基于DXF文件的G代碼自動生成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王睿，蘇李，黃春雨，祝勇

（1.長春理工大學計算機科學與技術(shù)學院，長春 130012；2.吉林省教育學院職業(yè)與成人教育培訓學院，長春 130021）

基于DXF文件的G代碼自動生成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王睿1，蘇李2，黃春雨1，祝勇1

（1.長春理工大學計算機科學與技術(shù)學院，長春 130012；2.吉林省教育學院職業(yè)與成人教育培訓學院，長春 130021）

設(shè)計了基于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)控機床多通道多軸的復雜工況進行相關(guān)的參數(shù)設(shè)定，可以自動對DXF文件進行分析實體排序，生成加工輪廓信息，通過直線插補算法直接生成G01代碼，編程效率得到極大的提升，也相應的提高了機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)進行設(shè)置，計算機根據(jù)工件的輪廓信息進行運算，并實時顯示軌跡的加工過程，這個過程精度高、速度快且人機交互，流程設(shè)計簡潔，圖形交互式自動編程軟件已經(jīng)成為數(shù)控機床加工的未來趨勢。

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)標準。DXF文件由文件段和結(jié)束符標志構(gòu)成，文件段分為文件頭段、類段、表段、塊段、實體段和對象段六段構(gòu)成，其中實體段儲存了DXF文件中圖元的相關(guān)參數(shù)，所以本文只對DXF文件的實體段進行解析［1-2］。

DXF文件實體段數(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 實體排序與插補算法

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和終點坐標，圓弧為圓心坐標、半徑、起點角度、端點角度，實體排序的過程如下：

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

圖1 實體排序流程圖

得到實體排序后的加工軌跡后，本系統(tǒng)全部采用直線插補G01對實體進行插補，由于軌跡中實體均為直線和圓弧，需對直線和圓弧進行直線擬合，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坐標和終點坐標，設(shè)起點坐標為(x,y)，終點坐標為(x1,y2)，步長為d，則直接輸出插補坐標（a，b）斜率為k，以直線的起點坐標為起點進行計算，len為直線長度，當len＞d時，

計算出第一個輸出坐標點后，將輸出坐標點設(shè)為直線起點坐標直到當len＜d時直接輸出直線的終點坐標。

a=x1；

b=x2；

圓弧擬合算法

設(shè)圓弧的圓點坐標為(x,y)，圓弧半徑為r，起點角度為bangle，端點角度為eangle，步長為d，輸出插補坐標(a,b)首先將步長轉(zhuǎn)換為相應的角度?=d/r，計算圓弧的起點坐標，

起點坐標計算完成之后根據(jù)起點坐標進行圓弧的直線擬合，根據(jù)角度步長進行擬合的坐標如下：

同理將起點與端點坐標進行置換，計算過程中需要對起點角度和端點角度進行判斷和分別分析。計算中實時計算差補角度，若差補角度小于?則直接輸出圓弧的端點坐標，此次加工G代碼輸出完成。

3 系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控機床的加工要求分為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，并進行排序與直線差補擬合，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、差補步長、刀具半徑，要模擬走刀過程還需要對軌跡線進行，重新繪制道具軌跡線，本系統(tǒng)按照實際操作過程流程設(shè)計出科學易用的人機交互界面，符合操作習慣，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行實體排序如下圖所示

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)，提取文件的實體信息進行實體排序，實時顯示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體進行G代碼生成，在后續(xù)研究將進行深入探討。

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［5］王子茹，任清波.基于VC++的DXF數(shù)據(jù)文件接口的研究［J］.廈門理工學院學報，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