数控车床图形编程系统软件的开发
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ｃａｌｃｕｌａｔｅｓ ｔｒａｃｋ ｏｆｔｏｏｌｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙｓ ｈｏｗ ｔｈｅ ｔｏｏｌｓ
ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｍｏｖｅ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｉｆ
ａｒｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ，ｕｓｅｒｓ
Ｃａｎ
ｇｅｔ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｏｄｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ １Ｙｌａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ
签名
靼日期
鲨堂丛
关于论文使用授权的说明
本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文． （保密的论文在解密后应遵守此规定）
第１章绪论
第１章绪论
１．１课题来源及背景
北京工业大学工学硕士学位论文
ＣＮＣ），集成了计算机技术、自动控制技术、测量技术、机械制造方面的最新成就， 机械加工的效率和质量得到突飞猛进的提高【”。八十年代，ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展 使得以数控机床为基础的现代制造技术（ＭＣ、ＦＭＳ、ＣＩＭＳ）应用前景更为广阔， 给制造业带来了翻天覆地的变化，促进了自工业革命以来生产率又一次的飞跃。随 着计算机应用技术的发展，机械行业面Ｉ商着严峻的考验，同时也面临着新的曙光和 发展机遇。 利用计算机控制数控机床进行加工使得零件的加工变得十分的方便，很大程度 上节约了人力和物力的使用，使得工业自动化程度更高。但是在自动编程系统出现 之前都是采用人工编制的方法进行编制数控机床程序，不但准确性不高，而且大大 制约了生产率的提高，不利于自动化程度的提高。这就给我们带来了一个新的问题， 即如何更加准确、更加高效的编制数控机床程序。这使数控机床自动编程系统的出 现成为必然。因此自动编程系统的开发成为众多专业技术人员研究的方向之一。
ｉｎｔｅｆｆａｃｅ．
Ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ
ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ ｐａｒｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｉｄｅｄ—ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ
ｔｏ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＳＯ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ａｎｄ
ｏｐｅｒａｔｏｒｓ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ
ｉｔ
Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｔｈｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｐｅｄ ｗｉｔｈ
ＶＣ＋＋ｂａｓｅｄ
ＭＦＣ
ｌｉｂｒａｒｙ，ａｎｄ ｉｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＤ
ａｎｄ ＣＡＭ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｉｓ
ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆｔｗｏ ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｓｔ．
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ＣＡＤ／ＣＡＭ；ＮＣ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ；Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ；Ｆｅａｔｕｒｅ Ｍｏｄｅｌ
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果．尽我所知，除了文中持别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料．与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意．
ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ
ｒｏｕｔｅ
ｍａｋｅ
ｓｕｒｅ
ｐａｒｔ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ
ｕｓｅｒｓ
ｔｈｒｏｕｇｈ
ｍａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｓｅｌｅｃｔｓ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｆｔｅｒ
ｕｓｅｒｓ
ａｎｄ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎａｌｌｙ ｓｅｔｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－
制造业是我国国民经济的支柱产业，是国民经济发展的先导部门。振兴制造业 是启动我国经济新高潮的杠杆，且实践己证明，先进的技术装备与先进的制造技术 是振兴制造业的系统工程中重要的组成部分【Ｉ】。 随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求目益强烈，产品更新越来 越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空工业、汽车工业和 轻工业消费产品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高； 此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方 法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此， 近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控加工技术得到 了迅速的发展和广泛的应用，使制造技术发生了根本性的变化。努力发展数控加工 技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进， 是当前机械制造业发展的方向。 数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高 生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件 的自动化９ｎ３－＿，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省 人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应 能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备 工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（ＣＡＤ）、和计算机辅助 制造（ＣＡＭ）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断的提高【２】。 自１９５２年第一台数控机床问世至今，数控系统经历了两个阶段，发展到第六代 产品了。第一个阶段是ＮＣ（数控）阶段，其主要包括电子管、晶体管小规模集成 电路系统；第二个阶段是ＣＮＣ（计算机数控）阶段，其主要包括小型计算机，微处 理器和ＰＣ机系统。现今的数控系统，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统 正朝黄以通用微机（个人计算机ＰＣ）为基础、体系结构开放和智能化的方向发展。 机床计算机数控技术是本世纪７０年代发ｎｄ ＣＡＭ．
ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｕｐ ｆｅａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒａｃｔ ｗｉｔｈ
ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆｐａｒｔｓ ｃｕｔｔｅｄ
０１＂１
ｔｈｅ
Ｌａｔｈｅ．Ｔｈｅｎ
ｕｓｅｒｓ
ｓｙｓｔｅｍ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｍａｎ・ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｆｉｎｉｓｈ ｔｈｅ
因此运用装备cadcm一体化集成形式的软件的数控图形编程系统编程人员基本上是将零件图照搬给计算机无需再对图形信息进行转换可以最大限度地减少人为错误最大限度地提高了编程效率和质量更重要的是由于图形编程系统是从被加工零件的工序图来生成nc加工指令单由于cad的结果是图形故可利用cad系统进行工件的设计然后经过cam生成用于数控机床加工的程序代码
关键字：ＣＡＤ／ＣＡＭ：数控图形编程；特征模型；参数化模型
北京工业大学工学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＮＣ Ｐｒｏｇｒａｎｋｍｉｎｇ ｉｓ ｐｌａｙｓ
ａｌｌ
ｏｎｅ
ｏｆ ｌｏｏｐｓ ｗｈｉｃｈ ｂｅｎｅｆｉｔ
ｍｏｓｔｌｙ ｏｆ ＣＡＤ／ＣＡＭ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓ，ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ
１．２
ＣＡＤＩＣＡＭ技术的发展概况
在机械制造领域中，随着市场经济的发展，用户对各类产品的质量，产品更新
换代的速度，以及产品从设计、制造到投放市场的周期都提出了越来越高的要求。 在当今高效益、高效率、高技术竞争的时代，要适应瞬息万变的市场要求，提高产 品质量，缩短生产周期，就必须采用先进的制造技术。计算机技术与机械制造技术 相互结合与渗透，产生了计算机辅助设计与辅助制造这样一门综合性的应用技术， 简称ＣＡＤ／ＣＡＭ。它具有高智力、知识密集、综合性强、效益高等特点，是当今世 界上科技领域的前沿课题１１…。ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展，不仅改变了人们设计、制造 各种产品的常规方式，有利于发挥设计人员的创造性，还将提高企业的管理水平和 市场竞争能力。
摘要
数控编程是目前ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设 计加工自动化、提高加：ｉ：精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作 用。随着计算机应用技术的发展，数控编程目前基本上是采用基于ＣＡＤ／ＣＡＭ软件 的图形编程技术，即数控图形编程。 本文主要介绍针对数控车床的图形编程系统开发。此系统是基于ＭＦＣ类库，利 用ＶＣ＋＋进行开发的，是一个ＣＡＤ／ＣＡＭ集成一体化的数控车床图形编程系统，它 主要由两大功能模块构成：图形绘制（ＣＡＤ）和辅助加工（ＣＡＭ）。 系统根据数控车床加工零件的特征，建立了零件的特征模型。用户通过系统的 人机交互界面，完成零件轮廓的特征输入，经过数据处理，建立轮廓的参数化模型。 通过系统提供的图形编辑工具，最终确定零件轮廓图形。用户根据已绘制的图形， 交互选择加工方式、加工路线，并进行加工参数的设置，然后由系统根据用户的初 始设置计算出刀位轨迹，并进行轨迹动态仿真，最终输出数控车床的加工代码。 此系统通过人机交互完成数控车床加工零件的设计和辅助加工，极大的方便了 设计师和操作人员，提高了生产效率，降低了生产成本。
ＣＡＤ／ＣＡＭ，ＳＯ
Ｌａｔｈｅ．Ｔｈｅ
ｏｎ
ｉｔ ｎｏｗ ｉｓ
ｃａｌｌｅｄ
ＮＣ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｔ ｔｈｅ ＮＣ
ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｉｍｅｄ
ＮＣ Ｇｒａｐｈｉｃ
线与刀具表面的交点。这样编制的程序还必须通过数据转换接口或制备控制介质， 变成数控系统能读取的信息，再送入数控系统。 数控编程是目前ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设 计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作 用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用【４】。由于生产实际的强烈需 求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
１．１．１数控编程基本概念
所谓数控编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以 及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全 过程，简而言之，也是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是 计算加工走刀中的刀位点（ｃｕａｅｒ
ｌｏｃａｔｉｏｎ
ｐｏｉｎｔ简称ＣＬ点），刀位点一般取刀具轴
１．１．２课题来源及意义
近二十年来，随着计算机技术的发展，计算机辅助设计（ＣＡＤ）与制造（ＣＡＭ）
逐渐走向成熟。目前以ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化集成形式的软件己成为数控加工自动编程
系统的主流ｎ这些软件可以采用人机交互方式对零件的几何模型进行绘制、编辑、
第１荦绪论
和修改，从而得到零件的几何模型。然后对机床和刀具进行定义和选择，确定刀具 相对于零件表面的运动方式、切削加工参数，以便能生成刀具轨迹。最后经过后置 处理，即按照特定机床规定的文件格式生成加工程序【”。某些软件还具有ｍＹ－轨迹 的仿真功能，己用于验证走刀轨迹和加工程序的正确性。使用这类软件对加工程序 的生成和修改都非常方便，大大提高了编程效率｛”。 因此，运用装备ＣＡＤ／Ｃ—～Ｍ一体化集成形式的软件的数控图形编程系统，编程 人员基本上是将零件图“照搬”给计算机，无需再对图形信息进行转换，可以最大 限度地减少人为错误，最大限度地提高了编程效率和质量，更重要的是，由于图形 编程系统是从被加工零件的工序图来生成ＮＣ加工指令单，由于ＣＡＤ的结果是图 形，故可利用ＣＡＤ系统进行工件的设计，然后经过ＣＡＭ生成用于数控机床加工的 程序代码。因此，图形编程是ＣＡＤ／ＣＡＭ集成化的必然要求，是自动编程系统的发 展方向【８】【９１。 本课题是根据北京凯奇数控设备成套有限公司的要求而形成的，它的主要内容 就是开发一个针对数控车床的ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化集成软件。因为此软件要求安装在 数控系统中，它对操作系统资源的占用率提出了较高的要求，而现有的ＣＡＤ／Ｃ肘讧 一体化集成软件，虽然功能强大，但它们占用系统的资源比较多，不适合直接移植 到数控系统中。
ｉｎｐｕｔ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ
ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｐａｒｔ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｄａｔａ ａｎｄ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｂｙ ｅｄｉｔ ｔｏｏｌｓ ｔｈａｔ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓ，Ｕｓｅｒｓ
ｑｕａｆｉｔｙ＇ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｃｙｃｌｅ．Ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮＣ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｎｏｗ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ａｄｏｐｔｓ Ｇｒａｐｈｉｃ
Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｍｏｖｅ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｉｆ
ａｒｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ，ｕｓｅｒｓ
Ｃａｎ
ｇｅｔ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｏｄｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ １Ｙｌａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ
签名
靼日期
鲨堂丛
关于论文使用授权的说明
本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文． （保密的论文在解密后应遵守此规定）
第１章绪论
第１章绪论
１．１课题来源及背景
北京工业大学工学硕士学位论文
ＣＮＣ），集成了计算机技术、自动控制技术、测量技术、机械制造方面的最新成就， 机械加工的效率和质量得到突飞猛进的提高【”。八十年代，ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展 使得以数控机床为基础的现代制造技术（ＭＣ、ＦＭＳ、ＣＩＭＳ）应用前景更为广阔， 给制造业带来了翻天覆地的变化，促进了自工业革命以来生产率又一次的飞跃。随 着计算机应用技术的发展，机械行业面Ｉ商着严峻的考验，同时也面临着新的曙光和 发展机遇。 利用计算机控制数控机床进行加工使得零件的加工变得十分的方便，很大程度 上节约了人力和物力的使用，使得工业自动化程度更高。但是在自动编程系统出现 之前都是采用人工编制的方法进行编制数控机床程序，不但准确性不高，而且大大 制约了生产率的提高，不利于自动化程度的提高。这就给我们带来了一个新的问题， 即如何更加准确、更加高效的编制数控机床程序。这使数控机床自动编程系统的出 现成为必然。因此自动编程系统的开发成为众多专业技术人员研究的方向之一。
ｉｎｔｅｆｆａｃｅ．
Ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ
ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ ｐａｒｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｉｄｅｄ—ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ
ｔｏ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＳＯ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ａｎｄ
ｏｐｅｒａｔｏｒｓ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ
ｉｔ
Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｔｈｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｐｅｄ ｗｉｔｈ
ＶＣ＋＋ｂａｓｅｄ
ＭＦＣ
ｌｉｂｒａｒｙ，ａｎｄ ｉｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＤ
ａｎｄ ＣＡＭ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｉｓ
ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆｔｗｏ ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｓｔ．
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ＣＡＤ／ＣＡＭ；ＮＣ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ；Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ；Ｆｅａｔｕｒｅ Ｍｏｄｅｌ
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果．尽我所知，除了文中持别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料．与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意．
ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ
ｒｏｕｔｅ
ｍａｋｅ
ｓｕｒｅ
ｐａｒｔ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ
ｕｓｅｒｓ
ｔｈｒｏｕｇｈ
ｍａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｓｅｌｅｃｔｓ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｆｔｅｒ
ｕｓｅｒｓ
ａｎｄ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎａｌｌｙ ｓｅｔｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－
制造业是我国国民经济的支柱产业，是国民经济发展的先导部门。振兴制造业 是启动我国经济新高潮的杠杆，且实践己证明，先进的技术装备与先进的制造技术 是振兴制造业的系统工程中重要的组成部分【Ｉ】。 随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求目益强烈，产品更新越来 越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空工业、汽车工业和 轻工业消费产品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高； 此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方 法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此， 近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控加工技术得到 了迅速的发展和广泛的应用，使制造技术发生了根本性的变化。努力发展数控加工 技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进， 是当前机械制造业发展的方向。 数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高 生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件 的自动化９ｎ３－＿，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省 人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应 能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备 工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（ＣＡＤ）、和计算机辅助 制造（ＣＡＭ）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断的提高【２】。 自１９５２年第一台数控机床问世至今，数控系统经历了两个阶段，发展到第六代 产品了。第一个阶段是ＮＣ（数控）阶段，其主要包括电子管、晶体管小规模集成 电路系统；第二个阶段是ＣＮＣ（计算机数控）阶段，其主要包括小型计算机，微处 理器和ＰＣ机系统。现今的数控系统，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统 正朝黄以通用微机（个人计算机ＰＣ）为基础、体系结构开放和智能化的方向发展。 机床计算机数控技术是本世纪７０年代发ｎｄ ＣＡＭ．
ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｕｐ ｆｅａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒａｃｔ ｗｉｔｈ
ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆｐａｒｔｓ ｃｕｔｔｅｄ
０１＂１
ｔｈｅ
Ｌａｔｈｅ．Ｔｈｅｎ
ｕｓｅｒｓ
ｓｙｓｔｅｍ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｍａｎ・ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｆｉｎｉｓｈ ｔｈｅ
因此运用装备cadcm一体化集成形式的软件的数控图形编程系统编程人员基本上是将零件图照搬给计算机无需再对图形信息进行转换可以最大限度地减少人为错误最大限度地提高了编程效率和质量更重要的是由于图形编程系统是从被加工零件的工序图来生成nc加工指令单由于cad的结果是图形故可利用cad系统进行工件的设计然后经过cam生成用于数控机床加工的程序代码
关键字：ＣＡＤ／ＣＡＭ：数控图形编程；特征模型；参数化模型
北京工业大学工学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＮＣ Ｐｒｏｇｒａｎｋｍｉｎｇ ｉｓ ｐｌａｙｓ
ａｌｌ
ｏｎｅ
ｏｆ ｌｏｏｐｓ ｗｈｉｃｈ ｂｅｎｅｆｉｔ
ｍｏｓｔｌｙ ｏｆ ＣＡＤ／ＣＡＭ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓ，ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ
１．２
ＣＡＤＩＣＡＭ技术的发展概况
在机械制造领域中，随着市场经济的发展，用户对各类产品的质量，产品更新
换代的速度，以及产品从设计、制造到投放市场的周期都提出了越来越高的要求。 在当今高效益、高效率、高技术竞争的时代，要适应瞬息万变的市场要求，提高产 品质量，缩短生产周期，就必须采用先进的制造技术。计算机技术与机械制造技术 相互结合与渗透，产生了计算机辅助设计与辅助制造这样一门综合性的应用技术， 简称ＣＡＤ／ＣＡＭ。它具有高智力、知识密集、综合性强、效益高等特点，是当今世 界上科技领域的前沿课题１１…。ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展，不仅改变了人们设计、制造 各种产品的常规方式，有利于发挥设计人员的创造性，还将提高企业的管理水平和 市场竞争能力。
摘要
数控编程是目前ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设 计加工自动化、提高加：ｉ：精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作 用。随着计算机应用技术的发展，数控编程目前基本上是采用基于ＣＡＤ／ＣＡＭ软件 的图形编程技术，即数控图形编程。 本文主要介绍针对数控车床的图形编程系统开发。此系统是基于ＭＦＣ类库，利 用ＶＣ＋＋进行开发的，是一个ＣＡＤ／ＣＡＭ集成一体化的数控车床图形编程系统，它 主要由两大功能模块构成：图形绘制（ＣＡＤ）和辅助加工（ＣＡＭ）。 系统根据数控车床加工零件的特征，建立了零件的特征模型。用户通过系统的 人机交互界面，完成零件轮廓的特征输入，经过数据处理，建立轮廓的参数化模型。 通过系统提供的图形编辑工具，最终确定零件轮廓图形。用户根据已绘制的图形， 交互选择加工方式、加工路线，并进行加工参数的设置，然后由系统根据用户的初 始设置计算出刀位轨迹，并进行轨迹动态仿真，最终输出数控车床的加工代码。 此系统通过人机交互完成数控车床加工零件的设计和辅助加工，极大的方便了 设计师和操作人员，提高了生产效率，降低了生产成本。
ＣＡＤ／ＣＡＭ，ＳＯ
Ｌａｔｈｅ．Ｔｈｅ
ｏｎ
ｉｔ ｎｏｗ ｉｓ
ｃａｌｌｅｄ
ＮＣ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｔ ｔｈｅ ＮＣ
ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｉｍｅｄ
ＮＣ Ｇｒａｐｈｉｃ
线与刀具表面的交点。这样编制的程序还必须通过数据转换接口或制备控制介质， 变成数控系统能读取的信息，再送入数控系统。 数控编程是目前ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设 计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作 用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用【４】。由于生产实际的强烈需 求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
１．１．１数控编程基本概念
所谓数控编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以 及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全 过程，简而言之，也是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是 计算加工走刀中的刀位点（ｃｕａｅｒ
ｌｏｃａｔｉｏｎ
ｐｏｉｎｔ简称ＣＬ点），刀位点一般取刀具轴
１．１．２课题来源及意义
近二十年来，随着计算机技术的发展，计算机辅助设计（ＣＡＤ）与制造（ＣＡＭ）
逐渐走向成熟。目前以ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化集成形式的软件己成为数控加工自动编程
系统的主流ｎ这些软件可以采用人机交互方式对零件的几何模型进行绘制、编辑、
第１荦绪论
和修改，从而得到零件的几何模型。然后对机床和刀具进行定义和选择，确定刀具 相对于零件表面的运动方式、切削加工参数，以便能生成刀具轨迹。最后经过后置 处理，即按照特定机床规定的文件格式生成加工程序【”。某些软件还具有ｍＹ－轨迹 的仿真功能，己用于验证走刀轨迹和加工程序的正确性。使用这类软件对加工程序 的生成和修改都非常方便，大大提高了编程效率｛”。 因此，运用装备ＣＡＤ／Ｃ—～Ｍ一体化集成形式的软件的数控图形编程系统，编程 人员基本上是将零件图“照搬”给计算机，无需再对图形信息进行转换，可以最大 限度地减少人为错误，最大限度地提高了编程效率和质量，更重要的是，由于图形 编程系统是从被加工零件的工序图来生成ＮＣ加工指令单，由于ＣＡＤ的结果是图 形，故可利用ＣＡＤ系统进行工件的设计，然后经过ＣＡＭ生成用于数控机床加工的 程序代码。因此，图形编程是ＣＡＤ／ＣＡＭ集成化的必然要求，是自动编程系统的发 展方向【８】【９１。 本课题是根据北京凯奇数控设备成套有限公司的要求而形成的，它的主要内容 就是开发一个针对数控车床的ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化集成软件。因为此软件要求安装在 数控系统中，它对操作系统资源的占用率提出了较高的要求，而现有的ＣＡＤ／Ｃ肘讧 一体化集成软件，虽然功能强大，但它们占用系统的资源比较多，不适合直接移植 到数控系统中。
ｉｎｐｕｔ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ
ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｐａｒｔ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｄａｔａ ａｎｄ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｂｙ ｅｄｉｔ ｔｏｏｌｓ ｔｈａｔ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓ，Ｕｓｅｒｓ
ｑｕａｆｉｔｙ＇ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｃｙｃｌｅ．Ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮＣ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｎｏｗ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ａｄｏｐｔｓ Ｇｒａｐｈｉｃ
Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ