0 引言
VBA是一種自動(dòng)化語言， 結(jié)合相應(yīng)的圖形軟件， 它可以按照用戶的要求， 自動(dòng)地生成一系列的動(dòng)作指令。微軟開發(fā)的圖形設(shè)計(jì)軟件AutoCAD， 由于其具有豐富的方便、 快捷的繪圖工具， 使得該軟件在機(jī)械制造行業(yè)、 建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
本文以VBA為開發(fā)語言， 依托AutoCAD強(qiáng)大的繪圖功能，設(shè)計(jì)并開發(fā)了數(shù)控仿真軟件。該軟件根據(jù)用戶編寫的數(shù)控程序， 在自定義的毛坯中， 通過刀具的移動(dòng)完成材料的切削， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零件的加工。所有這些過程， 均以三維圖形的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示， 可以將數(shù)控程序加工的細(xì)節(jié)詳實(shí)、 直觀地展現(xiàn)在用戶面前。利用該軟件可以極大地減小零件試切的損失， 對于提高生產(chǎn)效率具有積極作用。
1 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際零件加工的操作順序， 數(shù)控加工仿真程序設(shè)置了零件定義、 程序調(diào)用、 刀具選擇等功能。系統(tǒng)的頂層功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
本仿真系統(tǒng)可通過兩個(gè)對話框定義毛坯的長L、 寬W、 高H、 工作坐標(biāo)系X、 Y、 Z以及刀具的規(guī)格直徑Ф、 對刀長度L用戶可通過一個(gè)文件對話窗體選擇數(shù)控程序PRO。具體的窗體界面如圖2所示。
2 算法規(guī)劃與完成
2.1 VBA引入銜接AutoCAD
選用面向目標(biāo)的程序規(guī)劃辦法, 運(yùn)用 Visual Basic 在AutoCAD2005上用VBA技能進(jìn)行二次開發(fā), 可以較好地完成體系程序參數(shù)化繪圖。
VBA是經(jīng)過AutoCAD ActiveX Automation接口來樹立和AutoCAD目標(biāo)間的聯(lián)絡(luò)。ActiveX是樹立在COM目標(biāo)模型之上的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議， 它答應(yīng)目標(biāo)之間經(jīng)過必定的接口相互通信。而AutoCAD ActiveX提供在AutoCAD外操控編程的機(jī)制， 經(jīng)過運(yùn)用AutoCAD目標(biāo)， 完成對AutoCAD的操控。
2.2 刀具切削實(shí)現(xiàn)
在數(shù)控機(jī)床完成零件加工過程中， 主要涉及到兩種基本的加工路徑， 它們分別是直線運(yùn)動(dòng)、 圓弧運(yùn)動(dòng)。
對于直線加工模型， 主要是定義加工的起點(diǎn)AA和終點(diǎn)B。移動(dòng)刀具的對刀點(diǎn)在AA和BB之間， 我們利用均勻直線插補(bǔ)算法求得； 刀具和毛坯重合部分， 可以借助對毛坯執(zhí)行布爾運(yùn)算生成， 以示零件被切削部分。模型如圖3所示。
圓弧加工模型， 由于曲線的復(fù)雜性和G02、 G03圓弧插補(bǔ)加工方式選擇的需要， 在確定加工特征信息時(shí)應(yīng)包括： 起點(diǎn)SA、SB、 SC、 終點(diǎn)EA、 EB、 EC、 半徑R， 順時(shí)針G02、 逆時(shí)針G03。圓弧生成的變種可以由角度參與確定， 對于加工整圓分為： 順時(shí)針、 逆時(shí)針兩種。
在整個(gè)加工模型的建立中， 圓弧加工涵蓋了加工的各種基本情況， 因此圓弧加工設(shè)計(jì)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。圓弧加工模型如圖4所示。
下面是基于VBA開發(fā)的部分圓弧加工程序：
……
If G02G03 Like "G02" Then
p1(0)=sa: p1(1)=sb: p1(2)=sc
p2(0)=ea: p2(1)=eb: p2(2)=ec
Else
p1(0)=ea: p1(1)=eb: p1(2)=ec
p2(0)=sa: p2(1)=sb: p2(2)=sc
End If
radius=R
d=Math.Sqr((p2(0)-p1(0))*(p2(0)-p1(0))+
(p2(1)-p1(1))*(p2(1)-p1(1)))
d1=Math.Sqr(radius*radius-(d/2)*(d/2))
angle1=Math.Atn(d1/(d/2))
angle3=3.141592-(angle1+angle1)
If (p2(0)=p1(0)) Then
If radius>0 Then
If ((p2(1)-p1(1))>0) Then
centerPoint(0)=p1(0)+Math.Abs(radius)*
Math.COS(3.1415926/ 2-angle1)
Else
centerPoint(0)=p1(0)-Math.Abs(radius)*
Math.COS(3.1415926/2-angle1)
End If
Else
If ((p2(1)-p1(1))>0) Then
centerPoint(0)=(p1(0)-Math.Abs(radius)*
Math.COS(3.1415926/2-angle1))
Else
centerPoint(0)=(p1(0)+Math.Abs(radius)*
Math.COS(3.1415926/ 2-angle1))
End If
End If
centerPoint(1)=p1(1)+(p2(1)-p1(1))/2
If radius>0 Then
If ((p2(1)-p1(1))>0) Then
startAngleInDegree=angle1+3.1415926/2
endAngleInDegree=angle1+3.1415926/2+angle3
Else
startAngleInDegree=-angle3/2
endAngleInDegree=angle3/2
End If
……
2.3 實(shí)體加工模型
AutoCAD具有很強(qiáng)的圖形繪制能力， 利用該軟件的三維圖形繪制命令可以輕松繪制逼真的實(shí)體模型。
本系統(tǒng)利用自定義的加工函數(shù)完成實(shí)體模型的加工， 用戶只要給定加工所必須的信息， 就可以實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。自定義函數(shù)的原型如下：
arcsolidtrace s(0), s(1), s(2), e1(0), e1(1), e1(2), radius, R,
H, boxObj, cylinderobj, G02G03
函數(shù)名稱為arcsolidtrace， 圓弧的起點(diǎn)的三維坐標(biāo)值為s(0), s(1), s(2)， 圓弧終點(diǎn)三維坐標(biāo)值為e1(0), e1(1), e1(2)， 圓弧半徑為radius， 刀具半徑為R,對刀長度為H,零件毛坯實(shí)體為boxObj， 刀具實(shí)體為cylinderobj， 加工方向?yàn)?/span>G02G03。
程序依照數(shù)控圓弧加工規(guī)律和給定的參數(shù)值， 判斷加工路徑并完成零件毛坯的布爾運(yùn)算。部分程序代碼如下：
……
d=Math.Sqr((p2(0)-p1(0))*(p2(0)-p1(0))+(p2(1)-p1(1))*
(p2(1)-p1(1)))
If d<>0 Then
d1=Math.Sqr(radius*radius-(d/2)*(d/2))
angle1=Math.Atn(d1/(d/2))
angle3=3.141592-(angle1+angle1)
If (p2(0)=p1(0)) Then
If radius>0 Then
If ((p2(1)-p1(1))>0) Then
m(0)=p1(0)+Math.Abs(radius)*Math.COS(3.1415926/
2-angle1)
Else
m(0)=p1(0)-Math.Abs(radius)*Math.COS(3.1415926/
2-angle1)
End If
Else
If ((p2(1)-p1(1))>0) Then
m(0)=(p1(0)-Math.Abs(radius)*Math.COS(3.1415926/
2-angle1))
Else
m(0)=(p1(0)+Math.Abs(radius)*Math.COS(3.1415926/
2-angle1))
End If
End If
m(1)=p1(1)+(p2(1)-p1(1))/2
If radius>0 Then
If ((p2(1)-p1(1))>0) Then
startAngleInDegree=angle1+3.1415926/2
endAngleInDegree=angle1+3.1415926/2+angle3
Else
startAngleInDegree=-angle3/2
endAngleInDegree=angle3/2
End If
……
3 應(yīng)用實(shí)例
應(yīng)用本系統(tǒng)， 用戶只需要選擇毛坯類型， 定義毛坯尺寸， 定義刀具規(guī)格， 輸入編寫好的數(shù)控程序， 即可驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性。
例如， 用戶定義一個(gè)矩形毛坯， 和一個(gè)半徑為10個(gè)單位的外形銑刀， 加工一個(gè)五角星的案例， 其加工完成后的效果如圖6所示。
4 結(jié)束語
利用VBA對AutoCAD的二次開發(fā)， 實(shí)現(xiàn)了數(shù)控程序加工的三維仿真。仿真系統(tǒng)不但利用了VBA的數(shù)學(xué)計(jì)算功能， 更發(fā)揮了CAD的三維圖形功能， 使得數(shù)控仿真達(dá)到了逼真、 直觀的效果， 提高了數(shù)控加工程序驗(yàn)證效率和準(zhǔn)確率。
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