基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
( E; ?: H7 v! R: `/ \0 ?2 {- w　　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
1 h0 S- Q" F+ T' ?　　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
' j& U0 O! r0 `　　(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；
　　(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；
5 m1 s; ?2 X0 Z6 t- 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。
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。
　　(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
Type ENTITIES-TYPE
1 n. D9 o) r6 s5 F′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
# Y( j$ o& u' `: e8 M, N) k6 F* B# X　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
7 ]9 Y; d7 L, _5 m$ Z0 Z+ T′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
: f' Z/ X& n2 r5 P3 K′实体的终点坐标分量x；
! Y* `  X  _- I0 K　　Y2 As String
′实体的终点坐标分量y；
　　X3 As String
' L' v, u6 D5 `' k) Z9 v′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
) w1 D' N: i  }4 J, {9 S! |2 E* ?2 `′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
" H2 p: b: \3 _: s　　ANGLE1 As String
7 `. X' ~7 f4 H: [  \' A′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
; H% \( C( s# H4 u+ SGlobal MM(200) As ENTI-
; \+ o! W8 ?& t9 v4 S3 ~+ V9 ^TIES-TYPE
) D% O4 [) t) m1 K! D′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
' X- |4 T  J. W1 t8 r8 [′型变量，实体数目最多不能超过200个。
' B( @! `. \+ B0 ~　　(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。
' |7 v% {/ \: j4 @' l　　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
, T# t  `& V1 ~, c+ Z3 M! ZOpen FILENAME1 For Input As #1
9 K1 b5 k2 f. F) }3 {4 T/ Z　　Do Input #1,B
% t/ D; X2 _  J* g( ]- L　　Loop Until B=“ENTITIES”
# D9 b2 Z4 Z- n9 k　　Seek #1,Seek(1)
( F7 p/ e! j8 ]3 Y: x2 X　　Do While Not EOF(1)
9 Q  t' s0 e' U, S　　　Do Input #1,B
1 f" A  i0 a5 R7 T+ l8 E6 \　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
1 B6 G5 [2 W/ U" h5 O$ V　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
4 [+ ]0 k& ~' p& D  ~/ q+ A　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
4 k2 E2 ], V! x" i9 z  `　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
. X. i4 t/ @# _- K1 A　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
8 t/ Z( j* G3 l8 I7 Z  e6 |: W　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
0 I8 c, m5 Q% s% O- `( h) m# _  _　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
5 T  Q: W' J" t5 h　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
% p2 ?% i7 h2 s4 s4 e　　　　　　　CC.R=Str$(R)
) ?3 O0 ^3 e4 k* w0 i　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
/ D4 s5 I) x7 V& W) R( `　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
  G* p( M, S  ]3 [1 \$ u0 o　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
% ~+ P# s% d0 s) }4 y　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
( g) B) I5 u( s: x% D　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
/ }% C8 ~6 Z/ a　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
  |4 Q/ T# J6 T　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
2 d9 G  a- d8 y- [" Q/ G　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
) t4 X, v0 K. B( y  J: |  z　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
　　　　　　xx1=x1
8 |, `. q: m% K　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
　End Select
' T9 A& J+ v6 j% g: M9 y　Seek #1,Seek(1)
　j=Str$(i)
: r( }; U9 X! n! ^& `: VLoop
1 ~! d/ W! l+ ~) I* L' yClose #1
End Sub
8 h% F, x3 V& j0 ]! T8 y　　其它模块的程序设计不再赘述。
1 d; T% P0 \# k+ ^4　实例
　　本文以二维零件数控铣削加工为例，首先进入AutoCAD绘制零件轮廓如图2所示。经图形交换文件DXF传输到系统后，工艺干预可得沿图示1-2-3-4-5-6-7顺时针方向走刀的ISO数控加工程序，且此程序已顺利通过校核检验。
% C& Z( r& X1 N　N0001
5 Z  p+ e: X5 ~3 t3 f$ GG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
/ b: ]7 @2 m3 l( ^3 T7 b7 ]　N0002
G01 X1 Y1 LF
. v9 ]+ F3 f  y  Q' X' r' [　N0003
G01 X1 Y61 LF
　N0004
G01 X41 Y61 LF
* t3 H/ L0 I! ?# l; z$ |　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
$ p( V! F9 Y& B4 f; V　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
& Z2 O# t' a3 v2 E* T% q　N0007
G01 X141 Y81 LF
　N0008
8 `( W# _2 g9 C& }% i- ~  `G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
6 Q1 {0 d: h6 h. l　N0010
- I( U' P+ O$ O02 EM

- X! n- J5 {. D5 ^% a% y! D图2　AutoCAD绘制零件轮廓
: r" G7 H4 e1 l8 r/ p  g5　结束语
; S5 l) R# l# _3 V6 ?　　由以上实例可得如下结论：
( i5 U1 D3 L  i$ o　　(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；
! Q+ Y+ K. e* b6 p6 R, ~　　(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；
* V5 y4 O* N% Z4 B  U$ G　　(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；
. p% A; w8 ~/ C7 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；
4 G6 j) q* |" n/ d5 R! K/ y0 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：