用数学方程描述的非圆曲线的轮廓数值计算
非圆弧曲线计算公式
非圆弧曲线计算公式在数学和工程领域中，曲线是一种非常重要的概念，它们可以用来描述各种各样的现象和物体。
在实际应用中，我们经常会遇到各种各样的曲线，其中包括非圆弧曲线。
非圆弧曲线是指那些不能用圆弧来描述的曲线，它们可能是由多个不同的曲线段组成的，也可能是由一些特殊的曲线方程所描述的。
在本文中，我们将讨论一些常见的非圆弧曲线，并给出它们的计算公式。
1. 抛物线。
抛物线是一种非常常见的曲线，它的数学描述是一个二次方程。
一般来说，抛物线的标准方程可以写成，y=ax^2+bx+c，其中a、b和c是常数。
根据这个方程，我们可以计算出抛物线上任意一点的坐标，从而可以对抛物线进行各种各样的分析和应用。
2. 椭圆。
椭圆是另一种常见的非圆弧曲线，它的数学描述是一个二次方程。
椭圆的标准方程可以写成，(x-h)^2/a^2+(y-k)^2/b^2=1，其中(a,b)是椭圆的半长轴和半短轴的长度，(h,k)是椭圆的中心点的坐标。
通过这个方程，我们可以计算出椭圆上任意一点的坐标，从而可以对椭圆进行各种各样的分析和应用。
3. 双曲线。
双曲线是一种非常特殊的曲线，它的数学描述是一个二次方程。
双曲线的标准方程可以写成，(x-h)^2/a^2-(y-k)^2/b^2=1，其中(a,b)是双曲线的半长轴和半短轴的长度，(h,k)是双曲线的中心点的坐标。
通过这个方程，我们可以计算出双曲线上任意一点的坐标，从而可以对双曲线进行各种各样的分析和应用。
4. 抛物线。
抛物线是一种非常常见的曲线，它的数学描述是一个二次方程。
一般来说，抛物线的标准方程可以写成，y=ax^2+bx+c，其中a、b和c是常数。
根据这个方程，我们可以计算出抛物线上任意一点的坐标，从而可以对抛物线进行各种各样的分析和应用。
5. 椭圆。
椭圆是另一种常见的非圆弧曲线，它的数学描述是一个二次方程。
椭圆的标准方程可以写成，(x-h)^2/a^2+(y-k)^2/b^2=1，其中(a,b)是椭圆的半长轴和半短轴的长度，(h,k)是椭圆的中心点的坐标。
非圆曲线的等误差直线逼近
曲线 的起点, 为 编程许 用
误差。现以 P 0 为圆心、 为
半径作 一 个误 差圆, 然 后 作
一条与误差圆、非圆曲线 y =
f ( x ) 均相切的直线, 即公切
线 m m , 切 点 分 别 为: PS
图 1 线性非 圆曲 线逼近图
( xS , yS ) 、PT ( xT , yT ) , 由此可得:
The lapping and cutting experiment of the diamond tools
Song Jian Wu Minjing
Abstract In this paper, four types material of diamond( natural singe crystal、DEBEERS MONODITE、PCD、CVD) are applied in the ex periment. Some basic data is gained and emphatically discusses the experimental conclusion. In the lapping experiment, the lapping meth od and efficiency and integrity of diamond tool are comprised, While the super precise cutting is done. Key words: PCD tools CVD tools Natural diamond tools Surface finish
PCD 聚晶金刚石刀具、PCBN( 聚晶立方氮化硼) 切 削工具以及 CVD 薄膜与厚膜金刚石切削工具、类金刚 石膜( DLC) 、金刚石膜和 CBN 膜涂层切削工具有广阔 的应用前景, 尤其是精密和超精密加工技术发展对切 削工具的需求, 促使这些切削工具迅猛发展。
非球面轮廓测量与分析精编版
Form Talysurf 测量非球面
5) Aspheric Data Fit 实测数据与理论数据拟合
Z Axis
B=Actual profile 实际轮廓
B
C=Absolute aspheric form 绝对非球面形状
C A
X Axis
A=Aspherics axis 非球面轴
Form Talysurf 测量非球面
Z is the corresponding vertical distance Z为相应的垂直距离
a is the indexed Polynomial Coefficient a为多项式系数
C is the reciprocal of the Base Radius C为基圆半径的倒数
K is the Conic Constant of the Surface K为二次常数
• 模具成型
− 几何反转 − 精度取决于：
• 模具的几何精度 • 收缩因素
• 抛光
− 抛光垫接触或者 MRF(磁流体) − 精度取决于局部驻留时间
非球面制造：金刚石车削
• 典型加工时间(50mm口径)
− <10分钟
• 典型形状精度
− 0.1µm 至 1µm
• 材料
− 有色金属，如铝、铜、镍等 − 晶体，如锗、硫化锌、硅、铌酸锂等 − 高分子聚合物
Form Talysurf 测量非球面
4) Input Aspheric Data 输入理论设计数据
Aspheric Data 非球面数据
Radius=40.0mm K= -1 A4= 5.3188e-007 A6=5.5231e-009 A8=-1.6774e-011 A10=-6.3352e-014
程序编制中的数学处理--非圆曲线节点的计算
程序编制中的数学处理－－非圆曲线节点的计算数控系统一般只有直线和圆弧插补功能，对于非圆曲线轮廓，只能用直线或圆弧去逼近它。
节点就是逼近线段与非圆曲线的交点，也是个逼近线段的起点和终点。
一个已知曲线方程的节点数与逼近线段的形状（直线还是圆弧）、曲线方程的特性以及允许的逼近误差有关。
节点计算，就是利用这三者之间的数学关系，求解出各节点的坐标。
一、等间距的直线逼近的节点计算已知非圆曲线方程 y=f（x）从曲线X轴的起点坐标开始，以等间距Δx来划分曲线起点到终点的区间，可得一系列X 轴的坐标点的值，设起点的X坐标值为x0=a，则有：x1=a+Δx，x2=a+2Δx，x3=a+3Δx，…. X i=a+iΔx，..将这些X坐标值代入方程 y=f（x），则求得一系列Y坐标值：y i=f（x i）（i=1，2，3，…..）那么（xi，yi）（i=1，2，3……）就是所求得的节点坐标值。
相邻两点的直线段就是逼近线段。
等间距法的关键是合理确定Δx，既要满足允许误差的要求，又要使节点尽可能少。
通常采用试算和校验的方法确定Δx，方法步骤如下：1．取Δx初值，一般取0.1。
2．计算（xi，yi）（i=1，2，3……）。
3．误差验算：设任一逼近直线MN，其方程为：ax+by+c=0，则与MN平行且距离为δ允的直线MˊNˊ的方程为：求解联立方程：若：只有一个解，则逼近误差等于δ允，Δx正好满足误差要求。
没有解，则逼近误差小于δ允，Δx满足误差要求，可适当增大其取值，返回2。
有两个解，则逼近误差大于δ允，Δx太大，应减小其取值。
返回2。
等间距法计算简单，但由于必须保证曲线曲率最大处的逼近误差小于允许值，所以程序可能过多。
二、等弦长直线逼近的节点计算使所有逼近线段的长度相等。
计算步骤如下：（1）确定允许的弦长。
用等弦长逼近，最大误差δmax一定在曲线的曲率半径最小Rmin处，则为：（2）求Rmin。
曲线任一点的曲率半径为：取dR/dx=0，即根据求得，并由式（2-3）求得x后，将x值代入式（2-2）求、得Rmin。
数控车床加工非圆曲线宏程序编程技巧
数控车床加工非圆曲线宏程序编程技巧机械加工中常有由复杂曲线所构成的非圆曲线(如椭圆曲线、抛物线、双曲线和渐开线等)零件，随着工业产品性能要求的不断提高，非圆曲线零件的作用就日益重要，其加工质量往往成为生产制造的关键。
数控机床的数控系统一般只具有直线插补和圆弧插补功能，非圆曲线形状的工件在数控车削中属于较复杂的零件类别，一般运用拟合法来进行加工。
而此类方法的特点是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求高，直线的段数就多，虽然可以凭借CAD软件来计算节点的坐标，但是节点太多也导致了加工中的不方便，如果能灵活运用宏程序，则可以方便简捷地进行编程，从而提高加工效率。
一、非圆曲线宏程序的使用步骤(1)选定自变量。
非圆曲线中的X和Z坐标均可以被定义成为自变量，一般情况下会选择变化范围大的一个作为自变量，并且要考虑函数表达式在宏程序中书写的简便，为方便起见，我们事先把与Z 坐标相关的变量设为#100、#101，将X坐标相关的变量设为#200、#201等。
(2)确定自变量起止点的坐标值。
必须要明确该坐标值的坐标系是相对于非圆曲线自身的坐标系，其起点坐标为自变量的初始值，终点坐标为自变量的终止值。
(3)进行函数变换，确定因变量相对于自变量的宏表达式。
(4)确定公式曲线自身坐标系的原点相对于工件原点的代数偏移量(△X和△Z)。
(5)计算工件坐标系下的非圆曲线上各点的X坐标值(#201)时，判别宏变量#200的正负号。
以编程轮廓中的公式曲线自身坐标原点为原点，绘制对应的曲线坐标系的X ′和Z ′坐标轴，以其Z ′坐标为分界线，将轮廓分为正负两种轮廓，编程轮廓在X ′正方向称为正轮廓，编程轮廓在X ′负方向为负轮廓。
如果编程中使用的公式曲线是正轮廓，则在计算工件坐标系下的X坐标值(#201)时，宏变量#200的前面应冠以正号;如公式曲线是负轮廓，则宏变量#200的前面应冠以负号，即#201=±#200+△X 。
数控车加工非圆曲线编程探讨
数控车加工非圆曲线编程探讨摘要：随着科学技术的进步，现代化制造业较之传统制造业取得了相当大的进步，数控技术和数控设备是现代化制造业的基础，它们的发展水平关系到国家的经济发展、综合国力和战略地位，因此，我国在数控技术及产业发展方面采取了重大措施，使我国数控领域得到可持续发展。
本文简要介绍了数控机床的概念，详细论述了数控加工和数控加工的编程方法，并且重点研究了非圆曲线的编程方法。
关键词：数控机床；数控加工；非圆曲线加工；编程方法前言：数控技术也叫做数字化控制技术，是一种按照控制程序，控制程序是工作人员用计算机事先编好的，来执行对机械设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能，进行机械零件加工的技术，计算机软件的应用代替了原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，实现了存储数据、处理数据、运算数据、逻辑判断等各种控制机能，是制造业信息化的重要组成部分。
随着智能化、网络化技术的发展，数控技术向着高效率、高质量、高精度的方向发展。
数控技术在信息产业、生物产业、航空航天国防工业等各领域得到广泛应用，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应力和竞争力，数控技术的应用是制造业成为信息化的象征，对我国社会经济的发展起着越来越重要的作用，因此，为实现经济迅速发展、提高综合国力和国家地位，必须大力发展以数控技术为核心的现代化制造技术及其产业。
1.数控机床数控机床也叫做数字控制机床，是一种装有能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序控制系统，并通过译码，用代码化的数字表示出来，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出的各种控制指令，来控制机床的动作，按照图纸要求的尺寸和形状，自动的将零件加工出来的自动化机床，具有高度柔性、高精度、加工质量稳定可靠、加工效率高、自动化程度高等优点，数控机床能够很好地解决复杂、精密、小批量、多品种零件的加工。
数控机床的基本组成包括加工程序载体（主机）、伺服与测量反馈系统、数控装置、数控机床辅助装置、机床主体。
用MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序
用MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序蒋英汉2008.6.15用MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序关键词:自动编程、非圆曲线、NC程序中国一拖高级技工学校蒋英汉随着数字控制技术与数控机床出现，给机械制造业带来了翻天覆地的变化。
数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。
自90年代至今我国的数控机床在机械制造业的占有率不断提高，在航天、军工模具等行业已经成为主要的加工手段。
现在数控技术已经成为体现一个国家综合国力水平的重要标志。
新世纪机械制造业的竞争，其实就是数控技术的竞争。
目前，我国的数控机床已经有了数量，但使用确不高，其原因，不能及时合理的编制出加工程序就是其中只一。
所以提高我国编程人员的编程能力已经是迫在眉睫了。
CAD/CAM技术则是建立在数控技术之上的一种科学，它对数控技术和数控机床的应用提供了一个坚实的平台。
为提高编程人员的编程能力提供了一个途径。
Ma ste rC AM 软件是美国的CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统，由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟等功能，并提供友好的人机交互，从而实现了从产品的几何设计到加工制造的CAD/CAM一体化。
是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一。
以下介绍MasterCAM在编制非圆曲线轮廓加工程序的应用：虽然非圆曲线轮廓可以在数控机床上用宏程序编制，但它对编程人员的编程能力要求特别高，时间周期较长，精度难以保证，而且不同系统的数控机床也不统用。
所以用CAD/CAM软件编制非圆曲线轮廓加工程序已经成了必然。
MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序的主要步骤是：（一）设计非圆曲线方程式文件运用MasterCAM的方程式功能设计非圆曲线轮廓。
轮廓度的计算公式
轮廓度的计算公式轮廓度是描述曲面或曲线形状偏差的一个重要概念，在工程制造、设计等领域有着广泛的应用。
那咱们就来好好聊聊轮廓度的计算公式。
咱们先从一个简单的例子说起。
有一次我去工厂参观，看到工人们正在加工一批零件。
其中有个零件的外形要求非常精确，就涉及到了轮廓度的控制。
这个零件就像是一个小小的雕塑，它的边缘形状必须完美符合设计要求，偏差不能太大，不然整个产品就可能出问题。
轮廓度的计算公式其实有多种形式，这取决于具体的测量方法和应用场景。
常见的有最大内切圆法和最小外接圆法。
最大内切圆法，就是找到能完全内切于被测轮廓的最大圆，然后计算这个圆与实际轮廓之间的偏差。
比如说，我们有一个不规则的封闭曲线，就像是小朋友画的歪歪扭扭的圈圈。
我们要找到一个最大的圆，能刚好在这个圈圈里面，而且和圈圈的每一个点都接触到。
这个圆的半径与理想轮廓半径的差值，就是轮廓度的一种度量。
最小外接圆法呢，则是反过来，要找到能完全外接于被测轮廓的最小圆。
还是拿那个小朋友画的圈圈举例，这次我们要找一个最小的圆，能把这个圈圈完全包在里面，而且圈圈上的每一个点都能碰到这个圆。
同样，这个圆的半径与理想轮廓半径的差值，也是轮廓度的一种表现。
在实际应用中，还会用到两点法、三点法等等。
两点法就是通过测量轮廓上两个特定点之间的距离来评估轮廓度。
想象一下，在那个不规则的圈圈上，选取两个特殊的点，然后测量它们之间的直线距离，再和理想的距离进行比较。
三点法就更复杂一些啦，需要在轮廓上选取三个特定的点，形成一个三角形，通过计算这个三角形的一些参数来评估轮廓度。
这就好像是在圈圈上找三个好朋友，通过他们的位置关系来判断圈圈是不是画得标准。
当然啦，轮廓度的计算可不是那么简单的事儿。
有时候，还需要考虑测量的精度、测量工具的误差，以及环境因素的影响。
就像在那个工厂里，温度的变化、测量仪器的校准，都会对最终的轮廓度测量结果产生影响。
而且，不同的行业对于轮廓度的要求也不一样。
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用数学方程描述的非圆曲线的轮廓数值计算
数控加工中把除了直线与圆弧之外用数学方程式表达的平面轮廓曲线称为非圆曲线。
非圆曲线的节点就是逼近线段的交点。
一个已知曲线)(x f y =的节点数目主要取决于所用逼近线段的形状（直线或圆弧）、曲线方程的特性以及允许的拟合误差。
将这三个方面利用数学关系来求解，即可求得相应的节点坐标。
下面简要介绍常用的直线逼近节点的计算方法。
（1）等间距直线逼近的节点计算 1）基本原理
等间距法就是将某一坐标轴划分成相等的间距，然后求出曲线上相应的节点。
如图3.1所示，已知曲线方程为)(x f y =，沿X 轴方向取Δx 为等间距长。
根据曲线方程，由i x 求得i y ，i
x ＋１
＝i x ＋Δx ，
)(1x x f y i i ∆+=+，如此求得的一系列点就是节点。
2） 误差校验方法
由图3.1知，当x ∆取得愈大，产生的拟和误差愈大。
设工件的允许拟合误差为δ，一般δ取成零件公差的1/5～1/10，要求曲线)(x f y =与相邻两节点连线间的法向距离小于δ。
实际处理时，并非任意相邻两点间的误差都要验算，对于曲线曲率半径变化较小处，只需验算两节点间距最长处的误差，而对曲线曲率变化较大处，应验算曲率半径较小处的误差，通常由轮廓图形直接观察确定校验的位置。
其校验方法如下：
设需校验mn 曲线段。
n m 和的坐标分别为（m m y x ,）和（n n y x ,），则直线mn 的方程为：
n
m n m n
n y y x x y y x x --=--
令A=n m y y -，B=m n x x -，C=n m n m y x x y -,则上式可改写为A x +B y =C 。
表示公差带范围的直线n m ''与mn 平行，且法向距离为δ。
n m ''直线方程可表示为：
2
2
B A
C By Ax +±=+δ
式中，当直线n m ''在mn 上边时取“+”号，在mn 下边时“-”号。
联立求解方程组：
()⎪⎩⎪⎨⎧+±=+=2
2B
A C By Ax x f y δ
上式若无解，表示直线n m ''不与轮廓曲线)(x f y =相交，拟合误差在允许范围内；若只有一个解，表示直线n m '
'图3.1 等间距直线逼近
图3.2 等步长直线逼近
与)(x f y =相切，拟合误差等于δ；若有两个解，且m x ≤x ≤n x ，则表示超差，此时应减小x ∆重新进行计算，直到满足要求为止。
（2） 等步长直线逼近的节点计算
这种计算方法是使所有逼近线段的长度相等，从而求出节点坐标。
如图3.2所示，计算步骤如下：
1） 求最小曲率半径min R 曲线)(x f y =上任意点的曲率半径为：
y y R '
''+=
2
/32
)
1(
取0/=dx dR ，即：
0)1(32
2
=''''--'''y y y y
根据)(x f y =求得y '、y ''、y '''，并代入上式得x ，再将x 代入前式求得min R 。
2）确定允许的步长l 由于曲线各处的曲率半径不等，等步长后，最大拟合误差max δ必在最小曲率半径min R 处。
因此步长应为：
δδmin 2
min 2
min 8)(2R R R l ≈
--=
3）计算节点坐标 以曲线的起点),(a a y x a 为圆心，步长l 为半径的圆交)(x f y =于b 点，求解圆和曲线的方程组：
⎩⎨
⎧==-+-)
()()(2
22x f y l y y x x a a 求得b 点坐标),(b b y x 。
顺序以b 、c ……为圆心，即可求得c 、d ……各节点的坐标。
由于步长l 决定于最小曲率半径，致使曲率半径较大处的节点过密过多，所以等步长法适用于曲率半径相差不大的曲线。
（3）等误差直线逼近的节点计算
等误差法就是使所有逼近线段的误差δ相等。
如图3.3所示，其计算步骤如下： 1）确定允许误差δ的圆方程 以曲线起点),(
a a y x a 为圆心，δ为半径作圆，此圆方程式为：
2
2
2
)
()(δ
=-+-a a y y x x
2）求圆与曲线公切线PT 的斜率k
P
T P T x x y y k --=
图3.3 等误差直线段逼近
其中T x 、P x 、T y 、P y 由下面的联立方程组求解：
a
P a P P
T P T y y x x x x y y ---
=-- （圆切线方程）
a a P P y x x y +--=
2
2
)(δ
（圆方程）
)(T P
T P T x f x x y y '=-- （曲线切线方程）
)(T T x f y = （曲线方程）
3）求弦长ab 的方程 过a 作直线PT 的平行线，交曲线于b 点，ab 的方程为：
)(a a x x k y y -=-
4）计算节点坐标 联立曲线方程和弦长方程即可求得b 点坐标),(b b y x 。
)
()(x f y x x k y y a a =-=-
按上述步骤顺次求得c 、d 、e ……各节点坐标。
由上可知，等误差法程序段数目最少，但计算较复杂，可用计算机辅助完成。
在采用直线逼近非圆曲线的拟合方法中，是一种较好的方法。