基于數據驅動方式的NC代碼自動生成
時間:2011-07-16 08:34:29 來源:未知
摘要：提出了一種數據驅動方式來代替傳統的人機交互方式對制 造模型進行處理，并自動生成NC代碼。依次論述了數據驅動文件原理、實現的前提、表達規則、生成方式以及運 行并生成NC代碼。
在CAPP與CAM系統中，人機交互方式實現NC代碼的生成是最常用的方式。通常CAPP并不提供給CAM所需的機床設備、加工刀具、切削速度、進給量等參數信息，CAM要取得這些信息，只有通過人機交互逐一輸入，最后得到NC代碼。這種方式不僅效率低，而且容易出錯，成為CIMS 的一個障礙。在利用Pro/Engineer 平臺進行CAD/CAPP/CAM信息集成的研究過程中，探索出一種以數據驅動方式實現信息在CAPP與CAM之間自動傳輸，實現對加工模型參數的自動配置來得到NC代碼。
一、數據驅動文件的概念
- 數據驅動方式的原理
- 實現數據驅動的前提條件
- 加工特征處理過程的中性表達規則
- 模式化加工過程的建立
- 特征加工方法的確定
- 以一定的規則，對加工特征的處理過程進行中性描述，形成模式化的特征加工過程，并以此為基礎組成數據文件。當系統讀入該文件時，它便會驅動系統按照數據文件描述的特征處理過程自動執行。當文件讀入完畢時，也就完成了系統間的信息傳輸。這樣一種以數據描述表示人機交互操作，以數據文件的自動讀入實現系統間信息傳遞的方式，作者稱其為數據驅動方式。該方法的特點是用數據表達人機交互操作，文件的讀入過程就是信息的傳輸和處理過程。這種利用數據文件實現系統間信息的傳遞，是目前研究CAD/CAPP/ CAM集成的熱點。
- 特征加工過程的模式化 所謂特征加工過程的模式化，是指每一個需要加工的特征，無論是平面類特征還是孔類特征，它們都具有相似的加工處理過程。事實上，我們在利用Pro/Engineer對特征進行加工處理時，處理過程正是相似的。其模式化加工過程如下：
- 開始一個NC SEQUENCE，即開始一個加工特征的處理工作。
- 進行加工特征類型選擇，確定加工特征是平面類、孔類還是其它類型。
- 加工刀具的選擇，根據零件的材料、特征的類型、特征的精度要求以及粗精加工狀態選擇從標準庫選擇合適的刀具。
- 機加工參數的選擇，根據現有的設備、選擇的刀具等因素綜合確定機加工參數，并從機加工參數庫中選擇。
- 加工對象和退刀面的選擇:在Pro/Engineer中，零件的每一個特征或幾何要素都可以從菜單中選擇出。退刀面可通過在加工坐標系的Z 軸方向設置一個合理的數值來得到。
- 刀軌生成和材料切削動態演示:在完成上述工作后，就可以生成刀軌文件并動態演示刀具的切削過程，以判定所生成的刀軌是否合理。
- 保存生成的NC SEQUENCE，至此，一個特征的完整加工處理過程便結束了。
- 刀具參數、機加工參數的標準化 刀具參數和機加工參數都以數據文件的形式按類存放在標準庫中，當需要使用時，通過調用文件名便可實現。為擴大應用范圍，該標準庫是開放式的，用戶可以對這些參數根據需要進行任意的增加、修改和刪除，這樣可以減少重復設置、節省時間、提高效率。
- 零件特征的菜單選擇 在用人機交互方式進行加工特征處理時，加工特征的選取往往是通過在屏幕上用鼠標點取該特征來實現的。用數據驅動方式進行加工特征處理時，由于可選點的坐標范圍不易確定，使得通過菜單來選擇特征成為必要。在Pro/Engineer軟件中，每一個特征和每一個幾何要素都可通過選取菜單來得到。
- 為了使加工特征處理過程表達得合理、充分，有必要對加工特征處理過程的描述作出規定。結合系統軟件的特點，對處理過程的操作表達作如下規定:
#p#分頁標題#e#
- 注釋信息 要表達注釋信息時，可在所要表達的信息前加“!”。例如:
- ! trail file version No. ###
- 用戶輸入 用戶輸入信息單獨占據一行，在該行中無其它信息。例如要輸入零件名Example 1，可表示為:
- Example 1
- 系統菜單選擇 在需要選擇的菜單前加“#”。例如，要選擇菜單DONE，則表示為:
- #DONE
- 鼠標選擇 鼠標的選擇點以x，y坐標表示，在坐標后加上所按的鍵。鼠標有三個鍵，分別以L（left）、M（middle）、R（right）表示。例如以鼠標左鍵點取點（2.00，3.00，則表示為:
- 2.00 3.00 L
- 默認系統設置 通過讓在有系統默認值提示的下面空一行，來實現接受系統默認值。
- 二維對象選擇 以@ sel2d開頭，后接對象名稱及其關鍵屬性和鼠標點取方式。以對圓標注尺寸為例，選取圓心為（0，4）的圓，尺寸標注點在（1，1），則表示為:
- @ sel2d CIRCLE 0 4 1 1 M
- 三維對象選擇 以@ sel view 0作為第一行，下面接三維對象的數據結構信息。
- 例如，對于平面，其數據結構為:
- typedef struct p_plane
- {
- double e1 [3] ： / * u向單位向量* /
- double e2 [3] ： / * v向單位向量* /
- double e3 [3] ： / * 平面的指向* /
- double origin[3 ] ： / *平面的原始點* /
- }：
- 假設e1[3]={1，0，0}：e2[3]={0，1，0}：e3[3]={0，0，1}：origin[3]={0，0，0}
- 則表示為:
- @ sel view 0
- 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
- 根據以上分析可知，加工特征的處理過程是模式化的。通過分析Pro/Engineer軟件加工零件的人機交互過程，總結出箱體類零件常用加工方式的加工模式。箱體類零件主要是孔加工和面加工。在孔加工模式中有鉆孔加工模式、鏜孔加工模式、螺紋孔加工模式、鉸孔加工模式等：在平面加工模式中主要有銑削加工模式、磨削加工模式等。為具體說明模式化加工過程的建立，下面以螺紋孔加工模式為例詳細介紹:
- #NC SEQUENCE / *開始一個特征加工* /
- #New Sequence
- #HOLEMAKING / *確定加工特征類型* /
- #DONE
- #TAP / *確定孔特征類型* /
- #DONE
- #DONE
- #RETRIE_E
- #T5 / *確定刀具參數* /
- #DONE
- #RETRIE_E
- #T0001 / *確定機加工參數* /
- #DONE
- #BY TIP / *確定孔的屬性* /
- #DONE
- #SEL BY MENU
- #FIRST.PRT
- #SURFACE
- #TOPFACE
- #ENTER
- 6 / *孔深輸入* /
- #SEL BY MENU
- #AXISI / *孔軸選擇* /
- #DONE SEL
- #DONE / RETURN
- #DONE
- #DONE/RETURN
- #PLAY PATH / *刀具路徑生成* /
- #DONE CL
- #DONE
- #NC CHECK / *材料切削動態演示* /
- #RUN
- #DONE / RETURN
- #CONFIRM
- #DONE / RETURN
- #DONE SEQ / *結束加工處理定義* /
- #CL DATA
- #NC SEQUENCE
- #16: Holemaking，Operation:POP
- 150
- #FILE
- TT0001 / *保存刀軌文件* /
- #DONE OUTPUT
- #DBMS
- #SAVE
- 在一定的制造環境下，特定的特征加工方法是有限的。以通孔特征為例，該特征可以通過鉆、擴、粗鉸、精鉸、粗鏜、精鏜等加工方法的排列組合來實現。我們可以根據實際制造環境，按照系統的要求，定義適合給定特征的加工方法。在工藝決策過程中，系統通過推理根據特征類型和特征的工藝約束參數選擇具體加工方法。與特征加工方法庫的建立一樣，我們建立了標準刀具庫和機加工參數庫。在具體應用時，可根據實際情況對數據庫的內容進行增加、修改和刪除以滿足不同情況的需要。#p#分頁標題#e#
圖1 數據驅動文件生成圖
二、數據驅動文件的生成
數據驅動文件是由工藝決策模塊（CAPP 模塊）在工藝決策過程中伴隨工藝路線的產生而產生的。當CAPP 進行工藝決策時，每確定一個加工對象的工藝和加工方法，同時選擇加工該特征的刀具、機床、進給量、機床轉速等，并將它們都輸入一個文件，該文件就是數據驅動文件。它可被Pro/Engineer識別并執行。數據驅動文件的生成過程如圖1所示。當讀入文件時，這樣就將生成NC代碼所需參數自動傳輸給既定的加工模型：讀完文件后，系統就可進行刀路演示，生成數控代碼。該數控代碼經過后置處理后，就可用于機床加工。
圖2 數據驅動文件的結構示意圖
由于該數據驅動文件的內容是以單個特征的模式化加工過程構成的，因此中性文件是基于特征的。一個特征在Pro/Engineer中的一次模式化加工被稱為一個NC Sequence，基于同一加工坐標系的若干NC Sequence稱為一個Operation。數據驅動文件可包含多個Operation，而每個Operation又可能包含多個NC Sequence。其內容框架如圖2所示。
三、數據驅動文件的自動讀入和NC代碼的生成
有了數據驅動文件后，便可利用它來實現NC代碼的生成。讀取數據驅動文件是通過利用Pro/Develop的文件讀入函數所開發的菜單來實現的。該菜單是MAIN菜單下MISC的子菜單TRAIL。當進入Pro/Engineer 界面后，按下菜單鍵TRAIL，再根據系統要求輸入數據驅動文件名，該文件便會自動讀入。該文件讀入函數如下:
#Include"prodevelop. h"
#Include"profiles. h"
int pro_read_file_to_pro （
wchar_t file_name， / *（in）The file name * /
Prohandle object_ptr， / *（in） The object * /
Int file_type， / *（in）The file type * /）
讀入數據驅動文件的界面圖（ 略） 。讀入文件完成后，可直接得到包含刀具軌跡的刀軌文件*. ncl。得到刀位文件后，經過后處理器，就可將它轉換成相應設備可識別的NC 代碼。
四、結論
本文討論的利用數據驅動方式實現NC代碼的自動生成，解決了NC編程中信息的輸入問題。該方法避免了信息的重復輸入，最大限度地利用了系統的信息資源，保證了零件信息流傳遞的暢通，初步實現了CAD/CAPP/CAM 信息的集成。實踐表明，與傳統的NC代碼生成方法相比，該方法方便、快捷，可減少由于人機交互而發生的錯誤，生成的數控代碼可應用于實際加工。