基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
. q$ g) g( `  Z0 _6 {　　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
% v4 I- B3 \5 k' }/ u　　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：
$ h, `4 v5 b7 C- r3 X
' f" i0 d0 ?: U+ F. F图1　系统总体框架结构
  n* p1 |( @5 E6 X　　(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；
  \( l5 h" p% ~　　(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
+ a  o+ q7 A- Z# |　　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。
! Z2 u+ @  q5 ]% I& G5 s　　(1)实体数据类型变量定义
0 C5 M: E0 e2 A. G2 A/ U8 \　　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
$ S& b' d6 {* V3 U, j. g′实体形式数据类型名：
" z/ ~* e# J1 F5 `% b6 T& A　　ENTITIES－TYPE；
0 O! V: `7 M" n　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
. U; z4 [! n) X9 L/ G8 V( T′实体的起点坐标分量x；
' {1 V% P5 G! T' C　　Y1 As String
; k$ n! Y: ~- f# f8 J4 e  h′实体的起点坐标分量y；
8 @1 b! t9 N5 ~+ F4 j　　X2 As String
′实体的终点坐标分量x；
　　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；
6 n, O! R7 F3 y8 x3 b1 F8 S4 I& `　　Y3 As String
" ]) R/ i! y* m2 \+ m5 B. P$ U′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
' Q: l# @% s% b( C2 J　　R1 As String
′实体(圆弧或圆)的半径R；
　　WISE As String
. c4 [( r& ]; P′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
　　ANGLE1 As String
. V' h: l$ `/ p' ]  x′实体(圆弧或圆)的起始角；
+ a# ~! a. ?" {( X, A1 j　　ANGLE2 As String
, P- z' O  D0 o′实体(圆弧或圆)的终止角；
End Type
, {8 r( _- l/ D- v$ [: L0 BGlobal MM(200) As ENTI-
TIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
3 [2 V. q9 A7 o# x9 w' y′型变量，实体数目最多不能超过200个。
# c; V4 C, Z3 Z  C$ m6 r& M　　(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。
2 y! s) c7 [! S  U　　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。
) }6 I/ G* O% CSub DXF－IN 0
Dim A As String:Dim B As STRING:Dim CC As ENTITIES－TYPE:Dim i,il As Integer
' d2 {1 {0 x- YOpen FILENAME1 For Input As #1
2 v$ O8 s  k1 Y) q3 L　　Do Input #1,B
$ _6 T: O; Q7 }, |1 Z( N　　Loop Until B=“ENTITIES”
　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
9 r0 X% Q4 b" p, f　　　Do Input #1,B
) f; d7 O+ r4 P　　　Loop Until B 〈〉“0”
/ Y- u; H/ e: a5 g5 J! `$ C3 Z　　　i=i+1
　　　Select Case B
. x; P3 M% U2 W8 ?% M　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
* T( D7 Z, C! B  a& E' i　　　　　　　CC.STYLE=“line”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
# a0 q# i' j5 c" q+ e! D, l9 {　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
7 e& }. n6 m1 B; y* h7 n　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
& V" @; M, u0 p( ?! S　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
  y( W4 H% p7 v- P; X　　　　　　　xx1=x2
/ M1 j( U! @5 R* _/ V7 s% S- J　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
9 n+ n$ ~5 D) _% p: J! i- u7 [2 Y　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
& S# x4 \" _% m: \　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
+ r& E7 q$ C' }/ i" O; B2 m' O　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
! t2 |. V$ n2 L3 r" l　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
- N& ^/ l+ r* B+ E7 o+ F! |　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
5 k  E, M5 A4 M% P　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　A=CC.X1:CC.X1=CC.X2:CC.X2=A
; v9 V$ i; A9 Z0 K5 n1 m3 V　　　　　　　　A=CC.Y1:CC.Y1=CC.Y2:CC.Y2=A
　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
' @0 T& e9 \/ }　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
! |2 d1 N  S! N6 @* b1 V5 `　　　　　　End If xx1=x2
+ e; \. R- |9 p3 N) K8 U0 A3 O　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
6 k2 x, H& ~" T2 X　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
& p6 Y! s7 Z+ A. d　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
　　　　　　INDXF－POINT 1
( s# W8 A9 ]" z0 R  M) _, _0 A　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
! R7 W( B; f3 t3 c　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
; g4 r& h% }( f# L8 z, X　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
! M/ m. P: _5 A1 a$ h; ]　　　　　　xx1=x1
, P5 s: I1 W+ i: ~　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
: A! E/ P  F2 n0 J　End Select
5 ?5 R. O0 f$ l1 t9 V* Y　Seek #1,Seek(1)
　j=Str$(i)
Loop
Close #1
End Sub
/ @- x) i1 @( o6 y$ }# j1 Q+ D　　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。
" C9 a  ~; p% S- r　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
G01 X1 Y61 LF
　N0004
G01 X41 Y61 LF
　N0005
& |+ L; i) {" t3 L* j- {G02 X61 Y81 R20 LF
0 A$ C6 s4 ^9 B, [0 e& K7 @; X* b　N0006
5 t2 |+ u- F& H+ M2 k% O/ x1 RG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
G01 X141 Y81 LF
　N0008
G01 X141 Y1 Lf
　N0009
G01 X1 Y1 LFM
" n& p4 l6 o' ]　N0010
- f' O# ]& j% V' \* H0 V- l; M) x02 EM
5 l% F- ?. C( z8 m9 ~& ]0 C1 c+ T
  T! Q: J( {) H% [/ Q" s图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
　　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)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；
　　(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；
& O% z& m- z5 \: m　　(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 ?' z- }: a& x, N　　(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。
) a0 b5 e7 n; m  y文章关键词：