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。
1 o8 `3 H0 T% U$ F" l7 l2 E2　系统的框架结构和功能
/ M6 N9 I' C) \% Q$ b. y! Z3 [　　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：

; z- R5 F- P# w( X! ]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；
# \* u5 v6 ]  `+ z5 e7 j2 K　　(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；
. _4 E7 w- G2 m" I/ h- H　　(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；
6 Z( n! i0 n; t% K; U% L4 k% f　　(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；
' K5 D+ U& U8 R( `2 }1 p  n7 Z　　(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。
% [# |' v3 N+ `: q+ g1 g3　软件设计过程
　　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。
) {# ^( o6 y5 `　　(1)实体数据类型变量定义
( Q6 j9 I% Z7 F9 v" D6 M) 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
Type ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
5 i! r8 z' g+ |+ J　　STYLE As String
$ N; [5 ?1 z4 t) m′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
' D# C. t+ X4 U$ X6 b  R′实体的起点坐标分量x；
; ]4 _+ Z: A7 Y1 T　　Y1 As String
. J4 u! z- t, M4 q$ y′实体的起点坐标分量y；
  g& \+ d' q4 u! S4 L　　X2 As String
( C4 h$ A% E9 Z% `! K′实体的终点坐标分量x；
3 Z* L8 {) D& B9 d　　Y2 As String
′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；
$ ?% ~8 f' u7 a1 \4 y　　Y3 As String
6 h- G# T) x  r5 U" c; B; c' K; t" c′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
　　R1 As String
: Q% ?; o+ ~3 G0 E7 O& b′实体(圆弧或圆)的半径R；
/ E  U4 h0 I% m9 T! |　　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
" j, M1 {+ f* q" j( z8 a! y′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
Global MM(200) As ENTI-
5 q1 o  Z$ n. Y5 K# JTIES-TYPE
, {, N) u) L6 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
　　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
Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
- s# C$ n0 b1 u& L: S  x+ BOpen FILENAME1 For Input As #1
; a  @' [4 K- {- f　　Do Input #1,B
- L& F  G* q' |. B9 S1 f　　Loop Until B=“ENTITIES”
( [4 \) Q; S" W4 a: s4 k2 P　　Seek #1,Seek(1)
) u  @. O: U' X( l　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
7 |. F. ?$ T! t7 I& w　　　i=i+1
* r9 T* [( U8 B$ L　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
1 d" l# e  k# R8 a: l　　　　　　　CC.STYLE=“line”
) }, \8 u# J/ W, K, l) O! W. d　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
# J6 i3 @4 k/ Z5 ~　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
% p$ Z2 [+ J6 H　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
$ M8 X' j& D; f! A: o% {　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
6 a9 @: `$ e1 m5 C　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
6 f$ d7 F" ~  g- W9 ]( Y1 d9 |, z　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
9 `$ q& Y, z2 H- M! [6 U　　　　　　　CC.R=Str$(R)
  r& n" V8 f$ R4 x　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
- H. C6 M; n' S3 z/ \　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
7 {5 e9 G0 |) ~4 G4 I　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
- y( x+ k+ J3 I0 g' l, A　　　　　　　　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”
8 z% R, Y; f% {- y+ l　　　　　　End If xx1=x2
0 o! y3 t1 n9 }6 G　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
/ F$ t, f3 y% U4 w; R/ _　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
' A! ?, q5 `! {4 Z8 Q7 b　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
2 l8 D* T4 w. ?: _# M6 I5 E' ^4 i　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
9 y. }/ L7 d) m) [# C0 V8 N　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
: a* l  v$ A" {7 |/ W9 e　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
, _. ]( L- `, s: Q; D+ H　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
+ {6 ]% P0 ~' i3 n4 b　End Select
　Seek #1,Seek(1)
3 k; b$ Y/ \: q+ d+ Y9 h; p% N　j=Str$(i)
Loop
Close #1
End Sub
- O5 G/ K5 b& i5 ]/ w　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
, C5 j3 o1 Y7 f+ T2 t( I　　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
9 D. d6 `! [* R- s. {G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
/ K; K; J& ]  A4 o4 o　N0002
& \/ X6 p/ I. \( d( [# PG01 X1 Y1 LF
　N0003
G01 X1 Y61 LF
　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
  |8 ~$ L8 a5 \G02 X61 Y81 R20 LF
& g) g' x: A/ V. g8 j- D- |　N0006
# Y) S$ \! G7 w8 XG02 X101 Y81 R20 LF
: a  B0 x% V) ?　N0007
" k6 e( g& Z  J& ]5 n) o: }G01 X141 Y81 LF
) ?: N! U  {7 ]0 A　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
9 [! c  `' a: y5 |G01 X1 Y1 LFM
, \! S2 C" p1 d) r5 G　N0010
2 H* H( M3 u* [7 ^1 C' o02 EM
2 g. E1 x) _1 \' }" d; X
图2　AutoCAD绘制零件轮廓
  j# u7 m* C6 s3 L" T' |- x# I5　结束语
　　由以上实例可得如下结论：
% Z9 q2 ?0 t9 q4 k: G4 r" Q4 r　　(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；
　　(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) J  l; I& H2 n　　(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；
2 z/ z4 C. U* Y( _# g5 T% K: K6 L# X　　(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。
) @7 w- w) W% x6 G$ m, z文章关键词：