基于MATLAB的CAD/CAM技术研究
摘要
数控技术是集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、液压气动技术、光机电技术于一体的新型制造技术。近年来，随着Internet的飞速发展它又融入了网络通讯技术，从而打破了传统加工的地域限制，为实现异地协调设计与制造奠定了基础，同时也对制造过程提出了新的要求。然而现有的许多CAD／CAM软件大多是在单台计算机上运行，无法支持基于Internet的异地协调设计以及实施网络化加工制造的要求。
本文以常见的数控系统FANUC-0系列为研究对象，利用该机床配有的RS-232C串行接口作为通讯口，以MATLAB7.1作为开发工具，进行了以下几个方面的研究：
(1)采用基于可视化界面的MATLAB7.1作为开发平台，进行用户界面设计和CAD／CAM功能模拟，其中加强了草图方面的功能，开发了数控加工程序的自动编程软件。
(2)开发了微机与FANUC-0数控系统之间的通讯模块，通过JAVA SOCKET技术实现代码文件的传输。
(3)把由其他CAD软件生成的图形文件通过前置处理转换为DXF图元格式文件，再通过JAVA输入流输入到MATLAB环境的变量空间，实现了对已有CAD资源的共享。
(4)通过CAM模块数控加工仿真，对CAD图形进行处理，生成数控代码；并运用JAVA输出流技术保存为文本，为远程传输和加工做好准备。
根据本文的研究内容与成果，成功开发了基于网络的数控自动编程系统，并且以应用实例验证了设计方案与算法的可行性与正确性。
The numerical control technology is a new manufacture technology which is the collection of traditional machine manufacture technology, the computer technology, the group technology, the modern control technology, the sensing technology, the information-processing technology, the hydraulic pressure and air-operated technology and the light-mechanical-electrical technology. In recent years, as the Internet technique rapidly developed, it melts into the network communication technology and breaks the regional limit of traditional processing, which paved the way for the realization of coordinating the design with the manufacture in different places, at the same time, it puts forward new requests for the manufacture process. However, some current CAD/CAM software are used in single computer, which are unable to achieve the request for the coordination of design in different places as well as the implementation of network processing.
This article takes the common numerical control system FANUC-0 and its series as the research targets, taking the advantages of the embedded serial interface RS-232C used for communication, MATLAB7.1 for development kit, and also it conducts several researches as following:
(1) Taking the MATLAB7.1 as develop platform, we carry on the design of customer interface and the functional simulation of CAD/CAM, where we strengthen the drawing of draft, and also we develop automatic programming software of numerical control processing.
(2) We develop the communication interface between computer and FANUC-0 numerical control system; transport the numerical control code file by JAVA SOCKET technique.
(3) Transform the graphic file produced by other CAD software into the DXF, then put into the MATLAB variable space by JAVA inputstream, so we can share the existing resources.
(4) By the numerical control processing simulation with CAM, we deal with the CAD graphics and generate the numerical control code. Then save the code into text by JAVA outputstream, which is prepared for the long-distance transmission.
Finally, according to the research achievement, we develop successfully the automatic programming system based on network, and give an application example to prove the correct and feasibility of design algorithm.
本文以常见的数控系统FANUC-0系列为研究对象，利用该机床配有的RS-232C串行接口作为通讯口，以MATLAB7.1作为开发工具，进行了以下几个方面的研究：
(1)采用基于可视化界面的MATLAB7.1作为开发平台，进行用户界面设计和CAD／CAM功能模拟，其中加强了草图方面的功能，开发了数控加工程序的自动编程软件。
(2)开发了微机与FANUC-0数控系统之间的通讯模块，通过JAVA SOCKET技术实现代码文件的传输。
(3)把由其他CAD软件生成的图形文件通过前置处理转换为DXF图元格式文件，再通过JAVA输入流输入到MATLAB环境的变量空间，实现了对已有CAD资源的共享。
(4)通过CAM模块数控加工仿真，对CAD图形进行处理，生成数控代码；并运用JAVA输出流技术保存为文本，为远程传输和加工做好准备。
根据本文的研究内容与成果，成功开发了基于网络的数控自动编程系统，并且以应用实例验证了设计方案与算法的可行性与正确性。
The numerical control technology is a new manufacture technology which is the collection of traditional machine manufacture technology, the computer technology, the group technology, the modern control technology, the sensing technology, the information-processing technology, the hydraulic pressure and air-operated technology and the light-mechanical-electrical technology. In recent years, as the Internet technique rapidly developed, it melts into the network communication technology and breaks the regional limit of traditional processing, which paved the way for the realization of coordinating the design with the manufacture in different places, at the same time, it puts forward new requests for the manufacture process. However, some current CAD/CAM software are used in single computer, which are unable to achieve the request for the coordination of design in different places as well as the implementation of network processing.
This article takes the common numerical control system FANUC-0 and its series as the research targets, taking the advantages of the embedded serial interface RS-232C used for communication, MATLAB7.1 for development kit, and also it conducts several researches as following:
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(4) By the numerical control processing simulation with CAM, we deal with the CAD graphics and generate the numerical control code. Then save the code into text by JAVA outputstream, which is prepared for the long-distance transmission.
Finally, according to the research achievement, we develop successfully the automatic programming system based on network, and give an application example to prove the correct and feasibility of design algorithm.
引文
[1] 齐从谦．制造业信息化导论[M]．北京：中国宇航出版社，2003．
[2] 齐从谦．支持产品变型设计的装配模型建模方法研究．机械工程学报，2003．4，32～37．
[3] 齐从谦、崔琼瑶．基于参数化技术的CAD关键技术的研究．机械工程学报，2003．4，34-37．
[4] 吕新安、林美、齐从谦．MATLAB环境下WEDM自动编成及实现．电加工与模具，2006．12，21-24．
[5] 杨济民等．机械CAD／CAE／CAM软件系统现状综述[J]：计算机辅助设计与制造，1995．11：18-22．
[6] 程刚等．CAD／CAM集成系统中CAD模型信息的检取：计算机应用，2002．3：71-74．
[7] 吴凤祥，许坤．用JAVA实现Socket通讯模型[J]：现代电子技术，2001(6)：47-49．
[8] 冀晓红，穆世宏．基于特征的零件CAD系统设计：机械设计与制造，2004．2：33-35．
[9] 刘传亮，陆建德．AutoCAD DXF文件格式与二次开发图形软件编程：微机发展，2004(9)：78-83．
[10] 盛伯浩．我国数控技术现状与技术发展策略：现代金属加工，2005(6)：38-45．
[11] 文广，马宏伟．数控技术的现状及发展趋势：机械工程师，2003(1)：9-12．
[12] 数控加工远程通信系统：电脑开发与应用，2001(3)：23-30．
[13] 张智星．MATLAB程序设计与应用[M]．北京：清华大学出版社，2002．
[14] 戴君等．开放式数控系统的体系结构探讨[J]．机械工程师，2002(7)：62-65．
[15] 韩江等．网络数控系统的概念及其技术内容[J]：中国机械工程，2001(10)：73-76．
[16] 苏吉昌．JAVA语言程序设计．北京：清华大学出版社，2002．6：82-93．
[17] 葛研军．数控加工网络化DNC通讯系统：控制与检测，2004-9：55-57．
[18] 王凯，陈泳章．通用串行总线(USB)数据传输模式．计算机工程与设计，2002．10：52-55．
[19] 樊巍，高有行．通用串行总线的开发设计．计算机工程与设计，2002：9：50-54．
[20] James Gosling等著．JAVA应用程序设计接口．北京：北京大学出版社，1997：92-113．
[21] Bruce Eckel著．JAVA编程思想．北京：机械工业出版社，1999：223-280．
[22] 王克宏主编．JAVA软件包的使用．北京：清华大学出版社，1997：22-45．
[23] 肖刚等编著．JAVA GUI程序设计．北京：清华大学出版社．1998：62-79．
[24] 张志涌等编著．掌握和精通MATLAB．北京：北京航空航天大学出版社，1997：12-45．
[25] Duane Hanselman，Bruse Littlefield著．精通MATLAB：综合辅导与指南．西安：西安交通大学出版社，1998．
[26] 高俊斌编著．MATLAB5.0语言与程序设计．武汉：华中理工大学出版社，1999．
[27] 姚东等编著．MATLAB命令大全．北京：人民邮电出版社，2000：77-89．
[28] 许兆丰等编译．数控铣床编程与操作．北京：中国劳动出版社，1994：23-36．
[29] 宾鸿赞．加工过程数控．武汉：华中理工大学出版社，1999．
[30] 林洁主编．数控加工程序编制．北京：航空工业出版社，1993：9-22．
[31] 郝汉林主编．DXF中文开发文档详解．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996
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