基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
3 K) Q& I, C- v0 a' k0 z/ z: @2 A　　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。
( ^7 n* o) {& |: e- U! V2　系统的框架结构和功能
) i# k' z8 [5 |% [% B( v& `　　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：

* u! q. u" _  C4 ?; Q& n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；
　　(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；
$ x6 O. j8 M6 b! s　　(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；
$ n: c+ ~; c# t' ]7 k8 G　　(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。
& M2 t' t4 ~2 j  p: p3　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。
$ f( s1 |& h) i+ v! g　　(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
. q7 b$ w/ i" p4 e  |6 y9 N2 kType ENTITIES-TYPE
/ `6 u7 w7 z* O5 y9 W# K′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
% x8 \& U4 d4 ^9 K　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
$ L* U5 v9 F. L  {" P' s′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；
( |1 h% f6 B' N( D/ J/ _　　Y2 As String
  B8 z" F- \) j5 s( q6 Z$ H′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；
4 J  Q: P7 s2 t0 q& ?　　Y3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
　　R1 As String
) h5 V6 A0 [" Z′实体(圆弧或圆)的半径R；
; P# {3 h! I3 ~0 l0 r0 T6 G　　WISE As String
. M& c) i8 y3 K% u0 m3 H6 Y′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
′实体(圆弧或圆)的终止角；
! i# p5 @3 l$ tEnd Type
Global MM(200) As ENTI-
& H% E! V4 r/ M5 F  O9 r; x  T0 U  CTIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
1 Q# |, N7 V9 i: G′型变量，实体数目最多不能超过200个。
& n8 I+ ]9 q! L8 {　　(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。
! c* H5 x, q% }+ u  V+ C- L( S& G　　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: G7 S  }9 D. b0 t  ^! M9 DDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
, R2 [$ u- ~, l& N: G& }& s+ i& YOpen FILENAME1 For Input As #1
　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
6 B/ q* D4 L8 l$ q4 b3 n: J" m4 e. ?　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
) N& y( v0 c. X, Z$ Z) w　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
. |* R" k" B" u( ~% a　　　　　　　INDXF－LINE 1
0 N6 P. D, G0 Q' x6 v　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
0 ^3 K+ a3 ~0 V. t& u; M4 E　　　　　Case“ARC”
/ |$ ~1 t' }" i; e% r" `( j% o　　　　　　　INDXF－ARC 1
　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
: F; O2 t. O; j/ _　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
/ x* i  G$ V& n% p4 f7 I. r　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
1 b) T4 g+ E( V  h' l　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
, z" X5 v5 N- Z0 X$ `  k0 D7 M, p: x　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
% @  v  @: }' `4 R# }　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
, e4 F* P% o$ `: x$ H7 e7 B4 N　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
1 h. r) p5 R+ j# D5 a0 I　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　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
/ m$ b" |7 Q0 G% v# z　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
" L4 q/ ?9 q" E7 y2 q* a2 ?3 V　　　　Case“CIRCLE”
# p* Y. V2 E* [1 T( @7 p　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
( D& A& Q4 p7 Q6 [4 d4 v8 Q　　　　　　xx1=x1
$ B0 P/ K1 }$ o/ [　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
" p1 o! ]( G( b$ [0 s" T1 i" b　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
% C# n! C# _, z: E0 j　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
; c: N9 M! o) Q8 Q8 X; d  N9 v( b) f　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
/ k  P$ ?7 f0 l  \( v　End Select
, Y2 f7 R, n: L9 {3 `1 t) K　Seek #1,Seek(1)
　j=Str$(i)
Loop
Close #1
- E" x7 ~* }# g9 T% O8 j. z' NEnd Sub
& v, u3 K( D* Z) i9 \3 `　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
+ A# R4 b6 }: t+ s" K1 @　　本文以二维零件数控铣削加工为例，首先进入AutoCAD绘制零件轮廓如图2所示。经图形交换文件DXF传输到系统后，工艺干预可得沿图示1-2-3-4-5-6-7顺时针方向走刀的ISO数控加工程序，且此程序已顺利通过校核检验。
　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
5 u; a' z" C4 O4 n6 pG01 X1 Y1 LF
5 ]4 M( [2 e; N/ K　N0003
8 I0 G. y! v' F) J! kG01 X1 Y61 LF
　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
# n) z, c4 H* N% _  z6 @G02 X61 Y81 R20 LF
　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
% z3 u# A& I" z7 ^6 d! a　N0007
G01 X141 Y81 LF
　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
# b5 }4 G7 _% C: M4 U5 `　N0010
% M1 f. _& N, F: A# }: R02 EM
: s0 r2 A1 A2 N# o5 l: N) D% r" ?
图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
　　由以上实例可得如下结论：
% @  }2 W  H6 N! |& Q) c　　(1)本系统基于AutoCAD平台成功地实现了二维轮廓零件的数控自动编程，从而弥补了繁重手工编程带来的许多缺陷；
　　(2)该系统既可单独作为图形自动编程系统使用又可作为工业PC机数控系统实现自动编程的功能模块；
. t3 P3 q. D: n, h0 _6 n( r' p9 u　　(3)本系统一旦与CAPP系统结合，便发展为微机平台上的CAD/CAM一体化软件；
2 y4 Y* T; x* b, {8 Z1 |　　(4)添加刀具半径补偿功能后本系统将能实现刀具偏置自动补偿；
　　(5)研制本系统是PC微机上实现自动编程的有效尝试，功能有待补充和完善。
& {! o& p' t$ z9 r6 _& d' |文章关键词：