基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
- r% b# x9 [' ^8 o+ o　　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：

图1　系统总体框架结构
; A; G8 e( y) f( m# K　　(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；
; q9 J/ f1 N" C& [4 L% o  M　　(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 H4 M4 M6 l: t  i　　(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；
# ?# [; ^' e/ N( v# G* 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；
- A% M# z& f9 r　　(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　软件设计过程
/ `4 |/ w$ w# ?  Z1 p) A  v* 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。
　　(1)实体数据类型变量定义
( J- H% Y7 L' O& A5 c　　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
( m+ k& y) e+ |6 A4 N: o, _/ xType ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
. M0 q+ Y; X' s0 P′实体的起点坐标分量x；
　　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；
  Z* Q( O" y& f' d4 Y　　Y2 As String
5 a, z! w' f$ R) z& i′实体的终点坐标分量y；
, Y3 r/ o, c/ u& l1 W& b1 w　　X3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
) p( n6 E, U! P$ Y　　Y3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
　　R1 As String
, E1 Q, i) I" x, x1 [* r: W+ P′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；
　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
& v# @; e4 O$ W′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
" N- k4 m: `6 C! u: Z$ }Global MM(200) As ENTI-
* L5 J- q, r" k' K/ c$ jTIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
9 X  K& V" o$ M& X, }′型变量，实体数目最多不能超过200个。
3 u8 u$ ]4 j- ]1 R- O　　(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。
　　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
2 d9 Z" Z9 F$ H9 o+ ]* ?Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
Open FILENAME1 For Input As #1
; U# t; F9 y( i! _" i+ \% b　　Do Input #1,B
$ e; _# x5 r7 \+ P　　Loop Until B=“ENTITIES”
+ y% w/ D, ]1 Z7 }5 n$ g7 I　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
$ T9 {5 ?$ f0 r3 V$ r　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
2 _4 q$ l- p% V6 v) e　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
9 t1 |, c, d/ v4 J  Z: |　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
$ A3 Q) k2 e8 L+ c6 M. [' a　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
+ T" E2 K9 k: s　　　　　　　xx1=x2
　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
. |1 O- V' t) i1 W& R& S- O  w　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
0 f6 d" m3 T1 t9 b' e2 B0 W　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
* }& n4 d. Q3 l1 h  [　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
3 ]! W/ D. e* B) U; S& n, z　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
! R+ f; E/ E# Y: S　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
- h7 e( J1 [7 U2 X1 k* t　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
( e1 ^& d6 c3 ^7 _. x* `% C" ^　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
7 ~$ {+ i+ v  Q" ^% ~6 m1 W! b　　　　　　　　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
" d4 Q7 P7 C+ W' }1 n　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
4 _, R( R. v! j1 ~: C) U0 L- T' w　　　　　　End If xx1=x2
　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
* K9 `* y4 h: Q) G1 K* l4 G　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
# N: k+ d) N6 \+ t5 S$ ?　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
* f2 f! a2 l) K0 `! g/ T. y# _: n　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
% e2 g4 ^3 _. q% _4 Z# g& P1 e　　　　Case“POINT”
' V8 C2 s5 B, k: l+ S# ]4 |6 t, e　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
  ?: m: S  C1 {% |　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
' V. A6 r, ?, g' {9 p. _　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
/ ~5 G4 T7 ]: J) S" D$ ]; Q　End Select
) p- V, e" J+ ~* m; A) S3 y　Seek #1,Seek(1)
& h- ]0 {! D' x0 _6 G4 ?) R( ]　j=Str$(i)
" a2 P' j$ z: x+ |7 D9 OLoop
Close #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
7 Z7 {  R2 ?- R: O+ w1 K9 u　　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。
% i( ~: b! `: d8 }. _! `$ f　N0001
9 ]; t4 p& }# c: ]% ~G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
+ o, c& `! o$ vG01 X1 Y1 LF
; L% t. }0 u! H　N0003
G01 X1 Y61 LF
* a% g8 h% o8 s　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
1 O; X. s% J8 O  dG02 X61 Y81 R20 LF
　N0006
( R! |* q, x1 w+ dG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
: o- r& u* Y6 ~/ Z, }9 HG01 X141 Y81 LF
+ A9 Z6 S; m2 `5 n" o　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
" {) K  s$ a' }! _* j　N0010
. I# v* b: @' z6 M5 N02 EM
- D& b& n& T: E8 i0 I
图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
$ z1 u) O" J: A. N* z　　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；
- h1 ^: `# Z7 k& h& D6 o) E) [　　(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。
. s; h& ~2 T1 t- P# H( o4 z2 Z文章关键词：