数控专业方向综合课程设计数控平面圆轨迹插补程序设计课程设计

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1、数控专业方向综合课程设计说明书数控平面圆轨迹插补程序设计课程设计学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 2012级机械2班 学生姓名 指导老师 2015年 11 月27日课 程 设 计 任 务 书兹发给 2012级机械工程及自动化2 班学生 邱艺坤 课程设计任务书，内容如下：1 设计题目： 数控平面圆轨迹插补程序设计 2 应完成的项目：（1）分析平面圆插补的原理及算法； （2）拟定设计方案、设计步骤，画出总体系统功能构架框图，并设计出用户操作界面； （3）基于熟悉的高级语言编程； （4）完善软件界面和软件调试； （5）撰写说明书。 3 参考资料以及说明：（1）罗春华.数控加工工

2、艺简明教程M.北京：北京理工大学出版社，2010. （2）翟瑞波.数控加工工艺M，北京：北京理工大学出版社， 2010. （3）赵长明. 数控加工工艺及设备 M.北京：高等教育出版社出版社，2008. （4）符炜.实用切削加工手册M.长沙：湖南科学技术出版社，2003. （5）张秀珍，冯伟.数控加工课程设计指导M 北京：机械工业出版社，2010. 4 本设计任务书于2015年 10月 13日发出，应于2015年11月 27日前完成，然后进行答辩。指导教师 签发 2015 年10 月 13日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：年 月 日目录摘 要1第一章 绪论21.1插补概述21.2插

3、补的分类2第二章 设计语言的选择52.1Visual Basic简介52.2本设计选择该语言的原因5第三章 插补计算及程序汇编73.1算法公式的计算73.2程序的汇编7第四章 软件设计104.1对象属性104.2运行仿真13设计总结16参考文献17附录181摘 要 数控技术是数控机床的关键，而机床数控系统的核心技术是插补。在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置的运动过程称为插补。数字积分法插补是增量插补的一种，它是用数字积分的方法计算刀具沿各坐标轴的移动量，从而使刀具沿着设定的曲线运动。实现数字积分插补计算的装置称为数字积分器，或数字微分器，数字积分器可以用

4、软件来实现。 本论文介绍了插补的基本原理和分类；主要说明了数字积分法的直线插补原理，将其插补过程和算法进行了更进一步的讨论。通过对Visual Basic语言特点的分析，鉴于VB操作的可视化开发环境等优点，故本文采用了VB设计语言进行平面圆插补过程的模拟。 关键词: 数控技术；数字积分；平面圆插补；VB18第一章 绪论数控的广泛含义是指对流程工业的过程控制和对离散工业运动控制而言的，机床数控仅仅是运动控制中的一种类型。数控技术的问世已有40多年的历史，它是由机械学、控制论、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性的新型学科。数控技术是数控机床的关键 , 而机床数控系统的核心技术是插补

5、。在数控加工中，数控系统要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置的运动过程称为插补。插补的任务就是根据进给速度的要求，完成轮廓起点和终点之间中间点的坐标值计算。对于轮廓控制系统来说，插补运算是最重要的运算任务。插补对机床控制必须是实时的。插补运算速度直接影响系统的控制速度，而插补计算精度又影响到整个CNC系统的精度。人们一直在努力探求计算速度快且计算精度高的插补算法。1.1插补概述机床数控系统的核心技术是插补。在数控加工中，数控系统要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其

6、中多个中间点位置的运动过程称为插补。数控系统根据这些坐标值控制刀具或工件的运动，实现数控加工。插补的实质是根据有限的信息完成“数据密化”的工作。数控加工程序提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则有主控系统的插补装置或插补软件来控制。实际加工中，被加工零件的轮廓种类很多，严格来说，为了满足加工要求，刀具轨迹应该准确的按零件的轮廓形状生成。然而，对于复杂的曲线轮廓，直接计算刀具运功轨迹非常复杂，计算工作量很大，不能满足数控加工的实时控制要求。因此，在实际应用中，使用一小段直线或圆弧去逼近（或称为拟合）零件的轮廓曲线，即通常所说的直线和圆弧插补。某些高性能的数控系

7、统中，还具有抛物线、螺旋线插补功能。1.2插补的分类在早期的数控系统中，插补是由专门设计的硬件数字电路完成的。而在现代计算机数控(Computerized Numerical Control ,CNC)系统中，常用的插补实现方法有两种：一种有硬件和软件的组合来实现；另一种全部采用软件实现。 数控系统中完成插补运算的装置或程序称为插补器，根据插补器的结构可分为硬件插补器、软件插补器和软、硬件结合插补器二种类型2。早期NC系统的插补运算由硬接线的数字电路装置来完成，称为硬件插补，其结构复杂，成本较高。在CNC系统中插补功能一般由计算机程序来完成，称为软件插补。由于硬件插补具有速度高的特点，为了满足

8、插补速度和精度的要求，现代CNC系统也采用软件与硬件相结合的方法，由软件完成粗插补，由硬件完成精插补。 由于直线和圆弧是构成零件轮廓的基本线型，因此CNC系统一般都具有直线插补和圆弧插补两种基本类型，在二坐标以上联动的CNC系统中，一般还具有螺旋线插补和其它线型插补。为了方便对各种曲线、曲面的直接加工，人们一直研究各种曲线的插补功能，在一些高挡CNC系统中，己经出现了抛物线插补、渐开线插补、弦线插补、样条曲线插补、球面螺旋线插补以及曲面直接插补等功能。逐点比较法基准脉冲插补数字积分法插补脉冲乘法器 时间分割法数据采样插补插补 扩展DDA图1.1 插补的类型及采用的计算方法插补的任务就是根据进给

9、速度的要求，完成轮廓起点和终点之间中间点的坐标值计算。对于轮廓控制系统来说，插补运算是最重要的运算任务。插补对机床控制必须是实时的。插补运算速度直接影响系统的控制速度，而插补计算精度又影响到整个CNC系统的精度。人们一直在努力探求计算速度快且计算精度高的插补算法。目前普遍应用的插补算法分为两大类，如图1.1，如下做简要介绍。（1）基准脉冲插补基准脉冲插补又称为脉冲增量插补或行程标量插补，其特点是每次插补结束仅向各运动坐标轴输出一个控制脉冲，因此各坐标仅产生一个脉冲当量或行程的增量。脉冲序列的频率代表坐标运动的速度，而脉冲的数量代表运动位移的大小。这类插补运算简单，容易用硬件电路来实现，早期的硬

10、件插补都是采用这类方法，在日前的CNC系统中原来的硬件插补功能可以用软件来实现，但仅适用于一些中等速度和中等精度的系统，便要用于步进电机驱动的开环系统。也有的数控系统将其用做数据采样插补中的精插补。基准脉冲插补的方法很多，主要有逐点比较法、数字积分法、脉冲乘法器等等。应用较多的是逐点比较法和数字积分法。 （2）数据采样插补 数据采样插补又称数字增量插补、时间分割插补或时间标量插补，其运算采用时间分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期的进给直线段(又称轮廓步长)，以此来逼近轮廓曲线。数控装置将轮廓步长分解为各坐标轴的插补周期进给量，作为命令发送给伺服驱动装置。伺服系统按位移检测

11、采样周期采集实际位移量，并反馈给插补器进行比较完成闭环控制。伺服系统中指令执行过程实质也是数据密化工作。闭环或半闭环控制系统都采用数据采样插补方法，它能满足控制速度和精度的要求。数据采样插补方法很多，主要有时间分割法、扩展DDA等。但都基于的思想。第2章 设计语言的选择2.1Visual Basic简介VB是Visual Basic的简称，是由美国微软公司于1991年开发的一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK相媲美。在Visual Basic环

12、境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，动态链接库（DLL）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。2.2本设计选择该语言的原因（1）可视化开发环境 BASIC(Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code)语言是计算机发展史上应用最为广泛的计算机语言。Visual Basic是在原BASIC语言的基础上发展起来的。Visual是指开发图形用户界面GUI(Graphics

13、User Interface)的方法。1998年Microsoft公司推出了Windows操作系统。其开发的图形用户界面，给用户使用计算机带来了极大的方便，用户可以用鼠标单击或拖动相应的图标，即可完成各种操作。这些有点很快赢得用户的青睐。 在Visual Basic集成开发环境中，程序员可以完成设计界面、编写代码和调试程序这三个程序步骤。同时它还可以把应用程序编译成可执行文件，直至把所开发的应用程序制作成安装光盘，以便能够在安装Visual Basic系统的Windows环境中运行,因此使用Visual Basic开发应用程序的效率很高。 （2)事件驱动的编程机制 传统的程序设计语言采用面向过

14、程的方法，其特点是采用事先设计的顺序进行工作，只有当程序满足某些特定的条件时，才改变执行程序，程序执行过程中用户无权干预程序的执行。这种方式有时给设计和应用带来很大不便。 Visual Basic采用了面向“对象”的设计思想。所谓“对象”就是一个可以操作的实体，如窗体和窗体中的控件，如：按钮文、本框等控件。每个对象都能响应多个不同的事件，如：按钮事件、键盘事件等。每个事件都可以驱动一段代码，该段代码用于执行用户的某种任务，我们称这种机制为事件驱动。这些引发某个事件来驱动的子程序，在Visual Basic中称为“过程”。由于这样的应用程序代码较短，使得程序既易于编程又易于维护。 （3)高度的可

15、扩充性 Visual Basic是一种高度可扩充性语言，除自身强大的功能外，还支持第三方软件商为扩充功能而开发的可视化控件；支持访问动态链接库DLL(Dynamic Link Library)、以改善Visual Basic在对硬件控制和低级方面的不足；支持访问应用程序接口（Application Program Interface，简称API）。在Windows操作系统中，包含了1000多个功能强大、经过严格测试的API函数，供程序员编程时直接调用。Visual Basic提供了访问和调用这些API函数的能力，充分利用这些API函数，可以大大提高Visual Basic的功能，并可实现Vis

16、ual Basic语言本身不能实现的特殊功能。 （4）开放的数据库功能 Visual Basic除上述主要功能外，还有强大的数据库管理功能，利用数据库控件不仅可以访问MS Access还可以访问VF、Paradox等。利用Visual Basic的开放式数据连接ODBC(Open Database Connectivity)，可以通过直接访问或简历连接的方式使用并操作后台大型网络数据库，如SQL Server等。 （5）网络开发功能 Visual Basic提供了DHTML(Dynamic HTML)设计工具，可动态的创建和编辑Web页面，使用户能够开发多功能的网络应用软件。 第3章 插补计算

17、及程序汇编3.1算法公式的计算已知半径为r，圆心位置为（xs,ys）,默认从点（sx+t,ys）开始逆时针画整圆，运动时间为t,匀速运动，插补周期为T。则求出算法公式为s插补次数 i=0,1,2,3，.3.2程序的汇编 根据算法公式用程序汇编，程序如下：Option ExplicitPrivate Sub Command1_Click()'参数初始化Dim r%, t1%, t2%r = InputBox("请输入圆半径r")t1 = InputBox("请输入活动时间t")t2 = InputBox("请输入插补周期T")T

18、ext1.Text = rText2.Text = t1Text3.Text = t2Picture1.Scale (-125, 125)-(125, -125) '建立坐标系Picture1.Line (0, 100)-(0, -100)Picture1.Line (-100, 0)-(100, 0) '初始化参数Dim dx#(360), dx1#(360)Dim dy#(360), dy1#(360)Dim X0#, Y0#, X1#, Y1#, X2#, Y2#, X11#, Y11Dim g#, m#, j#, i#, k#, b#Const pi = 3.14159

19、2653For j = 2 To 360dx(j) = r * Cos(j * pi / 180)dy(j) = -r * Sin(j * pi / 180)dx1(j) = dx(j) / 2dy1(j) = dy(j) / 2 '按比例定义参数值Next j'输出理论、实际轮廓线图像及坐标值'X0 = r: Y0 = 0i = t1 / t2k = 360 / ib = 0For g = 2 To 360m = g - 1'求理论轮廓线X2 = dx(g)Y2 = dy(g)X1 = dx(m)Y1 = dy(m)Picture1.Line (X0, Y0)

20、-(X1, Y1) '输出理论轮廓线图Picture1.Line (X1, Y1)-(X2, Y2)If b < i Then X11 = dx(b * k) Y11 = dy(b * k) Text4.Text = Text4.Text & " X" & b & "=" & X11 & " Y " & b & "=" & Y11 & " " & vbCrLf '输出理论、实际轮廓线坐标值 b

21、= b + 1End IfX0 = X2: Y0 = Y2Next gEnd SubPrivate Sub VScroll1_Change()End SubPrivate Sub Timer1_Timer()End SubPrivate Sub Command2_Click()EndEnd SubPrivate Sub Form_Load()End Sub第4章 软件设计4.1对象属性在VB程序设计中，首先是要按问题的需求在窗体界面上添加相应的控件，要有一个完整的VB界面，控件对象的属性又是不可或缺的，所以，在编程的开始，本文先对所用到的的控件属性做了逐一说明。新建一个窗体及添加相应控件如图4

22、.1，窗体内部控件及本身的属性如图4.2、图4.3、图4.4、图4.5和图4.6所示。 图4.1 窗体外观 图4.2控件（输入参数）对象属性 图4.3控件（退出）对象属性 图4.4窗体对象属性 图4.5图形区对象属性 图4.6参数框对象属性 4.2运行仿真本设计的核心就是软件实现数字积分的圆插补，以下是在VB6.0平台下该软件仿真的截图。图4.1为系统摸拟界面界面,单击“输入参数”进入参数输入环境,一共要输入三个参数，第一个参数为“圆半径”如图4.7，第二个参数为“活动时间”如图4.8，第三个参数为“活动周期”如图4.9，第三个输入参数完成，自动模拟出数字积分法平面圆插补的的轨迹如图4.10。

23、 单击“退出”,退出该软件。图4.7圆半径参数图4.8活动时间参数图4.9插补周期参数 图4.10插补轨迹设计总结本设计基本达到了设计目的。利用VB软件实现数字积分的圆插补功能，通过合理的利用VB与插补的关系，使该VB工程具有了一定可观的性能。 我通过对数控插补方面的认真学习研究，深刻理解了插补在数控的重要性及基本原理和实现过程，在VB的基础上利用该软件实现了对插补的控制。在这次设计中,我总结了大学四年的所学的专业知识,合理地利用其中一些与课程设计相关的书籍,使自己模糊笼统的理论有了一点小小的成果。在设计的过程中对插补原理的理解不断的深入，使我深刻体验了“书读百遍，其义自见”的道理。这次设计使

24、我更加了解了VB的程序设计过程，能更见熟练的运用VB做一些实际可用的东西，感觉到了知识的力量。总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。参考文献 1 朱晓春.数控技术.第二版M.北京:机械工业出版社,2008 2 吴祖育，等.数控机床M.第2版.上海:上海科技出版社,1990 3 孙竹.数控机床编程于操作M.北京:机械工业出版社

25、,1996 4 雷学东,朱晓春.数控原理与系统M.南京:南京大学出版社,19965 袁可、杨毅.Visual Basic 程序设计M.中国农业出版社,2007 6 张建刚.数控技术M.武汉:华中科技大学出版社,2000 7 王令其、张思弟.数控加工技术M.北京:机械工业出版社,2006 8 王爱玲.现代数控机床M.北京:国防工业出版社,2003 9 刘瑞新. Visual Basic 程序设计教程M.北京:电子工业出版社,2006 10 王洪.数控加工程序编制M. 北京:国防工业出版社,200211 李恩林.数控系统插补原理通论M. 北京:国防工业出版社,2007 12 刘瑞新,汪远征. Visual Basic 程序设计教程M.北京:机械工业出版社,2005 13 朱从旭. Visual Basic 程序设计综合教程M.北京:清华大学出版社,2005 附录程序（见光盘）