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。
7 A$ a5 G9 G6 I$ f* N2 B2　系统的框架结构和功能
0 g7 Y/ S3 i4 T+ k　　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：
& i- l8 j' m+ B8 e
2 z/ o0 b5 m- i! X& U图1　系统总体框架结构
, y3 J0 d, `, P* ~　　(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；
- i8 q0 s/ V& w) p2 D4 _0 ^　　(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；
% c4 r! w% T& ^+ L% H& c) O0 u　　(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；
+ W7 Z/ {! s4 _# O5 P　　(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。
6 U8 \7 i( N4 M9 G0 U" l& P9 `3　软件设计过程
( j% F# k; ^' K3 L　　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
+ z+ Y  j$ J% a4 _　　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
- S4 U  v: R' ^% {4 VType ENTITIES-TYPE
′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
　　STYLE As String
# |: G. \$ V( z0 _′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
* h6 {  Z- z. X! L　　X1 As String
′实体的起点坐标分量x；
/ x( K7 r1 P$ X% ?( M" [! J　　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；
3 D! t" {; j4 d) q4 r　　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；
* A, c* [# K  o9 `, S: h  u　　Y3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
) s6 |8 Z8 s+ Y' @& h　　R1 As String
′实体(圆弧或圆)的半径R；
( W$ o4 A" {2 i4 ~) h　　WISE As String
2 C% n/ [  ?$ S( Y" c' ]0 r# N′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
% K: F% M1 }, b- B; B5 u& G′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
Global MM(200) As ENTI-
TIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
* U: \6 n; Q% z* J8 H' d) m' ^′型变量，实体数目最多不能超过200个。
　　(2)DXF文件的读取程序
6 {* z; E; O; D8 S! @# T' q　　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。
! z' r+ i! v8 w+ ?7 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。
, I) D' j; s8 d; w4 N6 _Sub DXF－IN 0
* s4 O/ K) m7 u" \; ^. DDim 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”
/ r0 t" A& _/ o' x6 ^" w( P8 T& `6 W　　Seek #1,Seek(1)
) ?; ], p8 q6 A+ m　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
; A6 S) Q# K% z& @: C7 Y　　　i=i+1
　　　Select Case B
　　　　　　Case “LINE”
/ U2 n0 A( s. |4 ?" n　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
# w/ f% b, |9 y( P$ U* j& A　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
8 r5 F; V$ C4 y( S　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
7 B2 F8 c& R; H4 _6 q% N　　　　　　　xx1=x2
1 }: m8 i5 X- a' ?　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
# A' t( x7 m7 d+ ~　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
# H# A. j: [  B3 |. L　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
- T2 `2 n* l4 K6 W8 P% H9 ~' F　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
3 r* n$ U8 S. M& h　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
( K4 X' c4 N( I. ~! H! i  T0 h　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
/ L. }( s6 ?6 K7 e8 x( T0 i1 y　　　　Case“CIRCLE”
* x6 X8 T) O3 I5 [1 u　　　　　　il=il+1
  N- ?& `" f& [" q: w　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
! R/ T. k0 B" k: T) c4 V  e　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
: ]$ j0 `! ?) ^& I& t6 O; p　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
7 N" V4 }; @) C　　　　　　xx1=x1
　　　　Case Else
+ W9 u, ]. q9 k# a; g3 o+ w　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
9 ]% T. k8 A0 f5 _　End Select
　Seek #1,Seek(1)
, o. ~+ S0 R  L* E5 B$ \　j=Str$(i)
Loop
Close #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
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。
　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
2 Z2 w# |) Y" s7 E. NG01 X1 Y61 LF
- J4 g4 z0 E5 Z( i* B　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
" J% ]- i( `+ c1 B9 DG02 X61 Y81 R20 LF
' E: C' a( O/ b+ f1 R! x, N　N0006
G02 X101 Y81 R20 LF
4 m: r" y5 L- o; H* c0 O! C　N0007
G01 X141 Y81 LF
) K4 c, A! v: c( B' _( G2 C　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
　N0010
02 EM

图2　AutoCAD绘制零件轮廓
& u: g2 f7 z9 U9 _: H* u$ L5　结束语
# V9 x7 X1 \5 I0 s( F2 C: i( F1 o　　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 S& p0 R- d6 [4 A$ p: R  C; z　　(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；
7 N6 ]% Q& m. b: V8 F/ K! ?1 M( Q; y　　(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；
　　(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；
6 U, e6 \1 s/ t7 H8 z& D' d7 l0 }$ a　　(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。
! W$ F& t1 }5 D3 a! B2 b文章关键词：