（通信与信息系统专业论文）数控冲床cad系统的设计与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 目前国内的数控冲床制造企业大部分为中小型企业，其生产经营特点是： 产品种类多、批量小，在我国现有的技术条件下，大部分中小型企业的生产模 式是先利用a u t o c a d 此类大型的c a d 软件制图，再应用专业的c a m 软件进 行数控编程，生成数控冲床n c 代码。最后通过通讯电缆或u 盘传输到数控冲 床系统中进行加工。而其中最关键的a u t o c a d 制图是最难操作和掌握的。 国内数控冲床c a d 系统的开发还处于起步阶段，目前只有基于a u t o c a d 二次开发的软件、单冲设计软件和排样软件，几乎没有完整自主版权的数控冲 床c a d 系统。 本课题来源于国家自然科学基金项目( 项目编号为5 0 6 7 5 1 6 6 ) “基于资源的网 络数字控制新理论及关键技术研究 。以及横向项目“基于嵌入式技术的冲床数 控系统研究开发 。本论文的研究是课题研究的一个重要组成部分，主要研究： 数控冲床c a d 系统的设计与开发。本系统根据目前国内数控冲床的制造水平和 特点，结合湖北新晨自动化技术有限公司的数控冲床实际生产加工的具体要求 以及现有的系统开发条件，定制一些数控冲床的特有功能来满足用户的需求。 首先，在分析了国内外数控冲床c a d 系统研究现状的基础上，本文采用了 模块化的结构模型来开发数控冲床c a d 系统。该模型使用模块化的分层结构， 各模块执行相应的功能，并且在各层次之间利用函数调用来实现功能的整合， 为整个数控冲床c a d 系统的开发奠定了基础。数控冲床c a d 系统主要包括冲 孔基本图元的绘制，冲孔加工模具的选择，基本图元的冲孔加工效果处理，整 体效果图的预览以及图形d x f 文件的生成等一系列过程。最重要的是操作简单 易懂，使得数控冲床操作人员上手快，降低企业的培训时间和成本，在效益上 可缩短制造周期、提高产品性能并能适应市场瞬息多变的需求。 数控冲床c a d 系统是在w i n d o w sx ps p 3 环境下，利用微软的m i c r o s o f t v i s u a lc + + 6 o 开发工具研发完成的，本文详细说明了数控冲床c a d 系统的各项 基本功能：图元绘制、冲孔加工效果、最终d x f 文件生成的设计与开发过程， 并且进行了系统的测试和优化，使得本系统执行效率高、操作简便。 关键词：数控冲床，c a d ，m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t c u r r e n t l yt h ec o u n t r yn u m b e rc o n t r o l st h ep u n c h i n gm a c h i n em a n u f a c t u r i n g b u s i n e s se n t e r p r i s eb i gp a r ti no r d e rt ow i nas m a l ls c a l e db u s i n e s se n t e r p r i s e ，i t s p r o d u c t i o nc o n d u c t s ac h a r a c t e r i s t i c s t h ep r o d u c tc a t e g o r yi sm a n y , t h eb a t c h q u a n t i t yi s s m a l la n db a s i c a l l ya d o p tan u m b e rt oc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n et o p r o c e s s a t0 1 1 1 c o u n t r yu n d e rt h ee x i s t i n gt e c h n i q u ec o n d i t i o n , t h ep r o d u c t i o nm o d e o fs m a l ls c a l e db u s i n e s se n t e r p r i s em a k e su s eo fa u t o c a ds o f t w a r eg r a p h i c sf i r s ti n t h eb i gp a r t , t h e na p p l i e dt h ep r o f e s s i o n a lc a ms o l , r a r ec a r r yo nn u m b e rc o n t r o l w e a v ead i s t a n c e ，b o r nn u m b e rc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n en cc o d e f i n a l l yd e l i v e ra n u m b e rt oc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n es y s t e mt o c a r r yo np r o c e s s i n gt h r o u g h c o m m u n i c a t i o ne l e c t r i cc a b l eo rs o f td i s h b u ta m o n gt h e mt h em o s td e c i s i , c e a u t o c a dg r a p h i c si st h em o s td i f f i c u l to p e r a t i o na n dc o n t r 0 1 c a do ft h el o c a lp u n c h i n gm a c h i n et h ed e v e l o p m e n to ft h es y s t e mi ss t i l lp l a c e d i nab e g i n n i n g s t a g e ，c u r r e n t l yo n l ya c c o r d i n gt o a u t o c a dt w os o f t w a r e so f d e v e l o p m e n t s ，l i s th u r t l et od e s i g ns o f t w a r ea n dr o wk i n ds o f t w a r e ，a l m o s th a v en o i n d e p e n d e n tc o p y r i g h to fi n t e g r i t yo ft h en u m b e rc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n ec a d s y s t e m t h i st o p i cc o m e sf r o mn a t i o n a ln a t u 诅s c i e n c ef u n di t e m ( i t e ms e r i a ln u m b e rf o r 5 0 6 7 516 6 ) ”c o n t r o ln e wt h e o r i e sa n dk e yt e c h n i q u et os t u d ya c c o r d i n gt ot h en e t w o r k n u m b e ro fr e s o u r c e s a n dh o r i z o n t a li t e m ”c o n t r o las y s t e mr e s e a r c ha c c o r d i n gt ot h e p u n c h i n gm a c h i n en u m b e ro fb u i l t - i nt e c h n i q u ed e v e l o p m e n t t h er e s e a r c ho ft h i s t h e s i si st o p i ci m p o r t a n c eo ft h er e s e a r c ht oc o n s t i t u t ep a r t , m a i nr e s e a r c h ：n u m b e r c o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n ec a dt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h es y s t e m t h i s s y s t e mc o u n t st h em a n u f a c t u r i n gl e v e la n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o n t r o l i n gt h ep u n c h i n g m a c h i n ec u r r e n t l ya n dc o m b i n e sh u b e ia c c o r d i n gt ot h ed o m e s t i c ，t h en e w m o r n i n g a u t o m a t e st h en u m b e ro ft e c h n i q u el i m i t e dc o m p a n yt oc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n et o p h y s i c a l l yp r o d u c ep r o c e s s e dc o n c r e t er e q u e s ta n de x i s t i n gs y s t e md e v e l o p m e n t c o n d i t i o n , m a k et oo r d e rs o m en u m b e rc o n t r o lt h en e e dt h a tc a ns a t i s f yac u s t o m e ro f 武汉理工大学硕士学位论文 t h ee s p e c i a l l yh a v i n gag r e a ta c h i e v e m e n to ft h ep u n c h i n gm a c h i n e f i r s t , i na n a l y z i n gd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc o u n t i n gc o n t r o l i n gp u n c h i n g m a c h i n ec a d s y s t e ms t u d y i n gp r e s e n tc o n d i t i o no ff o u n d a t i o n ，t h i st e x tp u tf o r w a r d t h en u m b e rc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n ec a dt h em o l dp i e c eo ft h es y s t e mt u r n s t r u c t u r em o d e l 田1 el a y e r i n gs 乜m 曲叮ef o rt u r n i n go ft h em o d e la d o p t i o n sm o l dp i e c e ， e a c hm o l dp i e c ep e r f o r m a n c ec o r r e s p o n d so ff u n c t i o n ，a n db e t w e e ne a c hl a y e rt h e i n t e g r a t i o nt h a tm a k e su s eo ff u n c t i o nt oa d j u s tt ou s et oc a r r yo u tf u n c t i o n , f o rt h e w h o l ep i e c ec o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n ec a dt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n to ft h es y s t e m l a yf o u n d a t i o n mn u m b e rc o n t r o l sp u n c h i n gm a c h i n ec a d ，t h es y s t e mm a i n l y i n c l u d e sad r a w i n go ft h eb l u n tb o r eb a s i cd i a g r a md o l l a ra n dh u r t l e st h ec h o i c et h a t t h eb o r ep r o c e s s e sam o l d i n gt o o l ，t h eb l u n tb o r eo fb a s i cd i a g r a md o l l a rp r o c e s s e sa p r o c e s s i n g , w h o l ee f f e c td i a g r a mo fp r o d u c ea n ds k e t c hd x fb o me t c o ft h e d o c u m e n tas e r i e so fp r o c e s s 1 1 1 eo p e r a t i o ni sm o s ti m p o r t a n ta n di nb r i e fa n de a s i l y u n d e r s t a n d sa n dm a k et h ep e r s o n n e ls t a r tq u i c k l ya n dl o w e rt h et r a i n i n gt i m ea n dc o s t o fb u s i n e s se n t e r p r i s ea n dc a ns h o r t e nm a k eap e r i o d ，r a i s ep r o d u c tf u n c t i o no nt h e e f f i c i e n c ya n dc a na d a p tt oam a r k e ta n di nav e r ys h o r tm o m e n t a n dm u c hc h a n g eo f n e e d n u m b e rc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n ec a dt h eo p e r a t i o ni n t e r f a c eo ft h es y s t e mi s t om a k eu s eo fm i c r o s o ro fm i c r o s o f ta tt h ew d d o w st h ex ps p 3u n d e rt h e e n v i r o m e n t sv i s u a lc + + 6 0d e v e l o p m e n tt h et o o lc r e a t i o nc o m p l e t e ，t h i st e x t e l a b o r a t e do nn u m b e rc o n t r o lp u n c h i n gm a c h i n ec a dt h ev 撕o u sb a s i cf u n c t i o n s ， d i a g r a md o l l a ro f t h es y s t e md r a w , t h ee n dd x fd o c u m e n tb o r nd e v e l o p m e n tp r o c e s s ， a n dc a r r i e do u tt h ee f f i c i e n c yo f p r o c e d u r ee x c e l l e n tt u r na n do p e r a t eo fs i m p l e k e y w o r d s ：c n cp u n c hp r e s s ，c a d ，m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：量叁兰圈日期：翌7 ：多：纠 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编 本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库 使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：羡次l 2 日导师( 日期z o o7 5 3 f 武汉理工大学硕士学位论文 i i 课题来源 第1 章绪论 本课题来源于国家自然科学基金项目( 项目编号为5 0 6 7 5 1 6 6 ) “基于资源的 网络数字控制新理论及关键技术研究。以及横向项目“基于嵌入式技术的冲 床数控系统研究开发”。本论文的研究是课题的一个重要组成部分，主要研 究：数控冲床c a d 系统的设计与开发。 论文研究目标是根据国内目前数控冲床的制造水平和特点，结合湖北新晨 自动化技术有限公司的数控冲床实际生产加工的具体要求以及现有的系统开 发条件，自主开发出一套可以与代替a u t o c a d 、c a x a 等流行的c a d 软件， 具有自主版权、适合数控冲床的c a d 系统。项目的技术关键： ( 1 ) c a d 系统体系结构设计：包括系统结构框架、功能模块等。 ( 2 ) c a d 系统的开发：结合具体的各项数冲床控技术( 如：区域栅格填充、 啃切、啃切留筋、沿轨迹打孔) ，选用最优的软件开发工具，对各个子系统进 行开发。 1 2 课题背景 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) ，即计算机辅助设计，在数控冲床加工过程中 是一种生产辅助工具，它将计算机高速而精确的运算功能，大容量存储和处理 数据的能力，丰富而灵活的图形、文字处理功能与设计者的创造性思维能力、 综合分析及逻辑判断能力结合起来，形成一个设计者思想与计算机处理能力紧 密配合的系统，大大加快了数控冲床的设计进程。c a d 技术包括下列功能：几 何建模、计算分析、仿真与实验、绘图及技术文档生存、工程数据库的管理 和共享【1 3 1 。 计算机的发展及软件业的发展，推动着计算机辅助设计软件的不断改进。 数控冲床c a d 技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展，在数控冲床 上的运用越来越广泛，以p c 技术为基础的开放式系统成为数控冲床c a d 系统 的发展方向【4 ，5 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 虽然目前市场上有很多数控冲床的c a d 的软件系统，但是国外数控冲床 的c a d 系统都价格昂贵，一般小型企业难以购买，另外他们的操作环境也各 不一样，有时需要进行二次开发才能满足需要，并且操作复杂，设计人员需要 长时间的培训才能胜任。虽然国内市场上有一些基于d o s 操作系统的冲床数 控系统，但是这些系统只实现了简单的点位控制，没有人机交互界面，功能 较差。随着计算机技术的发展，p c 机的软件、硬件条件都有了很大的提高。 基于d o s 的数控系统显然不能充分的利用现有的计算机资源。近来人们又对 数控冲床系统提出了一些新的要求，人性化的界面设计，多任务并行控制能 力；随着c a d 技术的发展，制图技术也发生了很大的变化，人们对完善的图 形接口功能及通用性也提出了更高的要求；数控冲床加工仿真利用计算机来 模拟实际的加工过程，是验证数控冲床加工程序的可靠性的有力工具，可以 有效的减少工件的试加工，提高生产效率。另一方面，按照生产情况的不同， 个性化的定制生产将是新世纪数控冲床制造业的主流。因此，开发符合上述 需求的，具有自主知识产权的冲床数控c a d 系统具有重要的现实意义和广阔 的应用前景。也是加速我国现代化建设的迫切要求【6 - 1 5 1 。 基于以上情况，本文提出了一套基于v c + + 的数控冲床c a d 系统，该系统 基于v i s u a lc + + 语言和面向对象技术开发，能实现所见即所得的整体冲孔加 工效果图，能在加工之前预览加工结果，并产生关键的d x f 文件。该系统的 出现，必然使生产实现高精度、高效率、高度自动化和智能化。将其用于数控 冲床的实际使用中，具有重大的实用价值和意义。目前，国内大部分数控机床 没有配备专门的计算机辅助软件，所以此课题有很广泛的发展空间。 1 3 课题的国内外现状和发展趋势 经济全球化、信息化的来临使得市场对机械制造企业提出了越来越高的要 求。其一，在响应市场需求方面，对企业提出了更高的要求：产品更新周期变短， 同时对性能、质量要求更高；其二，提高劳动生产率，降低成本，提高利润率， 提升产品市场竞争力。从全球范围来看，在信息化浪潮的推动下，制造业信息 化、智能化的趋势己在所难免。其中，由于数控技术的广泛应用，普通机床正 在被高效率、高精度的数控机床所代替，制造业正朝着高自动化、高智能化方 向发展。目前，数控冲床加工技术己广泛应用于机械、汽车、航空、船舶、材 料、军工等国民经济的支柱产业，是实现制造自动化的基础技术和关键技术。 2 武汉理工大学硕士学位论文 与普通机床相比，数控冲床机床显著优点是：可以大大提高加工的效率和精度。 目前，国际上的大型c a d 软件在加工质量和技术的集成度上都非常先进， 但是对于国内的中小型企业来讲，高昂的价格往往使他们难以承受，而困内自 主版权的软件又较少，从而影响了这此企业的技术升级，直接削弱了企业在国 际市场的竞争力。在经济发展相对落后、技术力量相对薄弱的地区。企业c a d 技术的应用集成化的程度较低，很多企业的应用还停留在绘图、n c 编程等单 项技术的应用上川。所以企业的技术、 个意义，开发出具有自主知识产权的、 c a d 系统。 设备的更新都迫在眉睫。正是基于这 符合国情的、适合中小型制造企业的 数控冲床出现的初期，人们都是用手工编程。由于手工编程只能解决点位 加工或几何形状不太复杂的零件问题，适用的范围很小，而且效率很低。为了 解决数控加工中的程序编制问题，2 0 世纪5 0 年代，m t i 设计了一种专门用于机 械零件数控加工程序编制的语言，称为a p t ( a u t o m a t i a e n yp r o g r a m m e dt o o d 。其 后，a p t 几经发展，形成了诸如a p t i i 、a r , r m ( 立体切削用) 、a p ti v ( 算法改 进，增加多坐标曲面加工编程功能) 、a p ta c ( a d v a n c e d ec o n t o u r i n g ) ( 增加切削 数据库管理系统) 和a p t s s ( s e u l p t u r e ds u r f a c e ) ( 增加雕塑曲面加工编程功能) 等 先进版。 采用a p t 语言编制数控程序具有程序简练、走刀控制灵活等优点，使数控 冲床加工编程从面向机床指令的“汇编语言级，上升到面向几何元素。但a p t 仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状， 缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹 的验证手段，难以和c a d 数据库有效连接；不容易做到高度的自动化和集成化。 针对a p t 语言的缺点，1 9 7 8 年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、 n c 加工一体化的系统，称为c a t l a 。随后很快出现了像e u c l i d 、u g l l 、 i n t e r g r a p h 、p r o e n g i n e e r i n g 、m a s t e r c a m 、u n i g r a p h i e s 、c i m a t r o n 及 n p u g n c p 、s o l i d w o r k s 等系统，这些系统都有效地解决了几何造型、零件几何 形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等 问题，推动了c a d 向一体化方向发展。 数控冲床c a d 技术发展很快，随着科学技术的迅速发展，数控冲床加工产 品的结构、零件的形状趋于多样化，对零件质量和加工精度的要求也越来越高。 为了提高生产效率，降低成本，同时保证产品质量，要求产品不仅有较好的通用 武汉理工大学硕士学位论文 性和灵活性，而且应实现设计加工过程的自动化，而国外数控冲床的c a d 软件 的成功应用对我国制造工业的发展起到了重要的推动作用。国外工业发达国家 较大的数控加工厂家在c a d 上进行了较大的投资，正大力开发这一技术。国内 经过近几十年的发展，c a d 技术已经得到广泛的应用。数控冲床行业已引进相 当数量的国外c a d 系统，如：u n i g r a p h i c s ( u g ) 、s o l i d e d g e 、a u t o c a d 、 s o l i d w o r k s 、p r o e n g i n e e r 等。并配置了运行速度快、性能高的计算机。 目前，在国际上流行，并且具有代表性的集成化c a d c a m 系统主要 有：m a s t c r c a m 、u gi i 、s o l i d w o k r s 、p r o e n g i n e e r 等。这些软件一般都具有强大 的工程背景、完善的操作功能，以及专业化的技术服务。同时，也都具有自己 优势与特点。其中，美国c n c 公司的m a s t c r c a m 是微机版c a d c a m 软件， 主要功能包括：二维绘图；曲线、曲面设计；点位加工；二轴到五轴铣削加工；数控车 削；二轴到四轴的线切割；火焰切割和激光切割。同时还具有二维曲线和三维曲面 的造型功能，以及曲面着色( s h a d e ) 功能。数控加工功能提供多种走刀方法，在 刀具路径选择、刀具轨迹干涉处理、加工时的进退刀方式、多曲面加工、五面 加工、粗精加工、参数线法加工编程、截平面法加工编程、投影法加工编程、 刀具轨迹编辑、刀具管理、毛坯材料管理、通用后置处理、走刀模式和测量等 方面，都有很强的功能。 另外，功能强大、完善的u g i i 软件在制造业中也得到广泛使用。其不但具 有强大的设计能力，同时也具有强大的数控编程能力。具体讲，u gi i 具有概念 设计、工业造型设计、详细设计( 结构设计和工程分析) 、装配、制造、模具设计、 二次开发、产品数据管理等功能。同时，还将所有的数控加工仿真模块集成， 从车削到复杂型面的铣削，为用户提供方便实用的仿真环境。在刀具移动过程 中，用户可以基于图形编辑刀具路径。在数控加工编程方面，其主要功能有：车 削加工编程、型心和型腔铣削加工编程、固定轴铣削加工编程、清根切削加工 编程、可变轴铣削加工编程、顺序铣削加工编程、线切割加工编程、刀具轨迹 加工编程、刀具轨迹干涉处理、刀具轨迹验证、切削加工过程仿真与机床仿真、 通用后置处理等1 1 6 删j 。 但是对于国内一些大型数控冲床企业，它们的c a d 应用状况多停留在从国 外购买先进的c a d 系统和设备，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低： 对于国内一些中小型模具企业，它们的c a d 应用很少，有些仅停留在以计算机 代替画板绘图。所以有必要改善国内数控冲床企业的c a d 应用状况，使它们真 4 武汉理工大学硕士学位论文 正做到快速、准确地对市场做出反应，并使制造的产品质量高、成本低，即达 到敏捷锘0 造的目的1 2 1 丑引。 从目前来看，国内数控冲床c a d 软件产品与国外的大型集成数控冲床c a d 软件相比，还有相当大的差距，并且功能单一，操作复杂。但是国外产品价格 昂贵【2 7 0 0 】。再者，由于其开发的虚拟加工环境在许多方面并不适合我国国情， 还需要再投入大量的人力、物力和时间进行二次开发。因此，如何在资金、时 间有限及现有设备的情况下，开发具有自主版权的，价格相对低廉且适应国内 市场需求的，符合我国国情和企业现状的数控冲床c a d 系统产品，是关系着我 国数控冲床加工业的关键问题。 1 4 主要研究工作 ( 1 ) 本c a d 系统是在m i c r o s o f tw m d o w sx ps p 3 操作系统下，采用 m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 o 作为开发工具，采用面向对象的思想进行编程开发，程 序的框架采用了m f c ( m i c r o s o l 危f o u n d a t i o nc l a s sl i b r a r y ) 进行搭建，其核心的绘 图功能采用了m i c r o s o f t 的g d i 图形编程接口。实现了系统开发的低成本和良好 的后期维护性。 ( 2 ) 程序采用的结构是微软的m f c 的m d i 框架，进一步减少了系统的开 发周期，使得开发工作集中在核心代码的编写当中。 ( 3 ) 实现了所开发的系统可以手工绘制基本的图元，并对基本的图元进行 各种冲孔加工，并根据加工的具体要求实现不同的冲孔效果图，实现了数控冲 床加工的动态仿真。 ( 4 ) 可以将最终的加工图形的坐标和加工要求，按照n c 代码的要求输出 到d x f 文件中，以便冲床的硬件系统读取。 ( 5 ) 设计了良好的人机交互界面。使用者可以修改软件的各种参数，如图 纸大小，网格间距大小，冲孔大小和种类等，以达到使用者可以看到最终的冲 床加工效果图，在加工之前预览加工结果。 1 5 论文组织结构 论文共分为五章，主要的内容概要如下： 第1 章阐述了本课题的背景和意义，简要的说明了论文所解决的问题和其 5 武汉理工大学硕士学位论文 创新之处。阐述了论文的组织结构。 第2 章c a d 系统的框架分析与设计：( 1 ) c a d 系统的框架设计；( 2 ) c a d 系 统的功能模块设计；( 3 ) c a d 系统的界面设计。 第3 章基于v c 的数控冲床c a d 系统研究及实现：包括功能模块设计， 硬件软件环境，数据结构和类调用关系，以及绘图，修改，冲床加工效果等模 块的设计与实现。 第4 章c a d 系统的应用实例及相关界面。 第5 章对所做的工作进行总结，并对今后的工作给予期待和展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章数控冲床c a d 系统的总体设计 随着经济的迅猛发展，从事数控冲床加工的中小企业迅速增加，而伴随着 科技水平的提高，现代加工方法及设备的不断涌现，加工的概念、方法和手段 也在发生深刻的变化。将计算机辅助设计( c a d ) 技术运用于数控冲床加工业已 成为企业加快产品开发、提高产品质量、占领市场的有力措施【3 1 1 。 本系统的开发就是适应当前国内市场需求，为我国的中小企业研制适合我 国国情、具有自主知识产权的数控冲床c a d 系统。该系统软件设计方面采用模 块化、开放式结构，使人机界面更加友好，系统兼容性好，维修、升级方便， 符合以p c 机平台发展数控冲床c a d 系统的新趋势。 2 1 冲床数控c a d 系统的需求分析与模块设计 2 1 1 系统目标 目前国数控冲床制造企业大部分为中小型企业，其生产经营特点是：产品 种类多、批量小，基本上采用数控冲床加工。在我国现有的技术条件下，大部 分中小型企业的生产模式是先利用a u t o c a d 软件造型，再应用专业的c a m 软 件( 如p r o c a m ) 进行数控编程，生成数控冲床n c 代码。最后通过通讯电缆或 u 盘传输到数控冲床系统中进行加- r t 3 2 1 。而其中最关键的a u t o c a d 制图是最难 操作和掌握的，并且a u t o c a d 只能绘制一般的图形，并不能绘制出冲床的冲孔 加工效果，如图2 1 。 图2 1 传统数控冲床加工过程 7 武汉理工大学硕士学位论文 国内冲床的c a d 系统的开发还处于起步阶段，目前只有基于a u t o c a d 二 次开发的软件、单冲设计软件和排样软件，几乎没有自主版权的完整的数控冲 床c a d 系统【3 3 1 。本论文的研究是完成数控冲床的c a d 系统的自主研发，同时 根据国内目前数控冲床的制造水平和特点，定制一些数控冲床的特有功能来满 足用户的需求。 通过上述分析，本文的冲床c a d 系统应达到的目标是：在技术上能基本替 代a u t o c a d 的功能，实现数控冲床的在加工之前预览加工效果，避免试加工， 降低生产成本；实时的加工效果的显示；在功能上具有加工工艺设置能力、能 实现数控图元的修改与绘画，并具有与其他数控冲床c a m 系统信息交换的能 力，提供标准接口文件，使c a m 系统可以根据标准的接口d x f 文件产生n c 代码，并具有计算机特有的良好人机交互界面，最重要的是操作简单易懂，使 得数控冲床操作人员上手快，降低企业的培训时间和成本，在效益上可缩短制 造周期、提高产品性能并能适应市场瞬息多变的需求。 2 1 2 数控c a d 系统的功能模块设计 本c a d 系统是针对数控冲床的加工特点，可以对数控冲床的基本图元进行 绘制，在基本图元的基础上添加冲床打孔效果，以实现对数控冲床加工的最终 效果进行预览，数控冲床c a d 系统的基本模块如下： 1 ) 基本矢量图形的绘制 选择工具：采用选择工具，可以实现图元对象的选择状态。 直线工具：选择直线绘制工具，可以用鼠标绘制直线图元。 矩形工具：选择矩形绘制工具，可以用鼠标绘制矩形图元。 圆角矩形工具：选择圆角矩形绘制工具，可以用鼠标绘制圆角矩形图元。 多边形工具：选择多边形绘制工具，可以用鼠标绘制多边形图元。 斜矩形工具：选择斜矩形绘制工具，可以用鼠标绘制斜矩形图元。 圆工具：选择圆绘制工具，可以用鼠标绘制圆图元。 扇形工具：选择扇形绘制工具，可以用鼠标绘制扇形图元。 椭圆工具：选择椭圆绘制工具，可以用鼠标绘制椭圆图元。 圆弧工具：选择圆弧绘制工具，可以用鼠标绘制圆弧图元。 2 ) 多种矢量图形的编辑修改操作 8 武汉理工大学硕士学位论文 删除图元：删除被选择中的图元，图元可以是一个，也可以是多个。 复制图元：复制被选择中的图元，图元可以是一个，也可以是多个。 修改图元：修改被选择中的图元，可以通过修改对话框来精确修改图元的大 小和位置，也可以通过鼠标点击关键点来修改图元。 3 ) 数控冲床的冲孔图形效果 实现了对基本矢量图形的啃切、啃切留筋、沿轨迹打孔、区域栅格冲孔填充， 以及对冲孔大小、冲孔形状、冲压布距等参数的设定。 4 ) 辅助功能 网格显示：帮助用户进行定位绘制，网格线的间距可以由用户设定，网格显 示与否也由用户控制。 全图缩放：允许用户放大、缩小全图，方便用户绘制图形。 撤销操作：撤销上一步的操作。 恢复操作：恢复上一步的操作。 文字注释：选择文本注释工具，可以在鼠标位置绘制用户指定的文字，包括 文字字体的设定。 绘图区域大小：允许用户设定全图的绘图区域大小，方便用户控制绘图的 范围。 整体冲孔参数：允许用户设定整体绘图区域冲床加工的冲孔大小和形状。 由于本系统要求有良好的操作性，所以方便的快捷方式也是不可少的。本系 统的快捷键：e s e 为无操作状态的快捷键，左s 1 1 i r 为选择图形的快捷键，空格 键为刷新屏幕的快捷键，d e l e t e 键为删除图形的快捷键，c t r l + c 键为复制图元的 快捷键，选择图形后点击鼠标中间的滚轮，可以给图形添加冲孔起始点。系统 的基本模块功能如图2 2 。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 2 数控冲床c a d 系统的模块 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 , 3 数控c a d 系统的界面设计 系统的开发是在w m d o w s x p 环境下，应用v c + + 软件开发工具实现的。软 件的界面如图2 - 3 所示。 图2 - 3 数控冲床c a d 系统界面 系统的操作界面上除了传统的菜单和工具条之外，分为四部分： ( 1 ) 视图区：视图区是系统图形的显示区域，视图区就显示所有的数 控冲床加工效果的区域。各种图形的鼠标操作也是在视图区中完成。 ( 2 ) 绘图工具栏；绘图工具栏用于在客户区绘制各种图元，并可以在 图元绘制完成后，点击图元图标的下拉箭头来进行冲孔加工效果的选择，以 达到如图2 - 3 的冲孔加工效果。 ( 3 ) 系统辅助工具栏：系统辅助工具栏用于用户对系统进行辅助的操 作或设定，比如设定网格间距大小或者是否显示网格，或者全图的放大缩小 等功能。 ( 4 ) 状态栏辅助信息区：辅助信息包括鼠标在视图区的坐标信息，各 种图元的参数信息，信息会随着选择的图元变化而显示不同的信息。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 本章小结 本章根据数控冲床c a d 系统的基本要求，进行了系统的功能模块和人机交 互界面的总体设计。该系统采用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 的m f c 作为程序的框架， 并对其做了相应的介绍，通过g d i 图形编程接口进行视图区的图形绘制，良好 的实现的冲孔加工后的效果显示。 作为数控冲床的c a d 系统，对系统进行了深入分析和模块化设计，将其划 分为基本图形绘制模块、冲孔加工模块和辅助功能模块三个相对独立且相互联 系的部分，并确定了系统的设计原则和技术方案等，为c a d 系统进一步的研究 和开发工作奠定了良好的基础。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章数控冲床c a d 系统的实现 3 1 系统总体实现路线 目的：借助v c + + 强大的w m d o w s 编程功能编制用于数控冲床的c a d 系统。 该系统主要特点：界面简洁、操作简单。 方法：采用m i c r o s o rv i s u a lc - h - 6 0 作为开发工具，采用面向对象的思想进 行编程开发，程序的框架采用了m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s sl i b r a r y ) 进行搭 建，其核心的绘图功能采用了m i c r o s o f t 的g d i 图形编程接口。借助m f c 的图 像处理类，实现基本的图元绘制及操作功能；并借助m f c 的文档类，实现了数 据的处理和保存；并借助了m f c 的视图类，实现了图元的显示 3 4 - 3 7 。 3 1 1 系统主要类及其功能简介 在我们进行各个功能的代码编写前，我们先看下系统框架的主要的对象类 型和功能，表3 1 表示了这些类和它们的基类的层次关系。 表3 - 1 系统主要类的清单 m f c 类名c a d 系统类名功能 c g r m a p pc c a d a p p 应用对象 c m d i f r a m e ，n dc m a i n f r a m em d i 主窗口 c m d i c h i l d ，n dc c h i l d f r a m em d i 子窗口 c d o c u m e n tc c a d d o c 负责管理数据结构和文档操作 c s c r o l l e wc c a i ) v i e w 负责视图的现实和打印 c t o o l b a r 直接使用 工具条 c s t a t u s b a r 直接使用状态条 c d i a l o gc a b o u t d l g a b o u t 对话框 c o b j e c t c u n i t 图元基类 下面具体介绍系统主要的类的功能，系统类的层次结构图如图3 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 图3 - 1 系统类层次结构图 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) c c a d c w 类 本系统的图元显示和交换功能都在该类中实现，以下从功能和父类方面来 介绍。 功能 根据数控冲床c a d 系统的要求，该类应包括以下功能： 1 ) 对整个视图区域进行相应的初始化，并实现一些辅助功能，如网格的显 示、改变绘图区域等； 2 ) 显示各种矢量图元，包括各种冲孔加工效果； 3 ) 响应各种鼠标事件响应，以实现系统良好的人机交互操作方式； 4 ) 进行相应的映射模式转换和鼠标实际坐标与逻辑坐标的转换，以便图元 能正确的显示在试视图区； 父类 考虑到绘制图形方便，c c a d v i e w 类从c s c r o l l v i e w 类派生出来。这是因为 如果从c v i e w 派生，当速度矢量图大于文档显示区域时，超出的部分将没法查 看，这是软件的要求所不允许的。从c s c r o l l v i e w 派生，由于该类提供了窗口的 滚动条，当图元的大小超出显示区大小时，可以通过拖动滚动条而查看全图， 并且c s c r o l l v i e w 类在其他方面与c v i e w 类没有区别，可以实现c v i e w 类所能 实现的一切功能，所以，从c s c r o l l v i e w 派生是更好的选择。 ( 2 ) c c a d d o c 类 本系统的图元数据的各种参数的保存和读取都在该类中实现，并且c a m 标 准接口文件也是在此类中实现，以下也