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
" x  A" R/ R: h% V% Z　　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：

; g, B0 T# w- J2 D) ^$ o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；
0 j1 N, Y. h* T' I( e7 N4 I　　(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；
* r2 {& e+ F5 X: K( y- o　　(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；
, r- E7 y+ S8 k; j8 J2 o% O4 {6 P9 ?　　(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；
3 t- z7 R( R, p( k7 O# u! \/ V5 s　　(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。
; x) ]+ \7 h& @. N" _$ k; B, \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
, l1 w. D1 j. L1 ?. {( \9 k6 c　　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
Type ENTITIES-TYPE
2 H" u% i  ]& p- ?0 {  S4 l/ [; ?2 V′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
- T8 o+ J3 A, W9 u6 b9 J9 ?) M( ^　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
′实体的起点坐标分量x；
; n" o) T# d. V# b, x. Y　　Y1 As String
′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
" y1 b/ D3 J5 q′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
6 f! Y" j4 ?7 z8 u% o* j  y6 m′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
6 b& f3 A) w, q: G　　Y3 As String
2 P- e6 C. w' l2 w9 z7 _′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；
! p$ W. H; P; W! `+ E8 M8 o* g7 _　　WISE As String
′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
( X; g- _" n' Q+ G& a6 b* r′实体(圆弧或圆)的终止角；
7 C& D/ y$ F) G2 s$ F0 a4 aEnd Type
Global MM(200) As ENTI-
TIES-TYPE
4 C7 f* C7 D* J! ~' g′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
′型变量，实体数目最多不能超过200个。
8 H( Z, i' f$ g6 h0 o7 y/ u# R* i/ J　　(2)DXF文件的读取程序
( d4 `% q1 ]) {　　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。
　　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。
) q; r5 a5 Y/ T8 {& l6 p1 |Sub DXF－IN 0
Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
Open FILENAME1 For Input As #1
　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
# n; Z9 c+ D. o0 f7 d　　Do While Not EOF(1)
2 N1 A9 y1 b# l$ B　　　Do Input #1,B
- F0 h; `% C  L3 p: ~$ ]: W　　　Loop Until B 〈〉“0”
) c* p4 y9 P$ C6 v7 o2 L　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
' |3 V2 Q* D9 B　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
) j6 P9 B5 _; `* [4 G* B　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
3 D4 L+ K; i0 j9 B　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
: q! ]  o$ e+ Q: A/ H　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
& s& F8 ?6 d3 T　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
# N# X2 D5 D8 C+ [7 L; P　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
) {8 |- d4 V8 ^: L: w; h: K　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
4 M" m2 j9 K4 r/ U　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
! t, B( c0 `  [  J0 J" E　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
# s0 X2 h/ y- U  ^& a, p7 C6 D　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
9 j" R+ {! c6 F: q  T4 z　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
+ |1 p9 z- U* ], @; ^! ~& b　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
- c0 X. G8 E2 @$ K3 Z4 Q　　　　　　End If xx1=x2
4 ]! P' V' E% f+ p1 v. t. o　　　　Case“CIRCLE”
! A0 r# S3 N: F　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
0 G5 a' J* f- N4 A! q# n　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
( F3 Y- n% f3 v. C　　　　　　CC.R=Str$(R1)
& K7 L) u1 q$ I　　　　　　CC.X2=CC.Y1
( h* N  f2 |5 l" f# d　　　　　　xx1=x1
9 ^5 ?1 O$ |; @- j: p  u7 B　　　　Case“POINT”
4 d& b1 X4 }  n; S- X- J1 }　　　　　　INDXF－POINT 1
- e+ m7 h2 O+ f6 R- S* F　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
9 P" D/ J1 O* \# \7 X- x　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
6 ~+ M- ?0 I, j" w! W) k　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
' T( ?1 k6 A9 {. A　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
0 L# J5 s2 J! F) N' @2 C- r, {　End Select
7 W) ]* \$ x9 |# k$ \　Seek #1,Seek(1)
) o' W1 R& P: I/ i+ D　j=Str$(i)
- S0 `- I5 w# v8 I- g+ ~( I/ f0 U6 V8 sLoop
Close #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
; o% M( S; N4 o, i3 M5 [: [! v4　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
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
- t; \1 E# P- y3 J5 {G01 X1 Y1 LF
　N0003
G01 X1 Y61 LF
　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
5 Y) W: L3 O% U) \% t8 j　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
$ h) C* |) J6 N3 x1 RG01 X141 Y81 LF
　N0008
+ @' f; u$ @7 ]G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
1 C, ?; l, b, r　N0010
" X# l. k) ~2 M8 ^$ K02 EM
* B1 a( N$ N! O% F! Z
图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
* Q, [5 h9 s( l4 T: C　　由以上实例可得如下结论：
4 U+ F! a5 k0 X( 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；
/ q4 B! r+ m% o  c( i* p　　(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 `4 K4 X+ W% F　　(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；
$ F( S! b0 e- \! c1 K4 f　　(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；
　　(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。
& j( M& {: `$ e文章关键词：