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。
$ Z( w. T& w. _. A' y+ l2　系统的框架结构和功能
6 r: W# ]$ P) I! ]　　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)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；
% A( e2 J& y+ U  e7 I　　(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；
7 f4 Q2 W0 b# [# `/ |4 Q. w7 f! ]　　(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。
# Y! l) g+ M) l: V7 b) @% u3　软件设计过程
( M* E2 d0 }* e1 N6 e; c# |* g　　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
: c5 \- k" o% u% Z+ I5 X: OType ENTITIES-TYPE
1 G2 I; q  s  q  P! `9 Z" ~8 e  ^′实体形式数据类型名：
　　ENTITIES－TYPE；
, \- e* x9 j/ q+ A  I  ^　　STYLE As String
* A9 V$ g8 P) H( _′实体类型变量(其值为LINE，ARC，CIRCLE)；
　　X1 As String
, N! S( j* U" Q, w, u% Y: Y′实体的起点坐标分量x；
4 a; L8 g) R& K1 |& B　　Y1 As String
4 |. [! T2 {, x( a+ D) b. ^+ @4 Q′实体的起点坐标分量y；
　　X2 As String
% {4 |3 E* E3 [2 r  l, ^′实体的终点坐标分量x；
　　Y2 As String
8 g4 x+ L0 k* _. z′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；
, @  [1 X& d% ]8 [. n/ K　　Y3 As String
′实体(圆弧或圆)的圆心坐标分量y；
& I4 e! t# P- I, L  @% q! s8 U　　R1 As String
′实体(圆弧或圆)的半径R；
　　WISE As String
, j) D2 N& |' D5 J. C′实体(圆弧或圆)的顺(＝0)、逆(＝1)方向；
* |. t& b. p( X# p　　ANGLE1 As String
" `: V$ T* e( p2 T′实体(圆弧或圆)的起始角；
　　ANGLE2 As String
3 e% k- n6 U* G( i8 r7 ~; W, V/ O′实体(圆弧或圆)的终止角；
: `1 Y" U0 p- G& }End Type
Global MM(200) As ENTI-
( u* d, c6 D4 K7 m2 wTIES-TYPE
′定义一维数组MM全局变量，其元素为ENTITIES-TYPE
; F  W9 i5 T0 \6 J; g, p′型变量，实体数目最多不能超过200个。
' Q" e8 K  F5 c; e" Z% M" F' b5 X　　(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
' f, R$ |7 P# J8 ADim 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”
% B4 ~. G% q  U* w　　Seek #1,Seek(1)
　　Do While Not EOF(1)
+ s( X( y' e* O' w$ B5 e　　　Do Input #1,B
( Q0 H2 a( U' w　　　Loop Until B 〈〉“0”
　　　i=i+1
　　　Select Case B
6 X4 y7 e, M. n3 `　　　　　　Case “LINE”
　　　　　　　INDXF－LINE 1
　　　　　　　CC.STYLE=“line”
" g0 V0 ?4 d" W! {: A9 ~9 I　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
& r8 v9 E# e5 d# L　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
0 @+ M# I- |( ?9 Z) @　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
1 V+ L- {4 \: n5 \1 s/ m# F! N+ n　　　　　　　xx1=x2
　　　　　Case“ARC”
" F' ]  M% i! h  w2 O8 T- j　　　　　　　INDXF－ARC 1
$ ?% A# M0 i& ]* q　　　　　　　CC.STYLE=“ARC”
　　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
) C% Z0 p' ]- z: `　　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
+ _7 q3 `) v8 e. A7 p1 ^9 X+ v　　　　　　　CC.X2=Str$(x2)
　　　　　　　CC.Y2=Str$(y2)
7 [% E2 i3 E6 w, ^1 ?/ ]  p　　　　　　　CC.X3=Str$(x3)
+ b* u2 M7 `4 o+ G! `2 p2 O　　　　　　　CC.Y3=Str$(y3)
　　　　　　　CC.R=Str$(R)
　　　　　　　CC.ANGLE1=Str$(ANGLE1)
　　　　　　　CC.ANGLE2=Str$(ANGLE2)
　　　　　　　If Abs(x1-xx1)>.5 Then
# J- ^1 ~6 {9 O　　　　　　　　CC.WISE=“0”
　　　　　　　　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
$ e4 |. z3 e. j7 ?4 u6 O　　　　　　　　　Else CC.WISE=“1”
　　　　　　End If xx1=x2
　　　　Case“CIRCLE”
　　　　　　il=il+1
　　　　　　INDXF－CIRCLE 1
! Q2 P: ]7 F- W' I6 s7 E　　　　　　CC.STYLE=“CIRCLE”
　　　　　　CC.X1=Str$(x1)
　　　　　　CC.Y1=Str$(y1)
　　　　　　CC.R=Str$(R1)
% f& }( A4 ?* U' c　　　　　　CC.X2=CC.Y1
　　　　　　xx1=x1
* z$ N# p  p1 J; w4 v- u' @　　　　Case“POINT”
& K6 P, W6 }( `, a　　　　　　INDXF－POINT 1
　　　　　　CC.YSTYLE=“POINT”
4 V9 {0 b# p+ p4 y% q6 z$ o6 {$ u; E　　　　　　CC.ZHX1=Str$(x1)
7 c4 _  y/ Z' R, I! I/ v　　　　　　CC.ZHX2=Str$(x1)
% `& I+ Q8 i$ ?　　　　　　xx1=x1
! }4 G- E: d3 J( {# G; M9 \　　　　Case Else
　　　　　　CC.STYLE=“NONE”
7 k3 x% G6 X" D6 e( C4 u　End Select
　Seek #1,Seek(1)
　j=Str$(i)
Loop
Close #1
End Sub
　　其它模块的程序设计不再赘述。
4　实例
" d, w- V3 A* i% j　　本文以二维零件数控铣削加工为例，首先进入AutoCAD绘制零件轮廓如图2所示。经图形交换文件DXF传输到系统后，工艺干预可得沿图示1-2-3-4-5-6-7顺时针方向走刀的ISO数控加工程序，且此程序已顺利通过校核检验。
& e5 f% _" d( a+ T7 x  f0 U, g　N0001
G90 G92 X0 Y0 S500 M03 LF
　N0002
G01 X1 Y1 LF
　N0003
  c/ n3 N& K5 X$ J9 u* v& DG01 X1 Y61 LF
　N0004
" Y- c$ D5 y& {2 o1 b* C1 K4 mG01 X41 Y61 LF
　N0005
G02 X61 Y81 R20 LF
3 f* f3 c. d/ G8 ~1 p8 |　N0006
( K8 _; t- P! }) i, KG02 X101 Y81 R20 LF
　N0007
/ \$ w5 ]& Z. |" w. R8 y) DG01 X141 Y81 LF
, _, ~' G8 a, M2 A2 h+ t( J　N0008
  d, r& t/ K8 V2 pG01 X141 Y1 Lf
" f: O* y. @3 O& U/ u% Z/ s. U4 b　N0009
/ J1 U. u4 R& k& x9 W% BG01 X1 Y1 LFM
( F# p3 T& ^% t* J9 w　N0010
02 EM

+ Z/ `4 c6 n9 a/ d3 r图2　AutoCAD绘制零件轮廓
# D& W6 q; |5 |1 \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；
; r. q+ Z$ o: z+ `. R6 Z　　(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；
3 X$ c9 @6 J8 m' ]3 Y　　(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；
7 y* W0 l) X6 \/ e4 I　　(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。
9 O, Q5 S3 v' b. t. f文章关键词：