數(shù)控平面圓軌跡插補程序設計課程設計

1、<p>　　數(shù)控專業(yè)方向綜合課程設計說明書</p><p>　　數(shù)控平面圓軌跡插補程序設計課程設計</p><p>　　2015年 11 月27日</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　設計題目： 數(shù)控平面圓軌跡插補程序設計 </p&g

2、t;<p><b>　　應完成的項目：</b></p><p>　?。?）分析平面圓插補的原理及算法； </p><p>　　（2）擬定設計方案、設計步驟，畫出總體系統(tǒng)功能構架框圖，并設計出用戶操作界面； </p><p>　　（3）基于熟悉的高級語言編程；

3、 </p><p>　?。?）完善軟件界面和軟件調試； </p><p>　　（5）撰寫說明書。 </p

4、><p><b>　　參考資料以及說明：</b></p><p>　?。?）羅春華.數(shù)控加工工藝簡明教程[M].北京：北京理工大學出版社，2010. </p><p>　?。?）翟瑞波.數(shù)控加工工藝[M]，北京：北京理工大學出版社， 2010. </p><p>　?。?）趙長明. 數(shù)控加工工藝及設備 [M].北

5、京：高等教育出版社出版社，2008. </p><p>　?。?）符煒.實用切削加工手冊[M].長沙：湖南科學技術出版社，2003. </p><p>　　（5）張秀珍，馮偉.數(shù)控加工課程設計指導[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2010. </p><p>　　本設計任務書于2015年 10月 13日發(fā)出，應于2015年11月 27日前完成

6、，然后進行答辯。</p><p>　　指導教師 簽發(fā) 2015 年10 月 13日</p><p><b>　　課程設計評語：</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><

7、p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p><b>　　1.1插補概述2</b></p><p>　　1.2插補的分類2</p><p>　　第二章 設計語言的選擇5</p><p>　　2.1Visual Basic簡介5</p><p>　　

8、2.2本設計選擇該語言的原因5</p><p>　　第三章 插補計算及程序匯編7</p><p>　　3.1算法公式的計算7</p><p>　　3.2程序的匯編7</p><p>　　第四章 軟件設計10</p><p>　　4.1對象屬性10</p><p>　　4.2運行仿真

9、13</p><p><b>　　設計總結16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　附錄18</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控技術

10、是數(shù)控機床的關鍵，而機床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術是插補。在所需的路徑或輪廓上的兩個已知點間，根據(jù)某一數(shù)學函數(shù)確定其中多個中間點位置的運動過程稱為插補。數(shù)字積分法插補是增量插補的一種，它是用數(shù)字積分的方法計算刀具沿各坐標軸的移動量，從而使刀具沿著設定的曲線運動。實現(xiàn)數(shù)字積分插補計算的裝置稱為數(shù)字積分器，或數(shù)字微分器，數(shù)字積分器可以用軟件來實現(xiàn)。 </p><p>　　本論文介紹了插補的基本原理和分類；主要說明了數(shù)字積分法

11、的直線插補原理，將其插補過程和算法進行了更進一步的討論。通過對Visual Basic語言特點的分析，鑒于VB操作的可視化開發(fā)環(huán)境等優(yōu)點，故本文采用了VB設計語言進行平面圓插補過程的模擬。 </p><p>　　關鍵詞: 數(shù)控技術；數(shù)字積分；平面圓插補；VB</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　數(shù)控的廣泛含義

12、是指對流程工業(yè)的過程控制和對離散工業(yè)運動控制而言的，機床數(shù)控僅僅是運動控制中的一種類型。數(shù)控技術的問世已有40多年的歷史，它是由機械學、控制論、電子學、計算機科學四大基礎學科發(fā)展起來的一門綜合性的新型學科。數(shù)控技術是數(shù)控機床的關鍵 , 而機床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術是插補。在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)要解決控制刀具與工件運動軌跡的問題。在所需的路徑或輪廓上的兩個已知點間，根據(jù)某一數(shù)學函數(shù)確定其中多個中間點位置的運動過程稱為插補。插補的任務就是根據(jù)進

13、給速度的要求，完成輪廓起點和終點之間中間點的坐標值計算。對于輪廓控制系統(tǒng)來說，插補運算是最重要的運算任務。插補對機床控制必須是實時的。插補運算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補計算精度又影響到整個CNC系統(tǒng)的精度。人們一直在努力探求計算速度快且計算精度高的插補算法。</p><p><b>　　1.1插補概述</b></p><p>　　機床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術是插補。

14、在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)要解決控制刀具與工件運動軌跡的問題。在所需的路徑或輪廓上的兩個已知點間，根據(jù)某一數(shù)學函數(shù)確定其中多個中間點位置的運動過程稱為插補。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)這些坐標值控制刀具或工件的運動，實現(xiàn)數(shù)控加工。插補的實質是根據(jù)有限的信息完成“數(shù)據(jù)密化”的工作。</p><p>　　數(shù)控加工程序提供了刀具運動的起點、終點和運動軌跡，而刀具怎么從起點沿運動軌跡走向終點則有主控系統(tǒng)的插補裝置或插補軟件來控制。實際加工中

15、，被加工零件的輪廓種類很多，嚴格來說，為了滿足加工要求，刀具軌跡應該準確的按零件的輪廓形狀生成。然而，對于復雜的曲線輪廓，直接計算刀具運功軌跡非常復雜，計算工作量很大，不能滿足數(shù)控加工的實時控制要求。因此，在實際應用中，使用一小段直線或圓弧去逼近（或稱為擬合）零件的輪廓曲線，即通常所說的直線和圓弧插補。某些高性能的數(shù)控系統(tǒng)中，還具有拋物線、螺旋線插補功能。</p><p><b>　　1.2插補的分類&

16、lt;/b></p><p>　　在早期的數(shù)控系統(tǒng)中，插補是由專門設計的硬件數(shù)字電路完成的。而在現(xiàn)代計算機數(shù)控(Computerized Numerical Control ,CNC)系統(tǒng)中，常用的插補實現(xiàn)方法有兩種：一種有硬件和軟件的組合來實現(xiàn)；另一種全部采用軟件實現(xiàn)。 </p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)中完成插補運算的裝置或程序稱為插補器，根據(jù)插補器的結構可分為硬件插補器、軟件插補器

17、和軟、硬件結合插補器二種類型[2]。早期NC系統(tǒng)的插補運算由硬接線的數(shù)字電路裝置來完成，稱為硬件插補，其結構復雜，成本較高。在CNC系統(tǒng)中插補功能一般由計算機程序來完成，稱為軟件插補。由于硬件插補具有速度高的特點，為了滿足插補速度和精度的要求，現(xiàn)代CNC系統(tǒng)也采用軟件與硬件相結合的方法，由軟件完成粗插補，由硬件完成精插補。 </p><p>　　由于直線和圓弧是構成零件輪廓的基本線型，因此CNC系統(tǒng)一般都具有直線

18、插補和圓弧插補兩種基本類型，在二坐標以上聯(lián)動的CNC系統(tǒng)中，一般還具有螺旋線插補和其它線型插補。為了方便對各種曲線、曲面的直接加工，人們一直研究各種曲線的插補功能，在一些高擋CNC系統(tǒng)中，己經出現(xiàn)了拋物線插補、漸開線插補、弦線插補、樣條曲線插補、球面螺旋線插補以及曲面直接插補等功能。</p><p>　　圖1.1 插補的類型及采用的計算方法</p><p>　　插補的任務就是根據(jù)進給速度的

19、要求，完成輪廓起點和終點之間中間點的坐標值計算。對于輪廓控制系統(tǒng)來說，插補運算是最重要的運算任務。插補對機床控制必須是實時的。插補運算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補計算精度又影響到整個CNC系統(tǒng)的精度。人們一直在努力探求計算速度快且計算精度高的插補算法。目前普遍應用的插補算法分為兩大類，如圖1.1，如下做簡要介紹。</p><p><b>　?。?）基準脈沖插補</b></p>

20、;<p>　　基準脈沖插補又稱為脈沖增量插補或行程標量插補，其特點是每次插補結束僅向各運動坐標軸輸出一個控制脈沖，因此各坐標僅產生一個脈沖當量或行程的增量。脈沖序列的頻率代表坐標運動的速度，而脈沖的數(shù)量代表運動位移的大小。這類插補運算簡單，容易用硬件電路來實現(xiàn)，早期的硬件插補都是采用這類方法，在日前的CNC系統(tǒng)中原來的硬件插補功能可以用軟件來實現(xiàn)，但僅適用于一些中等速度和中等精度的系統(tǒng)，便要用于步進電機驅動的開環(huán)系統(tǒng)。也有

21、的數(shù)控系統(tǒng)將其用做數(shù)據(jù)采樣插補中的精插補?；鶞拭}沖插補的方法很多，主要有逐點比較法、數(shù)字積分法、脈沖乘法器等等。應用較多的是逐點比較法和數(shù)字積分法。 </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)采樣插補 </p><p>　　數(shù)據(jù)采樣插補又稱數(shù)字增量插補、時間分割插補或時間標量插補，其運算采用時間分割思想，根據(jù)編程的進給速度將輪廓曲線分割為每個插補周期的進給直線段(又稱輪廓步長)，以此來逼近輪廓曲線。

22、數(shù)控裝置將輪廓步長分解為各坐標軸的插補周期進給量，作為命令發(fā)送給伺服驅動裝置。伺服系統(tǒng)按位移檢測采樣周期采集實際位移量，并反饋給插補器進行比較完成閉環(huán)控制。伺服系統(tǒng)中指令執(zhí)行過程實質也是數(shù)據(jù)密化工作。閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)都采用數(shù)據(jù)采樣插補方法，它能滿足控制速度和精度的要求。數(shù)據(jù)采樣插補方法很多，主要有時間分割法、擴展DDA等。但都基于的思想。</p><p><b>　　設計語言的選擇</b>

23、;</p><p>　　2.1Visual Basic簡介</p><p>　　VB是Visual Basic的簡稱，是由美國微軟公司于1991年開發(fā)的一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅

24、動的編程機制、新穎易用的可視化設計工具，使用Windows內部的廣泛應用程序接口（API）函數(shù)，動態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統(tǒng)。</p><p>　　2.2本設計選擇該語言的原因</p><p>　?。?）可視化開發(fā)環(huán)境 </p><p>

25、;　　BASIC(Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code)語言是計算機發(fā)展史上應用最為廣泛的計算機語言。Visual Basic是在原BASIC語言的基礎上發(fā)展起來的。Visual是指開發(fā)圖形用戶界面GUI(Graphics User Interface)的方法。1998年Microsoft公司推出了Windows操作系統(tǒng)。其開發(fā)的圖形用戶界面，給用戶使用計算機帶來了極大的方便，用

26、戶可以用鼠標單擊或拖動相應的圖標，即可完成各種操作。這些有點很快贏得用戶的青睞。 </p><p>　　在Visual Basic集成開發(fā)環(huán)境中，程序員可以完成設計界面、編寫代碼和調試程序這三個程序步驟。同時它還可以把應用程序編譯成可執(zhí)行文件，直至把所開發(fā)的應用程序制作成安裝光盤，以便能夠在安裝Visual Basic系統(tǒng)的Windows環(huán)境中運行,因此使用Visual Basic開發(fā)應用程序的效率很高。 <

27、;/p><p>　?。?)事件驅動的編程機制 </p><p>　　傳統(tǒng)的程序設計語言采用面向過程的方法，其特點是采用事先設計的順序進行工作，只有當程序滿足某些特定的條件時，才改變執(zhí)行程序，程序執(zhí)行過程中用戶無權干預程序的執(zhí)行。這種方式有時給設計和應用帶來很大不便。 </p><p>　　Visual Basic采用了面向“對象”的設計思想。所謂“對象”就是一個可以操作

28、的實體，如窗體和窗體中的控件，如：按鈕文、本框等控件。每個對象都能響應多個不同的事件，如：按鈕事件、鍵盤事件等。每個事件都可以驅動一段代碼，該段代碼用于執(zhí)行用戶的某種任務，我們稱這種機制為事件驅動。這些引發(fā)某個事件來驅動的子程序，在Visual Basic中稱為“過程”。由于這樣的應用程序代碼較短，使得程序既易于編程又易于維護。 </p><p>　　（3)高度的可擴充性 </p><p>

29、;　　Visual Basic是一種高度可擴充性語言，除自身強大的功能外，還支持第三方軟件商為擴充功能而開發(fā)的可視化控件；支持訪問動態(tài)鏈接庫DLL(Dynamic Link Library)、以改善Visual Basic在對硬件控制和低級方面的不足；支持訪問應用程序接口（Application Program Interface，簡稱API）。在Windows操作系統(tǒng)中，包含了1000多個功能強大、經過嚴格測試的API函數(shù)，供程序員編

30、程時直接調用。</p><p>　　Visual Basic提供了訪問和調用這些API函數(shù)的能力，充分利用這些API函數(shù)，可以大大提高Visual Basic的功能，并可實現(xiàn)Visual Basic語言本身不能實現(xiàn)的特殊功能。 </p><p>　?。?）開放的數(shù)據(jù)庫功能 </p><p>　　Visual Basic除上述主要功能外，還有強大的數(shù)據(jù)庫管理功能，利用

31、數(shù)據(jù)庫控件不僅可以訪問MS Access還可以訪問VF、Paradox等。利用Visual Basic的開放式數(shù)據(jù)連接ODBC(Open Database Connectivity)，可以通過直接訪問或簡歷連接的方式使用并操作后臺大型網絡數(shù)據(jù)庫，如SQL Server等。 </p><p>　　（5）網絡開發(fā)功能 </p><p>　　Visual Basic提供了DHTML(Dynami

32、c HTML)設計工具，可動態(tài)的創(chuàng)建和編輯Web頁面，使用戶能夠開發(fā)多功能的網絡應用軟件。 </p><p><b>　　插補計算及程序匯編</b></p><p>　　3.1算法公式的計算</p><p>　　已知半徑為r，圓心位置為（xs,ys）,默認從點（sx+t,ys）開始逆時針畫整圓，運動時間為t,勻速運動，插補周期為T。</p

33、><p><b>　　則求出算法公式為</b></p><p><b>　　s</b></p><p><b>　　插補次數(shù) </b></p><p>　　i=0,1,2,3，......</p><p><b>　　3.2程序的匯編</b&

34、gt;</p><p>　　根據(jù)算法公式用程序匯編，程序如下：</p><p>　　Option Explicit</p><p>　　Private Sub Command1_Click()</p><p><b>　　'參數(shù)初始化</b></p><p>　　Dim r%, t1%,

35、t2%</p><p>　　r = InputBox("請輸入圓半徑r")</p><p>　　t1 = InputBox("請輸入活動時間t")</p><p>　　t2 = InputBox("請輸入插補周期T")</p><p>　　Text1.Text = r</p&g

36、t;<p>　　Text2.Text = t1</p><p>　　Text3.Text = t2</p><p>　　Picture1.Scale (-125, 125)-(125, -125) '建立坐標系</p><p>　　Picture1.Line (0, 100)-(0, -100)</p>&l

37、t;p>　　Picture1.Line (-100, 0)-(100, 0)</p><p><b>　　'初始化參數(shù)</b></p><p>　　Dim dx#(360), dx1#(360)</p><p>　　Dim dy#(360), dy1#(360)</p><p>　　Dim X0#, Y0#

38、, X1#, Y1#, X2#, Y2#, X11#, Y11</p><p>　　Dim g#, m#, j#, i#, k#, b#</p><p>　　Const pi = 3.141592653</p><p>　　For j = 2 To 360</p><p>　　dx(j) = r * Cos(j * pi / 180)<

39、/p><p>　　dy(j) = -r * Sin(j * pi / 180)</p><p>　　dx1(j) = dx(j) / 2</p><p>　　dy1(j) = dy(j) / 2 '按比例定義參數(shù)值</p><p><b>　　Next j</b></p><p>　　

40、9;輸出理論、實際輪廓線圖像及坐標值'</p><p>　　X0 = r: Y0 = 0</p><p>　　i = t1 / t2</p><p>　　k = 360 / i</p><p><b>　　b = 0</b></p><p>　　For g = 2 To 360</p

41、><p><b>　　m = g - 1</b></p><p><b>　　'求理論輪廓線</b></p><p>　　X2 = dx(g)</p><p>　　Y2 = dy(g)</p><p>　　X1 = dx(m)</p><p>　　

42、Y1 = dy(m)</p><p>　　Picture1.Line (X0, Y0)-(X1, Y1) '輸出理論輪廓線圖</p><p>　　Picture1.Line (X1, Y1)-(X2, Y2)</p><p>　　If b < i Then</p><p>　　X11 = dx(b * k)</p&

43、gt;<p>　　Y11 = dy(b * k)</p><p>　　Text4.Text = Text4.Text & " X" & b & "=" & X11 & " Y " & b & "=" & Y11 & " "

44、 & vbCrLf '輸出理論、實際輪廓線坐標值</p><p><b>　　b = b + 1</b></p><p><b>　　End If</b></p><p>　　X0 = X2: Y0 = Y2</p><p><b>　　Next g</b>

45、</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub VScroll1_Change()</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Timer1_Timer()</p><p>

46、<b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Command2_Click()</p><p><b>　　End</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Form_Load()&

47、lt;/p><p><b>　　End Sub</b></p><p><b>　　軟件設計</b></p><p><b>　　4.1對象屬性</b></p><p>　　在VB程序設計中，首先是要按問題的需求在窗體界面上添加相應的控件，要有一個完整的VB界面，控件對象的屬性又是

48、不可或缺的，所以，在編程的開始，本文先對所用到的的控件屬性做了逐一說明。新建一個窗體及添加相應控件如圖4.1，窗體內部控件及本身的屬性如圖4.2、圖4.3、圖4.4、圖4.5和圖4.6所示。 </p><p><b>　　圖4.1 窗體外觀</b></p><p>　　圖4.2控件（輸入參數(shù)）對象屬性 圖4.3控件（退出）對象屬性</p>&l

49、t;p>　　圖4.4窗體對象屬性 圖4.5圖形區(qū)對象屬性 </p><p>　　圖4.6參數(shù)框對象屬性 </p><p><b>　　4.2運行仿真</b></p><p>　　本設計的核心就是軟件實現(xiàn)數(shù)字積分的圓插補，以下是在VB6.0平臺下該軟件仿</p><p><b&g

50、t;　　真的截圖。</b></p><p>　　圖4.1為系統(tǒng)摸擬界面界面,單擊“輸入參數(shù)”進入參數(shù)輸入環(huán)境,一共要輸入三個參數(shù)，第一個參數(shù)為“圓半徑”如圖4.7，第二個參數(shù)為“活動時間”如圖4.8，第三個參數(shù)為“活動周期”如圖4.9，第三個輸入參數(shù)完成，自動模擬出數(shù)字積分法平面圓插補的的軌跡如圖4.10。 單擊“退出”,退出該軟件。</p><p><b>　　圖4

51、.7圓半徑參數(shù)</b></p><p>　　圖4.8活動時間參數(shù)</p><p>　　圖4.9插補周期參數(shù)</p><p><b>　　圖4.10插補軌跡</b></p><p><b>　　設計總結</b></p><p>　　本設計基本達到了設計目的。利用VB

52、軟件實現(xiàn)數(shù)字積分的圓插補功能，通過合理的利用VB與插補的關系，使該VB工程具有了一定可觀的性能。 </p><p>　　我通過對數(shù)控插補方面的認真學習研究，深刻理解了插補在數(shù)控的重要性及基本原理和實現(xiàn)過程，在VB的基礎上利用該軟件實現(xiàn)了對插補的控制。在這次設計中,我總結了大學四年的所學的專業(yè)知識,合理地利用其中一些與課程設計相關的書籍,使自己模糊籠統(tǒng)的理論有了一點小小的成果。在設計的過程中對插補原理的理解不斷的深

53、入，使我深刻體驗了“書讀百遍，其義自見”的道理。這次設計使我更加了解了VB的程序設計過程，能更見熟練的運用VB做一些實際可用的東西，感覺到了知識的力量。</p><p>　　總之，這次課程設計使我收獲很多、學會很多、比以往更有耐心很多。課程設計是一個重要的教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運用工

54、具書的能力，把我們所學的課本知識與實踐結合起來，起到溫故而知新的作用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 朱曉春.數(shù)控技術.第二版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008 </p><p>　　[2] 吳祖育，等.數(shù)控機床[M].第2版.上海:上海科技出版社,1990 </p><p&g

55、t;　　[3] 孫竹.數(shù)控機床編程于操作[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996 </p><p>　　[4] 雷學東,朱曉春.數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].南京:南京大學出版社,1996</p><p>　　[5] 袁可、楊毅.Visual Basic 程序設計[M].中國農業(yè)出版社,2007 </p><p>　　[6] 張建剛.數(shù)控技術[M].武漢:華中科技大學出版社,

56、2000 </p><p>　　[7] 王令其、張思弟.數(shù)控加工技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006 </p><p>　　[8] 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床[M].北京:國防工業(yè)出版社,2003 </p><p>　　[9] 劉瑞新. Visual Basic 程序設計教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006 </p><p>　　[10

57、] 王洪.數(shù)控加工程序編制[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[11] 李恩林.數(shù)控系統(tǒng)插補原理通論[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,2007 </p><p>　　[12] 劉瑞新,汪遠征. Visual Basic 程序設計教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005 </p><p>　　[13] 朱從旭. Visual Basic 程