王睿，蘇李，黃春雨，祝勇

（1.長春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130012；2.吉林省教育學(xué)院職業(yè)與成人教育培訓(xùn)學(xué)院，長春 130021）

基于DXF文件的G代碼自動生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王睿1，蘇李2，黃春雨1，祝勇1

（1.長春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130012；2.吉林省教育學(xué)院職業(yè)與成人教育培訓(xùn)學(xué)院，長春 130021）

設(shè)計(jì)了基于DXF文件的G代碼自動生成仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多通道多軸的復(fù)雜工況進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)定，可以自動對DXF文件進(jìn)行分析實(shí)體排序，生成加工輪廓信息，通過直線插補(bǔ)算法直接生成G01代碼，編程效率得到極大的提升，也相應(yīng)的提高了機(jī)床利用率及加工效率。

DXF文件；仿真系統(tǒng)；自動編程

G代碼自動生成仿真系統(tǒng)，通過讀取DXF文件中的工件加工軌跡，數(shù)控仿真軟件對加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，計(jì)算機(jī)根據(jù)工件的輪廓信息進(jìn)行運(yùn)算，并實(shí)時顯示軌跡的加工過程，這個過程精度高、速度快且人機(jī)交互，流程設(shè)計(jì)簡潔，圖形交互式自動編程軟件已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床加工的未來趨勢。

1 DXF文件概述

DXF文件作為AUTOCAD與其它軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)文件格式，已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DXF文件由文件段和結(jié)束符標(biāo)志構(gòu)成，文件段分為文件頭段、類段、表段、塊段、實(shí)體段和對象段六段構(gòu)成，其中實(shí)體段儲存了DXF文件中圖元的相關(guān)參數(shù)，所以本文只對DXF文件的實(shí)體段進(jìn)行解析［1-2］。

DXF文件實(shí)體段數(shù)據(jù)解析［4］

0ENTITIES段的開始SECTION2

ENTITIES0每個圖元定義一個條目＜圖元類型＞5

＜句柄＞330

＜指向所有者的指針＞100

AcDbEntity8

＜圖層＞100

AcDb＜類名＞

＜數(shù)據(jù)＞.

0ENTITIES段的結(jié)束

ENDSEC

2 實(shí)體排序與插補(bǔ)算法

由于在讀取DXF文件中圖元的讀取順序具有一定的隨機(jī)性，在多通道多軌跡加工路徑中要確定哪些圖元屬于同一加工軌跡，必須對其進(jìn)行排序并合并成一條軌跡信息，本系統(tǒng)中只考慮直線和圓弧兩種圖元，通過DXF文件可以直接讀取直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧為圓心坐標(biāo)、半徑、起點(diǎn)角度、端點(diǎn)角度，實(shí)體排序的過程如下：

首先獲取實(shí)體的起始坐標(biāo)點(diǎn)，如果實(shí)體為圓弧則首先通過計(jì)算獲得其兩個端點(diǎn)坐標(biāo)信息，算法不考慮封閉實(shí)體以及無法記性直線你和的實(shí)體，遞歸進(jìn)行起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)比對，如果發(fā)現(xiàn)兩個實(shí)體的起點(diǎn)坐標(biāo)或者終點(diǎn)坐標(biāo)相同，則根據(jù)兩個實(shí)體的橫坐標(biāo)大小進(jìn)行實(shí)體合并，如無重合坐標(biāo)點(diǎn)則設(shè)定為獨(dú)立實(shí)體，通過遞歸算法對所有實(shí)體進(jìn)行合并操作，得到相應(yīng)的加工軌跡信息，根據(jù)不同的道具類型生成基于刀具的加工軌跡。

圖1 實(shí)體排序流程圖

得到實(shí)體排序后的加工軌跡后，本系統(tǒng)全部采用直線插補(bǔ)G01對實(shí)體進(jìn)行插補(bǔ)，由于軌跡中實(shí)體均為直線和圓弧，需對直線和圓弧進(jìn)行直線擬合，擬合算法如下：

直線擬合算法：

在DXF文件中可以直接讀取直線的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，設(shè)起點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y)，終點(diǎn)坐標(biāo)為(x1,y2)，步長為d，則直接輸出插補(bǔ)坐標(biāo)（a，b）斜率為k，以直線的起點(diǎn)坐標(biāo)為起點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，len為直線長度，當(dāng)len＞d時，

計(jì)算出第一個輸出坐標(biāo)點(diǎn)后，將輸出坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)為直線起點(diǎn)坐標(biāo)直到當(dāng)len＜d時直接輸出直線的終點(diǎn)坐標(biāo)。

a=x1；

b=x2；

圓弧擬合算法

設(shè)圓弧的圓點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y)，圓弧半徑為r，起點(diǎn)角度為bangle，端點(diǎn)角度為eangle，步長為d，輸出插補(bǔ)坐標(biāo)(a,b)首先將步長轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角度?=d/r，計(jì)算圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)，

起點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算完成之后根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行圓弧的直線擬合，根據(jù)角度步長進(jìn)行擬合的坐標(biāo)如下：

同理將起點(diǎn)與端點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行置換，計(jì)算過程中需要對起點(diǎn)角度和端點(diǎn)角度進(jìn)行判斷和分別分析。計(jì)算中實(shí)時計(jì)算差補(bǔ)角度，若差補(bǔ)角度小于?則直接輸出圓弧的端點(diǎn)坐標(biāo)，此次加工G代碼輸出完成。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工要求分為DXF文件讀取參數(shù)設(shè)定以及加工仿真3個模塊。

DXF文件的讀取，讀取DXF文件的有效信息，并進(jìn)行排序與直線差補(bǔ)擬合，并不能直接生成G代碼，還需要對工件加工的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在加工之前需要確定工件的加工方向，由于圓弧的擬合方向原因，不同的走刀方向生成的加工軌跡將完全不同［3-5］。

數(shù)控機(jī)床包括多軸多通道加工，需要根據(jù)工件的加工要求設(shè)定機(jī)床的工作通道數(shù)，方便工程師直接將全部加工軌跡繪制在DXF文件中，可以直接在系統(tǒng)中選擇加工軌跡，設(shè)定加工軌跡顏色，根據(jù)不同機(jī)床對工作軸的特殊要求，修改工作軸。

其中包括走刀方向、通道選擇、差補(bǔ)步長、刀具半徑，要模擬走刀過程還需要對軌跡線進(jìn)行，重新繪制道具軌跡線，本系統(tǒng)按照實(shí)際操作過程流程設(shè)計(jì)出科學(xué)易用的人機(jī)交互界面，符合操作習(xí)慣，左側(cè)為參數(shù)設(shè)置區(qū)域，右側(cè)為仿真顯示與G代碼生成與編輯區(qū)域。系統(tǒng)操作流程如圖2所示：

4 系統(tǒng)運(yùn)行

使用AUTOCAD制作了包含圓弧和直線的測試軌跡圖紙，將測試文件導(dǎo)入系統(tǒng)中系統(tǒng)顯示了DXF文件中的全部三條軌跡線并進(jìn)行實(shí)體排序如下圖所示

圖2 系統(tǒng)操作流程

圖3 走刀路徑

選擇走刀方向后，系統(tǒng)直接對走刀路徑進(jìn)行規(guī)劃，規(guī)劃后路徑如下圖所示：

圖4 規(guī)劃后走刀路徑

按照規(guī)劃后路徑直接即可生成相關(guān)路徑的G01代碼，本測試采用4軸3軌跡線，工作軸名稱可以根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)定，本文設(shè)定4軸分別為Z，A，B，C軸，通過觀察加工軌跡以及生成G01代碼數(shù)據(jù)的變化可以看到系統(tǒng)自動完成了規(guī)劃軌跡后的G代碼生成，同時要為數(shù)控機(jī)床添加其他控制信息可以在輸出過程中直接輸出

圖5 部分走刀路徑G代碼

在文本文件中可以看到不同工作軸的擬合路徑變化，該方法按照設(shè)定的擬合參數(shù)對加工路徑進(jìn)行了擬合，且精度可繼續(xù)提高。

5 結(jié)論

通過分析DXF文件結(jié)構(gòu)，提取文件的實(shí)體信息進(jìn)行實(shí)體排序，實(shí)時顯示DXF文件軌跡信息，將由圓弧和直線構(gòu)成的加工軌跡信息進(jìn)行直線擬合，完成擬合后曲線的G01代碼輸出，代替手工編程，有效的提高了編程效率和加工精確度。由于直線擬合的限制并為對其他類型的實(shí)體進(jìn)行G代碼生成，在后續(xù)研究將進(jìn)行深入探討。

［1］陳艷巧，陳秀云，王俊杰.淺談數(shù)控編程方法和學(xué)習(xí)技巧［J］.裝備制造技術(shù)，2011（03）：180-181.

［2］廖友軍，余金偉，王恒升.基于特征識別的數(shù)控車床自動編程系統(tǒng)研究［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2008，27（4）：533-536.

［3］李晶晶，侯伯杰，盧小勇.數(shù)控加工過程計(jì)算機(jī)仿真軟件設(shè)計(jì)［J］.鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，21（4）：91-92.

［4］胡勝紅.使用VC++編程實(shí)現(xiàn)DXF文件數(shù)據(jù)提取［J］.福建電腦，2006（11）：21-25.

［5］王子茹，任清波.基于VC++的DXF數(shù)據(jù)文件接口的研究［J］.廈門理工學(xué)院學(xué)報，2007，15（1）：27-30.

Design and Realization of the System to Automatically Generate G-code Based DXF Files

WANG Rui1，SU Li2，HUANG Chunyu1，ZHU Yong1
（1.School of Computer Science and Technology，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022；2.Jilin Provincial Institute of Education，Institute of Vocatinal and Adult Education Reseatch Training，Changchun 130021）

Designed to automatically generate G-code simulation system based DXF files，The system can be modern multi-channel multi-axis CNC machine tools of complex conditions related parameter settings，The automatic DXF file for analysis to sort entity，Generates contour information，Generate G01 code directly by linear interpolation algorithm，Programming efficiency greatly improved，Also a corresponding increase machine utilization and processing efficiency.

DXF file；simulation system；automatic programming

TP3-05

A

1672-9870（2016）06-0122-03

2016-07-11

王睿（1983-），男，博士，講師，E-mail：wangrui56789@163.com