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。
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：
5 _7 Y9 b. g$ a! Q+ i
- ?4 \' N7 `/ F/ s% u' `6 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；
% r9 h8 }- i1 g* T　　(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)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；
　　(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。
3　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。
" h( X- @' s: T6 S9 h　　(1)实体数据类型变量定义
; Z; m! q# P. s6 n, S* F1 v, u　　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
( t+ ]/ i/ p; C9 Z9 H′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
6 A. X& p& `  @. t' W′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
  l2 [+ C8 }2 S$ Z′实体的终点坐标分量x；
, I- ]# l- F- n) B　　Y2 As String
′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
0 M9 z: j% \: }% ?' r′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量x；
　　Y3 As String
( z9 C* d2 g# Y9 Z2 P′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
7 _6 l  j+ g! ^9 D( d( j　　R1 As String
' X) v: L6 m, u1 V' M′实体(圆弧或圆)的半径R；
　　WISE As String
) {2 w; g6 _$ @, G' V0 v; H# [  C′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
- ]$ o6 X0 P+ f# w, {　　ANGLE1 As String
$ T* p7 y/ B3 L′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
1 U4 e/ k, ^& ]' q% N) z  x/ LGlobal MM(200) As ENTI-
; R" B/ S% C- g. c! {' `8 mTIES-TYPE
: Y9 @5 R: r$ z0 p" t; Y′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
( v* g* j) k, c′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
4 r3 j3 j9 v- {" jDim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
Open FILENAME1 For Input As #1
　　Do Input #1,B
　　Loop Until B=“ENTITIES”
* `+ u* }$ e: |6 ?5 N: U　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
+ ?4 v3 I( Q! S4 I　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
9 O7 @* z2 j9 ?- r9 h　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
) R$ t, ]% j6 U: c; [　　　　　　　CC.STYLE=“line”
$ Y6 b- {3 O, N2 w  K2 [2 Z+ w; d　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
$ @1 }3 b+ J5 R4 C- A* u　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
& a8 U$ w6 Z' `) p* J' M, ?　　　　　Case“ARC”
' d3 o" X0 N  K7 Y) _　　　　　　　INDXF－ARC 1
5 t" T# j1 m! x% K" g8 \　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
9 g; {# M; \2 j6 ^4 O4 @　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
- [% R6 F- `. i% i* v' q　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
$ k: _/ P, ]2 G" K1 x　　　　　　　　CC.WISE=“0”
% y& y8 s" ^" o: b$ U! s　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
8 L0 F) P; h1 \  p. j& \9 k- p　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
2 v5 `' u5 R( N: {  y. f' s2 f+ M( {　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
3 P# v; }- }5 x5 K2 C　　　　　　End If xx1=x2
0 c4 u+ k. N/ b　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
  B  |: @$ U$ R" m& V9 T  _+ R. M　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
5 U" l- Z* y  H- d　　　　　　CC.R=Str$(R1)
# }3 K( V- ~8 E4 u, w　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
1 O1 D$ H) b" ?/ R　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
) f7 \1 u& g4 j+ g  Q% `　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
1 i( Z4 ]0 a1 r9 @; {( n" M　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
: G& A* [: p8 I' j) Q5 {. m* W0 }  m　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
6 i9 |! W# U; L5 _( c* N　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
" {; N& ?  ~3 P* K  @% t　End Select
( S6 X5 i- i- I( ~4 u　Seek #1,Seek(1)
; |- b# r/ S  l6 g- g& @" N/ Y　j=Str$(i)
  P  s$ c  {0 H8 l, oLoop
* ?5 e& M# V+ Q8 l3 `: aClose #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
( \% s9 l* Z9 Z4　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。
　N0001
5 K9 F7 j# [5 w' [G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
" V+ V( V" F: X2 Y5 Y. f) c. EG01 X1 Y61 LF
　N0004
G01 X41 Y61 LF
' d- X7 J% b' p. ]" y8 s6 }, F6 ~$ D& L　N0005
! y1 g1 j1 Q1 w6 i8 B% j4 [G02 X61 Y81 R20 LF
% G" O8 A7 w: ?; q- U　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
) G0 ?% l# T. @3 Z5 {G01 X141 Y81 LF
　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
# d, H: N/ ?& T" \* }/ b　N0010
/ g5 w' M5 V$ ?02 EM
6 J1 N' t% {+ F8 Q* h: c
2 i, Z. T: c% x图2　AutoCAD绘制零件轮廓
$ [7 I  F& ^" i" |5　结束语
5 [$ @4 a0 \+ R4 v* a4 Y1 [　　由以上实例可得如下结论：
' c9 M$ W+ B2 A6 y5 T$ Z6 x' 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；
" b# j0 I3 Y8 M; Q8 W2 h9 V　　(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；
. a; j% a4 {  z: I- p　　(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；
' \. s3 W, G, ?: g" {　　(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。
文章关键词：