专利名称：基于dbf实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及数控系统技术领域，特别涉及数控机床自动加工控制方法技术领域，具体是指一种基于DBF实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法。
背景技术：
图形化数控编程是数控程序编制的发展方向，对于几何形状不太复杂的简单零件，计算简单，加工程序不多，采用手工编程较容易实现，但对于形状复杂或程序量很大的零件，手工编程难于胜任。语言自动编程与手工编程相比，提高编程效率数倍乃至数十倍，但它必须对要加工的每一个几何体作精确的描述和定义，而某些复杂的几何图形几乎难以用语言来精确描述，在三维加工领域更是这样。特别是当今CAD技术的蓬勃发展更衬托出这种编程方法的不适应性。目前有一些实现图形化数控编程的软件，但是其所用的CAD绘图软件大都难以掌握，而且通过对一些车床最终产品的研究，可以发现最终的加工图形种类其实并不多，完全不需要使用复杂的CAD绘图软件。而绘制DBF图形的软件由于其形状不多，且操作较于其他软件容易上手。DBF图形文件，是一种计算机可读的数据库文件格式。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种根据DBF文件数据格式和应用特点，从CAD图形中提取图形信息并将其转换为坐标点数据，并结合数控加工工艺知识将数据转换为机床能够识别的NC代码，生成数控加工程序，最终实现数控系统加工控制，且实现方式简便，实现成本低廉，应用范围也较为广泛的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法。为了实现上述的目的，本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统具有如下构成:该系统包括:文件信息读取模块、图元信息分析模块和NC代码生成模块。其中，文件信息读取模块用以读取DBF图形文件；图元信息分析模块用以根据预设的图元对所述的DBF图形文件中的图形进行划分；NC代码生成模块用以根据经过划分的图形生成NC代码。该基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统中，所述的图元信息分析模块包括:直线图元单元、椭圆图元单元和样条曲线单元。其中，直线图元单元，用以对DBF图形文件中的图形进行划分归纳并存储直线图元信息；椭圆图元单元，用以对DBF图形文件中的图形进行划分归纳并存储椭圆图元信息；样条曲线单元，用以将所述的直线图元信息和椭圆图元信息经过小线段曲线拟合，并存储所生成的图形。
。该基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统中，所述的样条曲线单元包括:用以存储所述的DBF图形文件中的图形的顶点信息的第一顶点容器。该基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统中，所述的图元信息分析模块还包括:用以存储根据所述的DBF图形文件中的图形选定的图元信息的多个对象数组单元。该基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统中，所述的NC代码生成模块还包括:用以存储所述的第一顶点容器存储的DBF图形文件中的图形的顶点信息的第二顶点容器。本发明还提供一种基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，该方法包括以下步骤:(I)文件信息读取模块读取DBF图形文件；(2)图元信息分析模块根据预设的图元对所述的DBF图形文件中的图形进行划分；(3) NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中，所述的图元信息分析模块包括:直线图元单元、椭圆图元单元和样条曲线单元；所述的步骤(2)具体包括以下步骤:(21)读取所述的DBF图形文件中的图形信息；(22)将所述的图形信息分为直线图元和椭圆图元；(23)将所述的直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对，确定图元顶点；(24)将确定了顶点的图元拟合曲线之后生成的图形存入所述的样条曲线单元。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中的将图形信息分为直线图元和椭圆图元，包括以下步骤:(221)判断图形信息的类型；(222)如果图形为直线类型，则取到该图形的两个端点，并生成相应的直线图元；(223)如果图形为圆弧类型，则进行圆弧取点处理，并将取到的点连接成为多边形去近似地表示该图形，据此生成相应的椭圆图元。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中的进行圆弧取点处理，包括以下步骤:(2231)根据系统预设的条件划分该圆弧所对应的圆心角；(2232)计算并得到用于划分该圆弧的各个点的坐标信息，从而作为所取到的点。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中的划分该圆弧所对应的圆心角，可以具体为:根据系统预设的划分次数来平均划分圆弧所对应的圆心角。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中的划分该圆弧所对应的圆心角，也可以包括以下步骤:(22311)根据系统预设的最大拱高值h，利用以下公式得到所划分的圆心角的角度值:角度值=arccos(Cr — h) +r)；其中，arccos为反余弦函数，r为圆弧的半径；(22312)根据所得到的角度值来划分圆弧所对应的圆心角。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中的计算并得到用于划分该圆弧的点的坐标信息，包括以下步骤:(22321)根据划分该圆弧的划分点相对于划分起始点的旋转角度，得到相应的旋转矩阵；(22322)将划分起始点的坐标值与所得到的旋转矩阵相乘，得到该划分点的坐标值。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中，所述的样条曲线单元包括第一顶点容器；所述的将确定了顶点的图元拟合曲线之后生成的图形存入所述的样条曲线单元，具体为:将所述的图元的顶点存入所述的第一顶点容器。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中，所述的图元信息分析模块还包括多个对象数组单元，所述的将直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对，确定图元顶点，具体为:将直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对选定图元信息，并将选定的图元信息存入所述的对象数组单元。该基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中，所述的NC代码生成模块还包括第二顶点容器，所述的NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码，具体为:所述的NC代码生成模块将对应生成的第一顶点容器放入到所述的第二顶点容器中，并使用该第二顶点容器中的信息调用样条曲线类里面实现的服务于该容器的对应接口，从而生成与加工要求对应的刀路。采用了该发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法，其系统包括文件信息读取模块、图元信息分析模块和NC代码生成模块。该方法中，文件信息读取模块读取DBF图形文件后；图元信息分析模块根据预设的图元对DBF图形文件中的图形进行划分；最后由NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码。从而利用本发明的系统和方法，能够根据DBF文件数据格式和应用特点，从CAD图形中提取图形信息并将其转换为坐标点数据，结合数控加工工艺知识将数据转换为机床能够识别的NC代码，生成数控加工程序，并最终实现数控系统加工控制，且本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法，其实现方式简便，实现成本低廉，应用范围也较为广泛。
图1为本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统结构示意图。图2为本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的控制方法的步骤流程图。图3为本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的控制方法在实际应用中的流程示意图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图1所示，为本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统结构示意图。在一种实施方式中，该系统包括文件信息读取模块、图元信息分析模块和NC代码生成模块。其中，文件信息读取模块用以读取DBF图形文件；图元信息分析模块用以根据预设的图元对所述的DBF图形文件中的图形进行划分；NC代码生成模块用以根据经过划分的图形生成NC代码。利用该实施方式中所述的系统实现的基于DBF图形文件的数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，如图2所示，包括以下步骤:(I)文件信息读取模块读取DBF图形文件；(2)图元信息分析模块根据预设的图元对所述的DBF图形文件中的图形进行划分；(3) NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码。在一种较优选的实施方式中，该基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统中，所述的图元信息分析模块包括用以存储直线图元信息的直线图元单元、用以存储椭圆图元信息的椭圆图元单元以及用以存储经过小线段拟合曲线之后生成的图形的样条曲线单元，，其中.直线图元单元，用以对DBF图形文件中的图形进行划分归纳并存储直线图元信息；.椭圆图元单元，用以对DBF图形文件中的图形进行划分归纳并存储椭圆图元信息；.样条曲线单元，用以将所述的直线图元信息和椭圆图元信息经过小线段曲线拟合，并存储所生成的图形。在利用该较优选的实施方式中所述的系统实现的基于DBF图形文件的数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤:(21)读取所述的DBF图形文件中的图形信息；(22)将所述的图形信息分为直线图元和椭圆图元，包括以下步骤:(a)判断图形信息的类型；(b)如果图形为直线类型，则取到该图形的两个端点，并生成相应的直线图元；(C)如果图形为圆弧类型，则进行圆弧取点处理，并将取到的点连接成为多边形去近似地表示该图形，据此生成相应的椭圆图元，所述的进行圆弧取点处理，包括以下步骤:(I)根据系统预设的条件划分该圆弧所对应的圆心角，可以具体为:根据系统预设的划分次数来平均划分圆弧所对应的圆心角。也可以包括以下步骤:( i )根据系统预设的最大拱高值h，利用以下公式得到所划分的圆心角的角度值:角度值=arccos(Cr — h) +r)；
其中，arccos为反余弦函数，r为圆弧的半径；(ii)根据所得到的角度值来划分圆弧所对应的圆心角；(II)计算并得到用于划分该圆弧的各个点的坐标信息，从而作为所取到的点，所述的计算并得到用于划分该圆弧的点的坐标信息，包括以下步骤:(i)根据划分该圆弧的划分点相对于划分起始点的旋转角度，得到相应的旋转矩阵；(ii)将划分起始点的坐标值与所得到的旋转矩阵相乘,得到该划分点的坐标值；(23)将所述的直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对，确定图元顶点；(24)将确定了顶点的图元拟合曲线之后生成的图形存入所述的样条曲线单元。在一种进一步优选的实施方式中，所述的样条曲线单元包括:用以存储所述的DBF图形文件中的图形的顶点信息的第一顶点容器。在利用该进一步优选的实施方式中所述的系统实现的基于DBF图形文件的数控系统中刀具路径自动优化的控制方法中，所述的样条曲线单元包括第一顶点容器；所述的步骤(24)将确定了顶点的图元拟合曲线之后生成的图形存入所述的样条曲线单元，具体为:将所述的图元的顶点存入所述的第一顶点容器。在一种更优选的实施方式中，所述的图元信息分析模块还包括用以存储根据所述的DBF图形文件中的图形选定的图元信息的多个对象数组单元。所述的NC代码生成模块还包括用以存储所述的第一顶点容器存储的DBF图形文件中的图形的顶点信息的第二顶点容器。在利用该更优选的实施方式中所述的系统实现的基于DBF图形文件的刀具路径自动优化的控制方法中，所述的步骤(23)将直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对，确定图元顶点，具体为:将直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对选定图元信息，并将选定的图元信息存入所述的对象数组单元。所述的步骤(3) NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码，具体为:所述的NC代码生成模块将对应生成的第一顶点容器放入到所述的第二顶点容器中，并使用该第二顶点容器中的信息调用样条曲线类里面实现的服务于该容器的对应接口，从而生成与加工要求对应的刀路。在实际应用中，DBF图形文件可以表示七种图元信息，即:空移、柱形，锥形、内弧、外弧、内球、外球。形状信息的分类似乎有点多，但其实组成相应图形的图形元只有两种:直线和圆弧。直线只需要两个点，便可以描述出这条直线来；所谓的弧形和球形，其实也都是一个圆的一部分，所以关键要确定该段弧形或者球形对应的圆的一些信息，而实际上有了圆心和直径的量化值就可以确定一个圆。首先，从DBF文件中获取到组成图形的图元的信息，DBF文件结构相对于DXF的文件结构要简单很多，因此图元信息很容易提取出来，然后根据得到图元信息将图元进行分类(分成上述的直线和圆弧两种)，再进入下一个模块进行处理。对图元信息的处理模块非常重要，如何取到合适数量的点来描绘出图形的形状，是这一模块的主要任务。对图元分析之后，归纳出真正的图元只有两种，直线和圆弧，对于直线，只需要取到两个端点即可；而对于圆弧来说，要用多边形去近似地表示圆弧。将获得的点信息存储在数据结构中，便可以进入下一模块进行处理。生成刀路文件模块，关键在于对于加工工艺的理解。将已经取得的描绘图形形状的点信息放到一个容器中。DBF参数中有一个轨迹步长参数，这个参数的作用实际上是对以上所述的点连接而成的直线组成的图形做了再一次的拟合，使得两条直线连接处更加平滑。若用户现在输入的DBF文件图形是最简单的一段直线和圆弧，则利用本发明的系统及方法，其处理过程如图3所示大体如下:分析整个软件的算法设计，最关键的部分在于图形上这些点的取得，如果点取少了，那么最后拟合的图形就不接近原来的图形，那么加工将是失败的。在对图元信息处理的模块中，样条曲线类中定义了一个存放顶点信息的容器，假设为Container A，并且直线类和圆弧类都维护一个这样的容器。直线类的取点相对于简单,只需要取两个点放入Container A中。圆弧类的取点其实关键在于将圆弧划分的点是如何得到的，最终我们是将这些点相连构成一个多边形的一部分，然后去近似的描绘圆弧。圆弧的圆心角很容易求到，一般就是用划分圆心角的方法，每取一个点，即将圆心角划分一次。划分圆心角的方法有两种，一是设定划分次数的数值，但这种方法只针对圆心角较小的情况，在对于圆心角的大小不确定的情况下，一般采用拱高划分的方法。拱高划分法:根据圆的拱高的定义，假设拱高为h，圆弧的半径为r，那么划分圆心角的每一个角的角度值为acos ( (r — h) +r)。当然,为求精确，h —般取的很小。最后要求划分圆弧的点的坐标，因为知道了圆弧的半径以及该点相对于圆弧的起点角度的变化，那么旋转该角度之后的点的坐标很容易求得，具体是用原来点的坐标乘以旋转矩阵(由旋转角度求得)。由于以上取顶点都在图元信息获取模块中，并不针对具体图形文件，所以接下来便要实现具体文件如何调用这些取顶点的接口。在刀路生成模块中，首先，在生成NC代码的类中，定义了一个样条曲线的对象B，那么我们的目标就是把整个图形的各个顶点信息放到B对应的顶点容器ContainerB中。读取文件信息，并将其中的图元信息提取出来，根据不同的图元，定义相对应不同的图元对象，并且用文件图元信息的一些量初始化图元对象的一些变量，这些变量主要应用在取点的线性插补算法中。同时将这些图元对象放入到例如叫PointersA的对象数组中，在生成NC代码的接口使用该对象数组调用其对应的取顶点接口，这些接口的作用主要是取得描绘图元形状信息的点同时将这些点存储于Container A，接下来将对应生成的Container A中的点信息放入到NC代码生成实现类的ContainerB容器中。在最后生成NC代码的过程中，NC代码生成实现类有一个生成刀路文件的接口，根据相关的加工工艺以及ContainerB容器中的点信息(即加工图形的形状信息)生成对应的NC代码文件，并加载入系统中。利用本发明的上述系统及方法，用户只需要输入设计好的DBF图形文件，软件系统会自动完成图形解析并生成相应的NC代码，从而用户可以进行相应的加工。采用了该发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法，其系统包括文件信息读取模块、图元信息分析模块和NC代码生成模块。该方法中，文件信息读取模块读取DBF图形文件后；图元信息分析模块根据预设的图元对DBF图形文件中的图形进行划分；最后由NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码。从而利用本发明的系统和方法，能够根据DBF文件数据格式和应用特点，从CAD图形中提取图形信息并将其转换为坐标点数据，结合数控加工工艺知识将数据转换为机床能够识别的NC代码，生成数控加工程序，并最终实现数控系统加工控制，且本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法，其实现方式简便，实现成本低廉，应用范围也较为广泛。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统，其特征在于，所述的系统包括: 文件信息读取模块，用以读取DBF图形文件； 图元信息分析模块，用以根据预设的图元对所述的DBF图形文件中的图形进行划分； NC代码生成模块，用以根据经过划分的图形生成NC代码。
2.根据权利要求1所述的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统，其特征在于，所述的图元信息分析模块包括: 直线图元单元，用以对DBF图形文件中的图形进行划分归纳并存储直线图元信息；椭圆图元单元，用以对DBF图形文件中的图形进行划分归纳并存储椭圆图元信息；样条曲线单元，用以将所述的直线图元信息和椭圆图元信息经过小线段曲线拟合，并存储所生成的图形。
3.根据权利要求2所述的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统，其特征在于，所述的样条曲线单元包括: 第一顶点容器，用以存储所述的DBF图形文件中的图形的顶点信息。
4.根据权利要求3所述的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统，其特征在于，所述的图元信息分析模块还包括: 多个对象数组单元，用以存储根据所述的DBF图形文件中的图形选定的图元信息。
5.根据权利要求3所述的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统，其特征在于，所述的NC代码生成模块还包括: 第二顶点容器，用以存储所述的第一顶点容器存储的DBF图形文件中的图形的顶点信肩、O
6.一种基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤: (1)文件信息读取模块读取DBF图形文件； (2)图元信息分析模块根据预设的图元对所述的DBF图形文件中的图形进行划分； (3)NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码。
7.根据权利要求6所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的图元信息分析模块包括:直线图元单元、椭圆图元单元和样条曲线单元；所述的步骤(2)具体包括以下步骤: (21)读取所述的DBF图形文件中的图形信息； (22)将所述的图形信息分为直线图元和椭圆图元； (23)将所述的直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对，确定图元顶点； (24)将确定了顶点的图元拟合曲线之后生成的图形存入所述的样条曲线单元。
8.根据权利要求7所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的将图形信息分为直线图元和椭圆图元，包括以下步骤: (221)判断图形信息的类型； (222)如果图形为直线类型，则取到该图形的两个端点，并生成相应的直线图元； (223)如果图形为圆弧类型，则进行圆弧取点处理，并将取到的点连接成为多边形去近似地表示该图形，据此生成相应的椭圆图元。
9.根据权利要求8所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的进行圆弧取点处理，包括以下步骤: (2231)根据系统预设的条件划分该圆弧所对应的圆心角； (2232)计算并得到用于划分该圆弧的各个点的坐标信息，从而作为所取到的点。
10.根据权利要求9所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的划分该圆弧所对应的圆心角，具体为: 根据系统预设的划分次数来平均划分圆弧所对应的圆心角。
11.根据权利要求9所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的划分该圆弧所对应的圆心角，包括以下步骤: (22311)根据系统预设的最大拱高值h，利用以下公式得到所划分的圆心角的角度值: 角度值=arccos (Cr — h) +r)； 其中，arccos为反余弦函数，r为圆弧的半径； (22312)根据所得到的角度值来划分圆弧所对应的圆心角。
12.根据权利要求9所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的计算并得到用于划分该圆弧的点的坐标信息，包括以下步骤: (22321)根据划分该圆弧的划分点相对于划分起始点的旋转角度，得到相应的旋转矩阵； (22322)将划分起始点的坐标值与所得到的旋转矩阵相乘，得到该划分点的坐标值。
13.根据权利要求7所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的样条曲线单元包括第一顶点容器；所述的将确定了顶点的图元拟合曲线之后生成的图形存入所述的样条曲线单元，具体为: 将所述的图元的顶点存入所述的第一顶点容器。
14.根据权利要求13所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的图元信息分析模块还包括多个对象数组单元，所述的将直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对,确定图元顶点,具体为: 将直线图元和椭圆图元分别与所述的直线图元单元和椭圆图元单元内的直线图元信息和椭圆图元信息比对选定图元信息，并将选定的图元信息存入所述的对象数组单元。
15.根据权利要求14所述的基于DBF图形文件实现数控系统中刀具路径自动优化的控制方法，其特征在于，所述的NC代码生成模块还包括第二顶点容器，所述的NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码，具体为: 所述的NC代码生成模块将对应生成的第一顶点容器放入到所述的第二顶点容器中，并使用该第二顶点容器中的信息调用样条曲线类里面实现的服务于该容器的对应接口，从而生成与加工要求对应的刀路。
全文摘要
本发明涉及一种基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法，属于数控系统控制技术领域。其系统包括文件信息读取模块、图元信息分析模块和NC代码生成模块。该方法中，文件信息读取模块读取DBF图形文件后；图元信息分析模块根据预设的图元对DBF图形文件中的图形进行划分；最后由NC代码生成模块根据经过划分的图形生成NC代码。利用本发明的系统和方法能够从CAD图形中提取图形信息并将其转换为坐标点数据，结合数控加工工艺知识将数据转换为机床能够识别的NC代码，生成数控加工程序，并实现数控系统加工控制，且本发明的基于DBF图形文件实现刀具路径自动优化的数控系统及控制方法，其实现方式简便，实现成本低廉，应用范围也较为广泛。
文档编号G05B19/4093GK103197604SQ20131008028
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者张思程, 陈文君, 陈豫, 汤同奎, 郑之开 申请人:上海维宏电子科技股份有限公司