数控课程设计--数控中非圆曲线逼近的算法实现

数控课程设计--数控中非圆曲线逼近的算法实现 课 程 设 计

课程名称 数控技术课程设计 题目名称 _数控中非圆曲线逼近的算法实现 学生学院 _ _ 机电工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化 学 号 学生姓名 指导教师 _ 成绩评定 教师签名

2012 年 07 月 05 日 广东工业大学数控技术课程设计任务书 题目名称 数控中非圆曲线逼近的算法实现 学生学院 机电工程学院

专业班级 机械设计制造及其自动化2009级3班

姓 名 学 号

一、课程设计的内容 用计算机高级编程语言（如VB，VC++等）来实现非圆曲线的逼近，可任选（1）直线逼近（如等间距法、等弦长法、等误差法等）、或（2）圆弧逼近。要求在满足允许误差的前提下，使得逼近的直线段或圆弧段的数量最少（即最优解）， 根据加工曲线轮廓自动生成刀具中心轨迹，自动生成加工NC代码。

二、课程设计的要求与数据 具体的要求如下： （1）列出一般的直线或圆弧逼近的算法（流程 图）。 （2）列出改进的直线或圆弧逼近的算法（流程图）——即优化算法。比较改进前与改进后的两种算法结果。 （3）针对给定的某一由非圆曲线所构成的平面轮廓，根据指定的走刀方向、起刀点，自动生成CNC代码。 (4)有刀具自动补偿功能，根据给定的补偿量和进给方向自动计算刀具中心轨迹，有过切报警功能。 （5）在屏幕上显示该非圆曲线所构成的平面轮廓。根据给定的进给速度能模拟加工过程，并在屏幕上留下刀具所走中心轨迹。

非圆曲线选择（根据组员最大最小学号选择，选择方法：若本组学号最小的同学学号为xxxxxxa，学号最大的同学学号为yyyyyyb，取p=a％8+1, q=b％8+1，若q==p,则q=p+1; 则该组选择的非圆曲线组合为第p组和第q组。 注：’％’是取余运算）： 1：渐开线凸轮； 2：双曲线 3：椭圆曲线 4：正弦线 5：星形线 6：心脏线 7：抛物线 8：外摆线 三、课程设计应完成的工作 每组学生应在规定时间内，独立完成所选题目。运用VB或其它编程语言，编写计算机软件在WINDOWS实现数控装置的计算机仿真。要求清楚地分析问题、提出算法、确定人机界面、列出流程图，最后用程序验证，完成软件测试，并且提交程序说明书。 要求用编写计算机软件的方法解决典型非圆曲线的CAM问题。可以任选用自己熟悉的一种编程语言，要求清楚地分析问题、提出算法、列出流程图，最后用程序验证，并且提交程序说明书。

四、课程设计进程安排 序号 设计各阶段内容 地点 起止日期 1 1、布置任务，领取课程设计学18周 任务书，了解课程设计的目的、内容和要求；了解课程设计的步骤； 2、理解本课程设计题目的具体内容要求，根据各自不同情况选择题目； 3：了解和掌握有关软件开发的知识，如VB编程、VC编程、软件工程、软件开发的常用技巧及注意事项； 4：调查研究，收集资料，查阅文献。学生对所选题目进行论证及确定设计方案， 生 宿舍

2 1：掌握数控结构设计要求，具体技术指标和计算要求; 进行软件设计； 2: 进行数控系统和算法的软件编程与开发，初步实现系统的基本功能 学生 宿舍 19周 3 1：通过多个实例来验证和改进系统功能，完善软件界面 2：对所开发的软件程序进行学生 宿20周 标识和说明 3：按要求的格式编制课程设计说明书 4：课程设计答辩 舍 五、应收集的资料及主要参考文献 1《机床设计手册》第三分册

2廖效果.数字控制机床.武汉:华中理工大学出版社.1992.9

3廖效果.数控技术. 武汉:湖北科学技术出版社.2000.7

4刘又午.数字控制机床.北京:机械工业出版社 5龚浦泉.机床电气控制.重庆:重庆大学出版社 6 谭浩强.Basic语言结构化程序设计教程.北京:中国科学技术出版社.1990

7 杨林,李继良. Visual Basic编程高手.北京:北京大学出版社.2000

8 一组专用凸轮的计算机辅助设计.机械工程师1998,(4): p58-59 9 凸轮曲线的快速画法.机械工程师1998,(6): p22-23

10 平面凸轮机构CAD系统的研究与开发.机械设计与制造2000,(5):p12-13

11 圆柱非圆曲线槽凸轮的数控加工.制造技术与机床2000,(8):p34

12 圆柱凸轮的参数化设计及数控加工.精密制造及自动化2001,11: p28

13 参数化凸轮轮廓转换及NC代码自动生成.机床与液压2001,6, p29~31

发出任务书日期：2012年 5月 28日 计划完成日期： 2012年 7月 6 日 指导教师签名：

基层教学单位责任人签章：

主管院长签章： 摘 要 基于Visual Basic 6.0编程软件平台，使用直线逼近算法实现设计模拟椭圆曲线和星形线曲线两种非圆曲线轮廓的加工过程。根据所编的等间距算法和等误差算法的流程图，初步使用等间距法来实现直线逼近两种非圆曲线的过程，然后使用节点数较少的等误差法来优化直线逼近非圆曲线的过程。利用Visual Basic 6.0编程语言，根据指定的走刀方向包括顺时针和逆时针，指定的走刀点，实现非圆曲线的模拟加工过程，根据刀具补偿量和进给方向在屏幕上留下刀具所走中心轨迹，根据软件计算出的点坐标能够自动生出CNC代码，并能够保存在电脑里面。

关键词：直线逼近，Visual Basic 6.0，非圆曲线，编程 目 录 1 前言……………………………………………………………………………… 1 2 非圆曲线逼近的关键…………………………………………………………… 1 2.1 算法的选择………………………………………………………………… 1 2.2 算法实现的关键…………………………………………………………… 1 3 非圆曲线逼近的算法实现……………………………………………………… 1 3.1 算法的流程图……………………………………………………………… 1 3.2 算法的解析………………………………………………………………… 4 4 软件开发与运行………………………………………………………………… 7 4.1 系统界面…………………………………………………………………… 7 4.2 软件运行…………………………………………………………………… 8 4.3 运行分析…………………………………………………………………… 9 5 总结……………………………………………………………………………… 9 参考文献…………………………………………………………………………… 11 附录………………………………………………………………………………… 12 0

1 前言 数控机床是一种依靠数字化的信息来实现自动控制的高度自动化机床，它具有高效率、加工精度高和加工质量稳定等优点，这使得数控机床在机械制造业中得到了日益广泛的应用。当前我国的经济型数控机床，一般只具有直线插补和圆弧插补功能，并不具备抛物线、椭圆等非圆曲线的插补功能。因此，当我们需要数控加工非圆曲线的轮廓时，就必须用直线或圆弧段去逼近非圆曲线。 对非圆曲线的逼近有直线逼近、圆弧逼近，分别可由G01、G02、G03完成加工，其中直线逼近较为简单，但逼近节点数多，导致数控程序往往过多，而圆弧逼近具有高效性，但计算过于复杂。直线逼近的方法有等间距直线逼近、等弦长直线逼近和等误差直线逼近，圆弧逼近的方法有曲率圆法、三点圆法和相切圆法。 对于一个已知曲线，它的节点数主要取决于所用逼近线段的形状（直线段还是圆弧段）、曲线方程的特性和允许的逼近误差。 2 非圆曲线逼近的关键

2.1 算法的选择 对非圆曲线进行逼近，有不同的实现方法，包括直线逼近和圆弧逼近。方法不同，最终得到的节点数也有所不同，因此选择好的一个算法对提高加工的效率和降低加工成本有着重要的作用。在这次课程设计中，我们选择的算法是等间距直线逼近，并用等误差直线逼近作为优化算法。

2.2 算法实现的关键 算法实现需要求出曲线的节点，而要求曲线的节点得先求出直线段与所逼近的曲线之间的最大逼近误差，而最大逼近误差的计算点就在曲线上某一点的切线斜率与直线段斜率相等的切点处，故关键问题是求出该切点。一旦求出了该切点，就可以求出逼近时的最大误差，用于与允许误差作比较。另外，由于此次课程设计是对任意非圆曲线进行逼近，因此求导数也成了一个关键的问题。

3 非圆曲线逼近的算法实现 1

3.1 算法的流程图 给定曲线的起点，终点，等间距s，允许误差v

设置起点坐标（X（0），Y（0））

连接两点并求其斜率k，取曲线上切线上起斜率为k的一点（X（2），Y（2）），求这点到上一直线段的距离w

s=s/2 将（X（0），Y（0））设为下一段的起始点

开始 而下一点为X（1）=X（0）+s Y（1）=f（X（1））