基于DXF軸類零件特征的NC車削自動編程圖形輸入系統(tǒng)的研究

劉 昕

(青海民族大學(xué)計算機學(xué)院，青海 西寧 810007)

基于DXF軸類零件特征的NC車削自動編程圖形輸入系統(tǒng)的研究

劉 昕

(青海民族大學(xué)計算機學(xué)院，青海 西寧 810007)

在計算機輔助NC車削自動編程系統(tǒng)中，既快速又準確輸入零件圖形信息，是實現(xiàn)數(shù)控編程自動化的首要環(huán)節(jié)?；贒XF軸類零件圖形的特征信息，通過深入分析DXF文件結(jié)構(gòu)，構(gòu)造基于軸類零件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(包含幾何信息和工藝信息)，采用圖素求交算法提取與輸入各圖素的特征信息，客戶可在屏幕上點選特征圖素并輸入對應(yīng)的工藝信息，然后利用動態(tài)綁定技術(shù)將處理后的數(shù)據(jù)儲存到數(shù)據(jù)庫中。不同的特征圖素將產(chǎn)生不同類型的表，可通過打開數(shù)據(jù)庫的方式輸入零件圖形，最終輸出系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：開發(fā)的程序系統(tǒng)可以快速準確地輸入DXF軸類零件圖形，生成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足刀位點計算要求，能夠為虛擬NC加工仿真提供技術(shù)支持。

NC車削；DXF；軸類零件；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖素求交；數(shù)據(jù)庫

隨著國家“智能制造 2025”計劃的推出，排頭兵數(shù)控加工系統(tǒng)正全力向自動化、智能化、集成化方向發(fā)展，各類先進數(shù)控設(shè)備和加工方法也相繼問世，數(shù)控加工在機械制造行業(yè)中的地位日益重要，應(yīng)用范圍也越來越廣[1]，具有先進性和高效性的數(shù)控加工方法取代了傳統(tǒng)冗長繁雜、效率低下的手工編程方式[2]。而向智能化數(shù)控加工與制造的轉(zhuǎn)變進程中，如何有效的表達、快速高效地輸入零件信息，以實現(xiàn)數(shù)控編程的高效自動化，已成為實際生產(chǎn)中亟待解決，而又一直備受重視的熱點課題[3]。

在機械零件的實際加工中，軸類零件一直是車削和鏜削常用的加工件，計算機輔助車削、鏜削加工系統(tǒng)的主要工作也都是圍繞軸類零件進行的。通常，加工系統(tǒng)中所用的文件圖形是依據(jù)自定義的專有格式完成數(shù)據(jù)存儲的，整個存儲過程并沒有一個通用的數(shù)據(jù)格式規(guī)范。各個軟件自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和文件的儲存格式，如UG的PRT格式、CATIA的CGR、IGES和STP格式、Pro/E的PRT格式等。雖然這些文件之間可以通過IGES和STP格式進行數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，以便數(shù)據(jù)讀取與圖形顯示，但總是在數(shù)據(jù)導(dǎo)出過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)量過載或者圖素信息大量丟失等問題[4]。相比之下，DXF文件中存儲著二維圖形的全部特征信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更規(guī)范，數(shù)據(jù)讀取更容易，是實現(xiàn)NC自動編程的一種較好的原始數(shù)據(jù)文件。利用DXF文件的存儲信息生成數(shù)控加工所需的加工程序，能夠大大減少數(shù)控編程人員從CAD到CAM間繁重的編程工作，提高設(shè)計與生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)值。

另外，常規(guī)的軸類零件是模型對稱件，故沿其中心線對稱剖面的特征都是相同的，并且剖面上的坐標也是相對中心線對稱的。基于此，本系統(tǒng)可將軸類零件視圖簡化為軸類件的1/2中心線剖面形式，且通過該簡化剖面即可換算出原始軸類零件的全部信息。簡化后的零件具備以下特點：①零件圖是由外輪廓線組成，是一個封閉的單連域；②零件圖是一個二維截面圖；③幾何圖形均由直線、弧線組成，且每個圖素具有特定的工藝特征。本研究就是基于 DXF軸類零件的實體面拓撲特征信息，通過編程最終生成系統(tǒng)統(tǒng)一的文本格式文件，從而實現(xiàn)軸類零件圖形的自動編程。簡化后的 1/2中心線剖面零件示意圖如圖1所示。

圖1 簡化后的1/2剖面零件示意圖(0~9為封閉的單連域外輪廓線)

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總框架

依據(jù)軸類零件圖形的特點，通過VC++的動態(tài)數(shù)組類(CObArray)存儲數(shù)據(jù)，根據(jù)軸類零件圖形中的實體線型之間的拓撲關(guān)系獲得零件的輪廓，根據(jù)尺寸標注和文本標注與零件輪廓線的拓撲關(guān)系獲得實體面的工藝信息和總體信息。系統(tǒng)總框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總框架

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.2.1 DXF原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在存儲DXF圖元信息時，對每一類圖元建立一個類結(jié)構(gòu)體，并存儲為一個動態(tài)數(shù)組。這樣雖然能夠節(jié)省一定的內(nèi)存空間，但后續(xù)的數(shù)據(jù)處理就變得十分復(fù)雜。通過分析DXF文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可知，DXF文件存儲的每個圖元信息都有一些相同的內(nèi)容，可對所有的圖元使用統(tǒng)一的類結(jié)構(gòu)體，存儲為一個動態(tài)數(shù)組。這樣在數(shù)據(jù)處理上也會很方便地進

行遍歷搜索，減小數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，提高程序的可讀性。

DXF文件包含5段內(nèi)容信息，分別為標題段、表段、塊段、實體段和結(jié)束段。這 5段內(nèi)容分別對應(yīng)存放標題變量、表信息、塊定義實體信息和實體段幾何及非幾何信息和結(jié)束標示[5]。本質(zhì)上，DXF文件由眾多“組碼”和“組值”構(gòu)成的“數(shù)據(jù)對”組成。這里的“數(shù)據(jù)對”就是通常所說的“組”。每組占兩行，組代碼在前，作為引行，表示數(shù)據(jù)類型的名稱；組值在后，作為實際內(nèi)容行，代表著具體的數(shù)據(jù)信息。兩者結(jié)合才能完整的表達一個數(shù)據(jù)的全部信息。

從DXF文件中讀取直線信息中的起點、終點是按照繪圖時的順序定義的，而本系統(tǒng)是根據(jù)圖元之間的拓撲關(guān)系重新定義直線的起點與終點。如直線起點坐標為(StartX, StartY)，終點坐標則為(EndX, EndY)，則起點在終點的左方；如起點的StartX與終點的EndX相等，則起點在終點的下方；DXF文件中并沒有圓弧的起點、終點坐標值，需要通過讀取圓弧的函數(shù)計算獲得圓弧的起點、終點坐標，其與直線的定義相同。對于樣條曲線的處理，可將樣條曲線中的第一個控制點與最后一個控制點定義為起點或終點，定義方法與直線類似。

1.2.2 零件全輪廓動態(tài)數(shù)組

全輪廓是一個封閉的單連域，是零件的二維剖面圖。幾何上其是由直線、圓弧、樣條線組成的，且每一個實體線具有特定的工藝特性。系統(tǒng)用一個新類CDxfDimLine存儲構(gòu)成零件全輪廓的實體線。在該新類中，StartX、StartY、EndX、EndY保留用CAD中的絕對坐標系來表示實體線的起點和終點，以便獲得實體線之間的拓撲關(guān)系。其余的成員均以新的相對坐標系表示。新的相對坐標系定義為以DxfOutArray中的第一條實體線的起點坐標(StartX、StartY)作為原點，X的正方向與CAD絕對坐標系中的X正方向相同，Y的正方向與CAD絕對坐標系中的Y正方向相反。此坐標即本系統(tǒng)生成的統(tǒng)一的文件格式中數(shù)據(jù)的坐標系。在后述的相對坐標沒有特殊說明，默認為此相對坐標系統(tǒng)。

全輪廓動態(tài)數(shù)組定義為 DxfOutArray，其中的最后一數(shù)組成員(實體線)遵循回零原則，即：這一實體線的終點必需在相對坐標的 X軸(無內(nèi)孔或盲孔時)或Y軸上(有內(nèi)孔或盲孔時)。DxfOutArray數(shù)組 是 由 ProcessArray、 InProcessArrayRight、InProcessArray 3個數(shù)組根據(jù)軸類零件輪廓的拓撲關(guān)系從 ProcessArray的第一個成員開始到InProcessArray的第一個成員組成一封閉的單連域，也就是軸類零件的全輪廓，如圖3全輪廓動態(tài)數(shù)組成員關(guān)系所示。

圖3 全輪廓動態(tài)數(shù)組成員關(guān)系(1~10為封閉的單連域外輪廓線)

1.2.3 統(tǒng)一的文本格式結(jié)構(gòu)[6]

文本格式的數(shù)據(jù)文件，是最終提供給下一模塊使用的數(shù)據(jù)文件。這種格式的數(shù)據(jù)文件是根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的，包含全部的拓撲信息和幾何信息。此文本格式數(shù)據(jù)文件分為零件圖點數(shù)表、零件幾何關(guān)系數(shù)表、各幾何數(shù)據(jù)表。

(1) 零件圖點數(shù)表：ppon(nr,2)

說明：①表中每一個點(Z, X)對應(yīng)某個圖素的終止點，其面號就是 rela()中這個圖素的指針。②點數(shù)從 1~nr(共有 nr個點)按零件圖從左逆時針依次排列。

(2) 零件幾何關(guān)系數(shù)表：rela[np,1]

說明：①屬性碼：代表圖素的特征，其中，1

為外腔圓柱面；2為外端面；3為外錐面；4為外螺紋面；5為外圓弧面；6為外空刀槽；7為內(nèi)腔圓柱面；8為內(nèi)端面；9為內(nèi)錐面；10為內(nèi)螺紋面；11為內(nèi)圓弧面；12為內(nèi)空刀槽。②指針：該圖素對應(yīng)幾何數(shù)據(jù)的指針。③rela()的行號1~np代表每個圖素的編號。④外、內(nèi)指將零件圖從左到右看作兩個部分，外形即外腔，內(nèi)形即內(nèi)腔。

(3) 各幾何數(shù)據(jù)表

①外腔圓柱面：OCYLG[,3]

說明：特征值1為外圓柱面；2為內(nèi)圓柱面。

②外腔端面：OEDFG[,3]

說明：特征值1為左端面；2為右端面。

③外腔錐面：OCONG[,5]

說明：特征值1為外腔外錐面；2為外腔內(nèi)錐面，錐角用弧度度量。

④外腔螺紋面：OTHRG[,4]

說明：特征值1為普通螺紋；2為細牙螺紋。

⑤外腔圓弧面：OCURG[,7]

說明：旋向1為順旋；2為逆旋。

同理易得：內(nèi)腔圓柱面：ICYLG[,3]、內(nèi)腔端面：IEDEG[,3]、內(nèi)腔錐面：ICONG[,5]、內(nèi)腔螺紋：ITHRG[,4]以及內(nèi)腔圓弧面：ICURG[,7]數(shù)表結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的外腔圖素大體相同。

(4) 數(shù)據(jù)在輸出的文本格式文件中的存放順序如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)在文本文件中的存放順序

說明：與之相對應(yīng)的內(nèi)腔面存放順序與圖4結(jié)構(gòu)相同。這樣，刀位點計算或后置處理時只要按上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀取數(shù)據(jù)即可全部取出輸入模塊的全部信息。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 繪圖輸入模塊的結(jié)構(gòu)

為減少用戶輸入量，本系統(tǒng)采用圖素掃描的方式進行繪圖，即從零點開始按順序繪圖，前一圖素的最終輸入結(jié)果是由后一圖素與前一圖素的求交所得。采用這種方式可減少輸入量，大約是傳統(tǒng)輸入方式的 60%左右。另外，輸入模塊主要完成本系統(tǒng)自己的CAD功能，實現(xiàn)從零件圖到系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，完成一般CAD系統(tǒng)所具有的常見功能，包括一般圖素的輸入、圖素的顯示、圖素的放大與縮小變換等。繪圖輸入模塊的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 繪圖輸入模塊的總體結(jié)構(gòu)

2.2 樣條曲線的輸入

樣條曲線實際是以列表坐標的形式給出的列表曲線。通常，列表曲線可以用圓弧、直線和樣條曲線來擬合，這與文獻[7]所采用的曲線擬合處理的思路有異曲同工之妙。由于樣條曲線具有較好的幾何性質(zhì)，而其三次 B樣條性質(zhì)最好，既繼承了貝塞爾曲線的直觀性等優(yōu)良屬性，又克服了該方法的不足之處，還與特征多邊形相接近，十分便于局部修改。近年來，國內(nèi)許多專家學(xué)者對B樣條曲線與曲面進行了深入的研究，且較集中于B樣條曲線的數(shù)學(xué)分析上，如文獻[8]從空間和平面兩方面分別研究了一類雙參對三次 B樣條狀態(tài)特征的影響與調(diào)控；文獻[9]對二次有理B樣條標準式進行了共軛段幾何分析等，上述研究為 B樣條在實際開發(fā)應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)。因此，本研究設(shè)計中采用B樣條曲線來擬合列表曲線。圖6表示系統(tǒng)樣條曲線的輸入。

圖6 系統(tǒng)樣條曲線的輸入

通過輸入樣條的型值點坐標和插補精度，系統(tǒng)將這些型值點擬和為曲線方程，并進行插值細分，用允許的直線段來代替樣條曲線，通過畫直線的方法來畫樣條曲線，實現(xiàn)過程如下：

(1) 反算三次B樣條曲線[9-10]。改成根據(jù)程序設(shè)計的要求，在已知型值點(列表點)的基礎(chǔ)上建立三次 B樣條曲線，使曲線通過各型值點坐標，因此要在已知型值點坐標的情況下反求出特征多邊形頂點坐標

Vi(Zi, Xi)(i=0,1,2,3,…, n+1)，共有N+2個頂點。由端點性質(zhì)可得到下述線性方程組

在式(1)中，再補充兩個邊界條件，就可以得到唯一的解Vi。

補充邊界條件的方法有：夾持端點條件、自由端點條件和封閉端點條件。本程序值選擇比較典型而且應(yīng)用最多的自由端點條件。自由端點條件即首末兩端為自由端，一般補充方程可取

用追趕法求解式(3)，即可得出控制多邊形的頂點坐標。

(2) 三次B樣條曲線的正算。在反算出三次B樣條曲線的特征多邊形頂點坐標后，就可以通過三次 B樣條曲線正算來畫出曲線，即把相應(yīng)的特征多邊形頂點坐標代入三次 B樣條曲線的表達式中。當給定參數(shù)(0≤u≤1)在0到1之間變化時，計算出 Pi(u)值。然后將這些值連線就可以得到三次B樣條曲線。

(3) 樣條曲線的直線插補[11]。一般在擬合三次B樣條曲線時，都要對其進行二次逼近。因數(shù)控機床只能加工圓弧和直線，所以通常采取直線插補和圓弧插補的方法來擬合三次 B樣條曲線。本系統(tǒng)中采用直線插補的算法，實現(xiàn)過程如下：

直線插補計算示意圖如圖 7所示，已知P1(x1,y1,z1)，P2(x2,y2,z2)，P3(x3,y3,z3)，L為軌跡曲線上點到插補直線段之間的最大距離，即插補誤差。當分割點生成后，每兩個分割點之間的插補直線均要進行一次誤差計算，如果插補誤差 L小于給定的允許誤差，則能采用插補直線段來替代軌跡曲線；反之，則必須通過增加分割點的數(shù)量來減少誤差，直到滿足插補誤差要求[12]，最后提取滿足條件的直線段起始點坐標信息即可。

圖7 插補計算示意圖

L計算公式

其中，

計算L的程序語句為

2.3 圖素求交與信息完善

2.3.1 圖素求交[13-14]

圖素求交的子函數(shù)有 3個：直線與直線求交(CNCPRODoc:: zxqj( ))、直線與曲線求交(CNCPRODoc::zxqx( ))和 曲 線 與 曲 線 求 交(CNCPRODoc:: qqxj( ))。以直線與曲線的求交為例介紹如下，如圖8所示。

圖8 直線與曲線求交示意圖

設(shè)直線標準方程為aX+bZ+c=0；圓的標準方程為(X–ox)2+(Z–oz)2=R2

聯(lián)立上述兩個方程，求出有效交點坐標p(Z1，X1)和 p(Z2，X2)。實現(xiàn)直線與曲線的求交需要調(diào)用函數(shù)CNCPRODoc::zxqx()，此函數(shù)是用來確定直線與曲線的交點個數(shù)和每一個交點的坐標值，并且返回交點的個數(shù)。其程序代碼簡介如下：

{ int K;//交點個數(shù)

double x1,z1,x2,z2;//自定義坐標變量

……//計算過程略

zq1.x=x1;zq1.z=z1;//交點坐標值的獲得

通過對直線與曲線的求交可知：無論用戶以何種方式輸入圖素，只要將圖素的標準方程求出，通過求交子函數(shù)就可以求出交點坐標。

對于直線其標準方程為 AX+BZ+C=0，曲線的標準方程為(X–ox)2+(Z–oz)2=R2。對于不同的端面、柱面和錐面分別有相應(yīng)的函數(shù)利用用戶輸入的值求出標準直線方程；對于曲面的輸入方式也有相應(yīng)的函數(shù)將用戶輸入的值轉(zhuǎn)化為標準的曲線方程。

2.3.2 圖素信息的完善

當連續(xù)輸入的兩個圖素的交點確定以后，這個交點就是前一圖素的終點，這時前一圖素的所有信息都已求出，且可以寫入數(shù)據(jù)文件，從而完善了前一圖素的信息，數(shù)據(jù)文件中圖素信息這時就可以供后續(xù)部分使用了。

2.3.3 圖素信息的交換和圖形顯示

由于本系統(tǒng)輸入的圖素都是連續(xù)的，故前一圖素的終點必然是后一圖素的起點，所以，在生成前一圖素完整信息的同時，需要將前一圖素的終點賦給后一圖素的起點。這樣就使得相鄰的兩個圖素之間完成了數(shù)據(jù)交換。

用戶輸入的圖素都可以在顯示器上顯示出來，包括信息完整的圖素(以實線表示)和信息不完整的圖素(以虛線表示)。為了方便用戶檢查輸入的正確性，本系統(tǒng)支持狀態(tài)條的顯示，即在屏幕下方的狀態(tài)條上顯示出鼠標所指的屏幕坐標，可以大致檢驗輸入的正確性，可以將用戶輸入的數(shù)據(jù)及求交的結(jié)果通過鼠標單擊圖素的方式顯示出來，如圖9所示。

圖9 圖素輸入對話框

2.4 零件技術(shù)特征的結(jié)構(gòu)及輸入方法

用戶在輸入完零件輪廓圖后，就可以輸入零件的技術(shù)特征信息。為了使各種形位公差數(shù)據(jù)結(jié)

構(gòu)得到統(tǒng)一，本系統(tǒng)中定義了一個形位公差結(jié)構(gòu)體和一個形位公差結(jié)構(gòu)體對象。

用鼠標直接在屏幕上已繪出的圖素附近點選圖素進行輸入，客戶無須按照零件圖形的輸入順序來輸入尺寸公差和形位公差信息。如點選圓柱面外腔及內(nèi)腔圓柱面，將彈出如圖10所示的對話框，提示用戶輸入圓柱面工藝信息對話框。如果用戶輸入錯誤，可再次點選圖素重新輸入，系統(tǒng)會自動覆蓋前次該圖素工藝信息的內(nèi)容，可隨時對任意圖素的工藝信息進行修改?？蛻粼诖_認輸入尺寸公差或形位公差正確后，點選菜單中對應(yīng)項或直接單擊右鍵，確認是否結(jié)束對零件圖形尺寸公差或形位公差的輸入。尺寸公差工藝信息以大寫字母“G”標志，形位公差工藝信息以大寫字母“X”開頭。

圖10 圓柱面工藝信息輸入對話框

說明：表面處理要在下拉列表框中進行選擇，包括：電鍍、電刷鍍、脈沖電鍍、塑料電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、熱噴涂等。圖11則為圓弧面形位公差輸入對話框。

圖11 圓弧面形位公差輸入對話框

2.5 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

本系統(tǒng)選擇數(shù)據(jù)庫用于零件圖形特征信息的存儲。在本數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)不是為某個具體應(yīng)用而準備的，而是從整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，來考察整個系統(tǒng)中的各種信息需求，統(tǒng)一地進行數(shù)據(jù)的組織、定義和存儲。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以隨時打開、讀取、存儲、修改，達到數(shù)據(jù)共享的目的。系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖12 系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系結(jié)構(gòu)

2.6 本系統(tǒng)所用MFC中DAO類的說明

CDaoWorkspace類-DAO默認工作區(qū)。

CDaoDatabas類-顯式地創(chuàng)建了CDaoDatabase的對。

CDaoTableDef類-表示數(shù)據(jù)庫中的基本表或附加表的存儲定義。

CdaoRecordset類-是對DAO記錄集的封裝。

2.7 動態(tài)綁定

因為本系統(tǒng)在設(shè)計期無法預(yù)料其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，表的類型和數(shù)目都是隨著零件圖的不同而不同，所以在系統(tǒng)中采用了動態(tài)綁定。動態(tài)綁定的步驟如下：

步驟1. 創(chuàng)建一個CdaoRecordSet對象；

步驟 2. 調(diào)用該對象的 Open函數(shù)以連接到指定的數(shù)據(jù)庫；

步驟3. 使用Move 函數(shù)在記錄集中滾動；

步驟4. 調(diào)用記錄集類的GetFieldValue成員函數(shù)以獲得當前記錄中的指定字段值，調(diào)用SetFieldValue函數(shù)設(shè)置指定字段的值，然后調(diào)用Update函數(shù)以提交修改。

動態(tài)綁定是一種非常靈活的方法，其不要求系統(tǒng)在設(shè)計時期就知道數(shù)據(jù)庫的綱要，因此能夠處理不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫。使用這種方法時，將不會用到DoFieldExchange機制。使用動態(tài)綁定可以

獲得比使用DFX機制的靜態(tài)綁定更好的性能。因為動態(tài)綁定可以使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)更清晰、分類更明確。所以在本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫處理部分全部使用動態(tài)綁定技術(shù)。

2.8 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用

在本系統(tǒng)中，各種圖素類型的表是隨著零件圖的不同而不同，即是動態(tài)創(chuàng)建的。例如：某一零件由端面、柱面、錐面、圓弧面和倒角組成，則在創(chuàng)建該零件的數(shù)據(jù)庫時，就會相應(yīng)地產(chǎn)生端面表、柱面表、錐面表、圓弧面表和倒角表，各表中字段的類型、數(shù)目和信息均不相同。用戶可使用第三方軟件(如Microsoft Access)打開、瀏覽和修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，也可以使用本系統(tǒng)中的“顯示數(shù)據(jù)庫”菜單瀏覽數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。尺寸公差和形位公差信息與上述零件外形的創(chuàng)建過程相似。本系統(tǒng)零件的圖素表總體結(jié)構(gòu)如圖13所示。

圖13 系統(tǒng)零件的圖素表總體結(jié)構(gòu)

3 測試結(jié)果

首先在 AutoCAD環(huán)境下繪制一個軸類測試件，保存為DXF格式。運行開發(fā)程序，在文件操作中輸入上述保存的DXF軸類測試件，則出現(xiàn)NC車削圖形輸入系統(tǒng)的開發(fā)界面如圖14所示，圖中已讀入上述保存的DXF軸類測試件。

點選界面“數(shù)據(jù)操作”圖標，此時該界面會顯示該DXF軸類測試零件的1/2剖面圖，如圖15所示，這是由系統(tǒng)對讀取的零件信息進行數(shù)據(jù)處理得到輪廓及實體線信息和總體信息的結(jié)果，是本系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。此時已經(jīng)獲取了零件全部的幾何數(shù)據(jù)信息，但是這還不能滿足NC車削加工的需要，還需要輸入零件的工藝信息。

圖14 NC車削圖形輸入系統(tǒng)的開發(fā)界面

圖15 1/2DXF軸類測試件剖面

圖16為實際操作過程中，點選該零件實體的一個圓柱面并對其進行查詢和修改的工藝信息輸入圖。整個操作簡單方便，直接點選圖素便可查詢和修改相關(guān)工藝參數(shù)，運行穩(wěn)定。選擇“顯示全局工藝信息”圖標，此時會出現(xiàn)如圖17所示的查詢與修改全局信息圖。最后可保存為標準的統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文本文件，如圖18所示。

圖17 查詢與修改全局信息

圖18 保存生成統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文本文件

經(jīng)測試，所生產(chǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足刀位點模塊計算的需要，所以本系統(tǒng)能正確、可靠地實現(xiàn)NC自動編程系統(tǒng)的圖形輸入。

4 結(jié) 論

通過對DXF軸類零件圖形進行讀取，獲取軸類零件的幾何特征信息和工藝信息，開發(fā)了NC車削自動編程圖形輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)了零件圖輪廓信息和工藝信息的輸入，可根據(jù)零件輪廓的拓撲特征獲得零件輪廓，從而將零件的信息輸入到系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文本文件中，使之轉(zhuǎn)化為NC自動編程系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)信息，也可將這些信息輸入到數(shù)據(jù)庫中進行統(tǒng)一的管理。結(jié)合測試結(jié)果，得出以下結(jié)論：

(1) 可快速準確讀入 DXF軸類零件圖形，并依據(jù)軸類零件模型對稱的特點，將軸類零件的視圖簡化為1/2中心線剖面形式；今后可在數(shù)據(jù)處理方面更精細化，采用更為先進的計算方法提取圖形數(shù)據(jù)，提高簡化圖形的圓滑度與精確度。

(2) 零件圖形數(shù)據(jù)信息的來源是零件設(shè)計圖，可通過輸入模塊將零件圖形按圖素分解成編程所需的圖形拓撲信息數(shù)據(jù)和幾何信息數(shù)據(jù)。

(3) 用戶可以方便地在屏幕上直接點選圖素，查詢、修改或重新輸入相關(guān)的工藝信息；今后開發(fā)更完備的零件工藝信息模塊，以適應(yīng)不同工藝信息需求。

(4) 能夠滿足刀位點的計算要求，若能進一步完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可更大程度上滿足實際生產(chǎn)的需求。

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Research on NC Lathe Turning Automatic Programming Graphic Input System Based on DXF Shaft Parts Feature

Liu Xin

(College of Computer, Qinghai Nationalities University, Xining Qinghai 810007, China)

In computer aided numerical control (NC) lathe turning automatic programming system, fast and accurate parts graphic input is the primary link of realizing CNC automatic programming. Based on the feature of DXF shaft parts graphic information, through in-depth analysis of DXF file structure, data structure was set up based on the data of shaft parts (including geometry information and process information). Graphic element intersection algorithm was adopted to extract and put in the feature information of each figure, and users could click on the feature of graphic element on the screen and enter the corresponding process information, and then data processed will be stored in the database by using dynamic binding technology. Different feature of the graphic element will produce different types of table. It can input part graphics through the way of opening the database, and finally it outputs data structure required by the system. Results show that the developed application system can rapidly and accurately input DXF shaft parts graphics, and data structure generated meets the demands of calculating tool locus, which is able to provide technical supports for virtual NC machining simulation.

NC lathe turning; DXF; shaft parts; data structure; graphic element intersection; database

TH 12; TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2016050731

A

2095-302X(2016)05-0731-09

2015-11-24；定稿日期：2016-05-03

青海2014年度教育部“春暉計劃”合作科研項目(Z2015054)

劉 昕(1981–)，女，青海平安人，講師，碩士。主要研究方向為計算機應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)。E-mail：515540909@qq.com