CAD/CAM在加工領(lǐng)域中應(yīng)用的主要問題是如何根據(jù)CAD軟件設(shè)計(jì)的圖形自動(dòng)生成工藝合理、指令準(zhǔn)確的加工程序，取得理想的加工效果。然而，由于眾多開發(fā)軟件未能選用合理的擬合插補(bǔ)算法，致使加工精度都未能達(dá)到指定的要求，雕刻對(duì)象過于粗糙。正是由于一些企業(yè)在使用CAM加工設(shè)備過程中存在諸如起落刀次數(shù)過于頻繁、空行程較大、效率不高、精度弱化等問題，作者在綜合了上述缺陷后，采用小段直線擬合曲線的方法，對(duì)提取的數(shù)據(jù)點(diǎn)采用插入排序的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想，通過VC++程序窗口對(duì)加工雕刻軌跡進(jìn)行模擬仿真，并生成相應(yīng)的NC代碼。

1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

    基于DXF(Drawing Interchange File)文件的CAD/CAM刀具路徑優(yōu)化與生成體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由以下兩大模塊組成：

    (1)圖元信息提取模塊，為后續(xù)圖形數(shù)據(jù)處理做準(zhǔn)備。

    (2)后置處理模塊，其又可分為以下4個(gè)小模塊：

    ①圖形數(shù)據(jù)處理。針對(duì)不同的圖形，計(jì)算其擬合誤差，通過與給定誤差相比較，擬合生成原始圖形。由于圖形數(shù)據(jù)具有一定的不確定性，因此數(shù)據(jù)在儲(chǔ)存過程中采用動(dòng)態(tài)鏈表的存儲(chǔ)方式。

    ②刀具路徑優(yōu)化。由于數(shù)據(jù)是按文件的讀取過程存儲(chǔ)的，所以對(duì)存儲(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行插入排序可以有效解決加工過程中起落刀次數(shù)過于頻繁，從而提高加工效率。

    ③軌跡模擬仿真。將提取的數(shù)據(jù)點(diǎn)通過VC++自帶的函數(shù)庫繪制相應(yīng)的圖形。

    ④NC代碼生成。

    圖1 基于DXF文件的CAD/CAM刀具路徑優(yōu)化與生成體系結(jié)構(gòu)

2 DXF文件基本結(jié)構(gòu)

    DXF是具有規(guī)范格式的ASCⅡ碼文本文件，易于被其他程序處理，而且保存了CAD圖形的精確數(shù)據(jù)。因此通過高級(jí)語言設(shè)計(jì)接口程序可以提取圖形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CAD圖形與CAM加工代碼之間的轉(zhuǎn)換，結(jié)合相關(guān)數(shù)控工藝知識(shí)，生成CAM加工程序。所以DXF文件的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)為CAD/CAM接口程序的開發(fā)提供了有利條件。  

    利用高級(jí)語言編寫接口程序，首先必須了解DXF文件的結(jié)構(gòu)。DXF數(shù)據(jù)文件包含設(shè)計(jì)過程的所有圖形、非圖形信息。一個(gè)完整的DXF文件必須包括標(biāo)題段(HEADER)、類段(CLASSES)、表段(TABIES)、塊段(BLOCKS)、實(shí)體段(ENTITIES)、文件結(jié)束標(biāo)志EOF。圖2為DXF數(shù)據(jù)文件格式結(jié)構(gòu)圖。

    圖2 DXF數(shù)據(jù)文件格式結(jié)構(gòu)圖

    文件中每個(gè)數(shù)據(jù)元素前都帶有一個(gè)稱之為組碼的整數(shù)，組碼的值表明了其后數(shù)據(jù)元素的類型。相應(yīng)的一系列組碼和組值構(gòu)成了DXF文件中的段(SECTION)，每—個(gè)段都以一個(gè)組碼為0、組值為字符串SECTION的組對(duì)開始，其后再緊跟組碼為2和表示各段名稱的字符串(如HEADER、ENTITIES等)。每個(gè)段中的相應(yīng)組碼和組值定義了相應(yīng)的DXF段，而每個(gè)段都以組碼為0和字符串為ENDSEC的組值構(gòu)成的代碼對(duì)結(jié)束。所有段都結(jié)束后，DXF文件以組值為EOF(End of File)的0組作為文件的結(jié)束標(biāo)志。由這些組碼和組值組成的各段便是DXF文件。

3 讀取圖元信息

    CAD/CAM接口程序與實(shí)體段的關(guān)系最為密切，因?yàn)閷?shí)體段含有所有圖元的參數(shù)，如點(diǎn)的坐標(biāo)、直線的兩端點(diǎn)坐標(biāo)，圓的圓心、半徑和張角等，所以可以對(duì)存放在其他段中的信息予以忽略，而只讀取實(shí)體段和文件結(jié)束兩部分。一個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)一種類型的圖元。以數(shù)控加工中的常見特征直線和圓為例，說明提取圖形信息的方法。表征一個(gè)直線的實(shí)體數(shù)據(jù)如表1，表征一個(gè)圓的實(shí)體數(shù)據(jù)如表2所示。

    表1 表征一個(gè)直線的實(shí)體數(shù)據(jù)

    表2 征一個(gè)圓的實(shí)體數(shù)據(jù)

    分析表明，圖形文件中包含的圖形對(duì)象與實(shí)體段組碼和組值提供的信息一致。據(jù)此可以采用判斷組碼獲得組值內(nèi)容的方法提取出有用的信息。因?yàn)檐浖缑媸遣捎肰C++6.0來實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，所以在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，將文件打開和實(shí)體讀取部分合在一起，使得整個(gè)程序看起來連貫也便于針對(duì)具體實(shí)體的幾何特征信息進(jìn)行處理。

    這里給出接口程序中信息提取模塊的主要片段：

    提取和保存實(shí)體段中直線、圓的數(shù)據(jù)時(shí)，方法類似，都是通過逐個(gè)比較組碼，提取直線的端點(diǎn)坐標(biāo)值，圓的圓心坐標(biāo)值和半徑值，并將其送入指定變量。

 直線與圓的數(shù)據(jù)提取具體流程如圖3-4所示。

    圖3 直線數(shù)據(jù)提取的結(jié)構(gòu)框圖

    圖4 圓的數(shù)據(jù)提取的結(jié)構(gòu)框圖