基于AutoCAD进行APT语言自动编程

kalaxie

1　引言
　　随着数控技术的发展，采用数控机床加工的零件越来越多。虽然数控加工具有精度高、效益高等诸多优点，但它必须有一个控制数控机床运动的加工程序。目前，这种加工程序编制的方法有两种：一种是手工编程；另一种就是借助于计算机编程，即自动编程。由于人工编程工作量大，效率低，要求编程人员具有一定的数学知识和熟练的计算技巧，因此，现在采用的大部分是自动编程。用数控语言实现加工程序编制自动化，是计算机辅助编程的主要形式。全世界实际应用而且比较著名的数控语言系统有100余种，其中最主要的是APT（AutomaticallyProgrammedTools）语言系统。
　　在书写APT语言源程序的过程中，特别是零件复杂的情况下，几何定义语句和刀具运动语句的书写工作量大，容易出错，并且要求编程人员对APT语言熟练掌握。针对以上问题，本文开发了基于APT语言的数控自动编程系统，实现了CAD和NC的有效连接。
2　AutoCAD环境下的零件设计
" c+ e$ e$ z4 H　　近年来，随着微机的发展，其性能不断提高，使在微机上实现CAD工作成为现实。CAD软件中最成功的为美国Autodesk公司推出的AutoCAD系统，它是一个在微机上实现计算机辅助设计和绘图的软件包。AutoCAD软件包以其绘图功能强，开放性好，支持微机平台等特点，得到普遍欢迎。国内在微机上开发CAD的图形支撑软件大都采用AutoCAD。
) V: s& u1 p( L! G( ]% y　　AutoCAD的三维造型使它能在个人微机屏幕上生成真三维实体，实现诸如布尔运算、分析及特征提取等复杂的实体造型功能。利用它可以构造出直观、形象的三维模型，并可获得三维模型在不同视点下的轴测投影图和透视图。三维造型使用内部块方法，从盒、立方体、圆柱、圆环、球、楔形体及圆锥等基本实体形状开始，也可通过组线拉伸或旋转二维AutoCAD物体来生成三维实体。然后对几个实体进行“并”、“交”、或“差”布尔运算，即可生成新物体。运用实体修改器再对其进行圆角与倒角，可生成具有真实感的实体模型。
　　AutoCAD具有强大的图形输入、编程功能，零件图的内容很容易输入。AutoCAD还提供了多种与高级语言接口的文件。考虑到本系统既要接受二维图形，又要接受三维图形，选取了IGES文件作为数据接口。通过该文件，可以方便地提取直线的端点坐标、圆弧的圆心、端点、基面高度等。
' t* u$ W- Z3 F' h; e# X0 M8 I. m9 x　　设计者对零件图确认后，调用AutoCAD的IGESOUT命令生成图形文件（.IGS）。利用IGES文件接口程序（如图1所示）来提取几何元素，作为CAD与NC之间数据传递的基础。

图1　IGES文件接口程序流程图
3　图形数据处理
3.1　IGES文件数据结构
/ `  @* N0 A  z# v8 Z+ x　　IGES是一种按特定的文件结构安排的数据格式，其文件结构分为ASCⅡ格式和二进制格式两种。ASCⅡ格式是一种面向字符的记录格式，这种格式的IGES文件以ASCⅡ字符输出，用户可直接读取。
　　从总体结构上看，IGES文件由五个段组成。分别为：开始段、全局段、元素索引段、参数数据段、结束段。文件每行80个字符。每段若干行，每行的第1～72个字符为该段的内容；第73个字符为该段的段码；第74～80个字符为该段每行的序号。段码是这样规定的：字符“B”或“C”表示标记段；“S”表示开始段；“G”表示全局段；“D”表示项目索引段；“P”表示参数数据段；“T”表示结束段。例如：直线、圆弧的参数数据段的数据为：
: _3 f. V& A0 a0 e7 m9 x　　110,1.0,1,0,0.0,5,0,5.0,0.0　　　　7P0000004
　　100,0.0,0.5,0.5,0.0,0.0,1.0,1.0　　9P0000005
3.2　文件转换
# l% I. {( ~7 L5 J! ]7 w; k' t　　IGES文件主要用于AutoCAD与高级语言程序间的连接，其数据结构形式不能满足NC的要求，必须重新加工处理，处理的方法是在IGES文件的参数数据段中提取几何元素（如直线的起点、终点坐标，圆弧的弧心坐标、半径、起点、终点坐标等），元素排序（按元素的连接顺序排列），在此基础上生成方便NC加工的APT文件。图形文件的转换流程如图2所示。

, y, \5 S+ ^) r3 l- D4 S& V3 d图2　图形文件的转换流程图
) ^0 j0 i: Q, `0 \! b3.3　NC工艺参数的确定
　　NC工艺参数是以人机对话方式输入计算机的。在读取TXT文件来生成APT源程序的几何定义语句、刀具运动语句的同时，对刀法、对刀点、容差、刀具参数、机床指令等一些参数以人机对话方式输入。最终生成符合APT语言的源程序。
4　应用实例
, C4 s+ o3 B# v$ y1 h9 O
图3　零件图
9 n' D! t1 ]; L, [% n　　图3为一典型的直线—圆弧零件，在该零件中，既有直线—直线相连，又有直线—圆弧相连，又有圆弧—直线相连。利用本系统自动生成的零件APT源程序如下:
PARTNO/TESTPART
　　　　　　MACHIN/2
　　　　　　CLPRNT
. \9 W. z7 G+ z+ ?5 z; ~　　　　　　INTOL/0.01
7 _+ p) ~+ R; u' q" s' t　　　　　　OUTTOL/0.01
8 w4 ]& N& X3 s/ E4 _　　　　　　CUTTER/12
L1=LINE/-269.641022,0.000000,35.000000,0.000000,0.000000,35.000000
L2=LINE/0.000000,0.000000,35.000000,-0.000000,100.000000,35.000000
, v" Y1 l- z8 C& E0 N) aL3=LINE/0.000000,100.000000,35.0000,-235.000000,60.000000,35.000000
C4=CIRCLE/-235.000000,20.000000,35.000000,40.000000
+ v, m( K; H- T9 S3 _SETPT=POINT/-320.000000,-75.000000,0.000000
PT=POINT/-320.000000,0.000000,0.000000
8 w0 y# Q# U7 b  D9 H$ L; pFEDRAT/50
SPINDL/900,CLW
FROM/SETPT
4 T' z, i! A' aINDIRP/PT
GO/TO,L1
COOLNT/FLOOD
, B% l. {, \' @( H' ]) }TLRGT,GORGT/L1,PAST,L2
GOLEF/L2,PAST,L3
8 k0 J2 E9 u! u1 r. j6 q" K, n: CGOLEF/L3,TANTO,C4
GOLFT/C4,PAST,L1
& A; N1 \- I: \3 M" PSPINDL/OFF
COOLNT/OFF
& i0 m$ a/ h2 P( W  |% KFEDRAT/200
GOTO/-320.000000,-75.000000,0.000000
GOTO/SETPT
& p, o0 x: {; w- R, Y! }3 U2 SPRINT/3,ALL
STOP
" O/ i: Y) e- g( yFINI
# [- |4 C' [$ e  T7 Q- i　　分析以上APT源程序可以看出与人工书写的完全一样。利用本文编制的系统，采用自动和人机对话的形式生成APT源程序，大大提高了编程效率，减少了错误。
+ n1 v: B- A3 O( t5　结论
　　本文在AutoCAD环境下设计零件图形。以IGES文件作为数据接口，以数据文件作为转换方式，用C语言开发了自动生成APT源程序的数控加工辅助编程系统，实现了CAD与NC的连接，提高了编程效率和准确性。对于开发其他的CAD／CAM系统具有广泛的应用价值。
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