基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
8 I0 U' f: f9 K/ U" e　　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
: L6 O) l6 V% X) I　　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：

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；
" H7 Q) r5 `$ L5 r* r, S　　(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；
( f; Z- G8 B/ p6 j0 D5 t- R　　(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；
  N- U  G" D) k$ h  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
4 ~( |+ N5 F2 J  c6 N, c　　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。
! ^& w3 z, J3 U$ @2 Y; a( _　　(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
Type ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
' @5 A9 I: `0 d5 ]) o　　ENTITIES－TYPE；
　　STYLE As String
5 a7 I7 o& |+ `- A′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
! D* i' j6 |# }　　X1 As String
′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
′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
4 H. I# |' ~2 |( J) M/ v+ L′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
$ e+ _/ N3 O" N/ |# X& |3 H　　Y3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
　　R1 As String
: x  S" z2 U" b' `& w′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；
4 j) E4 S: R- A6 Z* A1 Z$ ^　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
0 h9 X1 a# s! x9 d; K( O0 s; T7 y′实体(圆弧或圆)的终止角；
+ q8 r; j  s4 ]6 ]  A/ a! d; @End Type
Global MM(200) As ENTI-
% w+ r! }' A7 M5 N+ C0 c$ P/ i' WTIES-TYPE
. s8 Z% l& H2 B; n′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。
# q& l3 S' L# {6 L# y) n( j　　(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。
" u: [. N# O/ T) B　　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。
# K/ j- v$ c( eSub DXF－IN 0
Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
9 T: o$ o7 ~# f' [. KOpen FILENAME1 For Input As #1
. n$ ?1 |( M6 Y+ ]: s$ E　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
6 [" H3 N8 Z1 f  d  d　　　i=i+1
　　　Select Case B
9 _0 }+ U# u' T6 L" D5 S6 |0 U　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
: @; V8 \5 K0 t* a- X3 p　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
* W" [* r" }' e# U4 g( u! N　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
) Z, G* y4 M7 }) C# X1 L  k: f　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
$ w; Y! u+ C1 _7 P　　　　　　　xx1=x2
  q! g) q: i( M: t　　　　　Case“ARC”
  [6 M% B3 J; S　　　　　　　INDXF－ARC 1
　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
: q! K. a7 j- ?2 {　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
* {3 ]* R. ^) b' w/ k: Z; k　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
! C8 q' T, w9 C　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
. n; ]$ J; Z( Y# p( V/ S, k; v　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
% e  g; V0 X, ^" Q" ^# c　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
4 E9 z' s- `6 c: D2 @　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
, z8 Z9 v7 [& P4 J" A: w+ r　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
: z4 j+ Q4 [/ F& _- m　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
8 d- t4 D/ H3 _# ]　　　　　　　　CC.WISE=“0”
( h* N, D; p' n2 I7 O/ R$ C　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
& d% g2 n, }+ l: M) h' M& |$ p　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
7 Z. M. H6 [  d/ n- Z　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
3 I2 h" p5 O5 G7 _: o5 H　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
* |. Y/ c. y( }  F% ]* B; r　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
) J4 v0 w$ \- j& e: N, s　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
9 X  ^  @3 F1 J) j/ S  P! }　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
# L3 u1 U8 f) U5 c; S: {　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
: ]: P$ X- k% h- f　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
& I0 l# [) k/ r' a/ T　End Select
　Seek #1,Seek(1)
# G1 \& W4 c2 _# G　j=Str$(i)
5 N4 A6 R" {/ _8 c& eLoop
9 Z8 i, Z9 e, T! Q0 zClose #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
  u, f( |. b* f5 v4　实例
1 ?3 `- @% x1 C　　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。
- K* t& d1 Z* C- L　N0001
' C* {- B( e5 H8 A  V5 ^" F" fG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
G01 X1 Y61 LF
* p9 Q  d/ h6 ~! e4 ?- B　N0004
G01 X41 Y61 LF
9 o, ]8 T8 }8 D　N0005
1 @. t0 W! ?( E. }% t! M/ m9 JG02 X61 Y81 R20 LF
# i* R1 x  E/ W- |　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
3 z- l: s  x, [( `$ ?　N0007
' j: \. {! f6 u3 |2 \G01 X141 Y81 LF
+ S- E) [( {1 x8 F& Q　N0008
G01 X141 Y1 Lf
1 [/ _0 J& `  T, ]2 [　N0009
  d7 v% s* T7 m# f; oG01 X1 Y1 LFM
( ^/ q1 l& U" y8 Y7 S7 n　N0010
( H  m) Y, _- H4 e5 y02 EM

# @9 \# s+ h: ~8 l4 x- W5 I图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
　　由以上实例可得如下结论：
' O4 f' o8 Y: D! k　　(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 Y1 K0 g$ \, G/ P0 y　　(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；
7 `' _% \0 u$ Y/ ?3 M　　(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；
　　(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。
7 S: c. }! W2 z' a) a) f2 [4 H: z文章关键词：