数控玻璃雕刻g代码自动编程系统的设计与开发

刘其洪李伟光华南理工大学机械工程学院,广东广州510641摘要介绍了数控玻璃雕刻G代码自动生成的实现方法及其关键技术。开发了玻璃雕刻的ARX图形自动编程软件,使图形绘制、自动寻迹和编程系统集成于AUTOCAD环境下。软件运行证明了它的高效性、实用性和正确性。关键词自动编程OBJECTARX玻璃雕刻数控CAD/CAM中图分类号TP273文献标识码A文章编号10012265200308004903THEDESIGNANDDEVELOPMENTOFAUTOPROGRAMMINGSYSTEMOFNCGLASSGROOVEGCODELIUQIHONGLIWEIGUANGABSTRACTTHEMETHODANDKEYTECHNIQUESABOUTNCGLASSGROOVEAUTOMATICGENERATINGOFGINSTRUCTIONISINTRODUCEDINTHISPAPERTHEGRAPHICAUTOPROGRAMMINGSOFTWAREOFGLASSGROOVEBASEDONARXISDEVELOPEDWHICHINTEGRATEDRAWING,AUTOMATICTRACKSEEK2INGANDPROGRAMMINGSYSTEMWITHAUTOCADRUNNINGSHOWSTHISMETHODISEFFECTIVE,PRACTICALANDCORRECTKEYWORDSAUTOPROGRAMMINGOBJECTARXGLASSGROOVENUMERICALCONTROLCAD/CAM言开发工具,它作为一组AUTOLISP外部函数由AUTOLISP解释器装入、解释并请求AUTOCAD运行而OBJECTARX是AUTODESK公司从AUTOCADR13C4版开始提供的一种面向对象的新的编程环境,包含了一系列的类库和头文件。使用OBJECTARX开发的程序编译后实际上是一种WINDOWS动态链接库DLL,这种DLL程序与AUTOCAD的核心结合得更为紧密,运行速度和稳定性都比ADS程序由较大的提高。VISUALC中的MFC是C类库的扩展,它提供了大量预写类和支持码,可以处理许多标准WINDOWS编程任务如生成窗口和处理消息,也可以在程序中加入复杂的特性如工具条、分割视图和OLE2支持等。因此使用MFC可以简化程序编写,使开发者节省不少编码工作。在ARX中加入MFC将能大大扩展AUTOCAD应用程序的特性和功能,使程序具有WINDOWS特性的友好界面。AUTODESK与MICROSOFT的技术联合还使OBJECTARX有能力提供与微软MFC的无缝集成。对工程CAD软件而言,使用MFC的突出优势在于可以借助MFC的强大类库,实现界面开发和方便的数据库管理。高度开放的AUTOCAD进一步对平台下子窗口和相应界面的开发提供了强大的支持。MFC提供的各种类中封装的许多功能以及消息响应机制都可以直接地1引言随着社会和科技的不断发展,数控加工被越来越广泛的采用。近几年,数控玻璃雕刻机以其价格适中、用途广泛、功能强大,正越来越受到国内外广大用户的青睐。但是,直接对加工图案进行数控编程不仅繁琐复杂、效率低下,而且有可能不能很好地完成编程任务。所以,有必要研究数控玻璃雕刻G代码的自动编程问题。AUTOCAD是目前在工厂企业应用得最为广泛的一种CAD软件,一般的加工图纸业已由它绘出,AUTOCAD及其图形格式已成为一种事实上的国际工业标准。它不仅具有丰富的二维绘图、编辑命令及较强的三维建模功能。而且提供有线形文件、菜单文件、命令文件等程序设计方法。其灵活性和高度开放性决定了众多的应用软件选择它作为图形设计、编辑及其前后处理的支撑平台。因此利用AUTOCAD上的玻璃图案图形,通过必要的人机交互,实现玻璃雕刻的自动编程是有现实意义的。本系统针对数控玻璃雕刻加工的具体特点和要求,以AU2TOCAD为平台,VISUALC60和OBJECTARX为开发工具,利用OBJECTARX直接访问AUTOCAD数据库结构、图形系统以及CAD几何造型核心,在AUTOCAD环境中读取玻璃图案的图形实体信息,将几何信息按玻璃雕刻工艺和要求进行处理后,无须编制任何接口程序和处理程序,通过图形交互方式自动生成G代码的数控加工指令。13应用到AUTOCAD二次的开发中。采用ARX开发的AUTOCAD应用程序,可以共享AUTOCAD的地址空间,实现对AUTOCAD的直接函数调用,并直接访问AUTOCAD数据库,其功能强大、运行效率高、稳定简单,且保密性好其最大的特点在于可以发挥VISUALC的编程优势,充分使用MFC的资源。以实现高度的可视化和交互性。此外,用户还可以在现有的AUTOCAD类层次的基础上派生自定义类,用来扩展AUTOCAD的类和协议。与AUTOLISP和ADS程序相比,ARX应用程序更加高效、更加稳定、更能充分地利用AUTOCAD开发的体系结构。22ARX自动编程框架2AUTOCAD开发环境和ARX自动编程框架21AUTOCAD开发环境AUTOCAD为允许用户扩充新功能和设计各种应用程序,采用了开放式的体系结构,并且提供了四种对AUTOCAD进行二次开发的工具AUTOLISP、ADS、OBJECTARX和VBA。其中AUTOLISP是伴随AUTOCAD发展的一种解释型编程语言ADS是一种C语基金项目广东省自然科学基金资助项目020917用户在AUTOCAD中绘制需要雕刻的玻璃图案零件图形,由ARX应用程序直接访问当前的图形数据库,并且马上将当前零件图形的几何实体元素进行处理,在结合工艺规划生成的加工工艺信息的基础上,形成加工轨迹,系统快速自动地生成NC指令代码。而在零件图实施修改之后,调用ARX,立即就可以生成新修改过的零件的数控加工程序,以便观察和重新修改,从而实现由零件图到数控加工程序的快速转化,并且无须编制其它任何接口程序和图形数据格式转换处理程序。极大地增强了程序的交互性和灵活/起点终点坐标ACGEPOINT3DSTARTPOINT,ENDPOINTACGEPOINT3DCENTERPOINT/圆心坐标/起始终止角DOUBLESTARTANGLE,ENDANGLEDOUBLERADIUS/半径/是否封闭曲线BOOLBISCLOSEDCURVE/记录该实体是否已经排序BOOLBHASSORTEDBOOLBSWAPDIRECTION/是否需要颠倒起点终点坐标2确定加工起点和方向。用户通过人机交互选择某后,程序将形象化地画一条包括点和箭头的矢量线,用以指件图形的加工起点和加工方向,同时随着鼠标的移动,而得它可能的加工起点和方向。该实体就是加工起始实体,并个实体的结构信息ORINGIN作为排序数组SORT的的第一素。3建立排序数组。就是遍厉实体,寻找与加工起点相下一个实体。以变量K为计数器、BHASSORTED为排序标志,图1ARX自动编程框架图性,使编程效率和程序质量得到明显提高。AUTOCADARX自动编程框架如图1所示。3用ARX开发数控玻璃雕刻自动编程系统的关键技术31AUTOCAD数据库技术AUTOCAD数据库中存储了构成AUTOCAD图形的对象和实体。AUTOCAD图形由多个基本实体直线,圆弧,样条曲线,图层等组成,在AUTOCAD图形中,实体ENTITY是数据库的一种特殊对象具有图形特征的对象,诸如直线、圆弧、样条曲线等。用户在绘图区可以观察到并修改它。每一个对象在数据库中都拥有唯一的对象标识OBJIDOBJECTIDENTIFIER。当AUTOCAD打开或生成一个图形文件时,是由AUTOCAD读取文件中图形实体数据,通过AUTOCAD自身对它进行解释之后,依据实体的类型以及实体的各项参数如直线的起点,终点圆弧的中心,圆弧的起点,终点等,在数据库中的特定位置生成实体记录。通过访问这些实体记录,我们可以获得图形实体的有关信息13。32加工轨迹的形成在AUTOCAD绘图的过程中,由于绘图顺序的随意性,图形中各实体的顺序并不是连续的,而是按其输入绘图顺序存放的,与加工顺序无关。由于玻璃雕刻过程中,不允许磨轮做跳跃加工,特别是对由各种线条包括直线、圆弧等组成的平滑曲线,还必须按照刀路轨迹一次抬刀、落刀而完成,以保证产品的加工精度和表面粗糙度。故各实体必须按磨轮雕刻的加工顺序重新排序,使得加工实体按轨迹加工方向首尾首尾地相连,形成加工闭环。具体步骤是1读取图形实体信息,存入结构体数组。该结构体定义如下STRUCTORIGINCHAR3ENTNAME/实体名称图2加工轨迹形成算法流程框图ACDBOBJECTIDOBJECTEID/实体对象ID组合机床与自动化加工技504图形曲线首尾首尾相连的顺序一一存入排序数组SORT中。SORT中元素的顺序就是生成G代码的顺序4。根据以上步骤编制的程序流程框图见图2示。加工轨迹的处理,使得绘图和加工分离开来,利用AUTO2CAD进行图形输入时,不必关心实际加工顺序,简化了数据输入过程。33数控G代码的自动生成经过工艺干预确定走刀路线后,输入编程参数如玻璃尺寸、工件位置、机床参考点位置、刀架号分配以及控制液、气路的M代码的设置等,选择编程方式,再根据图形实体的几何信息,对加工轨迹进行处理,结合工艺规划生成的加工工艺信息,系统快速自动生成数控装置能接受的数控指令。为了保证由各种线条包括直线、圆弧等组成的平滑曲线的一次抬刀、落刀之连续加工,编程过程中必须考虑X、Y1、Y2、Z、C五轴联动的要求,并进行X、Y、Z、C联动插补。对抛光加工工序,还要考虑抛光轮动态补偿、刀具寿命即时更新的要求。生成的数控指令以文本文件的形式保存,具有G、M、F、S、T代码处理功能和EIA或ISO两种输出格式5。自动编程运行的结果,可以满足加工工序自动控制、刀具自动更换、抛光轮磨损超差自动报警、刀具寿命动态更新等要求,实现磨削、抛光自动循环加工。本设计系统充分利用了AUTOCAD软件强大的绘图和编辑功能,同时采用ARX开发技术及VISUALC60实现了由零件图到数控加本文开发的自动编程系统,与现有商品软件AUTOCAD有机地连接,使系统在功能强大的图形设计的基础上,实现了复杂玻璃图案的快速G代码自动编程,极大地提高了生产效率。本系统的设计方法及相关技术可应用于开发其它的基于AUTOCAD的中小型CAD/CAM系统。参考文献李世国,潘建忠,平雪良译AUTOCAD2000OBJECTARX编程指南M1北京机械工业出版社,2000陈杉,王宁,郭剑峰编著用OBJECTARX开发AUTOCAD2000应用程序M1北京人民邮电出版社,2000王福军,张志民,张师伟编著AUTOCAD2000环境下C/VISU2ALC应用程序开发教程M北京北京希望电子出版社出版,2000官章全,唐晓卫编著VISUALC60编程实例详解M1北京电子工业出版社,2000聂秋根,宋本基,张铭钧数控加工自动编程设计M北京航空工业出版社,1999收稿日期20030124作者简介刘其洪1966,男,江西南康人,华南理工大学12345讲师。编辑何钢上接第48页由图3中可以看出,当负载质量变化时,阶跃响应几乎不受影响并且系统很快稳定。图4则表明,本模糊自校正控制器能够根据输入信号的偏差和偏差变化率的大小来实时选用最优的位置环增益KV,而负载质量的变化对系统的动态特性几乎没有影响。由此可见本模糊自校正控制系统具有良好的稳定性并有较强的抗负载干扰能力。图4模糊自校正控制器位置环增益KV的变化快的自校正能力和速度,是提高直接驱动系统性能的较好途径。本文介绍的基于模糊推理自校正控制的系统稳定性分析方法,简单可行,可以作为同类系统稳定性分析的参考。参考文献肖曙红,李锻能,张伯霖直线电机高速进给系统性能优化研究组合机床与自动化加工技术,20002