专利名称：碳纤维高精度数控铣床的控制方法
技术领域：
本发明是一种在碳纤维高精度数控铣床中进行数控加工代码自动生成的方法，属于高精度数控技术领域。
背景技术：
传统碳纤维铣床工作流程如下首先，根据加工零件形状形成标准G代码；其次，将加工代码输入到数控中；最后，执行数控中的G代码，通过数控控制各轴铣刀运动完成加工过程。
在上述第一步中，业界通常的做法是，根据实际的加工零件形状，人工手动生成数控加工代码或者利用额外的编程器进行编程。这样带来的问题是，形成加工代码所需时间很长，并且加工代码精度不是很高。
原因如下首先，人工生成数控加工代码的时间和精度与操作者的熟练程度及图形的复杂程度有关。操作者熟练程度越低、加工图形越复杂，则时间越长，精度越差。其次，当加工图形稍作变化时，操作者又必须重新生成新的加工代码，工作效率较低。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种基于计算机辅助制造的数控加工代码自动生成的方法，即碳纤维高精度数控铣床的控制方法。利用计算机对输入的工件图形分析处理，自动生成满足加工要求的数控加工代码。该方法摆脱了传统数控铣床从加工图形到形成数控加工代码时间长且精度不高的缺点，极大地提高了工作效率。
技术方案本发明的方法能够跟据实际的加工零件自动形成数控加工代码。该方法如下
建立读入图形模块、二维环模块、排序模块、代码生成模块，其控制步骤如下1.)根据待加工零件形状，在AutoCAD中画出加工零件图形，保存为DXF文件格式；2.)由读入图形模块提取DXF文件中的图形信息，对DXF文件中线段、圆弧、圆等图形信息直接提取并保存在字符串中，而对DXF文件中椭圆、多线段、样条曲线等图形信息，先提取相关信息，然后对其进行圆弧拟和，将其分解为线段圆弧信息，再保存在字符串中；3.)由二维环模块将前述字符串中线段图形信息提取出来生成线段元素，将圆弧图形信息提取出来生成圆弧元素，将圆图形信息提取出来生成圆元素，然后将各个线段元素、圆弧元素、圆元素插入到二维环中；4.)由排序模块将上述二维环中各个线段元素、圆弧元素按照首尾相接的顺序排列；5.)由代码生成模块生成相应加工零件的数控加工代码。
建立读入图形模块10.读取组码和组值，11.判断组码是否等于0并且组值是否是ENTITLES(实体段)，如果满足条件执行下一步，否则跳到第一步，12.读取组码和组值，13.判断组码是否等于0并且组值是否是ENDSEC(实体段结束)，若满足条件就退出循环，否则进入下一步，14.判断组码是否等于0并且组值是否是LINE(直线)，若满足条件就读取直线的起点和终点，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，15.判断组码是否等于0并且组值是否是ARC(圆弧)，若满足条件就读取圆弧圆心、半径、起始角和终止角，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，
16.判断组码是否等于0并且组值是否是CIRCLE(圆)，若满足条件就读取圆心和半径，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，17.判断组码是否等于0并且组值是否是ELLIPSE(椭圆)，若满足条件就读取椭圆弧中心点、主轴端点坐标、起始角和终止角，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，18.判断组码是否等于0并且组值是否是LWPOLYLINE(多线段)，若满足条件就读取多线段各节点坐标、凸度，及该多线段是否闭合信息，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，19.判断组码是否等于0并且组值是否是SPLINE(样条曲线)，若满足条件就读取样条曲线次数、节点数目、控制节点数目、节点坐标节点权值，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则直接跳到第(12)步。
建立二维环模块由系统的零件几何信息输入模块获取了零件的边界轮廓数据，再经过圆弧拟和模块的处理，从而将异形零件的轮廓曲线统一分解为一系列的直线段、圆弧段或者整圆。本发明用二维环来描述零件的边界轮廓。
所谓二维环就是由首尾相连的一系列基本几何元素构成的一条平面曲线。基本几何元素包括直线、圆弧、圆。环的起点和终点重合称为闭环，环的起点和终点不重合称为开环。在数控编程软件中，环是有方向的，它由直线段与圆弧段首尾相接而成，是切割轨迹自动生成算法的核心与基础。
通常，环的数学定义为P={Ci}i=1n,]]>其中P代表一个环，它由n个曲线段组成，曲线段包括直线段或者圆弧段，Ci代表了环中的第i个曲线段。
本发明用链表表示二维环，用CBeeline(线段类)、CCircle(整圆类)、CArc(圆弧类)表示二维环中的几何元素，这三个类分别封装了该零件对应字符串中线段、整圆、圆弧中的数据信息。
具体建立过程如图3所示
首先建立零件链表，该链表中存储的信息是零件对象指针，每个零件指针指向其二维环链表。
其次建立二维环链表，该链表中存储的信息是零件所包含的线段类、整圆类、圆弧类指针。
建立排序模块由于待加工的零件图形一般都是封闭的二维环，所以在排序时只需要选定一个起始点，再按照实体的实际连接顺序将它们连接起来即可。
具体排序过程如下21)在二维环链表中找切铣起始点，在原链表中删除该节点，将该节点添加到排序后的链表中，并将几何元素的信息保存在临时节点中，22)依次遍历原链表中的节点，判断各节点指向的几何元素的端点坐标(起点与终点)是否与临时节点中的终点坐标相重合，如果不重合，继续读取下一节点的数据并重新判断；如果重合，将该端点作为几何元素的起点，另一端点作为几何元素的终点，将几何元素的信息保存在临时节点中，在原链表中删除该节点，并将该节点添加到排序后的链表中，23)重复步骤22)，直到将二维环链表中的所有节点排序完毕。
建立代码生成模块首先介绍本发明所产生的数控加工代码格式。
G00 指令是数控器命令切铣头以最高进给速度移动到程式中指定的终点位置。格式如下G00 X_ Y_，X、Y为定位终点的绝对坐标值。
G01指令是数控器命令切割头以给定速度执行直线切铣功能至程式中指定的终点位置。格式如下G01 X_Y_F_，X、Y为切铣终点的绝对坐标值，F为切铣进给率。切铣起点即为指令执行前切铣头所在位置。
G02/G03指令分别是数控器命令切铣头以给定速度顺时针/逆时针沿圆弧切铣至程式所指定的终点位置。格式如下G02 X Y_I_J_F_，即以速度F顺时针切铣。
G03 X_Y_I_J_F_，即以速度F逆时针切铣。
M00程式停止，按下起动继续执行。
M02程式结束M55气缸抬起M56气缸落下代码自动生成具体的程序流程图如图4所示。
31.提取二维环链表中首个几何元素的起点作为零件切割轨迹的起点坐标，32.生成G00以及M56指令，33.判断该对象是否是线段对象，若是提取线段终点坐标，然后生成G01指令，并转入第36)步，否则进入下一步，34.判断该对象是否是圆对象，若是提取圆的圆心坐标，并计算I和J的值，然后生成G02指令，并转入第36)步，否则进入下一步，35.判断该对象是否是圆弧对象，若是提取圆弧终点坐标、圆心坐标，并计算I和J，然后生成G02或者G03指令，36.判断该对象是否是最后一个对象，若是生成M55指令并结束，否则进入下一步，37.提取二维环中下一个几何对象，并转入第33)步。
有益效果一、缩短了加工时间。本发明基于计算机辅助制造技术，从图形生成到最终形成满足加工要求的数控代码，完全由计算机完成，较之于人工手动生成数控加工代码，大大缩短了工业生产制造时间。
二、增强了加工精度。由于计算机自动生成数控加工代码，生成的G代码的精度较之于人工手动生成要精确得多，而且可以根据工业生产要求控制G代码生成的精度要求。
三、提高了工作效率。当加工零件稍作变化时，现在只需要将加工零件图形在AUTOCAD中相应改变一下，即可重新生成数控加工代码，而无需像传统铣床那样由人工根据新的加工零件重新生成数控加工代码，大大提高了工作效率。
图1是本发明总体流程图。
图2是本发明读入图形模块流程图。
图3是本发明二维环模块示意图。
图4是本发明代码生成模块流程图。
图5是本发明加工零件平面图。
具体实施例方式
在碳纤维切铣加工中，需要加工一零件，如图5所示。
1.)在AutoCAD2002中，按照图4画出该加工零件形状，保存为文件Lingjianl.dxf；2.)由读入图形模块处理文件Lingjianl.dxf，对DXF文件中线段、圆弧、圆等图形信息直接提取并保存在字符串中，而对DXF文件中椭圆、多线段、样条曲线等图形信息，先提取相关信息，然后对其进行圆弧拟和，将其分解为线段圆弧信息，再保存在字符串中。具体步骤如下10.读取组码和组值，11.判断组码是否等于0并且组值是否是ENTITLES(实体段)，如果满足条件执行下一步，否则跳到第一步，12.读取组码和组值，13.判断组码是否等于0并且组值是否是ENDSEC(实体段结束)，若满足条件就退出循环，否则进入下一步，14.判断组码是否等于0并且组值是否是LINE(直线)，若满足条件就读取直线的起点和终点，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，15.判断组码是否等于0并且组值是否是ARC(圆弧)，若满足条件就读取圆弧圆心、半径、起始角和终止角，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，16.判断组码是否等于0并且组值是否是CIRCLE(圆)，若满足条件就读取圆心和半径，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，
17.判断组码是否等于0并且组值是否是ELLIPSE(椭圆)，若满足条件就读取椭圆弧中心点、主轴端点坐标、起始角和终止角，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，18.判断组码是否等于0并且组值是否是LWPOLYLINE(多线段)，若满足条件就读取多线段各节点坐标、凸度，及该多线段是否闭合信息，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，19.判断组码是否等于0并且组值是否是SPLINE(样条曲线)，若满足条件就读取样条曲线次数、节点数目、控制节点数目、节点坐标、节点权值，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则直接跳到第(12)步。
经过读入图形模块处理后，存储在字符串中的数据是“ARC*50.0*50.0*50.0*100.0*50.0*0.0*ARC*150.0*50.0*150.0*0.0*150.0*100.0*LINE*50.0*0.0*150.0*0.0*LINE*50.0*100.0*150.0*100.0”。
3.)由二维环模块将前述字符串中线段图形信息提取出来生成线段元素，将圆弧图形信息提取出来生成圆弧元素，将圆图形信息提取出来生成圆元素，然后将各个线段元素、圆弧元素、圆元素插入到二维环中。具体步骤如下首先，建立零件链表，该链表中存储的信息是该零件对象指针。
其次，读取字符串中数据，分别生成圆弧对象一、圆弧对象二、直线对象一、直线对象二。
最后，建立二维环链表，将上述四个对象指针插入到二维环链表中。
4.)由排序模块将上述二维环中各个线段元素、圆弧元素按照首尾相接的顺序排列。具体步骤如下21)在二维环链表中找到切铣起始点(50.0，100.0)，在原链表中删除该节点，将该节点添加到排序后的链表中，并将该几何元素信息保存在临时节点中，22)依次遍历原链表中的节点，判断各节点指向的几何元素的端点坐标(起点与终点)是否与临时节点中的终点坐标相重合，如果不重合，继续读取下一节点的数据并重新判断；如果重合，将该端点作为几何元素的起点，另一端点作为几何元素的终点，将几何元素的信息保存在临时节点中，在原链表中删除该节点，并将该节点添加到排序后的链表中，23)重复步骤22)，直到将二维环链表中的所有节点排序完毕。
经过上述排序后，二维环中几何元素序列如下圆弧对象一(起点(50.0，100.0)，终点(50.0，0.0))，直线对象一(起点(50.0，0.0)，终点(150.0，0.0))，圆弧对象二(起点(150.0，0.0)，终点(150.0，100.0))，直线对象二(起点(150.0，0.0)，终点(50.0，100.0))。
5.)由代码生成模块生成相应加工零件的数控加工代码。
首先介绍本发明所产生的数控加工代码格式。
G00 指令是数控器命令切铣头以最高进给速度移动到程式中指定的终点位置。格式如下G00 X_Y_，X、Y为定位终点的绝对坐标值。
G01 指令是数控器命令切割头以给定速度执行直线切铣功能至程式中指定的终点位置。格式如下G01 X_Y_F_，X、Y为切铣终点的绝对坐标值，F为切铣进给率。切铣起点即为指令执行前切铣头所在位置。
G02/G03指令分别是数控器命令切铣头以给定速度顺时针/逆时针沿圆弧切铣至程式所指定的终点位置。格式如下G02 X_Y_I_J_F_，即以速度F顺时针切铣。
G03 X_Y_I_J_F_，即以速度F逆时针切铣。
M00，程式停止，按下起动继续执行。
M02，程式结束。
M55，气缸抬起。
M56，气缸落下。
代码自动生成具体的程序流程图如图4所示。
31.提取二维环链表中首个几何元素的起点作为零件切割轨迹的起点坐标，32.生成G00以及M56指令，33.判断该对象是否是线段对象，若是提取线段终点坐标，然后生成G01指令，并转入第36)步，否则进入下一步，34.判断该对象是否是圆对象，若是提取圆的圆心坐标，并计算I和J的值，然后生成G02指令，并转入第36)步，否则进入下一步，35.判断该对象是否是圆弧对象，若是提取圆弧终点坐标、圆心坐标，并计算I和J，然后生成G02或者G03指令，36.判断该对象是否是最后一个对象，若是生成M55指令并结束，否则进入下一步，37.提取二维环中下一个几何对象，并转入第33)步。
经过代码生成模块，自动生成的数控加工代码如下N1 G00 X50.0 Y100.0N2 M55N3 G04 X4.00N4 G03 X50.0 Y0.0 I0.0 J-50.0 F#61N5 G01 X150.0 Y0.0N6 G03 X150.0 Y100.0 I0.0 J50.0 F#61N7 G01 X50.0 Y50.0N8 M5权利要求
1.一种碳纤维高精度数控铣床的控制方法，其特征在于该方法首先建立读入图形模块、二维环模块、排序模块、代码生成模块，其控制步骤如下1.)根据待加工零件形状，在AutoCAD中画出加工零件图形，保存为DXF文件格式；2.)由读入图形模块提取DXF文件中的图形信息，对DXF文件中线段、圆弧、圆等图形信息直接提取并保存在字符串中，而对DXF文件中椭圆、多线段、样条曲线等图形信息，先提取相关信息，然后对其进行圆弧拟和，将其分解为线段圆弧信息，再保存在字符串中；3.)由二维环模块将前述字符串中线段图形信息提取出来生成线段元素，将圆弧图形信息提取出来生成圆弧元素，将圆图形信息提取出来生成圆元素，然后将各个线段元素、圆弧元素、圆元素插入到二维环中；4.)由排序模块将上述二维环中各个线段元素、圆弧元素按照首尾相接的顺序排列；5.)由代码生成模块生成相应加工零件的数控加工代码。
2.根据权利要求1所述的碳纤维高精度数控铣床的控制方法，其特征在于建立读入图形模块的方法为10).读取组码和组值，11).判断组码是否等于0并且组值是否是实体段，如果满足条件执行下一步，否则跳到第一步，12).读取组码和组值，13).判断组码是否等于0并且组值是否是实体段结束，若满足条件就退出循环，否则进入下一步，14).判断组码是否等于0并且组值是否是直线，若满足条件就读取直线的起点和终点，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，15).判断组码是否等于0并且组值是否是圆弧，若满足条件就读取圆弧圆心、半径、起始角和终止角，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，16).判断组码是否等于0并且组值是否是圆，若满足条件就读取圆心和半径，然后将其存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，17).判断组码是否等于0并且组值是否是椭圆，若满足条件就读取椭圆弧中心点、主轴端点坐标、起始角和终止角，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，18).判断组码是否等于0并且组值是否是多线段，若满足条件就读取多线段各节点坐标、凸度，及该多线段是否闭合信息，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则进入下一步，19).判断组码是否等于0并且组值是否是样条曲线，若满足条件就读取样条曲线次数、节点数目、控制节点数目、节点坐标节点权值，然后进行圆弧拟和，接着将圆弧信息存储在字符串中，最后跳到第(12)步，否则直接跳到第(12)步。
3.根据权利要求1所述的碳纤维高精度数控铣床的控制方法，其特征在于建立二维环模块的方法为首先建立零件链表，该链表中存储的信息是零件对象指针，每个零件指针指向其二维环链表，其次建立二维环链表，该链表中存储的信息是零件所包含的线段类、整圆类、圆弧类指针。
4.根据权利要求1所述的碳纤维高精度数控铣床的控制方法，其特征在于建立排序模块的方法为21).在二维环链表中切铣起始点，在原链表中删除该节点，将该节点添加到排序后的链表中，并将几何元素的信息保存在临时节点中，22).依次遍历原链表中的节点，判断各节点指向的几何元素的端点坐标(起点与终点)是否与临时节点中的终点坐标相重合，如果不重合，继续读取下一节点的数据并重新判断；如果重合，将该端点作为几何元素的起点，另一端点作为几何元素的终点，将几何元素的信息保存在临时节点中，在原链表中删除该节点，并将该节点添加到排序后的链表中，23).重复步骤22)，直到将二维环链表中的所有节点排序完毕。
5.根据权利要求1所述的碳纤维高精度数控铣床的控制方法，其特点在于建立代码生成模块的方法为31)提取二维环链表中首个几何元素的起点作为零件切割轨迹的起点坐标，32)生成G00以及M56指令，33)判断该对象是否是线段对象，若是提取线段终点坐标，然后生成G01指令，并转入第36)步，否则进入下一步，34)判断该对象是否是圆对象，若是提取圆的圆心坐标，并计算I和J的值，然后生成G02指令，并转入第36)步，否则进入下一步，35)判断该对象是否是圆弧对象，若是提取圆弧终点坐标、圆心坐标，并计算I和J，然后生成G02或者G03指令，36)判断该对象是否是最后一个对象，若是生成M55指令并结束，否则进入下一步，37)提取二维环中下一个几何对象，并转入第33)步。
全文摘要
碳纤维高精度数控铣床的控制方法是一种在碳纤维高精度数控铣床中进行数控加工代码自动生成的方法，该方法首先建立读入图形模块、二维环模块、排序模块、代码生成模块，其控制步骤如下1.根据待加工零件形状，在AutoCAD中画出加工零件图形，保存为DXF文件格式；2.由读入图形模块提取DXF文件中的图形信息，对DXF文件中线段、圆弧、圆等图形信息直接提取并保存在字符串中；3.由二维环模块将前述字符串中线段图形信息提取出来生成线段元素，将圆弧图形信息提取出来生成圆弧元素；4.由排序模块将上述二维环中各个线段元素、圆弧元素按照首尾相接的顺序排列；5.由代码生成模块生成相应加工零件的数控加工代码。
文档编号G05B19/18GK1862432SQ200610085260
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者黄学良, 王伟, 刁斌 申请人:东南大学