基于AutoCAD的批量孔類數控自動編程研究

趙 宏

（深圳第二高級技工學校，深圳 518049）

0 引言

隨著數控機床的日益普及，現代機械加工正逐步向著數控加工方向發展，早期在普通機床上完成的孔類加工，如今通常都在數控機床上加工。在模具制造企業，模具零件上通常有數十上百的頂針孔或其他孔需要數控加工，其AutoCAD零件圖如圖1所示。

面對眾多的批量孔數控加工程序設計，如果用CAM軟件自動編程，編程人員需投入精力先將AutoCAD圖導入CAM軟件中，由于軟件間的兼容性問題，難免出現數據遺漏等，增加了后續的復核工作量，而且編程時，要手工選擇這些孔，由于視覺空間所限，若干圖形混在一起，難免錯選重復選擇或漏選，編好程序后，還要后處理等；如果手工編程，不僅對編程人員要求高，而且容易將孔的坐標位置抄錯，導致零件報廢或加工返工，工作量大，效率也低。

鑒于以上兩個方法的不足，本文提出，以AutoCAD零件圖為原始數據，利用AutoCAD軟件作為開發平臺，以AutoLISP和DCL語言為開發工具，實現批量孔的數控加工程序NC代碼的自動編程。

1 AutoCAD的二次開發

圖1 后模頂針排位圖

AutoCAD是廣泛流行的計算機輔助設計軟件之一，二維繪圖功能強大，開放性好，便于二次開發。Autolisp是由Autodesk公司開發的一種LISP程序語言,自AutoCAD R2.6以來便嵌套于AutoCAD內部，是資格最老的表處理語言之一，既具有一般高級語言的功能，又具有強大的圖形處理功能，其對象處理功能函數可以直接訪問當前圖形的數據庫，利用其表處理功能函數處理批量孔的坐標點，優與其他語言的二維數組法。

DCL語言是AutoCAD自R12版起為二次開發引入的可編程人機對話框界面工具，對話框形象、直觀，輸入、修改方便、鼠標與鍵盤并用，是當今最流行的的人機互動界面。與AutoLISP配合使用，改進了圖形用戶接口，改變了在COMMAND命令行通過鍵盤人機交互輸入信息的方式，使用戶操作更加直觀簡便。

2 鉆孔數控程序標準格式分析

在數控加工中，鉆孔加工程序是典型的2D程序，以鉆孔循環的形式給出，格式固定，以點（圓心）為加工驅動幾何體，加工出的孔徑取決與所裝夾鉆頭的直徑，與程序無關。以FANUC或MITSUBISHI系統為例，其標準格式如圖2所示。

圖2 鉆孔程序標準格式

其中，其中（x1 y1),（x2 y2）,...,（xn yn）表示1-n個點的坐標。如果要直鉆，或鏜孔，只需將表1中G83..相應改成G81...或G85...等即可。因此，孔的數控程序設計，核心是確定圓心點，求出圓心點，將其輸入到NC文件中，這也是程序設計的基本思路。

3 批量鉆孔自動編程程序設計

3.1 自動編程程序設計的原理

AutoCAD通過圖形來表達零件的幾何信息，數控加工的NC指令有固定的格式。以AutoCAD零件圖為原始數據，利用DCL設計人機交互對框，形象直觀的輸入數控加工工藝參數等；利用Autolisp直接操作選擇的圖素，通過循環指令，逐個訪問其數據庫，從關聯表中搜索提取CAD圖形中的圓的圓心、半徑等幾何信息，過濾掉與要加工孔徑不一致的孔，構建符合要求的圓心坐標點的表，并對表進行數據排序，優化最短路徑；通過文件處理及字符串函數，將圓心點表有關信息寫入指定NC指令文件中，輸出符合標準格式的數控加工程序指令代碼，方便快捷的完成若干個點的數控加工程序設計，實現批量孔的數控自動編程，程序框圖如圖3所示。

3.2 DCL人機交互對話框的設計

設計如圖4所示的鉆孔參數人機交換輸入界面，按照加工習慣，深度參數中，通常只有“加工深度”需要因工件而更改，其余使用缺省值；刀具參數一般不需修改，使用缺省值即可，鉆孔的大小，只跟實際加工時裝夾的鉆頭直接相關。“工作原點...”用來設定編程原點，“圖素...”按鈕用來選擇圖素，其實質是調用了選擇集函數（ssget），支持AutoCAD的所有選擇機制，比如可以用窗口等快速選擇圖素。“直徑10”，限定了選擇圖素中直徑為10mm的孔為本次鉆孔的幾何對象，“排序方式”用來優化加工路徑，縮短加工時間，生成的數控程序指令輸出到“d: c"給定的文件中。

圖3 程序框圖

圖4 鉆孔工藝參數對話框

DCL語言程序片段如下：

3.3 批量孔的圖形信息的處理

提取孔圖形信息的方法有多種，比如通過通過人機交互獲取、DXF文件導入，由于Autolisp可以直接操作選擇集，方便設定工件原點，人機交互更為方便。通過圖4的“圖素...”按鈕選取若干圖素后，對選中的圖素，通過循環指令，利用對象處理函數（entget）逐個訪問其數據庫，利用（ASSOC）函數，關聯表中搜索提取CAD圖形中的有用圖形信息，對圖素類型為“CIRCLE"的圖素，提取其半徑信息。對與直徑大小符合加工要求的孔，提取其圓心坐標，并構建一個圓心坐標點的表LCPT。這些圓心點，就是數控程序的點位坐標參數源。程序如下：

3.4 圓心坐標排序，優化加工路徑

圓心點表LCPT中的圓心坐標，排列沒有規律。為了使走刀路徑最短，縮短加工時間，優化加工路徑，因此需對表中的圓心點進行排序。排序的算法比較多，本案提供了以X坐標和以Y坐標排序兩種選擇。如果選擇了最終以X坐標排序，首先進行按Y坐標排序，然后再進行X坐標排序，可以保證優先以X排序，X坐標相等的情況下，再以Y坐標排序。反之亦然，避免了點坐標跳躍的情況。程序如下：

3.5 數控程序指令的生成

圓心坐標點表排好序后，設計一個子程序，循環讀取圓心點坐標，利用AUTOLISP 的文件處理及字符串函數，將表中每個圓心點坐標，寫入標準格式數控孔加工程序（圖2）中，不需要后處理，實現了自動編程，改程序可直接用于FANUC或MITSUBISHI數控機床。如果是其他控制器機床，只需更改標準注格式即可。程序代碼如下：

3.6 自動編程系統的應用

自動編程系統包括三個文件：AutoLISP文件：DRILL.LSP；對話框文件：DRILL.DCLH和對話款圖像文件：DRILL.SLD，第一次使用時，需先將三個文件拷入AutoCAD的SUPPORT路徑下。打開需要加工孔的DWG文件，點擊主菜單下的“工具”→AUTOLISP→加載，選擇DRILL.lsp程序，點擊“加載”。運行DRILL命令，按照圖4所示的對話框，完成相關的信息輸入，即可一次性快速完成若干孔的數控加工指令的自動編程。

4 結論

以AutoCAD零件圖為原始數據，利用DCL設計人機交互對框，形象直觀方便信息輸入，利用Autolisp直接操作選擇的圖素，從AutoCAD圖形中提取圓心、半徑等幾何信息，去掉與要加工孔徑不一致的孔并進行數據排序，優化最短路徑，通過文件處理函數，將圓心點等有關信息輸出到標準格式的NC指令文件中，完成若干個點的數控加工程序設計，無需再后處理，可直接用于數控機床加工，實現AutoCAD平臺的批量孔的數控自動編程。

雖然目前數控編程多采商品化的CAM軟件自動編程，但在模具加工企業、模坯制造廠等需要加工批量孔的企業，無需轉換圖形，無需另外繪圖，無需額外購置軟件，無需從事繁雜的選擇操作，即可方便快捷自動完成批量孔的數控指令自動編程，本方案有較高的實用價值。

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