隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控機(jī)床加工的零件越來(lái)越多。雖然數(shù)控加工具有精度高、效益高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但它必須有一個(gè)控制數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的加工程序。目前，這種加工程序編制的方法有兩種：一種是手工編程；另一種就是借助于計(jì)算機(jī)編程，即自動(dòng)編程。由于人工編程工作量大，效率低，要求編程人員具有一定的數(shù)學(xué)知識(shí)和熟練的計(jì)算技巧，因此，現(xiàn)在采用的大部分是自動(dòng)編程。用數(shù)控語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)加工程序編制自動(dòng)化，是計(jì)算機(jī)輔助編程的主要形式。全世界實(shí)際應(yīng)用而且比較著名的數(shù)控語(yǔ)言系統(tǒng)有100余種，其中最主要的是APT（AutomaticallyProgrammedTools）語(yǔ)言系統(tǒng)。

　　在書(shū)寫(xiě)APT語(yǔ)言源程序的過(guò)程中，特別是零件復(fù)雜的情況下，幾何定義語(yǔ)句和刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句的書(shū)寫(xiě)工作量大，容易出錯(cuò)，并且要求編程人員對(duì)APT語(yǔ)言熟練掌握。針對(duì)以上問(wèn)題，本文開(kāi)發(fā)了基于APT語(yǔ)言的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了CAD和NC的有效連接。

2　AutoCAD環(huán)境下的零件設(shè)計(jì)

　　近年來(lái)，隨著微機(jī)的發(fā)展，其性能不斷提高，使在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)CAD工作成為現(xiàn)實(shí)。CAD軟件中最成功的為美國(guó)Autodesk公司推出的AutoCAD系統(tǒng)，它是一個(gè)在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和繪圖的軟件包。AutoCAD軟件包以其繪圖功能強(qiáng)，開(kāi)放性好，支持微機(jī)平臺(tái)等特點(diǎn)，得到普遍歡迎。國(guó)內(nèi)在微機(jī)上開(kāi)發(fā)CAD的圖形支撐軟件大都采用AutoCAD。

　　AutoCAD的三維造型使它能在個(gè)人微機(jī)屏幕上生成真三維實(shí)體，實(shí)現(xiàn)諸如布爾運(yùn)算、分析及特征提取等復(fù)雜的實(shí)體造型功能。利用它可以構(gòu)造出直觀、形象的三維模型，并可獲得三維模型在不同視點(diǎn)下的軸測(cè)投影圖和透視圖。三維造型使用內(nèi)部塊方法，從盒、立方體、圓柱、圓環(huán)、球、楔形體及圓錐等基本實(shí)體形狀開(kāi)始，也可通過(guò)組線拉伸或旋轉(zhuǎn)二維AutoCAD物體來(lái)生成三維實(shí)體。然后對(duì)幾個(gè)實(shí)體進(jìn)行“并”、“交”、或“差”布爾運(yùn)算，即可生成新物體。運(yùn)用實(shí)體修改器再對(duì)其進(jìn)行圓角與倒角，可生成具有真實(shí)感的實(shí)體模型。

　　AutoCAD具有強(qiáng)大的圖形輸入、編程功能，零件圖的內(nèi)容很容易輸入。AutoCAD還提供了多種與高級(jí)語(yǔ)言接口的文件。考慮到本系統(tǒng)既要接受二維圖形，又要接受三維圖形，選取了IGES文件作為數(shù)據(jù)接口。通過(guò)該文件，可以方便地提取直線的端點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧的圓心、端點(diǎn)、基面高度等。

　　設(shè)計(jì)者對(duì)零件圖確認(rèn)后，調(diào)用AutoCAD的IGESOUT命令生成圖形文件（.IGS）。利用IGES文件接口程序（如圖1所示）來(lái)提取幾何元素，作為CAD與NC之間數(shù)據(jù)傳遞的基礎(chǔ)。

圖1　IGES文件接口程序流程圖

3　圖形數(shù)據(jù)處理

3.1　IGES文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　IGES是一種按特定的文件結(jié)構(gòu)安排的數(shù)據(jù)格式，其文件結(jié)構(gòu)分為ASCⅡ格式和二進(jìn)制格式兩種。ASCⅡ格式是一種面向字符的記錄格式，這種格式的IGES文件以ASCⅡ字符輸出，用戶(hù)可直接讀取。

　　從總體結(jié)構(gòu)上看，IGES文件由五個(gè)段組成。分別為：開(kāi)始段、全局段、元素索引段、參數(shù)數(shù)據(jù)段、結(jié)束段。文件每行80個(gè)字符。每段若干行，每行的第1～72個(gè)字符為該段的內(nèi)容；第73個(gè)字符為該段的段碼；第74～80個(gè)字符為該段每行的序號(hào)。段碼是這樣規(guī)定的：字符“B”或“C”表示標(biāo)記段；“S”表示開(kāi)始段；“G”表示全局段；“D”表示項(xiàng)目索引段；“P”表示參數(shù)數(shù)據(jù)段；“T”表示結(jié)束段。例如：直線、圓弧的參數(shù)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)為：

　　110,1.0,1,0,0.0,5,0,5.0,0.0　　　　7P0000004
　　100,0.0,0.5,0.5,0.0,0.0,1.0,1.0　　9P0000005

3.2　文件轉(zhuǎn)換

　　IGES文件主要用于AutoCAD與高級(jí)語(yǔ)言程序間的連接，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式不能滿(mǎn)足NC的要求，必須重新加工處理，處理的方法是在IGES文件的參數(shù)數(shù)據(jù)段中提取幾何元素（如直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧的弧心坐標(biāo)、半徑、起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)等），元素排序（按元素的連接順序排列），在此基礎(chǔ)上生成方便NC加工的APT文件。圖形文件的轉(zhuǎn)換流程如圖2所示。

圖2　圖形文件的轉(zhuǎn)換流程圖

3.3　NC工藝參數(shù)的確定

　　NC工藝參數(shù)是以人機(jī)對(duì)話(huà)方式輸入計(jì)算機(jī)的。在讀取TXT文件來(lái)生成APT源程序的幾何定義語(yǔ)句、刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句的同時(shí)，對(duì)刀法、對(duì)刀點(diǎn)、容差、刀具參數(shù)、機(jī)床指令等一些參數(shù)以人機(jī)對(duì)話(huà)方式輸入。最終生成符合APT語(yǔ)言的源程序。