本文介紹了以AutoCAD和VB5為工具的數控自動編程系統開發相關研究。

　　1 概述

　　數控零件加工程序的編制是進行數控加工的一個重要步驟，國內外數控加工統計說明，造成數控機床等待約20%～30%是編程不及時所致，可見數控編程直接影響著數控機床的加工效率。隨著數控技術應用的日益擴大，我國企業在數控自動編程應用方面已有較大發展，目前主要有以下三種自動編程方式。

　　(1)采用數控編程語言的自動編程。最著名的是APT(Automatically Programmed Tools)語言。

　　(2)計算機輔助圖形設計的自動編程。采用CAD方法，將設計好的零件圖形顯示在屏幕上，編程人員指定要加工的表面，并回答軟件提出的一些問題，諸如對刀點、走刀方式、切削用量參數等，然后由系統進行自動編程，形成刀位數據文件或APT程序，再經后置處理，變成機床所需的NC代碼。

　　(3)從CAD獲取信息的自動編程。編程所需的零件形狀信息直接從CAD那里得到，一般利用AutoCAD提供的圖形交換文件DXF接口，編程人員只需進行適當工藝處理。

　　由于圖紙上給出的零件形狀數據往往比較少，而數控系統的插補功能要求有較多的數據才能控制機床。尤其是當數控系統插補功能要求輸入的數據與零件形狀給出的數據不一致時，就需要進行復雜的數學運算，而在運算過程中可能產生人為的錯誤。而這些復雜的數學運算可由計算機快速、準確地完成。

　　NC程序作為數控加工的信息載體，其正確與否直接影響零件加工質量。目前實際生產使用的NC程序，在投入加工之前通常采用機床空運行和木模、蠟模的試切，完成NC 程序的檢查。該方法加工準備周期長，生產成本增加，難以實現數控機床的高效生產。圖形仿真是目前CAD/CAPP/CAM系統中通用的NC檢驗方法。

　　本文介紹了作者開發的數控軟件(Numerical Control Automatic Programming System——NCAPS)設計方案和實現方法。操作人員在實際操作數控銑床加工工件之前，先用該系統進行模擬操作。通過計算機屏幕可清晰地看到所編輯的加工程序運行的刀具切削模擬過程，并可方便地反復修改加工程序，直到被加工的“工件”符合要求為止。且該過程都在AutoCAD環境下實現。這無疑對新產品的開發、安全生產、提高生產效率及減少廢品都具有實際意義。

　　2　ActiveX Automation對象及開發工具介紹

　　2.1　ActiveX Automation對象

　　(1)頂層是AutoCAD Application,它除具有對象的屬性和方法外，還包括兩個重要的對象Preferences(參數對象)和Document(文檔對象)。 Preferences對象是與AutoCAD系統中參數設置相對應的對象，Document對象則是包括圖形文件的所有對象集合，如Blocks Collection、ModelSpace Entities Collection、PaperSpace Entities Collection等一系列對象。

　　(2)圖形對象。Blocks Collection等屬于圖形對象，它是用戶使用頻繁的對象，是實現參數化、變量化及三維實體造型等功能的主要方式。

　　(3)輸出對象。輸出對象控制圖形文件的輸出格式，如設置坐標原點、方向等。

　　(4)實用對象。該對象提供AutoCAD中常用的數據轉換、輔助計算等功能。

　　2.2　開發工具

　　本文以Visual Basic 5.0為開發工具，給出了實例。由于編程思想是相同的，所以該方法可移到Visual C++、Delphi等開發工具上。

　　用VB5實現ActiveX Automation開發的關鍵是要獲得AutoCAD對象的指針，及創建AutoCAD.Application對象，進而創造AutoCAD的文檔對象，以實現對AutoCAD中其它對象的訪問，完成與AutoCAD的通訊。

　　3　系統的組成與功能

　　圖形交互式自動編程系統處理零件程序的一般過程是：輸入零件圖形→輸入工藝參數→運動軌跡計算→加工模擬→后置處理→程序清單→輸出。NCAPS是針對數控銑床開發的，系統框架結構如圖1所示，它主要包括進入AutoCAD R14系統繪制零件圖、工藝處理、動態校驗和數控加工程序輸出等功能模塊。具體步驟如下：

　　(1)進入AutoCAD R14系統繪制零件圖

　　它是AutoCAD實體建模過程。

　　(2)工藝處理

圖1　NCAPS系統框架結構示意圖

　　它是第(1)步操作后對圖形數據進行再加工的核心模塊。利用計算機圖形學技術，直接在AutoCAD環境下進行工藝干預。

　　工藝干預內容包括輪廓和點位二種方式，干預過程通過鼠標事件選擇實體來實現。用鼠標選取實體的先后來組成加工環(加工路線)。現以VB5編寫的源程序說明如何直接從AutoCAD環境下選擇實體，形成加工路線(該程序只是該模塊的部分)。

　　Option Explicit

　　Public objAcad As Object,objDoc As Object

　　Private Sub Form-Load()

　　StartAutoCAD-為對AutoCAD訪問做準備

　　End Sub

　　Private Sub StartAutoCAD()

　　Dim DwgName As String

　　Set objAcad=GetObject(,“AutoCAD.Application”)

　　End Sub

　　Private Sub SelectCutType-Click()

　　Dim EntityName As String

　　Dim EntityMessager(1 To 6) As Variant

　　Dim ent As Object,sset As Object

　　Set objDoc=objAcad.ActiveDocument

　　Set sset=objDoc.SelectionSets.Add(“SS1”)‘設置sset到一個名為SS1的選擇集中

　　sset.SelectOnScreen

　　Dim msgstr As String,appName As String

　　appName=App.CompanyName

　　For Each ent In sset

　　If ent.EntityName=“AcDbLine”Then‘為直線

　　EntityName=ent.EntityName

　　Entitymessager(1)=ent.StarPoint:EntityMessager(2)=ent.EndPoint

　　ElseIf ent.EntityName=“AcDbCircle”Then‘為圓

　　EntityName=ent.EntityName

　　EntityMessager(1)=ent.Center:EntityMessager(2)=ent.Radius

　　ElseIf ent.EntityName=“AcDbArc”Then‘為圓弧

　　EntityName=ent.Entityname

　　EntityMessager(1)=ent.Center:EntityMessager(2)=ent.Radius

　　EntityMessager(3)=ent.StartAngle:EntityMessager(4)=ent.EndAngle

　　EntityMessager(5)=ent.StartPoint:EntityMessager(6)=ent.EndPoint

　　Else

　　EntityName=ent.EntityName‘為其它實體

　　End If

　　Next ent　‘選擇集中的下一個實體

　　End Sub

　　(3)NC代碼生成

　　經過工藝干預(即確定刀具走刀路線)后，便可將圖形幾何信息和工藝干預信息轉換成ISO標準數控加工程序代碼。同時以(*.NC)形成的文件名永久保存。

　　(4)動態校驗

　　上述生成的NC代碼是否正確還要進行校驗方能制作控制介質輸出。本模塊采用時間分割插補算法進行動態模擬，以校驗ISO數控加工程序代碼是否正確，以及刀具與工件是否產生干涉等。如果校驗不正確，則需對上述各個環節進行反復調試，直到正確為止。

　　為使刀位數據易于獲得，避免傳統數值積分法(DDA)精度較差與運算繁瑣等缺點，本系統在加工仿真過程中引入方向性概念，使刀心軌跡在算法上簡潔明了，程序可讀性強。

　　對于CNC系統刀補功能，以往的直線過渡刀補算法，常利用三角函數關系式來計算各轉接點的坐標值。這些方法公式推導復雜，計算量大，不宜歸納和簡化。本系統引入運動矢量和刀具半徑矢量來計算，對直線到直線、直線到圓弧、圓弧到直線和圓弧到圓弧各種轉接情況進行了分析，綜合為兩個統一公式進行計算，大大簡化了CNC系統的刀具補償的計算量。

　　(5)文本編輯模塊

　　此模塊允許操作人員把已編好的ISO代碼形式的數控加工程序通過文本編輯送到計算機，對其加工過程模擬演示，以便驗證所編的數控零件加工程序的正確性。

　　(6)數控加工程序輸出

　　經調試和檢驗后的正確數控加工程序可以通過拷貝、打印、通訊接口的方式輸出。

　　4　實例

　　本文以二維零件數控銑削加工為例，首先在AutoCAD環境下繪制零件輪廓，如圖2所示。工藝干預可得沿圖2所示1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11順時針方向走刀的ISO數控加工程序，且此程序已通過動態校核檢驗(如圖3)。

圖2　工藝干預結果

圖3　數控加工(銑削)仿真結果

　　5　結束語

　　綜上所述，本系統具有如下優點：

　　(1)直接在AutoCAD環境下經圖形轉換，自動生成數控指令代碼。由指令代碼可以動態模擬刀具運動軌跡，校驗代碼的正確性。

　　(2)代碼可以直接和數控機床通訊，加工出新設計的圖形，實現了CAD/CAM一體化。

　　(3)該系統已與數控機床連通，并進行了實際切削。實驗表明，該系統具有運行準確、直觀，能顯著提高數控編程效率等特點，對其中一些功能繼續完善，可滿足實際加工需要。目前，該系統被我校CAM課程自動編程實驗室采用。