1、现 代 制 造 工 程 2002( 2)基 于 DXF 文 件 的 NC 代 码 生 成 蔡 伯 阳 林 金 明 谢 明 红摘 要 论 述 了 CADPCAM软 件 一 种 常 用 图 形 交 换 文 件 (DXF 文 件 ) 的 结 构 和 基 于 DXF 文 件 平 面 数 控 加 工 的 NC 代 码 生 成软 件 的 接 口 技 术 、 总 体 框 架 设 计 及 NURBS曲 线 分 析 和 NC代 码 生 成 。关 键 词 :图 形 交 换 文 件 NC代 码 NURBS曲 线中 图 分 类 号 :TG659 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 :1671 3133 (200
2、2) 02 0020 02平 面 切 割 机 如 激 光 线 切 割 机 、 电 火 花 线 切 割 机 、 数控 水 刀 切 割 机 等 加 工 的 NC 代 码 是 基 于 二 维 图 形 实 体轮 廓 生 成 ,而 DXF 文 件 正 好 囊 括 了 所 有 二 维 简 单 图 形实 体 轮 廓 和 NURBS 曲 线 、 Bezier 曲 线 的 控 制 节 点 。 对于 简 单 的 二 维 图 形 实 体 可 以 直 接 转 化 为 NC 代 码 ,而对 NURBS 曲 线 和 Bezier 曲 线 必 须 根 据 控 制 顶 点 重 新将 其 拟 合 成 原 来 的 曲 线 ,并
3、用 折 线 逼 近 方 法 将 其 转 化为 数 控 加 工 的 NC 代 码 。 基 于 DXF 文 件 这 种 结 构 ,可利 用 通 用 的 AutoCAD 绘 图 软 件 ,自 己 编 制 图 形 实 体 轮廓 NC代 码 生 成 软 件 去 达 到 平 面 切 割 加 工 和 控 制 。一 、 DXF 文 件 结 构1. DXF 文 件 概 述 DXF (Drawing Interchange For2mat)文 件 是 许 多 CADPCAM 软 件 所 共 享 互 换 的 一 种 图形 交 换 数 据 文 件 。 它 是 在 一 定 的 组 代 码 与 符 号 下 ,包括 实 体
4、 命 令 和 几 何 数 据 信 息 在 内 的 数 据 文 件 ,包 括 了对 应 图 形 数 据 库 中 所 有 信 息 。 其 最 小 组 成 单 位 是 组 ,每 组 中 第 一 行 是 组 码 ,第 二 行 是 与 组 码 对 应 的 组 值 ,其类 型 由 组 码 决 定 。 格 式 有 ASCII 文 件 格 式 和 二 进 制 文件 ,其 中 ASCII文 件 易 于 操 作 ,较 为 常 用 。 一 个 完 整 的DXF 文 件 (以 下 除 特 别 说 明 均 指 ASCII 文 件 ) 结 构 包 括六 个 文 件 段 和 一 个 结 束 符 ( EOF) 标 志 。 这
5、 六 段 为 文 件头 段 ( HEADER SECTION) 、 类 段 ( CLASSES SECTION) 、表 段 (TABLES SECTION) 、 块 段 (BLOCKS SECTION) 、 实体 段 ( ENTITIES SECTION) 和 对 象 段 (OBJ ECTS SEC2TION) ,它 们 分 别 存 放 着 版 本 号 和 系 统 变 量 、 系 统 定 义的 各 种 在 表 段 、 块 段 和 实 体 段 三 段 中 出 现 的 类 信 息 、 系统 表 信 息 、 图 形 块 信 息 、 图 形 文 件 中 所 有 非 几 何 实 体 信息 。 若 只 关
6、 心 图 形 文 件 中 图 形 元 素 的 几 何 信 息 和 数据 ,可 以 对 存 放 在 文 件 头 段 、 类 段 、 表 段 和 对 象 段 中 信息 予 以 忽 略 。 大 多 数 的 CADPCAM 软 件 所 使 用 的 DXF文 件 仅 包 括 了 以 上 的 实 体 段 和 结 束 符 ( EOF)标 志 。2. DXF 文 件 实 体 段 分 析 实 体 段 作 用 是 记 录 了 每个 几 何 元 素 的 名 称 、 所 在 图 层 名 、 线 型 名 、 颜 色 号 、 基 面高 度 、 厚 度 以 及 有 关 的 几 何 数 据 。 实 体 段 的 格 式 如 表
7、1 所 示 。 其 中 实 体 类 型 有 直 线 (LINE) 、 圆 (CIRCLE) 、 圆弧 (ARC) 、 椭 圆 ( ELLIPSE) 、 多 义 线 (POLYLINE) 、 多 义 线顶 点 ( VERTEX) 、 NURBS曲 线 ( SPLINE) 、 插 入 体( INSERT) 、 文 本 ( TEXT) 、尺 寸 (DIMEMSION) 等 几十 种 。 图 元 实 体 信 息 存放 着 相 应 图 元 实 体 所 必须 含 有 的 各 种 信 息 。 各种 几 何 元 素 在 DXF 文 件中 的 格 式 请 参 考 有 关 的CAD 软 件 设 计 书 籍 。表
8、1 DXF文 件 实 体 结 构0SECTION2ENITIES0图 元 实 体 类 型图 元 实 体 信 息0图 元 实 体 类 型图 元 实 体 信 息0ENDSEC所 处 状 态 为 正 X、 负 Z 方 向 均 消 除 间 隙 时 其 加 工 程 序如 下 :%XXXXN0010 G01 W21 F100N0020 U226任 意 追 加 一 个 大 于 X 方 向 机 械 间 隙 的 负 向 追 加量 (1mm) N0030 U19将 原 追 加 量 (1mm)减 去 ,该 反 向 间 隙 即 可 消 除 N0040 W210N0050 U4N0060 W25N0070 U3N008
9、0 G00 W18从 Z 方 向 先 追 加 任 意 量 (2mm) N0090 W22反 向 减 去 2mm 以 保 证 刀 尖 准 确 地 返 回 到 消 除 间隙 状 态 对 刀 点 位 置 上 N0100 M02作 者 通 讯 地 址 :辽 宁 营 口 高 等 专 科 学 校 (115000)收 稿 日 期 :2001011302数 控 加 工 技 术二 、 系 统 软 件 设 计1. 系 统 软 件 的 框 架 设 计 DXF 文 件 中 实 体 段 包 括了 图 形 文 件 中 所 有 实 体 信 息 。 系 统 软 件 设 计 的 总 框 架流 程 图 如 图 1 所 示 。图
10、1 系 统 软 件 的 总 框 架 流 程 图现 代 制 造 工 程 2002( 2)2. NURBS 曲 线 的 NC 代 码 生 成 NURBS 曲 线 在DXF 文 件 实 体 段 中 是 以 组 码 0 和 组 值 “ SPLINE” 为 开 始标 记 。 在 该 图 元 实 体 模 块 中 提 供 的 主 要 信 息 如 表 2 所示 。表 2 NURBS曲 线 实 体 信 息组码 70 71 72 73 74 40 41控 制 点 值 型 值 点 值10 20 30 11 21 31组值NURBS类 型 标 志NURBS阶 次节 点数控 制点 数型 值点 数节 点值权 因子 值 x
11、 y z x y zNURBS 曲 线 的 表 达 式 :P( u) = ni = 0Bi , k ( u) WiVi ni = 0Bi , k ( u) Wi式 中 , Vi 为 控 制 顶 点 ; Wi 为 权 因 子 ; Bi , k ( u) 为 k次 B 样 条 基 函 数 ; n 为 控 制 点 个 数 。基 函 数 由 递 推 公 式 定 义 :Bi , k ( u) = 1 ui F u F ui + 10 其 它Bi , k ( u) = u - uiui + k - uiBi , k - 1 ( u) +ui + k + 1 - uui + k + 1 - uiBi + 1
12、 , k - 1 ( u) k E1% = 0式 中 , k 为 阶 次 ; ui ( i = 0 ,1 , , m) 为 节 点 ;由 其形 成 节 点 矢 量 U :U = u0 , u1 , , um 根 据 以 上 NURBS 曲 线 表 达 式 和 DXF 文 件 中 的NURBS曲 线 实 体 信 息 ,可 以 重 新 将 它 们 拟 合 成 NURBS曲 线 。 为 了 进 一 步 逼 近 原 有 NURBS 曲 线 ,减 少 曲 线 的拟 合 误 差 :第 一 、 根 据 工 业 加 工 精 度 要 求 ,确 定 逼 近 曲线 分 割 线 段 的 最 大 长 度 d ,通 常
13、可 取 0. 301. 00mm ;第 二 、 从 NURBS 曲 线 起 点 开 始 ,每隔 给 定 线 段 长 度 d ,就 用 一 条 直 线 逼 近 ,并 用G01 将 其 转 化 为 NC 代 码 ;第 三 、 接 近 终 点 时的 最 后 一 条 线 段 用 逼 近 曲 线 的 余 量 进 行 转化 。 另 当 NURBS 曲 线 类 型 标 志 (组 码 70 的组 值 )右 边 起 第 五 位 的 位 代 码 为 1 时 ,表 示 该NURBS 曲 线 为 线 性 ,此 时 可 把 NURBS 曲 线 的第 一 控 制 顶 点 和 最 后 一 个 控 制 顶 点 直 接 用 直
14、线 进 行 处 理 ,用 G01 代 码 转 化 ,以 节 省 程 序执 行 时 间 、 减 少 NC 代 码 条 数 、 节 省 NC 代 码插 补 时 间 及 提 高 数 控 加 工 质 量 。该 软 件 用 C 语 言 编 程 ,已 成 功 地 应 用 在自 行 开 发 的 数 控 水 刀 切 割 机 系 统 上 ,能 很 好地 加 工 各 种 广 告 、 装 饰 行 业 上 的 图 形 实 体 轮廓 及 复 杂 二 维 零 件 ,且 能 达 到 满 意 的 效 果 。参 考 文 献1 朱 心 雄 . 自 由 曲 线 曲 面 造 型 技 术 . 北 京 :科 学 出 版 社 ,20002
15、 范 玉 青 ,冯 秀 娟 ,周 建 华 . CAD 软 件 设 计 . 北 京 :北 京 航 空 航天 大 学 出 版 社 ,19963 Piegl ,L. ,and Tiller ,W. ,The NURBS Book ,Springer ,Berlin , Ger2many ,1997作 者 通 讯 地 址 :福 建 省 泉 州 市 华 侨 大 学 机 电 工 程 系 (362011)收 稿 日 期 :20001212本 刊 2002 年 第 3 期 要 目 预 告虚 拟 轴 机 床 的 发 展 趋 势 混 联 机 床高 速 铣 削 过 程 中 表 面 粗 糙 度 变 化 规 律 的 试 验 研 究冷 绕 螺 旋 弹 簧 回 弹 曲 率 的 研 究 及 试 验立 式 加 工 中 心 故 障 模 式 及 影 响 分 析切 削 用 量 的 优 化 设 计金 刚 石 刀 具 的 研 磨 与 切 削 实 验柔 性 生 产 线 工 艺 设 计对 离 散 复 合 形 法 的 探 讨提 高 刀 具 寿 命 的 超 冷 处 理 工 艺 研 究机 床 主 轴 运 动 误 差 的 在 线 高 精 度 测 量12数 控 加 工 技 术
