基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
; Q4 J" D% s0 k& J$ ~　　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 X8 a" ^, h+ B2　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
　　(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；
0 [* s2 G3 B* E2 _8 O　　(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；
/ m2 _2 B/ u3 P# u) h# C" R　　(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；
: t1 J- e5 D/ V, B) k, C　　(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；
　　(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。
% F) G/ v! b3 V7 y, `6 u3　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。
　　(1)实体数据类型变量定义
　　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
2 }, ]! ?; n! S2 I- Q* {1 a4 gType ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
) M7 T' E2 z' P$ [8 o0 S　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
/ o6 V& ^: n) W5 s  S0 Y2 {　　X1 As String
′实体的起点坐标分量x；
% X$ v& h$ k+ ?9 r% K4 y$ I　　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；
　　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；
　　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；
) a, O  ~0 H2 F# B　　ANGLE1 As String
5 v  n  w5 b( t+ q" \$ X. P′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
, l% l; ~$ ]- z: I; a: w! J′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
Global MM(200) As ENTI-
TIES-TYPE
- E* R" v1 t- G) @2 T" s, w′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
/ u+ }, ^! [3 R. X6 m6 I+ a′型变量，实体数目最多不能超过200个。
　　(2)DXF文件的读取程序
' E5 U4 |( X3 z! G+ p　　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。
* j/ C; `- ~5 i9 T" j5 x- ^8 p" 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
  B* Q$ a+ Z: A0 X/ hDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
3 Q+ x/ v/ @# M) q# DOpen FILENAME1 For Input As #1
3 p" h; k0 \, W% O　　Do Input #1,B
" n/ l( C8 [$ }" L　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
# j- y) y+ M& l- W: N' t1 @0 H- L　　Do While Not EOF(1)
/ t# M0 I/ M* W7 s0 N6 _　　　Do Input #1,B
* {" k" f; h- p. F* H! @　　　Loop Until B 〈〉“0”
+ @2 ?& ]- i% C8 r　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
4 U$ G& k* A# x　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
* w: L! n  W: _; ]' t% W7 d# q* J　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
( G( G% x4 V* w# d" q　　　　　Case“ARC”
  [* j) ?! Y: i　　　　　　　INDXF－ARC 1
* i# c1 m" c( J9 G7 t5 S: ~8 X　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
/ a0 J6 p# l8 \$ l' m　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
* _5 x& k% y% N" n2 |　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
/ l' `6 w# \4 T/ G; D. ]　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
' M" Z! o9 ~: {5 G+ Q+ m$ ^　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
, R- f+ V: }3 i, i# F/ l0 b　　　　　　　CC.R=Str$(R)
/ {4 K: C, F0 d' _　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
& f" C0 G0 |$ O* f2 u　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
/ s% J2 ~, O; Y, n! p　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
" E* a) A" h) i6 }7 N* D9 E+ O/ l　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
7 W! X" X1 ?! }! }  E* d　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
9 h! U) Z# s: W: g! q( Z$ B　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
$ l4 L  L: x2 X% R8 X: o; `) D　　　　　　End If xx1=x2
' H7 i+ w+ H9 u: a　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
4 {  W' P$ d5 ~8 D" c4 Q　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
. ?: k9 z9 R4 ?　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
/ I) p9 d( w7 Z1 d# x$ @1 {, {' L　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
; c# s4 A; A9 F- s$ q% S/ A　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
& ]  d* `- s) ~' V& T( ?　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
* M/ P$ s; b- }$ t7 i- X　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
* Y$ _, y# _- n　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
　End Select
　Seek #1,Seek(1)
　j=Str$(i)
Loop
Close #1
  C, q7 \( `. B5 n* x; FEnd Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
+ f. X' v; s2 R; A4 {! G% M+ X4　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。
" E: h2 b, ~7 w: a6 t4 {! @　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
* e/ g( s& {- P& V4 O　N0002
  N! `: ]) w& t3 o1 m" ]9 _G01 X1 Y1 LF
# b) J- p. o1 i, w) u) U9 K　N0003
G01 X1 Y61 LF
5 K4 C6 _. _; p1 p6 }9 ~# a: n3 ^　N0004
4 \2 @2 n5 o( }% J" x0 XG01 X41 Y61 LF
　N0005
9 z- T/ D- X6 Q& w/ |* PG02 X61 Y81 R20 LF
　N0006
" i- C  e# o* t+ |G02 X101 Y81 R20 LF
9 w& u4 M: C* f9 X# [8 y　N0007
G01 X141 Y81 LF
6 V$ {) c) O! _$ Y$ o2 b　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
) D# ?; Q4 B# h# z　N0010
02 EM
' ~* ^$ F7 {% J* |
图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
7 a2 n" V9 B7 P! m; h" A　　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；
" Z( ]( Z1 U" k# o$ R　　(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；
& _5 A  i9 I: M& f% ?　　(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 n2 G7 ^" k( v) i* R0 ~; T　　(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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