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。
  f; e, B1 t& ?! D2　系统的框架结构和功能
* R0 J3 T- |1 h. ^* w5 P* w# E　　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；
" b, z- @. s; n0 N, \% p　　(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；
( m! b$ t: U8 @0 P0 y" 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；
8 Z' X% S' T$ ^' [* P+ Y　　(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。
9 f0 {& Q' s5 b; `( n3　软件设计过程
$ ]/ W3 L3 x8 i- v5 K% I! ?　　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
( N% {5 E9 R# d+ M3 S　　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
+ [/ Y5 w7 B9 R0 L2 ?& H  c′实体形式数据类型名：
5 Y# ^( {8 c; {* K; \& v1 b; |! h　　ENTITIES－TYPE；
　　STYLE As String
+ ?2 D. j/ X/ P7 V; m; A′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；
0 S0 ?8 W$ A* C8 N( D　　Y1 As String
′实体的起点坐标分量y；
% A' G" I; n3 f3 c) H) U$ K　　X2 As String
′实体的终点坐标分量x；
) X8 r/ G: ~" ]' Z9 R# ^, \7 |/ @  p) M　　Y2 As String
′实体的终点坐标分量y；
  W2 q5 U7 }8 X　　X3 As String
' J5 f6 s5 n  D7 g+ k′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
  e- @" x7 q7 o! K% @　　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；
　　WISE As String
′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
( H% Z. b( |" U　　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；
End Type
% L$ |. H2 z! j) pGlobal MM(200) As ENTI-
) l! J% {# V" a6 U4 ~TIES-TYPE
4 i. u& O- _' I) s# H% W′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。
　　(2)DXF文件的读取程序
2 [% q$ Y- Q* 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。
　　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。
$ r6 L# U3 ^) Y8 C3 hSub DXF－IN 0
; N4 R$ V9 B6 RDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
$ \) m* y1 ?! R' g% b" g& lOpen FILENAME1 For Input As #1
& _6 p: x% b# L2 |! I' \　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
! }) i5 o% Y. M* I1 z2 C* ]; k　　Do While Not EOF(1)
7 {2 H4 U! U/ g9 k% Q5 ?3 D& U　　　Do Input #1,B
7 U% _& G% {: P6 g; K0 x$ a　　　Loop Until B 〈〉“0”
$ \7 ]3 G! y; A' V( m$ l* }　　　i=i+1
　　　Select Case B
* T% O9 L0 C; p　　　　　　Case “LINE”
/ u7 |- y+ \5 P/ ~5 N　　　　　　　INDXF－LINE 1
' r" U( g7 {$ ^) t7 U5 M　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
7 N) b5 H' K1 ?' a  k4 t1 t: G　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
+ w, m- l; `& N  m8 G　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
% ^* H2 b) ^1 y: q2 |　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
, g5 v  G3 i! ^; ~, q3 I　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
& d5 o) m  ^4 T! e) Z　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
  ~" b4 M/ H/ H/ a4 O　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
& }" j& z% @3 I4 U　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
' M! M* G6 D9 V" R9 @, f7 Z3 Y　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
. {% H: {7 m6 A6 g% Y' t, P( Y　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
3 H2 W. L# M' o) j# k　　　　　　End If xx1=x2
6 R! m+ ^) W" I7 {' S$ e5 J% g! V　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
8 L# q9 C- {' }/ @7 B5 H　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
7 P) H2 s  }% n4 t( y( C& h& a　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
! S% u- E* J& w; n　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
5 f$ @: x1 S3 J- V4 x5 y　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
& [, T  j# D; |; r0 y9 J5 w　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
* F. B9 k0 I6 ^% @; H, p9 A　End Select
　Seek #1,Seek(1)
9 n$ ?0 ]$ j. B' n　j=Str$(i)
Loop
* g! I' X; ]: O( |4 }) P0 YClose #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
3 y% J  j& Q0 b, T4 f4 A$ @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
3 `6 ?8 ]4 G( |G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
3 g3 s: Z4 G$ C# n1 ?3 I2 Z　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
G01 X1 Y61 LF
1 h7 E, k& \6 W9 |5 W+ E　N0004
G01 X41 Y61 LF
7 E! ~5 G/ p% ?8 k　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
* c5 k1 K# u, o9 k. z# `3 x9 z; @5 U　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
4 |5 x9 W$ D. c5 R2 ]2 _( a! ?' v　N0007
G01 X141 Y81 LF
- c% o2 u& c. G/ q  F　N0008
2 Z( Q% d+ g& U* iG01 X141 Y1 Lf
) E+ }  J( H2 }* J　N0009
' m% M& i7 h% s* p1 `G01 X1 Y1 LFM
8 C, ~) X3 D& W/ O4 x, ]　N0010
. }8 w) c' Y: D1 f02 EM

) q4 {2 R1 V% R0 U! _图2　AutoCAD绘制零件轮廓
* h! `' T, n- x1 E5　结束语
( y+ d1 F9 \* Q- }: i1 m1 Z; S( v　　由以上实例可得如下结论：
0 y+ @) p9 k1 n- j$ C　　(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；
: {' Z3 S4 M) m　　(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 T; t0 X: I) c6 v/ B! a/ F7 D& ^% Z　　(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。
. c* |# h: W' v4 k文章关键词：