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。
4 c0 q- L0 r3 ?" Y2　系统的框架结构和功能
　　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：

8 I# E8 @1 N& p8 j5 z% ~  k0 Q" F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；
　　(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；
7 F2 _* c& T! m  Q6 H9 E0 R) M; V　　(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
　　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
3 G! b0 x- X9 @Type ENTITIES-TYPE
8 u* A. K" b( O3 p7 T. c" B3 f: I′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
& G& ^2 e' `4 l5 Y, |" R( ?　　X1 As String
1 t. B* {" Y* I1 q) c′实体的起点坐标分量x；
　　Y1 As String
′实体的起点坐标分量y；
　　X2 As String
9 N8 e  }$ L+ |' C3 ]9 j′实体的终点坐标分量x；
　　Y2 As String
′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
: `9 q" l6 ]6 N5 _! A′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
　　Y3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
　　R1 As String
′实体(圆弧或圆)的半径R；
　　WISE As String
′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
, I4 ~5 W5 j2 e& M, C　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
′实体(圆弧或圆)的终止角；
* V% A  H3 t7 V; ]End Type
Global MM(200) As ENTI-
4 U8 a/ M) Q; b* a- ETIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
+ t0 G1 V! p$ O$ B! s5 a9 C′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。
! E. o2 |, x9 b' 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
; q5 S. Q3 A9 C7 \1 ]3 d* p& M7 h8 o( iDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
Open FILENAME1 For Input As #1
: I; q4 H7 F4 a& e" d　　Do Input #1,B
6 E# G3 I$ N1 S) x6 |　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
, C% d) _( K4 k' h# `8 l, R　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
$ l) W8 {! o% X! U2 `. ^5 |　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
/ ^9 D9 t# X; f% r0 h$ o' s　　　Select Case B
( E3 O/ K& ^& A+ V5 y3 N　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
9 m3 |& R3 Z& \0 z, n1 a　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
  x% i2 X5 N( V, e' t8 [　　　　　Case“ARC”
+ H( Z# P& I  l. ~* z1 g  f- K0 H　　　　　　　INDXF－ARC 1
2 ]+ F' G0 n" x  ]1 p3 z　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
; h# m# ?4 M; @9 ^9 l3 P　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
$ M9 m3 f& U" Z　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
4 z5 J! c3 U1 U+ A+ H　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
% T/ ^+ s# i: G  y# X　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
' v) N4 r! z8 [, m　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
8 t1 x  \' ~( C/ E, Q- y! I0 K　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
5 B/ O1 ]& j" `) e# z　　　　　　End If xx1=x2
　　　　Case“CIRCLE”
2 A- l0 o" _* P1 f, M　　　　　　il=il+1
# x3 p& h9 [' |" |' y9 @　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
0 d' B4 ]/ @9 e1 b　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
  L2 J& {" Y9 `1 z　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
0 k' z' M* q) d3 @　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
, H$ ^) G* @8 C: z  B% s- D  n! ]　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
6 Z1 a+ t0 @. @9 ?7 c' Z, J　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
　End Select
3 K. ?$ ~# `2 g- ^' K+ L　Seek #1,Seek(1)
  g3 ^; u) h' d) \　j=Str$(i)
Loop
Close #1
2 u1 X3 B" d, [End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
) ^: _6 U3 B) P9 O" X' V2 f# |4　实例
　　本文以二维零件数控铣削加工为例，首先进入AutoCAD绘制零件轮廓如图2所示。经图形交换文件DXF传输到系统后，工艺干预可得沿图示1-2-3-4-5-6-7顺时针方向走刀的ISO数控加工程序，且此程序已顺利通过校核检验。
　N0001
. B8 Q/ Z1 P6 C1 O  k3 Z8 t1 c; oG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
3 I/ k, S( j' }5 g: F0 P　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
& D8 O3 _3 ~; o) }G01 X1 Y61 LF
/ O* V$ M% Z, i4 I　N0004
% _- L& M# D% R; H' zG01 X41 Y61 LF
　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
　N0006
! n* N' g# S! zG02 X101 Y81 R20 LF
1 E: B( T9 k& s1 N　N0007
- m5 `& ~7 s0 p. z  _5 i5 eG01 X141 Y81 LF
* G3 d2 V' P' r1 O- J7 f! y! j1 q8 W　N0008
G01 X141 Y1 Lf
. Y1 y; O4 O0 A3 _6 l5 T　N0009
; w8 N& c. ~$ Y$ ^/ FG01 X1 Y1 LFM
$ u3 B: p% f. r. i2 `7 {　N0010
( W& c1 C) R4 u& y8 }( s: G% P5 @, ?02 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：
　　(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；
8 \2 I* {( O# ?6 m' U# k　　(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；
6 U9 T1 Y3 f$ W　　(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；
　　(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；
6 u" n% f1 v4 T  ^0 z4 V; W　　(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。
5 _2 C+ W2 ?" q3 w, W% Y9 t文章关键词：