基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
8 z# P# Z( _6 b+ M. U3 b5 T  g( m　　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
' A- h& d- g' F　　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：
5 q+ I  d/ b7 {' t' [* R/ \
  l. J9 a. E% a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；
3 M& o4 P1 w" K% u* I0 b　　(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；
; r6 X, v1 n" W" a8 L8 C! y& H; f5 W　　(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；
0 y3 m+ n5 }! T) b1 f* d　　(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。
8 f2 x* O( x' {, Z3　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。
# {/ f9 P+ a, `" R3 y7 V- O　　(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：
　　ENTITIES－TYPE；
6 P; ?+ T2 u( M1 x/ H　　STYLE As String
/ }/ A3 d/ @& I! Q  _; ?′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；
& d" [. b% K1 B: o$ V/ J. M8 a% }7 G- N" s1 L　　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；
! R5 u8 |- p7 n) G# ^, |　　X3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
　　Y3 As String
# P/ g5 g. }" _/ A7 I′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
$ Q! d4 k8 Q+ m; ?" _. e( G4 q　　R1 As String
! M% U/ F! w) ?$ }′实体(圆弧或圆)的半径R；
4 N! L$ c* b  E& c8 W2 w4 B" m# Z　　WISE As String
$ Y% X  Z- Z, N! l1 x/ p# {( @% f′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
  O! U* m! @2 K  U: h1 T* j　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
" }0 t9 @% B8 @! z/ ~2 o% k　　ANGLE2 As String
′实体(圆弧或圆)的终止角；
( k; E$ ~! t/ Z3 e* |: j# h+ _End Type
Global MM(200) As ENTI-
% R2 U9 h, c4 x5 ]5 G7 [* r- X& x, ZTIES-TYPE
+ x1 U$ S" Q6 }′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
; N; ]" b" `7 e, K# o. a: i′型变量，实体数目最多不能超过200个。
　　(2)DXF文件的读取程序
1 e( U2 N; _" o5 f2 P; T　　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。
Sub DXF－IN 0
Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
4 r2 c, M* B0 l" o; _8 SOpen FILENAME1 For Input As #1
: ~7 b5 L/ U0 i* H) ]  E9 u- S　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
, W+ X# }  a) |6 Y$ [. H　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
+ O: R& o4 |  ]0 _, D　　　i=i+1
  c3 B0 ~; W0 d0 L- O. D/ {　　　Select Case B
- J0 K  ]( L) ]; {4 I" k7 S; n　　　　　　Case “LINE”
  q% W; L7 t7 R7 b; B; b　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
" S6 Z2 n# j3 X- y& E) a: A0 B　　　　　　　xx1=x2
　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
; N: m9 z+ S4 n　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
! h0 ]  h: [. w2 R+ S! R7 m　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
0 |& B2 V9 h# R8 L) f" K. m　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
# M  A1 u) _7 {& s% x6 h# J　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
$ M8 [1 D" s1 ^- U8 q0 g4 P　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
' v* U! v, x+ S( W4 h) B$ O　　　　　　　CC.R=Str$(R)
, R1 y0 @" J. w  w" ]) s  H0 G　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
, Z. Q: r# n# K  t' }% I　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
- Z6 G# m6 _- U9 w( Q0 }　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
! M& ?+ ]. ]! x5 J0 K　　　　　　End If xx1=x2
# k" Q$ d$ }% g7 R$ Z6 d. z" H& L　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
% }* ]5 ?% a, M# u! P& ]　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
' m6 A% E* z" P- i2 }　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
0 y9 n: A7 u, W$ `6 o0 j% w& L; Z5 P8 d　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
, Z3 U; E8 S3 w　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
& J/ x7 I) r" ~& W　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
; s0 M) T& Z1 C: I% c  E) }, r　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
) E2 e8 K7 s6 O3 X0 r+ H　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
3 I: E$ {0 d2 R: Y4 Q; G9 j4 O$ }　End Select
　Seek #1,Seek(1)
. [5 z' n% K7 j4 ^　j=Str$(i)
Loop
Close #1
6 F8 q+ p8 W& D! T* L2 LEnd Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
8 y- c) \# @+ y$ B　　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。
- ?& j$ O0 s% Y2 x" v　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
# z8 a  l+ N5 s5 ^$ S4 Z. R　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
. l2 |  p0 d4 r3 BG01 X1 Y61 LF
　N0004
" G  n( \# g1 \6 dG01 X41 Y61 LF
　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
6 z2 V9 X' ?- K8 B　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
) \" N, ]$ j* h- x8 ~2 ]' yG01 X141 Y81 LF
4 n1 J9 J8 l$ Y　N0008
* [1 }, b) d; g1 ^9 SG01 X141 Y1 Lf
0 X* C* b8 [2 y' [　N0009
* i7 J% C  t+ K. R- O0 v3 NG01 X1 Y1 LFM
* f: l8 d( [! C+ J$ B* C　N0010
! P# h; J# K+ x9 j/ m" f+ e% G02 EM
* O2 E4 h1 m+ N0 r( M" t' f+ I8 B
5 K7 p) L) Z7 ?/ m$ E9 D图2　AutoCAD绘制零件轮廓
- I! ]7 W! b8 z: l& r" z5　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；
　　(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；
　　(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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