0 引言

VBA是一种自动化语言， 结合相应的图形软件， 它可以按照用户的要求， 自动地生成一系列的动作指令。微软开发的图形设计软件AutoCAD， 由于其具有丰富的方便、 快捷的绘图工具， 使得该软件在机械制造行业、 建筑行业中得到了广泛的应用。

本文以VBA为开发语言， 依托AutoCAD强大的绘图功能，设计并开发了数控仿真软件。该软件根据用户编写的数控程序， 在自定义的毛坯中， 通过刀具的移动完成材料的切削， 进而实现零件的加工。所有这些过程， 均以三维图形的方式进行动态显示， 可以将数控程序加工的细节详实、 直观地展现在用户面前。利用该软件可以极大地减小零件试切的损失， 对于提高生产效率具有积极作用。

1 仿真系统结构设计

根据实际零件加工的操作顺序， 数控加工仿真程序设置了零件定义、 程序调用、 刀具选择等功能。系统的顶层功能结构如图1所示。

本仿真系统可通过两个对话框定义毛坯的长L、 宽W、 高H、 工作坐标系X、 Y、 Z以及刀具的规格直径Ф、 对刀长度L用户可通过一个文件对话窗体选择数控程序PRO。具体的窗体界面如图2所示。

2 算法规划与完成

2.1 VBA引入衔接AutoCAD

选用面向目标的程序规划办法, 运用 Visual Basic 在AutoCAD2005上用VBA技能进行二次开发, 可以较好地完成体系程序参数化绘图。

VBA是经过AutoCAD ActiveX Automation接口来树立和AutoCAD目标间的联络。ActiveX是树立在COM目标模型之上的一个标准通信协议， 它答应目标之间经过必定的接口相互通信。而AutoCAD ActiveX提供在AutoCAD外操控编程的机制， 经过运用AutoCAD目标， 完成对AutoCAD的操控。

2.2 刀具切削实现

在数控机床完成零件加工过程中， 主要涉及到两种基本的加工路径， 它们分别是直线运动、 圆弧运动。

对于直线加工模型， 主要是定义加工的起点AA和终点B。移动刀具的对刀点在AA和BB之间， 我们利用均匀直线插补算法求得； 刀具和毛坯重合部分， 可以借助对毛坯执行布尔运算生成， 以示零件被切削部分。模型如图3所示。

圆弧加工模型， 由于曲线的复杂性和G02、 G03圆弧插补加工方式选择的需要， 在确定加工特征信息时应包括： 起点SA、SB、 SC、 终点EA、 EB、 EC、 半径R， 顺时针G02、 逆时针G03。圆弧生成的变种可以由角度参与确定， 对于加工整圆分为： 顺时针、 逆时针两种。

在整个加工模型的建立中， 圆弧加工涵盖了加工的各种基本情况， 因此圆弧加工设计是系统实现的关键。圆弧加工模型如图4所示。

下面是基于VBA开发的部分圆弧加工程序：

……

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 实体加工模型

AutoCAD具有很强的图形绘制能力， 利用该软件的三维图形绘制命令可以轻松绘制逼真的实体模型。

本系统利用自定义的加工函数完成实体模型的加工， 用户只要给定加工所必须的信息， 就可以实现零件的自动加工。自定义函数的原型如下：

arcsolidtrace s(0), s(1), s(2), e1(0), e1(1), e1(2), radius, R,

H, boxObj, cylinderobj, G02G03

函数名称为arcsolidtrace， 圆弧的起点的三维坐标值为s(0), s(1), s(2)， 圆弧终点三维坐标值为e1(0), e1(1), e1(2)， 圆弧半径为radius， 刀具半径为R,对刀长度为H,零件毛坯实体为boxObj， 刀具实体为cylinderobj， 加工方向为G02G03。

程序依照数控圆弧加工规律和给定的参数值， 判断加工路径并完成零件毛坯的布尔运算。部分程序代码如下：

……

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 应用实例

应用本系统， 用户只需要选择毛坯类型， 定义毛坯尺寸， 定义刀具规格， 输入编写好的数控程序， 即可验证数控程序的正确性。

例如， 用户定义一个矩形毛坯， 和一个半径为10个单位的外形铣刀， 加工一个五角星的案例， 其加工完成后的效果如图6所示。

4 结束语

利用VBA对AutoCAD的二次开发， 实现了数控程序加工的三维仿真。仿真系统不但利用了VBA的数学计算功能， 更发挥了CAD的三维图形功能， 使得数控仿真达到了逼真、 直观的效果， 提高了数控加工程序验证效率和准确率。

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