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
) e. q! [" x3 J" d- ?　　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：

3 L! @7 g, i' V1 q* [& D图1　系统总体框架结构
% ?% B4 P! V! ^　　(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；
$ X8 h# v2 j+ V/ i6 G; N/ n　　(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；
* ]4 x* s, N" Q* B3 G　　(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。
% u8 D; _2 R# i" d: H　　(1)实体数据类型变量定义
1 B" @2 q' u9 V& ]. `　　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
8 s+ g9 f6 H8 f( g; Q′实体形式数据类型名：
, |3 Z* e/ ^' p( ]1 ?2 x5 n　　ENTITIES－TYPE；
9 e3 m. Y! ^) J. M; i　　STYLE As String
3 d- A" ?9 d9 M9 V′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
: s! t3 n0 a9 B/ E" K* X　　X1 As String
) x& B% c7 e# g/ X′实体的起点坐标分量x；
& V! f! B1 r: c  ^　　Y1 As String
′实体的起点坐标分量y；
- A) n) d/ A2 z% O9 R$ P　　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；
! a$ g1 x; k6 d+ k9 b$ Q1 P　　X3 As String
′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；
+ V6 v- [# [' G; w　　WISE As String
2 X0 M& O. t/ q6 d4 X- m" T9 l′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
　　ANGLE1 As String
: r2 y! W, W# f$ p. I) e; \′实体(圆弧或圆)的起始角；
: q$ c! P3 H. S　　ANGLE2 As String
3 l6 D1 Q1 X. O6 c: b′实体(圆弧或圆)的终止角；
4 a# b( B- q8 E$ N+ I6 oEnd Type
Global MM(200) As ENTI-
$ V0 g! r; O- b& ETIES-TYPE
! ^; h$ ]) Q+ R9 z/ x7 [0 ~′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。
  z5 n+ L0 b4 x1 \　　(2)DXF文件的读取程序
8 \2 |3 m) c4 L" H) l, a4 A　　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。
1 f! d8 S3 I0 c- _2 a- a　　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
Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
* F" Q3 V1 ~) WOpen FILENAME1 For Input As #1
/ r, l% c1 ]3 J" k, y8 e4 a, X　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
1 a- y' @. x& \' g　　Do While Not EOF(1)
4 G+ S8 [$ M# ^9 Q　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
! [2 g! L& P& w6 E　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
9 C, j+ I9 X! ]　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
  n1 G6 g) n% ]7 s' A+ o　　　　　Case“ARC”
$ C1 @3 k, u# f+ C% X8 v4 O　　　　　　　INDXF－ARC 1
　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
* ?' Q, y  h' a　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
; J7 h* c* m& U0 p* Y; x2 h6 W) W- b　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
8 S. p, \4 F. O  @) g　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
+ u$ S6 c+ p6 n' J5 \; u& B　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
0 v" M! C+ c+ A' U- s2 @  n　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
( U  M9 P( X+ q/ |3 `5 b; E' p% @: ^. K　　　　　　　　CC.WISE=“0”
' A  ]9 M% F5 K. ~% c　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
; b3 O8 z6 @" A$ T8 ^( o8 o　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
2 ]( P# T) @9 J/ @　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
0 b+ k3 }, N8 Y9 M: K# Z　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
6 q* c- {& q% n0 _# y! V, J　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
( h" \( P2 G. N. {* C0 \8 Z　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
, n& ^/ J; \4 i8 z& e　　　　　　CC.R=Str$(R1)
9 b3 m6 ?1 n% r4 V5 S  P　　　　　　CC.X2=CC.Y1
. \- `* s3 F+ Z2 _　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
3 c- n2 Y% R, p' q. l　　　　　　INDXF－POINT 1
5 K; G4 z  ^9 T　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
5 X3 A( O$ D$ T' ~) ^: t. o　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
2 f0 y/ F8 E8 k& @' N7 O. \$ q　　　　　　xx1=x1
. G3 m3 b' M, g# w. H8 C3 b　　　　Case Else
) D% i7 k$ U8 m5 ^3 s" L　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
3 L& A! ~8 s) ?* Y; R/ w7 P+ D4 ~1 K　End Select
" I5 `1 l, v* N6 U7 J3 ]* f　Seek #1,Seek(1)
  A: o4 j& G; G, r: R. u3 L8 A　j=Str$(i)
( Q" w! I( T+ W5 Z6 jLoop
Close #1
End Sub
0 o+ r0 S' k& a" g! F! i　　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
$ L. ?: X& V$ B5 v4 mG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
( \$ {: F, x* O2 @  K: @G01 X1 Y1 LF
　N0003
& H2 `3 Q/ L- A- R6 YG01 X1 Y61 LF
# x2 m* T% g/ f6 H& d4 i, T: Y　N0004
* Z# ~  L* R5 Q7 P+ z/ W$ c2 h* V7 xG01 X41 Y61 LF
7 c# M- g) K3 g& d( Y* F5 V  ^　N0005
5 j) M; N- w7 Q9 w# J0 hG02 X61 Y81 R20 LF
8 S4 B% c( u6 w) v　N0006
  z3 l5 f+ B" p+ VG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
) c3 G: P! E6 p9 s8 |0 KG01 X141 Y81 LF
  O% {8 Z7 b( G& k　N0008
" y- P1 K4 k. Y, ^G01 X141 Y1 Lf
, i0 ?, w1 l* `9 B　N0009
G01 X1 Y1 LFM
0 o) {- s  y, E! O8 i, i, N/ K　N0010
' n  k/ T+ |2 h02 EM
  A$ n0 n/ R% k% X
8 }# _5 N5 s8 p# a' {7 e6 G图2　AutoCAD绘制零件轮廓
: `* q) C8 r( m% r' x5 r5　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；
  U, l+ y1 {# 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 V" |7 r' A% T0 c　　(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。
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