基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
& m$ I% O9 b; J; B: h& n. ?1 ~　　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
' E3 g1 b& A- e: @) O6 ^8 ~　　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：
/ X- l% J1 n) ?$ W' u5 l9 {6 n
. W7 W0 t! q( L  d图1　系统总体框架结构
. @3 ^9 r- u! ]2 s+ R  O7 ?4 Z　　(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；
/ S/ J8 ^8 }3 _) y$ W　　(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；
( ]! J4 J; e8 G: E7 ]　　(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；
& v. Y- o9 [# s+ {& v8 K　　(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 N9 ?+ D. l4 |- M0 `3　软件设计过程
: C! G2 _3 Z3 N0 j. i% M6 K, O* ^　　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。
6 D( G, Z7 N4 c+ X2 N' X) H　　(1)实体数据类型变量定义
5 Z$ Y( _: ?9 `) X, P2 n　　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
# B# i; B9 s# b1 LType ENTITIES-TYPE
+ e! b* D% _0 |′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
　　STYLE As String
! W* r- t9 j9 s, r2 ]; d$ f′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
8 r# R  N9 e+ _( L　　X1 As String
′实体的起点坐标分量x；
　　Y1 As String
+ S4 E& U5 D6 c& x  s' S9 U′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
/ ]. F% {' r) I( @# y′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
　　Y3 As String
/ H- Q* L, ]& Y" X* \' M′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；
7 J( j2 \: t: d　　WISE As String
′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
" _' ~6 F6 Z; X$ }4 K/ g% q% T′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
1 |; u# d- K  w: c; iGlobal MM(200) As ENTI-
. U' A4 g9 j- ?0 uTIES-TYPE
: Q0 z& P4 G+ C, E# ?  E′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。
* K# u0 o2 M( |! _! f( p- ^2 s　　(2)DXF文件的读取程序
, V) I( T- b; e$ w/ E　　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
# z* p: C% r( Z1 EDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
Open FILENAME1 For Input As #1
  D4 y+ h+ q) X9 b, d8 ~, K: n　　Do Input #1,B
) ^9 `: Y0 i, |+ ~% z2 w　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
7 X% @/ g7 D: c　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
1 ^" d9 R, f. G- _! N9 E; ~3 C9 D# _　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
2 v* O! ?4 u; p+ i% Z$ K3 ^　　　　　　　xx1=x2
/ B1 W, _  e% y0 c: R" T9 o% ~+ e　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
' v; v, z! ^! H' z　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
" r/ f0 }/ E& G* Q4 ^　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
% V) k& s+ o0 A1 V0 e7 j( q* S　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
, E- z' W, X8 ^7 z, p　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
+ b2 B1 X- R+ U+ W　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
  p+ B2 w! w4 G3 b4 `; X　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
* W/ {! E+ W& O0 h0 N" J2 w' Q6 z8 m　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
$ ?$ W: y. S; @' c8 {　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
" k9 W! O" H* }6 |* T! L8 B: o% }　　　　　　End If xx1=x2
9 Q  q+ q5 z, x1 N! K4 i, {　　　　Case“CIRCLE”
7 z( n3 _2 ]3 b5 q4 `　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
- ]* v6 R- z+ r7 s: J2 [4 Q/ s　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
5 m; {; @' q0 J2 F6 T　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
- }1 T9 x5 q2 u7 q* X　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
! T) N3 y7 j6 E5 a) W; A4 ]& O! L4 F　　　　　　CC.X2=CC.Y1
# s) W! t8 W! i& z+ G; H& Z　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
9 p  Q. N7 a# N6 ~! N6 V　　　　　　INDXF－POINT 1
# g4 H" M1 a8 Y. ^  T　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
4 o4 V; I6 s  N: ~/ h+ i　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
  ]- P: ?4 B. K% B  O　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
　End Select
　Seek #1,Seek(1)
　j=Str$(i)
Loop
Close #1
End Sub
　　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
4 v- z( E& n4 N3 g( k% v+ m$ nG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
& `3 v0 |8 Q& M: H1 q　N0002
0 T% R3 \1 s4 K, d# ^G01 X1 Y1 LF
　N0003
4 J0 U0 B0 o1 u% C' y; L' lG01 X1 Y61 LF
　N0004
5 Z4 I& B, @7 L7 J. O5 RG01 X41 Y61 LF
　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
. ?8 ^% W" ^3 ~; d  D　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
9 Y2 E0 C) K& k, l7 L, B　N0007
- i9 R2 _; b1 u8 FG01 X141 Y81 LF
  R3 ]; W* _& S/ y; W( Q　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
6 C( x7 s0 N+ O, O% IG01 X1 Y1 LFM
　N0010
02 EM
& O% A2 C  D3 P9 c, A5 e2 d
图2　AutoCAD绘制零件轮廓
* H. s, b) W: @! K3 `- I9 b' [; U5　结束语
% z  B" b  H' u  w3 b9 O9 C　　由以上实例可得如下结论：
" K$ \9 c0 i6 f1 L　　(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；
7 W3 `- ^' E$ h& W9 z- q4 h　　(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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