部元素均为字符串型变量，在图形信息输入模块中主要保存读取实体的几何信息。具体以数组MM(200)变量来保存，这里要求实体数目最多不能超过200个。即
9 s7 Z- t" l5 N+ GType ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
0 f& X* F; ]3 F4 ^/ l( ]8 \9 `　　ENTITIES－TYPE；
$ Z* {: q2 _- h7 j: M' G　　STYLE As String
- A0 ]" w+ I8 K2 i" D- j3 _( o# B′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
6 o9 v9 B8 J* x" @6 Z; ]  M′实体的起点坐标分量x；
　　Y1 As String
+ C9 J% e" o6 j6 L; e+ t1 Z′实体的起点坐标分量y；
　　X2 As String
′实体的终点坐标分量x；
　　Y2 As String
  b; F8 ]6 ~* c7 o. t′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
% c: h. v. G; F7 B+ P) q2 C′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
　　Y3 As String
2 P0 @6 V, M4 {3 E: [) P′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
　　R1 As String
( w- j! M6 w9 ^" Y$ ]9 x6 L6 i+ H′实体(圆弧或圆)的半径R；
" j2 [3 K: J& h　　WISE As String
′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
　　ANGLE1 As String
, T( o% z! ^5 d' I′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
0 V, P4 `. B0 J1 G0 e2 j′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
) k, L) U+ x- i( x, GGlobal MM(200) As ENTI-
/ z# e  v; V  T* H" NTIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
" |" }2 [8 y' s% G6 y$ l′型变量，实体数目最多不能超过200个。
　　(2)DXF文件的读取程序
　　结合当今微机平台上广泛使用的AutoCAD图形软件包，本文采用这一平台开发的图形自动编程系统，可以充分发挥AutoCAD的强大实体建模功能，同时缩短软件开发的周期。本系统使用需首先进入AutoCAD图形系统绘制零件实体，当零件绘制完毕，便以图形交换文件DXF输出，然后进入图形自动编程系统启动图形信息输入模块，读取图形信息。下面介绍零件实体几何信息提取的程序设计。
$ v( m) p% v+ T" K$ D7 ]: L　　DXF文件是具有专门格式的文本文件。一个完整的DXF文件由四个大段和一个文件结束标记构成。每一段的开始部分由四行组成：即DXF的组代码0和段标记SECTION，组代码2和段名各占一行，中间部分是段的实际内容，而段结合部分由组代码0和文件结束符EOF两行组成。DXF文件具有每个数据均占一行的特点。但是由DXF文件生成图形仅需实体段(以ENTITIES为段名)和文件结束标记。通过分析DXF文件的格式，现以VB编写的源程序说明读取DXF文件实体段几何信息的过程。
Sub DXF－IN 0
) Y# d1 t/ {. [6 J1 P& lDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
0 e2 J  N" y8 }7 A) zOpen FILENAME1 For Input As #1
　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
$ z4 m& m0 {2 R2 Q# _　　　Loop Until B 〈〉“0”
% j. B5 y3 z% @! ?# g+ r. y: Y　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
: g4 `! F! J9 ^7 s  p8 w　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
, |4 d: E2 g/ Q- M1 S% g　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
. C" p  M3 j3 O4 W! g7 e% E, N4 w0 B; k　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
' [2 O9 ^. @5 E9 ?" A- R; }6 ?& N  k　　　　　　　xx1=x2
$ }" W% t, F% M8 e6 _" O4 t　　　　　Case“ARC”
! {5 _/ l. g8 @9 I0 Y8 S: @　　　　　　　INDXF－ARC 1
( E  B7 F; b" Z! c8 |　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
% }" K2 ?) G. r　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
# F: n* L! N9 A9 M/ U' }　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
! v! ~, [2 J7 z. H0 U$ u. U　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
% i6 S7 H0 M% H- b; T: f, D　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
6 E4 R: a/ q+ ]8 m: ~$ j( H　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
/ h+ w$ Q8 J- F6 w; y. R# }6 C　　　　　　End If xx1=x2
　　　　Case“CIRCLE”
+ |1 ~) N$ U1 v! ~& I) E　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
8 \  @' q& L2 D, j　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
6 |5 L# P- r' B" J6 P　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
4 n3 a8 @  `2 W$ e- U　　　　　　INDXF－POINT 1
& N& w. M8 a  h8 e# b) d/ ~1 Y　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
; p6 A0 _! B& v# R+ U  l4 K8 t　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
) p+ p; q2 [, V+ {: l　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
1 S. G% {; ~9 K3 ]1 m% T. L# x　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
　End Select
　Seek #1,Seek(1)
5 K$ l; Q/ c6 c- j　j=Str$(i)
Loop
& a' C7 {$ o5 o6 M; sClose #1
End Sub
6 c2 w# T7 k9 j　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
　　本文以二维零件数控铣削加工为例，首先进入AutoCAD绘制零件轮廓如图2所示。经图形交换文件DXF传输到系统后，工艺干预可得沿图示1-2-3-4-5-6-7顺时针方向走刀的ISO数控加工程序，且此程序已顺利通过校核检验。
　N0001
2 B8 r: }6 R! BG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
/ A! X$ a8 u0 \& _* Q% UG01 X1 Y1 LF
. @6 h  O' ~' f$ ~) i) g4 |! s　N0003
G01 X1 Y61 LF
　N0004
3 w* q" F' O# c% c: NG01 X41 Y61 LF
$ @) a( l; M, s4 g# M! i. v- O　N0005
, M3 e/ p' j5 g. f+ {% l  EG02 X61 Y81 R20 LF
; H0 |0 a4 f, `' H　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
! N8 u' n3 x% x( G* jG01 X141 Y81 LF
0 V# |' G8 a( n( I　N0008
4 m! f1 E$ B8 P( l0 IG01 X141 Y1 Lf
. o/ v( D$ g0 w' `! I　N0009
G01 X1 Y1 LFM
0 q  g. U% G, ^1 x+ F4 S　N0010
* P9 \. @1 }, Y9 D4 q02 EM

图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
　　由以上实例可得如下结论：
- k) T7 f) a1 L( E4 J　　(1)本系统基于AutoCAD平台成功地实现了二维轮廓零件的数控自动编程，从而弥补了繁重手工编程带来的许多缺陷；
　　(2)该系统既可单独作为图形自动编程系统使用又可作为工业PC机数控系统实现自动编程的功能模块；
' J  D% K9 }' i9 s; A( R　　(3)本系统一旦与CAPP系统结合，便发展为微机平台上的CAD/CAM一体化软件；
! L/ L) n! z( o, b5 X/ y: T　　(4)添加刀具半径补偿功能后本系统将能实现刀具偏置自动补偿；
$ g6 z6 P% D9 P　　(5)研制本系统是PC微机上实现自动编程的有效尝试，功能有待补充和完善。
& _) K# E+ z9 Y% W/ H文章关键词：