基于AutoCAD的数控图形自动编程系统

cipib3750

1　引言
; x; c8 S2 b' E- x　　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：

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 q3 v* ?3 r+ k- O1 `　　(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 g. J9 x! E7 e; E3 S5 h+ A　　(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。
! k6 O  V; X( m3 M  V3　软件设计过程
! K/ ~8 g1 B: h1 ?% R　　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。
, s) a. v4 s, ~  S7 o, W$ p( E　　(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
′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
3 _" ~0 P0 g+ p, B; c　　STYLE As String
′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
′实体的起点坐标分量x；
　　Y1 As String
′实体的起点坐标分量y；
! _/ A4 n& G* f6 V7 E" C  \　　X2 As String
  F+ o$ A) _0 x& Y& G8 L′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
" `) P! n% s. @# H′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
* B" f7 a. V9 s$ B, s′实体(圆弧或圆)的半径R；
7 r9 d% h2 I0 k0 d1 e; \9 Y: [　　WISE As String
′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
' v# r" q; c/ w, ?8 `　　ANGLE1 As String
′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
" f) U3 w2 ^# Z′实体(圆弧或圆)的终止角；
/ k; f1 c+ I, ~( o" V0 V  KEnd Type
Global MM(200) As ENTI-
* R% L: T2 c0 y6 xTIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
, l8 t% L4 P! h4 o′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
Dim 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
7 a0 X7 J3 p8 O* x3 O8 d　　Loop Until B=“ENTITIES”
: ]' _4 T2 m$ G1 v/ \* a& M　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
　　　Do Input #1,B
　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
　　　Select Case B
5 O9 ?! h# Q" V5 \* c( |4 S　　　　　　Case “LINE”
5 X5 z8 Q! u8 w* [; Q　　　　　　　INDXF－LINE 1
9 U! k, r7 W% r4 e% h　　　　　　　CC.STYLE=“line”
, T! Q3 K0 v, c0 ]1 {　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
8 I. y3 [! |; h4 G　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
) a0 R0 e/ o* P! i; X+ a$ d$ {) c　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
　　　　　　　xx1=x2
. i0 Q) }6 G. P0 ^　　　　　Case“ARC”
　　　　　　　INDXF－ARC 1
2 R( Y' O' J6 L: Y/ U% z4 \7 O　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
" E& _; y4 P  }3 {　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
; X" t1 w5 H+ L% f　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
7 _% o/ _  C! f4 @1 U* {　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
( N4 z( h+ A- l1 i* y! O  L　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　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
+ L9 x$ z, T. Y　　　　　　　　A=CC.ANGLE1:CC.ANGLE1=CC.ANGLE2:CC.ANGLE2=A
8 z1 N: O. U8 b　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
2 |1 [# ?. p2 Q5 Q3 g　　　　　　End If xx1=x2
* l' C1 D* i' l% B! B# n! F　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
+ Q; H6 W$ @! A　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
0 m: o7 C; V6 k" j5 E2 `" D　　　　　　CC.R=Str$(R1)
! d" c5 @. I1 ~( n' a- r　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
　　　　Case“POINT”
: L7 k8 e/ x) {3 @　　　　　　INDXF－POINT 1
% X* C! X0 \# N. G　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
) V+ r% O$ r; B: _, D3 l' J　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
0 k; e3 A8 s& U  f  P: u. ^0 p5 @　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
4 s  @$ h  _% v$ v& H　　　　　　xx1=x1
' O5 d4 P3 h: h% H　　　　Case Else
8 U; N) H3 w3 g5 y/ L　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
1 C5 y4 P; ]) d8 u1 G7 a　End Select
　Seek #1,Seek(1)
) k; I0 [$ W; k& ^- R+ J　j=Str$(i)
Loop
Close #1
9 Y* Q0 @3 ?/ p3 UEnd Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
　　本文以二维零件数控铣削加工为例，首先进入AutoCAD绘制零件轮廓如图2所示。经图形交换文件DXF传输到系统后，工艺干预可得沿图示1-2-3-4-5-6-7顺时针方向走刀的ISO数控加工程序，且此程序已顺利通过校核检验。
　N0001
) v6 ?  f2 `1 |) G8 JG90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
! E( m) j& s. z9 v  T3 h2 y　N0002
& {' m" x( [7 C6 I8 K4 A) tG01 X1 Y1 LF
8 w( |! K7 X1 B5 E9 ]6 L4 {" H　N0003
G01 X1 Y61 LF
- `  X& ?# J3 a; U+ m3 A8 `　N0004
1 B% g6 ?5 u/ NG01 X41 Y61 LF
. P7 ?1 I8 x, [# O　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
8 R- }% U2 ^; B6 z6 C　N0006
" x3 ?. h4 p5 C8 ^; pG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
0 p2 m7 J6 F9 `+ SG01 X141 Y81 LF
- g4 ?5 e6 ]+ G; }% b7 X! }　N0008
G01 X141 Y1 Lf
: D( j7 I- D6 C+ N' ^7 B4 b- V2 q　N0009
8 y& n+ V! n, Z' g9 p; yG01 X1 Y1 LFM
0 V! n( ~& \5 y8 I5 f　N0010
0 H* l6 D$ d3 U" g! s  v; O02 EM

图2　AutoCAD绘制零件轮廓
5　结束语
* K! n* q% e; J, l0 |　　由以上实例可得如下结论：
3 V% a+ L1 W* j, Y* Q- o/ F% m　　(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；
! |- H, K, h2 \  n7 G　　(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；
  V! v) i1 l1 E! 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；
0 U" E$ z2 w2 q　　(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；
$ j1 B% c2 X0 v- T+ 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。
1 u+ ^0 Y% _4 d' `9 W& o文章关键词：