數控板床NC代碼轉化系統的研究

畢曉杰+馬曉峰+高曉莉

摘 要：輸電線路鐵塔連接板的加工是由技術人員通過數字化儀將紙質樣板進行掃描后轉化為NC數據，所研究的數控板床NC代碼轉化系統是將AutoCAD二維圖形中描述零件輪廓的圖形直接生成數控加工代碼，除了可以解決人工轉化NC數據易錯的問題，保證加工質量以外，還可以成倍提高數控設備的加工效率。

關鍵詞：數控板床；NC代碼；轉化系統；連接板

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.057

1 項目的主要技術創新點

1.1 基于CAD進行二次開發，易學易用

在VS2010開發平臺上，采用C++編程語法，基于AutoCAD Objext ARX進行CAD的二次開發，直接在CAD環境中操作，簡單方便且易學易用。

1.2 采用閉合區域識別算法智能提取信息

通過輪廓邊內件號標注獲取鋼板拾取點，然后根據拾取點采用閉合區域識別算法自動識別周邊閉合區域，再根據獲取的閉合區域獲取鋼板圖元，智能分析、提取鋼板基本信息和螺栓孔信息。

1.3 通過配置文件實現軟件擴展性

由于DWG鋼板信息加工數據文件中鋼板標注樣式繁多，無法一次性列舉，所以采用配置文件方式支持識別多種標注樣式的DWG鋼板信息加工數據文件。支持隨時添加新的鋼板標注規則。

1.4 直接啟用構件編輯器查看修訂鋼板

通過內存的讀寫和管道技術，直接啟用構件編輯器（簡稱“PPE”）查看修訂鋼板。PPE啟動方式及原理如下：通過管道技術分別創建服務器端和客戶端的讀寫管道，在CAD主進程中直接創建PPE子進程，然后將鋼板信息的內存塊寫入到服務器端的管道中；子進程PPE通過管道讀取父進程的內容塊，獲取鋼板信息，啟動PPE工具查看修訂鋼板信息。

1.5 螺栓加工順序優化算法

將螺栓孔按孔徑大小分類設定加工模位，以第一個模位中離原點最近的螺栓孔為起始位置，依次查找同模位中距離當前螺栓孔最近的螺栓孔作為下一個加工位置。根據以上原則依次優化其他模位螺栓孔加工順序。

2 項目的技術難點及解決方法

2.1 從多種信息中提取鋼板及螺栓孔信息

從樣式繁多的鋼板標注信息中準確提取鋼板信息及螺栓孔信息。由于DWG鋼板信息加工數據文件通過不同途徑（不同放樣軟件或手動繪制）生成，鋼板信息標注樣式繁多。針對樣式繁多的鋼板信息標注格式，通過配置文件來確定識別規則。配置文件中支持添加多種識別規則，遇到無法識別的樣式時，僅需要在配置文件中添加相應的規則即可識別。

配置文件主要包括以下2部分內容。

2.1.1 鋼板基本信息標注規則

鋼板基本信息標注規則用來定義鋼板基本信息標注樣式，例如標注樣式"件號#-厚度 材質 件數 備注"可定義如下（//后為當前行注釋內容）：

PARTNO_DIM_RULE//鋼板基本信息標注樣式分區；index=0//標注樣式索引號；minMember=3//當前規則，部分匹配時的最少匹配數；maxMember=6//成員數大于該數時該規則無效；partNokey=#//件號標識符，該符號之前的成員為件號；PnKeyNum=1//件號標識符出現的次數，出現次數不等于該數時當前規則無效；thickKey=-//鋼板厚度標識符，以該符號開頭的成員為鋼板厚度；sample="件號#-厚度 材質 件數 備注"http://規則實例。

2.1.2 螺栓圖符對應直徑對照表

螺栓圖符對應直徑對照表用來說明不同螺栓圖符塊所代表的不同直徑螺栓，例如M12=12，M24=24，bo=16，co=20.M12、M24、bo、co表示螺栓圖符塊名稱，12，24，16，20表示螺栓圖符塊對應的螺栓直徑。

2.2 提取復雜類型的鋼板信息

由于智能提取是通過識別鋼板閉合區域提取鋼板信息的，對于某些特殊類型的鋼板（比如鋼板上存在焊接立板且立板將鋼板分割為多個閉合區域、輪廓線未閉合、兩塊鋼板輪廓邊重疊），無法直接通過識別封閉區域準確提取鋼板信息。

對于以上特殊鋼板，可通過手動選擇鋼板輪廓邊確定鋼板外形輪廓，然后根據外形輪廓邊獲取閉合區域內的圖元，根據配置文件設置的規則對閉合區域內的圖元進行智能分析，提取鋼板基本信息及螺栓信息。

2.3 查看、修訂加工信息并輸出加工資料

快速查看、修訂鋼板的加工信息并輸出加工資料。鋼板提取完成之后，我們要解決如何查看設置鋼板加工信息，如何確定鋼板號料孔位置，如何輸出加工資料的問題。

在進行鋼板信息識別提取時，系統將識別出的鋼板信息保存到以件號命名的PPI（Process Part Info）文件中，可在CAD環境中直接啟動構件編輯器查看修改。

2.4 優化螺栓孔加工順序

鋼板沖孔時，為減少機械臂來回移動，需要優化螺栓孔加工順序，減少機械臂移動路徑，提高加工效率。借鑒圖論中的最短路徑算法，結合車間實際加工需求，實現螺栓孔加工順序優化算法。加工時，要求T2模位孔完成后再完成T3模位孔，T3模位孔完成后再完成T4模位孔。所以，首先按不同孔徑對螺栓進行分類，第一個模位的孔開始加工時，該孔為到坐標原點最近的孔，然后根據最短路徑算法對同模位內的螺栓排序，依次類推。

3 項目在同行業、本專業的推廣應用前景

3.1 有效降低了勞動強度，節約人工成本

該項目實現了CAD圖紙和數控板床NC數據的準確對接。以前一個塔型的連接板NC數據的轉化工作一般需要兩三個小時完成，塔型比較大的甚至要七八個小時才能完成。現在10 min左右即可完成，效率提高了20～40倍左右，從而大大降低了技術人員的勞動強度，每年合計節約人工成本8萬元左右。

3.2 減少了人工錯誤，提高了數據準確度

據我單位質量管理部門統計，每年因樣板孔距偏差、漏孔會造成經濟損失，本項目杜絕了在NC數據轉化環節連接板的孔距偏差、漏孔等質量問題的出現。

3.3 提高了加工速度和生產配套效率

NC數據經過優化后，數控沖床可選擇最短路徑完成沖孔過程，板床的加工效率預計可提高20%左右。部分連接板還需要火曲，焊接后，方可使用。而火曲、焊接工序和沖孔歸屬于不同的車間，沖孔效率的提高為后續工序的加工提供了較充裕的時間，從而提高了我廠的生產配套效率。

參考文獻

［1］李燕.視覺感知中的閉合輪廓提取方法研究［D］.北京：北京交通大學，2011.

［2］方富貴.圖論的算法和應用研究［J］.計算機與數字工程，2012（02）：115-117，132.