面向切割机的CAD、CAM系统
作者：苏州中航长风 | 来源：www.szcfedm.com | 浏览次数：
介绍一个由图形向数控切割代码转换的CAD/CAM系统及系统的实现方法，详细阐述了从图形中提取各种数据文件的设计过程，通过实际运行，该系统稳定可靠，获得了良好的经济效益。
1 问题的提出
我国计算机应用在船舶建造方面已经有了很大发展，在船舶结构电算方面有一套完整的系统但随着计算机应用的发展，为了更进一步提高船舶的建造速度，缩短造船周期，对现有的船体结构计算系统提出了更高的要求。一方面对于有些船体零件用现有的描述方法显得过于繁琐；另一方面要修改一个零件就要找出原始的零件描述语句，再逐条修改，这样也觉得十分麻烦；再有就是管子的后续开孔工作往往是船体零件都计算完且套好料才进行的，这相当于从修改船体零件开始，全部重新做一遍，这在时间上根本不允许。该系统能够将由AutoCAD生成的图形直接转换成数控切割机的数切代码。这样，工作就十分方便，非常直观，并且工作效率也大大提高。
2 系统的组成及实现方法
面向切割机的CAD/CAM由3个部分组成，即①套料图形的数据提取；②提取后的数据整理计算，生成EIA格式或ESSI格式的数切代码，计算各种管理数据信息；③上述两种代码的屏幕校验。
套料图形的数据提取是用AutoLISP语言编写的。它对图形的绘制有一定的要求，如船体结构零件的内孔要用蓝色，结构零件的外形要用黑色，零件上的划线要用绿色等等这样，就可以根据不同的颜色提取不同的数据，并且把这些数据存放在不同的文件中，系统会自动显示出切割顺序号及在零件的起点做出标记，用户可以根据自己的意愿，调整零件的切割顺序和改变零件切割起点位置。
提取出的数据因作图方法及需要的不同，它的排列是不规则的。系统将这些数据根据零件内外形的不同进行排队整理，最终将零件的内孔整理成连续的封闭的顺时针方向排列的样条数据。
同样，对划线数据也要整理成合理的、连续排列的样条数据然后计算构件的面积、切割长度、划线长度、套料板的利用率、空走长度、重量等等。在计算机中，对每个构件进行缩放即加切割补偿量，作出切割引线。根据需要，生成EIA格式或ESSI格式的切割代码。这部分程序是用VisualBasic语言编写。
屏幕图形校验程序也是用AutoLISP语言编写。它是将EIA格式或ESSI格式的代码转换成图形显示在屏幕上，并且将图形还原成原始图形的颜色。
3 系统设计思想
系统的总体设计思想见图1-3
图1数据提取程序框图
系统的实现主要需解决以下几个问题。
3.1 数据文件的建立
需要建立哪些数据文件。这些数据文件的格式又各是什么形式的，这往往是系统首要解决的问题。而且它也从一定程度上决定了系统的设计思想和系统的处理方法。
本系统建立有以下几个主要文件：
*****.INF该文件为一张套料板的总体信息文件。它记录了套料板中所有的零件名称、板材尺寸、零件的切割顺序号、零件切割起点的位置。这个文件是系统运行过程中自动产生的。它起着指挥较个系统运作的作用，它可以按照用户对切割顺序的要求，去调动各个结构零件，也是构造管理数据库的基础数据。
*****.RIB该文件是划线的数据文件。系统把一张板上的所有画线都集中存放在这个文件里。记录了每一条划线线段的起点坐标、末点坐标和线段的半径。若是直线，则半径为零。系统允许划线可以是一段直线、一段圆弧、一个整圆或一段曲线。系统在运行时，按照用户的要求，如果需要划线，就会首先调用处理这个文件。
*****.TEX该文件是写字的数据文件。系统把一张板上的所有字都集中存放在这个文件里。记录了写字的位置、字的角度、字的高度和文字内容。系统在运行时，按照用户的要求，如果需要写字，就会调用处理这个文件。
图2 计算程序框图
图3 校验程序框图
*****##这是每一个零件的数据文件。文件名中前面的*****是套料板号(前面介绍的文件与此相同)。##是该零件的切割顺序号。这个文件名不是零件的真实名字，它与真正的零件名有一个对应关系。这种一一对应关系就记录在文件*****.INF中。这样设计文件名，就解决了一张板中相同零件名的各个构件数据不被覆盖的问题。文件中，前面存放该零件的内孔数据，后面存放该零件的外形数据。系统进行计算处理时，就是取自这些文件中的数据。
3.2 数据的提取
从图形中提取数据。是按照由AutoLISP语言提供的方法，对图形数据库操作来得到。提取出的数据按照上述的各个文件存放。
3.3 数据的整理
提取的数据，对于每个图形单元都能得到它们的起末点坐标和半径，但是，图形的单元与单元之间不一定是首尾相连的，因而，它的原始排列很可能是杂乱无章的。系统对此是这样来处理的：判别二条线的末点是否相同，若相同，则将后一段线的起末点交换位置；判别二条线段的起点是否相同，若相同，则将前一段线起末点交换位置；判别前一条线段的起点与后一条线段的末点是否相同，若相同，则将二条线段的起末点各自分别交换位置。系统可以将图形相连但数据不是相邻数据段处理成相连的，然后，再将这些数据申联起来，按照一定的要求，整理成顺时针排列或者逆时针排列的样条数据。
3.4 应用实例及效果
该系统开发完成后，在推广应用之前，首先进行了大量的实船数据测试，受到了使用人员的欢迎。在天津造船公司建造的香港27000t船全部采用了这套系统。过去修改一个零件，从修改、计算、绘图到最后完成，需要一二个小时，现在只需几分钟就可以完成。工作效率明显大大提高，使用效果很好。图4-8为香港 27000t船底部分的套料实例。
图4香港270001船底部分段套料图实例
图5套料图中的零件写字要用蓝色
图6套料图中的零件划线要用绿色
图7套料图中的零件内孔要用蓝色
图8套料图中的零件外形要用黑色
4 结束语
本文介绍的CAD/CAM系统所要处理的图形来源可以是多方面的，如：可以是徒手用AutoCAD绘图生成，也可以是某一船舶建造系统所生成的CAD图形。该系统配置了EIA格式和ESSI格式，但对于其它的各种切割机，只要按它的切割代码要求，可以方便地作相应变换。
