基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
" ]9 \9 B# O, N9 K6 g　　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
　　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：
% F/ Z$ U* ?; \% F3 V: y
% m. ^" Y/ W- l( {+ t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；
* w+ r* Y: D5 T6 [　　(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；
/ w7 J) @6 y; k, ?2 u# V　　(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 g! q" R5 F9 i3 I　　(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。
( h; U. X1 g, ?3　软件设计过程
4 E  f, z$ {8 Y8 V& t% X2 ?* l　　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。
; N# K2 }* A$ ~　　(1)实体数据类型变量定义
, C( i* ?( [5 d9 _0 o9 p　　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；
3 O: n* i: k" }" J. p0 x. A. j　　STYLE As String
8 D; O& W- a; K′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
: X# U4 D8 Z* F3 a; i; l0 ]　　X1 As String
′实体的起点坐标分量x；
　　Y1 As String
2 i7 N- o4 w- a! g6 ?3 \6 f′实体的起点坐标分量y；
　　X2 As String
/ q  R; ^* w3 S8 U+ y' d′实体的终点坐标分量x；
: {: M3 X# f' w% ]/ g1 z" K" Z+ m　　Y2 As String
′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
7 r6 n& |% N# n6 r′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；
9 ?2 ]; b  q1 ]0 b& E" E　　R1 As String
′实体(圆弧或圆)的半径R；
　　WISE As String
+ i- }) ]/ ~. b′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
  u( g5 }9 P' v. N9 K　　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
Global MM(200) As ENTI-
TIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
7 C. [; ?: p" o+ _′型变量，实体数目最多不能超过200个。
. ~5 l: y( [: x* V& P" J9 ?　　(2)DXF文件的读取程序
) v- j( A, {8 R& ?: x0 }　　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。
; t  w6 r' B+ o* u8 \8 D7 e) L/ K# u　　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
/ e+ l0 @7 G/ t6 H- y2 O+ c9 j4 v% vDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
& s. n% d. _* o  u" o' sOpen FILENAME1 For Input As #1
0 M8 w4 h: m7 G& h  ]! F　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
9 N0 n& R3 q2 c6 V( R' B3 v　　Seek #1,Seek(1)
+ s$ t& f* |) o4 s" a( Y　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
  N$ R5 \( s% X( |) X* J+ n1 e　　　i=i+1
　　　Select Case B
! s4 J: j/ E1 d! i) v# g6 V* y7 H1 ~  K　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
" P8 @0 Z! @* @, }% S0 g　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
, p- k( d6 u  Q7 c7 z/ U　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
$ _" h7 j; H+ v/ t: b( v/ _& c, ]2 l　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
/ G  S8 ~  V: Z& O! m　　　　　　　xx1=x2
0 q* l# b7 A4 w' |, T" C　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
7 D6 v( R! o. _4 q, ^7 @/ w　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
6 F' h0 s2 c6 i  t5 Z5 h　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
3 K- V7 N1 m2 a) V) h4 [& c1 K　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
+ {* \1 s2 D. l+ U) Z　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
7 d( g# G% ^$ _& D& I( s　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
  F6 \$ b. b3 \) h, B) w　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
/ b  p% N$ |5 d4 Z$ Y- O　　　　　　　　CC.WISE=“0”
( c% B" k8 c9 d% B　　　　　　　　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”
- ?9 a- H; K/ D  {. m2 ~4 c　　　　　　End If xx1=x2
　　　　Case“CIRCLE”
0 l/ s) f6 S! c2 A　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
8 V8 c. ?" A) H1 i5 n6 k　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
3 a4 h5 X* T  ]5 H2 K　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
: G. Z7 y# f+ Q, c  N　　　　　　CC.R=Str$(R1)
! B: N& A# H" E. Y! [! |7 p　　　　　　CC.X2=CC.Y1
# C2 ^4 R2 Q8 [# F# c1 |1 j　　　　　　xx1=x1
: M# M/ B. z1 b* A　　　　Case“POINT”
: {, q, s# ^. f9 M/ E5 R- g0 ?$ z　　　　　　INDXF－POINT 1
+ u2 [& O) O, {9 p2 `# \0 w% H　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
. `( K0 [* a9 x0 o; c' d, c　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
7 @; @* `1 P+ q/ o- I8 F　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
0 @# Z3 {+ c" M9 A9 r/ v　　　　　　xx1=x1
0 W! r0 x( ^0 W) {, O: {( {" O　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
7 d' m/ l; R3 i# ~9 \- I　End Select
　Seek #1,Seek(1)
# I5 O& {) z+ A6 n% G# b# E+ p) D5 i　j=Str$(i)
Loop
Close #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
" w# _$ m5 ~: [7 I6 |4　实例
9 A9 b! s. J8 @( _. B$ m) q. u7 f$ a　　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。
! R9 |2 M% ]/ D& y　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
G01 X1 Y1 LF
8 x3 b5 [1 s) |1 I3 j# }6 I! n　N0003
2 [. C- U4 D) X* F8 _G01 X1 Y61 LF
- ]8 z% F+ J1 B0 s1 e: ?4 ~　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
7 \9 M- b) p, b　N0006
' s0 q# c5 [- J$ t  ~; JG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
G01 X141 Y81 LF
) X! W8 U. B8 ~8 j9 r. l& r　N0008
) I* X, `$ m: V1 X# E8 e$ vG01 X141 Y1 Lf
: {* n7 u1 F- `* E) o, F* K- m　N0009
6 l/ ^, \  k6 Z! [; qG01 X1 Y1 LFM
$ `3 L$ b4 s  b7 T8 K2 R/ p$ {　N0010
7 s: I! v7 a& L02 EM

图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5 {# S* P$ w  L! H( V5　结束语
　　由以上实例可得如下结论：
1 Y% V' {8 _8 d　　(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；
" d  w* y& X. o* ^" A　　(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；
  m6 l9 z# g2 Q% b. U5 ~0 G　　(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；
# @8 c, A- H, c　　(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：