基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
/ a( @4 Q$ i0 e( p% t% h　　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。
5 u+ }/ L+ ~0 m2　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：

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；
1 B1 [, ~2 ~; P: h% ~　　(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；
　　(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。
  Y) C/ v: c7 M2 ^3　软件设计过程
, K- Z3 E6 l6 ]! F! h　　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。
3 l- p$ _( r$ }0 p; @$ ^$ h' g　　(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
8 F3 M1 |0 h8 N/ [Type ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
2 p2 r" N# s1 s- _　　ENTITIES－TYPE；
　　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；
　　Y1 As String
′实体的起点坐标分量y；
5 `$ g" \. j3 \) g4 Y2 u- {　　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；
2 Z; M+ C! a! f　　X3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
　　Y3 As String
7 k# ~& B( i9 y! c′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；
- A8 [/ r2 E/ }% a5 g7 Z/ X% y% L9 r　　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；
. s2 |% l+ |0 ^; V2 ]! \End Type
9 D* x) @5 @. Z" W2 VGlobal MM(200) As ENTI-
TIES-TYPE
3 q' `) u/ H3 P/ a% o′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。
7 V$ s  c. W, R6 N- m* Y+ E　　(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。
$ }$ N( s+ W- G　　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
8 W5 z: Z7 L! ^# F% w9 ]Open FILENAME1 For Input As #1
! u# I( W2 o. O　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
4 |9 b* d' D) v6 t- k　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
9 _0 i7 d, t# ]- ]  N　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
　　　Select Case B
! t) i- s: ^3 H) s6 O　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
+ P- S& L$ e0 n1 j　　　　　　　CC.STYLE=“line”
# W9 d* O- p- K6 y( N) t2 x　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
& w5 k' ]) h/ F- I3 X) V, K　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
0 }# P7 j% `: i8 e& }　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
  V$ M- C; {! C5 Y2 m　　　　　　　xx1=x2
　　　　　Case“ARC”
& E  y# z; v5 F7 e, d0 _9 @: H' F3 P* H　　　　　　　INDXF－ARC 1
7 e# m( H) l7 {5 _6 O1 w　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
9 x& n- y- E/ Y+ l　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
  T. L% q- b1 e( a. l7 @　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
& K0 }/ f: q/ U% W/ G$ T　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
/ K! D' P/ F. k+ t　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
3 ]  W6 y1 \) ]/ S/ ~　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
) A' m( X1 M6 s　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
6 O1 G: F$ g! M5 [, K0 E　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
- l5 o: x8 B0 h' P　　　　Case“CIRCLE”
# m5 Q$ T) a7 D; X! ]; X　　　　　　il=il+1
! d. C# U  \# z1 ?3 e1 W8 E　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
% t/ v5 o4 j7 f　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
5 o& K- o5 J0 c, F9 K0 i$ f1 C; s　　　　　　CC.R=Str$(R1)
" z5 r! U* J; U8 `' _: \' x( o　　　　　　CC.X2=CC.Y1
2 w3 l" V- d. ?5 ]" F( h0 w' ]　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
, G8 _. A' P9 j% j" y( g　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
/ X% `5 u- N( I0 r% V& ?　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
　End Select
　Seek #1,Seek(1)
5 E' u" Q" X" B2 a+ l　j=Str$(i)
Loop
$ S1 I0 m# i4 m% W8 ~( x2 HClose #1
End Sub
# \, ?; o; H$ J% |  P* s0 I& y7 z　　其它模块的程序设计不再赘述。
: H# W" _1 w8 t; ]! J4　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。
5 y) `: O+ h& N. Q, n　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
) m" G. O: F! `6 h0 fG01 X1 Y1 LF
( O) _3 A4 x8 R) V- R5 e! n　N0003
G01 X1 Y61 LF
8 P7 j/ ~, l4 g% {4 O( B) q　N0004
. r3 F' J, D- P5 q+ m5 b5 U( U3 \G01 X41 Y61 LF
　N0005
! a1 v1 _* d5 p- [7 t2 IG02 X61 Y81 R20 LF
　N0006
" ?+ j, q6 ~# S1 Z: oG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
; t$ d" L, B; N! `G01 X141 Y81 LF
　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
: B2 p& W: Y1 l+ C5 L( ~G01 X1 Y1 LFM
! O( z: }; k- a& m2 S! a　N0010
6 _" t: O. {) a$ D: x0 t% v02 EM

! S- F, Z8 |; ^图2　AutoCAD绘制零件轮廓
$ L) Q0 X( w0 U3 {) @$ V5　结束语
　　由以上实例可得如下结论：
' Q8 E  @* P( t, u# a　　(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；
9 O$ v# w$ O4 ?! o# U7 H+ v6 ?, ]　　(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；
  Z4 s: M2 G. H1 ?  I, G5 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；
# l, A; k/ V( t2 [　　(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；
. z: e0 `* e3 {; W6 l  Y　　(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。
文章关键词：