自動編程系統管理論文

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0.引言

隨著科學技術的發展,數控機床越來越廣泛地應用在機械制造行業中。在數控加工系統中,傳統的NC代碼手工編程不僅效率低,而且容易出錯;而采用APT語言的自動編程雖然幾何定義語句簡潔,功能較強,但要求編程人員要熟記系統的語言與規則,一旦出錯又不易發現。

本數控加工自動編程系統是基于AutoCAD平臺上開發而成的。AutoCAD作為繪圖軟件在機械設計與制造中應用廣泛,如果數控加工系統能夠提取Auto2CAD中的圖形信息,將會大大簡化數控編程,提高生產效率。但AutoCAD是通過圖形來表示零件的幾何信息的,而數控加工系統采用NC代碼手工編程或APT語言自動編程,二者之間信息的描述是不統一的。本系統正是解決AutoCAD與數控加工系統的接口問題,從AutoCAD圖形中提取幾何信息并進行數據轉換,即根據AutoCAD的DXF文件特有的結構,進行二次開發,實現AutoCAD與數控加工系統的集成。

1.DXF文件的數據處理

AutoCAD輸出的DXF文件是圖形文件的ASCII或二進制格式描述[1],有其特定的格式,常用于與其他應用程序共享數據,對數控編程來說其中有些冗余數據,因此必須經過處理才能方便數控自動編程系統的后置處理模塊使用。

1.1DXF文件的結構

AutoCAD輸出的DXF文件通常由五個段(SEC2TION):標題段(HEADER)、表段(TABLES)、塊段(BLOCKS)、實體段(ENTITIES)和結束段(ENDSEC)組成。但對數控編程來說,最有用的就是實體段,因此要求打開DXF文件,將實體段的有關信息記錄下來并保存在GRP文件中。每個實體的格式都是固定的,且都有與它相關的參數(部分參數見表1),實體段記錄了每個實體的幾何數據。

由AutoCAD繪制的圖形,用DXFOUT命令將其生成DXF文件,再由接口程序讀取圖形信息,其讀取程序的流程如圖1所示。但由于AutoCAD繪制的圖形根據個人繪圖習慣不同,導致DXF文件數據是按照實體的繪制順序排列的,其圖元的排列順序也就不一定是按照零件的拓撲順序排列的,也就是說它的數據排列可能是雜亂無章的,因此經接口程序處理得到的GRP文件數據也是按照繪制順序排列的。而數控加工過程是嚴格按照特定的加工路線進行的,因此要求對GRP文件數據按照給定的加工路線進行排序。

考慮到由于繪圖的原因使得相連的線段首尾點的不一致,因此應設定一個有效的容差,以保證組成一個完整的加工路線圖。在加工系統中,從每一條線段的起始點開始,加工到此線段的終點止,該終點也就成為下一線段的起始點,然后加工下一線段,因此加工的輪廓是一個由有向、有序線段組成的圖形。本系統采用選擇法進行排序,即以起刀點為基準,尋找與之相連的線段,該線段作為節點1,記錄其始終點坐標值,記終點坐標。接著在GRP文件中搜索其它線段,如某端點坐標與在容差范圍內相等,則此線段作為節點2,其終點坐標為;再從余下的線段中查找其始點坐標與相等的為節點3;以此類推,將所有的線段按順序記錄下來,再保存在GRP文件中。

2.NC代碼與加工軌跡的自動生成

數控文件是根據零件的幾何圖形信息和工藝信息進行處理生成的,一般由一個后置處理程序以解釋方法執行。即逐條讀取GRP文件中的數據信息,分析其數據類型,經刀具半徑補償和脈沖當量處理,再根據NC代碼格式文件進行相應的坐標變換和代碼變換,生成一個完整的NC程序段,寫到NC代碼數控文件中。本數控加工自動編程系統具有一定的通用性[2],可以針對不同的數控加工系統生成相應的NC代碼,其程序流程圖見圖2。首先,系統通過人機界面獲取加工參數信息,如數控機床型號、主軸轉速、切削液、進給速度、刀具號、刀補方式,主程序在調用圖形處理模塊處理圖形數據時,結合加工參數數據生成刀位數據文件。然后根據數控加工系統進行數控編程系統初始化,生成所需的NC代碼格式,對已經存在的數控系統,只需調用存在的數控加工系統格式,再對刀位文件進行后置處理以生成相應的NC數控加工代碼[3]。

3.WTUAPT的系統結構和功能

在以VisualC++610為工具開發的WTUAPT系統中[4],系統主控模塊由圖形文件管理模塊、工藝參數管理模塊、NC代碼生成模塊、數控指令文件管理模塊、加工模擬模塊以及通訊模塊六大模塊組成[4](圖3所示)。

3.1圖形文件管理模塊

該模塊實現圖形的繪制、編輯、存取、刪除及圖形數據的顯示等管理功能。通過進入AutoCAD繪圖軟件進行點、線、圓、常見曲線、列表曲線等幾何元素組成的工件圖形的繪制,并輸出31DXF文件。

3.2工藝參數管理模塊

通過參數對話框完成起刀點、機床型號、刀具號、刀補方式、主軸轉速、進給速度、切削液等工藝參數的輸入與編輯。

3.3NC代碼生成模塊

調用上兩個模塊的數據信息實現DXF文件數據的讀取與排序,獲得31GRP文件以及生成刀位數據文件31CL,并可以進行GRP以及CL文件的編輯,最后通過后置處理生成所需的NC代碼文件31CUT。不同的數控加工系統生成的NC代碼文件后綴名也不同,如3B格式的形式為31TRB,FANUNC-6M為31FSM。

3.4NC代碼管理模塊

對代碼文件進行管理,用戶可以根據實際情況對代碼文件進行編輯,得到實際所需的加工指令,使系統更具有開放性[5]。

3.5加工模擬模塊

經對生成的NC代碼進行逆編譯[4],生成加工路線,再調用刀具庫中的刀具模塊,可以實現二維零件的數控加工模擬,以檢驗生成的數控代碼的準確性與合理性,從而進一步優化加工參數,提高首件試切削加工的成功率。

3.6通訊模塊

通過接口程序實現計算機與數控機床之間的聯機通訊,實現NC代碼的自動傳送,避免了手工輸入或穿孔紙帶輸入可能造成的錯誤。

結束語

本文實現了從AutoCAD軟件中提取圖形信息并自動生成NC代碼,解決了AutoCAD圖形信息與數控編程信息描述不統一的問題,在一定程度上實現了

CAD/CAM的一體化。通過計算機模擬與實際使用表明,該系統能夠很好地實現DXF文件數據的讀取與轉換,快速準確,可靠性高。