數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法圖形仿真設(shè)計(jì)

四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)論文 數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法圖形仿真設(shè)計(jì)說明書本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法圖形仿真設(shè)計(jì)說明書 系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 100920508 年級(jí) 2011級(jí) 指導(dǎo)教師 二0一四 年 四 月 三十 日數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法圖形仿真設(shè)計(jì)專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生: 指導(dǎo)老師: 摘 要 數(shù)控系統(tǒng)的軌跡控制是通過對(duì)軌跡的插補(bǔ)運(yùn)算獲得當(dāng)前各軸是否進(jìn)給的信息的。插補(bǔ)的算法很多，常見的有篴點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。篴點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理簡(jiǎn)單直觀，但對(duì)不同的曲線需要不同的插補(bǔ)算法，且在作常的圓弧插補(bǔ)時(shí)每過1/4象限需要換一套插補(bǔ)公式，據(jù)此寫出的插補(bǔ)程度顯得冗長(zhǎng)，另外每完成一次插補(bǔ)僅能一個(gè)軸進(jìn)給，因此插補(bǔ)軸線只能因平等于坐標(biāo)軸的折線組成。數(shù)字積分算法簡(jiǎn)單，公式統(tǒng)一，且能各軸同時(shí)進(jìn)給，但由于進(jìn)軸速度是積分器的溢出速度，而溢出速度又受被積函數(shù)的大小影響，所以為保證速度均勻性，必須不斷的被積函數(shù)作左移規(guī)格化處理，因此插補(bǔ)程序也比較復(fù)雜，本文給出的比較性積分法是在插補(bǔ)過程中不斷地比較各標(biāo)軸進(jìn)給脈沖間隔的大小，根據(jù)比較的結(jié)果進(jìn)行脈沖分配的插補(bǔ)方法，所以又叫脈沖間隔法。它綜合了篴點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行直線和各種二次曲線的插補(bǔ)，且有插補(bǔ)公式統(tǒng)一，插補(bǔ)精度高，運(yùn)算簡(jiǎn)單，速度控制等優(yōu)點(diǎn)。文中詳細(xì)討認(rèn)了比較積分法的數(shù)字原理并給出了作用研究并驗(yàn)證過的插補(bǔ)流程框圖。關(guān)鍵詞:數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控比較積分法 脈沖分配 插補(bǔ)Numerical comparison integration method generally two times curve interpolation algorithm of graphic simulationMajor:Mechanical Manufacturing and AutomationStudent: Supervisor: Abstract In the modern manufacturing, numerical control technology is the key of the NC machine tools, and the key technology of CNC system is interpolation. The desired path or contour of the two known points, determine which process a plurality of intermediate point interpolation according to the known as a mathematical function. Point-by-point comparison interpolation is an incremental interpolation, the tool according to the requirement of trajectory motion processing parts profile in the process of constant comparison, the relative position between the cutting tool and the machined parts contour, and according to the result of comparison determines the next step in the direction of feed, make the tool feed to reduce the deviation of the direction, and only one direction feed.This paper introduces the basic principle and the classification of interpolation, principle of point by point comparison method, the visual c+6.0 development environment and drawing function introduction. Using the MFC framework of visual in c+6.0, based on the C language developed a parabolic interpolation of point by point comparison method, which can further the understanding to the characteristics of point by point comparison method and the further understanding of the development tools, for the further numerical fields.Keywords:CNC;Point-to-point comparison method;interpolation simulation software;VC;目 錄第一章緒論.5 1.1選題目的及意義.6 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述.7 1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).8 1.4本論文的研究?jī)?nèi)容.9第二章數(shù)控比較積分法一般二次曲線的插補(bǔ)算法.10 2.1插補(bǔ)概述.11 2.2插補(bǔ)方法的分類.12 2.2.1基準(zhǔn)脈沖的插補(bǔ).13 2.2.2數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ).14 2.3刀具半徑補(bǔ)償.14 2.4插補(bǔ)原理.15 2.5插補(bǔ)算法的分類.16 2.5.1常規(guī)的插補(bǔ)算法.17 2.5.2新算法的提出.19 2.5.3較優(yōu)的插補(bǔ)算法.21第三章數(shù)控?cái)?shù)字比較積分法的插補(bǔ)原理.22 3.1比較積分法插補(bǔ)算法簡(jiǎn)介.23 3.2比較積分法的基本原理.24 3.3與直線插補(bǔ)的區(qū)別.25 3.4四象比較積分法拋物線插補(bǔ)原理.25 3.5提高精度的措施.25第四章開發(fā)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì). .26 4.1 VC軟件的簡(jiǎn)介.27 4.2 VC軟件在數(shù)控插補(bǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用.28 4.3 VC編程軟件與C語言等軟件相比的優(yōu)缺點(diǎn).29第五章一般二次曲線插補(bǔ)算法圖形仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì).30 5.1設(shè)計(jì)構(gòu)思的確定.30 5.2開發(fā)系統(tǒng)程序語言的選擇.31 5.3 VC軟件的主界面.31 5.4人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì).32 5.5 數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法圖形的仿真.33總結(jié).32參考文獻(xiàn).33致 謝.35附錄.36緒論數(shù)控的廣泛含義是指對(duì)流程工業(yè)的過程控制和對(duì)離散工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制而言的，機(jī)床數(shù)控僅僅是運(yùn)動(dòng)控制中的一種類型。數(shù)控技術(shù)的問世已有40多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制論、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來的一門綜合性的新型學(xué)科。數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵 , 而機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)是插補(bǔ)。在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)要解決控制刀具與工件運(yùn)動(dòng)軌跡的問題。在所需的路徑或輪廓上的兩個(gè)已知點(diǎn)間，根據(jù)某一數(shù)學(xué)函數(shù)確定其中多個(gè)中間點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)過程稱為插補(bǔ)1。插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間中間點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。對(duì)于輪廓控制系統(tǒng)來說，插補(bǔ)運(yùn)算是最重要的運(yùn)算任務(wù)。插補(bǔ)對(duì)機(jī)床控制必須是實(shí)時(shí)的。插補(bǔ)運(yùn)算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補(bǔ)計(jì)算精度又影響到整個(gè)CNC系統(tǒng)的精度。人們一直在努力探求計(jì)算速度快且計(jì)算精度高的插補(bǔ)算法。傳統(tǒng)的機(jī)械加工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的，加工時(shí)用手搖動(dòng)機(jī)械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測(cè)量產(chǎn)品的精度的。現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機(jī)床進(jìn)行作業(yè)了，數(shù)控機(jī)床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動(dòng)對(duì)任何產(chǎn)品和零部件直接進(jìn)行加工了。這就是我們說的“數(shù)控加工”。數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機(jī)械加工的任何領(lǐng)域，更是模具加工的發(fā)展趨勢(shì)和重要和必要的技術(shù)手段。 數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等)，按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲(chǔ)器)，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而指揮機(jī)床加工零件。 這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序的編制。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床要由人來操作，我們只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序就可以達(dá)到加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機(jī)床特別適用于加工小批量且形狀復(fù)雜要求精度高的零件。 目前最新型的CNC處于第八代，它的技術(shù)特征是面向高速度、高精度，成為實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、工廠自動(dòng)化(FA)的基礎(chǔ)。我國(guó)已經(jīng)具備開發(fā)、生產(chǎn)中、高檔數(shù)控系統(tǒng)的能力，打破了過去巴統(tǒng)禁運(yùn)的限制，為我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了技術(shù)支撐，在技術(shù)上和戰(zhàn)略上都具有重要意義。 我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開 發(fā)階段，“六五”、“七五”期間的消化吸收、引進(jìn)技術(shù)階段，“八五”期間建立國(guó)產(chǎn)化體系階段，“九五”期間產(chǎn)業(yè)化階段，現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認(rèn)可，在市場(chǎng)上站穩(wěn)了腳跟。但是由于系統(tǒng)技術(shù)含量低，產(chǎn)生的附加值少，不具備與進(jìn)口系統(tǒng)進(jìn)行全面抗衡的能力，只在低端市場(chǎng)占有一席之地，還不能為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)起到支撐的作用，與國(guó)外相比，還有不小的差距。 眾所周知，國(guó)外的高檔數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格非常昂貴，而華中數(shù)控與菲地亞相同檔次的仿形數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格約僅為其13。此外，若進(jìn)口五軸聯(lián)動(dòng)以上的數(shù)控系統(tǒng)，還受到西方政府的管制，要對(duì)最終用戶和最終用途進(jìn)行調(diào)查，限制其使用，若認(rèn)為與軍事工業(yè)有關(guān)，則不予批準(zhǔn)。即使我國(guó)民用工業(yè)能購(gòu)進(jìn)口這類設(shè)備，其價(jià)格也非常昂貴，僅一套CNC單元價(jià)格高達(dá)20多萬元人民幣，而華中數(shù)控五軸CNC，價(jià)格約為其14。所以大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，培養(yǎng)數(shù)控人才是我國(guó)工業(yè)發(fā)展勢(shì)在必行的任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)中華偉大復(fù)興的關(guān)鍵。1.1選題目的及意義 比較積分法又稱為脈沖間隔法。我們知道，以積分原理為基礎(chǔ)構(gòu)成的數(shù)字積分法，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種函數(shù)的插補(bǔ)和多坐標(biāo)直線的插補(bǔ)。但是，由于其溢出脈沖頻率與被積函數(shù)值大小有關(guān)，所以存在著速度調(diào)節(jié)不便的缺點(diǎn)。相反，逐點(diǎn)比較法由于以判別原理為基礎(chǔ)，其進(jìn)給脈沖是跟隨指令運(yùn)算頻率（脈沖源頻率）的，因而速度平穩(wěn)，調(diào)節(jié)方便，恰恰克服了數(shù)字積分法的缺點(diǎn)。但它在某些二次曲線的插補(bǔ)計(jì)算上不大方便。如果我們能把兩種方法結(jié)合起來，吸收各自的優(yōu)點(diǎn)，便可以很好地對(duì)二次曲線進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 插補(bǔ)是整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)極其重要的功能,直線和圓弧是構(gòu)成加工零件輪廓的基本線型,所以大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都可以提供直線和圓弧插補(bǔ)功能,但一般卻沒有其它二次曲線插補(bǔ)功能。對(duì)于此類曲線的加工,傳統(tǒng)方法大多采用直線、圓弧和樣條逼近來編制CNC加工程序,這樣就不可避免地產(chǎn)生逼近誤差和圓整誤差,同時(shí)還會(huì)增大加工程序量,影響加工速度和加工精度,也增加了編程的難度和工作量。因此,數(shù)控系統(tǒng)最好具有一般二次曲線直接插補(bǔ)功能，而在這方面國(guó)內(nèi)比國(guó)外落后很多。1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了半個(gè)世紀(jì)歷程。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，與此同時(shí)加工技術(shù)以及一些其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步提出了新的要求。 趨勢(shì)之一：數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展20世紀(jì)90年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。近幾年許多國(guó)家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國(guó)科學(xué)制造中心(NCMS)與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開放式體系結(jié) 構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的OSEC計(jì)劃等。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級(jí)和更新變得更加簡(jiǎn)單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行的系統(tǒng)集成，同時(shí)它也為用戶根據(jù)實(shí)際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí)，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級(jí)而升級(jí)，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。 趨勢(shì)之二：數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展,現(xiàn)在，實(shí)際用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā)展階段，對(duì)不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開放體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC0系統(tǒng)、MITSUBISHIM50系統(tǒng)、SINUMERIK810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)它由開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)共同構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺(tái)下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。 因而這種開放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。如美DeltaTau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC等。SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng) 這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。用戶可以在WINDOWSNT平臺(tái)上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比，因而最有生命力。通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)。其典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)PowerAutomation公司的PA8000NT等。趨勢(shì)之三：數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ埽胰藱C(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會(huì)針對(duì)鉆削的智能加工方案具有代表性。 趨勢(shì)之四：數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國(guó)際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國(guó)內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。趨勢(shì)之五：數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。對(duì)于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P(t)99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF就必須大于3000小時(shí)。我們只對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng) 的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬小時(shí)。如果對(duì)整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。 當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。趨勢(shì)之六：數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展 在零件加工過程中有大量的無用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個(gè)復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。 普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對(duì)不同類型的機(jī)床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統(tǒng)和802D系統(tǒng)就有車床版本和銑床版本之分。復(fù)合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商都能提供高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。趨勢(shì)之七：數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動(dòng)化方向發(fā)展 由于在加工自由曲面時(shí)，3軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進(jìn)而對(duì)工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動(dòng)控制對(duì)球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡(jiǎn)單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系統(tǒng)開發(fā)商不遺余力地開發(fā)5軸、6軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。 最近，國(guó)外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在6軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在6軸聯(lián)動(dòng)加工中心上可以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化。電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進(jìn)了現(xiàn)代制造技.1.4本論文的研究?jī)?nèi)容 1、對(duì)插補(bǔ)算法進(jìn)行研究，完成對(duì)數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法的全面了解，分析整理相關(guān)資料。 2、了解用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的基本方法，同時(shí)熟悉VisualStudio2010環(huán)境。 3、學(xué)習(xí)VisualStudio2010圖形程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)以及程序的編寫。 4.熟悉一元二次插補(bǔ)原理，推導(dǎo)出數(shù)控比較積分法一元二次曲線插補(bǔ)算法的各個(gè)計(jì)算公式，并編制出相應(yīng)的圖形仿真程序。第二章數(shù)控比較積分法一般二次曲線插補(bǔ)算法2.1 插補(bǔ)概述機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)是插補(bǔ)。在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)要解決控制刀具與工件運(yùn)動(dòng)軌跡的問題。在所需的路徑或輪廓上的兩個(gè)已知點(diǎn)間，根據(jù)某一數(shù)學(xué)函數(shù)確定其中多個(gè)中間點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)過程稱為插補(bǔ)。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)這些坐標(biāo)值控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是根據(jù)有限的信息完成“數(shù)據(jù)密化”的工作3。數(shù)控加工程序提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則有主控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來控制。實(shí)際加工中，被加工零件的輪廓種類很多，嚴(yán)格來說，為了滿足加工要求，刀具軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確的按零件的輪廓形狀生成。然而，對(duì)于復(fù)雜的曲線輪廓，直接計(jì)算刀具運(yùn)功軌跡非常復(fù)雜，計(jì)算工作量很大，不能滿足數(shù)控加工的實(shí)時(shí)控制要求。因此，在實(shí)際應(yīng)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(bǔ)。某些高性能的數(shù)控系統(tǒng)中，還具有拋物線、螺旋線插補(bǔ)功能。2.2 插補(bǔ)方法的分類在早期的數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)是由專門設(shè)計(jì)的硬件數(shù)字電路完成的。而在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control ,CNC)系統(tǒng)中，常用的插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一種有硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)；另一種全部采用軟件實(shí)現(xiàn)。數(shù)控系統(tǒng)中完成插補(bǔ)運(yùn)算的裝置或程序稱為插補(bǔ)器，根據(jù)插補(bǔ)器的結(jié)構(gòu)可分為硬件插補(bǔ)器、軟件插補(bǔ)器和軟、硬件結(jié)合插補(bǔ)器二種類型2。早期NC系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算由硬接線的數(shù)字電路裝置來完成，稱為硬件插補(bǔ)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。在CNC系統(tǒng)中插補(bǔ)功能一般由計(jì)算機(jī)程序來完成，稱為軟件插補(bǔ)。由于硬件插補(bǔ)具有速度高的特點(diǎn)，為了滿足插補(bǔ)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(jié)合的方法，由軟件完成粗插補(bǔ)，由硬件完成精插補(bǔ)。 由于直線和圓弧是構(gòu)成零件輪廓的基本線型，因此CNC系統(tǒng)一般都具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種基本類型，在二坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的CNC系統(tǒng)中，一般還具有螺旋線插補(bǔ)和其它線型插補(bǔ)。為了方便對(duì)各種曲線、曲面的直接加工，人們一直研究各種曲線的插補(bǔ)功能，在一些高擋CNC系統(tǒng)中，己經(jīng)出現(xiàn)了拋物線插補(bǔ)、漸開線插補(bǔ)、弦線插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)、球面螺旋線插補(bǔ)以及曲面直接插補(bǔ)等功能。圖1.1 插補(bǔ)的類型及采用的計(jì)算方法插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間中間點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。對(duì)于輪廓控制系統(tǒng)來說，插補(bǔ)運(yùn)算是最重要的運(yùn)算任務(wù)。插補(bǔ)對(duì)機(jī)床控制必須是實(shí)時(shí)的。插補(bǔ)運(yùn)算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補(bǔ)計(jì)算精度又影響到整個(gè)CNC系統(tǒng)的精度。人們一直在努力探求計(jì)算速度快且計(jì)算精度高的插補(bǔ)算法。目前普遍應(yīng)用的插補(bǔ)算法分為兩大類，如圖1.1，如下做簡(jiǎn)要介紹：2.2.1基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ) 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)又稱為脈沖增量插補(bǔ)或行程標(biāo)量插補(bǔ)，其特點(diǎn)是每次插補(bǔ)結(jié)束僅向各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸輸出一個(gè)控制脈沖，因此各坐標(biāo)僅產(chǎn)生一個(gè)脈沖當(dāng)量或行程的增量。脈沖序列的頻率代表坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度，而脈沖的數(shù)量代表運(yùn)動(dòng)位移的大小。這類插補(bǔ)運(yùn)算簡(jiǎn)單，容易用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，早期的硬件插補(bǔ)都是采用這類方法，在日前的CNC系統(tǒng)中原來的硬件插補(bǔ)功能可以用軟件來實(shí)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)。也有的數(shù)控系統(tǒng)將其用做數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)中的精插補(bǔ)。 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)的方法很多，主要有比較比較法、數(shù)字積分法、脈沖乘法器等等。應(yīng)用較多的是比較比較法和數(shù)字積分法。2.2.2數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ) 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱數(shù)字增量插補(bǔ)、時(shí)間分割插補(bǔ)或時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)，其運(yùn)算采用時(shí)間分割思想，根據(jù)編程的進(jìn)給速度將輪廓曲線分割為每個(gè)插補(bǔ)周期的進(jìn)給直線段(又稱輪廓步長(zhǎng))，以此來逼近輪廓曲線。數(shù)控裝置將輪廓步長(zhǎng)分解為各坐標(biāo)軸的插補(bǔ)周期進(jìn)給量，作為命令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置。伺服系統(tǒng)按位移檢測(cè)采樣周期采集實(shí)際位移量，并反饋給插補(bǔ)器進(jìn)行比較完成閉環(huán)控制。伺服系統(tǒng)中指令執(zhí)行過程實(shí)質(zhì)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(bǔ)方法，它能滿足控制速度和精度的要求。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)方法很多，主要有時(shí)間分割法、擴(kuò)展DDA等。2.3刀具半徑補(bǔ)償 刀具半徑補(bǔ)償（Cutter Compensation）垂直于刀具軌跡的位移，用來修正實(shí)際的刀具半徑與編程的刀具半徑的差異。數(shù)控系統(tǒng)刀具半徑補(bǔ)償?shù)暮x是將刀具中心軌跡，沿著程編軌跡偏置一個(gè)距離，加工程序與刀具半徑大小無關(guān)，它的功能是僅用一個(gè)程序就可以完成粗、精加工，或采用不同刀具直徑加工時(shí)，可以不要重寫加工程序。通常刀具半徑補(bǔ)償功能僅適用于二維編程加工，數(shù)控系統(tǒng)中規(guī)定沿著刀具加工方向向右偏置，稱為右補(bǔ)，采用指令G42；向左偏置，稱為左補(bǔ)，采用指令G41。2.4插補(bǔ)原理數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)控制中，工作臺(tái)（刀具）X、Y、Z軸的最小移動(dòng)單位是一個(gè)脈沖當(dāng)量。因此，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡是具有極小臺(tái)階所組成的折線（數(shù)據(jù)點(diǎn)密化）。例如，用數(shù)控車床加工直線OA、曲線OB，刀具是沿X軸移動(dòng)一步或幾步（一個(gè)或幾個(gè)脈沖當(dāng)量Dx），再沿Y軸方向移動(dòng)一步或幾步（一個(gè)或幾個(gè)脈沖當(dāng)量Dy），直至到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。從而合成所需的運(yùn)動(dòng)軌跡（直線或曲線）。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)給定的直線、圓弧（曲線）函數(shù)，在理想的軌跡上的已知點(diǎn)之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)密化，確定一些中間點(diǎn)的方法，稱為插補(bǔ)。其邏輯原理圖如下：其中，插補(bǔ)是加工程序與電機(jī)控制之間的紐帶。2.5插補(bǔ)算法的分類 2.5.1常規(guī)插補(bǔ)算法 如果數(shù)控程序被計(jì)算機(jī)數(shù)控的主CPU解讀，有關(guān)插補(bǔ)點(diǎn)與進(jìn)給速度的信息都將傳送到包括運(yùn)動(dòng)控制器在內(nèi)的插補(bǔ)程序中。這種插補(bǔ)程序不僅提供直線、圓弧插補(bǔ)功能，還有螺旋、漸開線、樣條插補(bǔ)等以更好的滿足未加工材料的二維、三維的各種特征。 插補(bǔ)程序包括生成理想曲線的插入器和用于輸出的升降速算法。在沿軸心運(yùn)動(dòng)的控制中，升降速算法能使機(jī)械系統(tǒng)在開始或減慢軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)不受振動(dòng)或沖擊。在運(yùn)動(dòng)控制中插補(bǔ)算法的走向如圖1所示。常規(guī)插補(bǔ)算法廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，插入器首先要計(jì)算出沿理想曲線的運(yùn)動(dòng)距離以及在笛卡爾坐標(biāo)下偏離X,Y,Z的偏置值。每個(gè)采樣周期內(nèi)，它要計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)零件沿理想輪廓曲線移動(dòng)的距離，以及在同一插補(bǔ)程序采樣周期和給定的進(jìn)給速度下，單位時(shí)間內(nèi)零件沿X,Y,Z軸移動(dòng)的距離。然后，將計(jì)算出的這些微小距離增量傳送到升降速算法器中，使其在運(yùn)動(dòng)控制中的輸出量能很好的由輸入指令傳送到插入器中。 常規(guī)插補(bǔ)算法的優(yōu)越性體現(xiàn)在它簡(jiǎn)單易行的插入器和升降速算法。這是因?yàn)樗ǔＲ?guī)插補(bǔ)算法）實(shí)現(xiàn)了徹底的獨(dú)立插補(bǔ)。在常規(guī)的插補(bǔ)算法中，升降速算法相當(dāng)于一個(gè)低通濾波，使各個(gè)軸各產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)，最終協(xié)調(diào)出各自的一個(gè)沿X,Y,Z軸的步長(zhǎng)距離，產(chǎn)生誤差。這個(gè)路徑誤差最終表現(xiàn)為與理想曲線和實(shí)際加工曲線都不同的一條曲線。此外，這種算法能根據(jù)不同的升降速算法呈現(xiàn)出不同的路徑誤差類型。為了證實(shí)這一點(diǎn)，我們簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)下在圓弧插補(bǔ)中，各種升降速算法對(duì)路徑誤差的影響。 在工業(yè)生產(chǎn)中，線性、指數(shù)、拋物線升降速這些算法是最為廣泛應(yīng)用的。如果我們把fi定義為輸入，fo定義為輸出，那么相應(yīng)的線性、指數(shù)、拋物線升降速的特性可從下列算法中獲得。1）線性升降速控制算法：f0(k)=f1(k)-f1(k-m)/m+f0(k-1)k為插補(bǔ)程序中的采樣次數(shù)，m為線性升降速緩存器中存儲(chǔ)的值。拋物線升降速控制算法：F01(k)=fi(k)-fi(k-m)/m1+f01(k-1),F02(k)=f01(k)-f01(k-m)/m2+f02(k-1),mj（j=1,2.,p）為各線性升降速區(qū)間中緩存器的值。當(dāng)p=2時(shí)，即為拋物線升降速情況的特性。3） 指數(shù)升降速控制算法：f0(k)=(1-a)fi(k)-fi(k-1)+f0(k-1).在數(shù)字微分的基礎(chǔ)分析算法下，a可按下式取值：a=1/(1+faTs/2”)Ts為插補(bǔ)程序的采樣周期，fa為DDA法中迭代脈沖的頻率。我們考慮到，在每一次的插補(bǔ)運(yùn)算迭代中都有一個(gè)相應(yīng)的角度增量，圓弧插補(bǔ)中，單位時(shí)間內(nèi)零件沿X,Y方向上的移動(dòng)如下計(jì)算：R為圓弧半徑，V為進(jìn)給速度或連續(xù)的正切速率，=V/R。這里的、為升降速控制的輸入。那么，線性、指數(shù)、拋物線升降速控制算法下各自的路徑誤差分別定義為m為比例系數(shù)，在升降周期tacc/dec與Ts之間：在（6）式中，為決定指數(shù)升降速算法周期的參數(shù)，Rc=在 線性、指數(shù)、拋物線三種升降速控制算法的比較下取0.95根據(jù)（6可得到如下不等式：由上式可以看出，在常規(guī)插補(bǔ)算法中，由指數(shù)升降速控制算法導(dǎo)致的路徑誤差是最大的，而拋物線升降速控制算法下誤差是最小的。 2.5.2新算法的提出 在上述常果。如果一個(gè)曲線在笛卡爾坐標(biāo)下由插入器產(chǎn)生，那么曲線上一個(gè)點(diǎn)上的位置矢量可表示為沿X,Y,Z軸產(chǎn)生的增量根據(jù)以下幾點(diǎn)算出：與理想曲線的偏差距離，給定的進(jìn)給速度，插補(bǔ)程序中的采樣周期，插補(bǔ)終點(diǎn)與速度為零的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。然而,有些情況下，沿著理想曲線的誤差距離,雖然被很明確地表示出來,但是是由一個(gè)復(fù)雜的形式給出的,比如螺旋,螺旋插補(bǔ)等。在這種情況下,實(shí)施優(yōu)勢(shì)可能會(huì)失去。為了克服這種事實(shí)和缺點(diǎn)，以前在常規(guī)的插補(bǔ)算法中進(jìn)行過討論，并已有新的插補(bǔ)算法被提出。 現(xiàn)在，我們提出這樣一種算法，它能適用于由插入器生成的沿理想曲線的升降速參數(shù)?？紤]到易于實(shí)現(xiàn)性，我們?cè)谶@種算法中假設(shè)通過插入器衍生成人滿意的結(jié)其中(k)為參數(shù)。式中，參考曲線中的導(dǎo)的參數(shù)保持不變。這使得該算法，尤其是在現(xiàn)有圓弧、螺線,螺旋等插補(bǔ)算法的假設(shè)中，能達(dá)到令數(shù)、正切參數(shù)不變，其中s和e分別為插補(bǔ)算法的初始值和終點(diǎn)值，F(xiàn)s為給定的進(jìn)給速度。那么，當(dāng)按新算法開始運(yùn)行時(shí)，曲線增量的移距離與周期有關(guān)，按下式求的：這是一個(gè)恒定值。由以上各式可以得到，參數(shù)的增量值為： 其次，的值傳送到升降速控制的插補(bǔ)算法中。在笛卡爾坐標(biāo)下，基于升降速的特征值，升降速控制下單位時(shí)間內(nèi)，計(jì)算出零件沿X,Y,Z軸的位移，將其輸入到運(yùn)動(dòng)控制器的插補(bǔ)器中。它們也有升降速特性，如同插入器受輸入和伺服電機(jī)控制，數(shù)控機(jī)床各軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)控中的位置控制循環(huán)來控制，最終控制刀具在理想狀態(tài)下完成程序加工。圖2給出了每個(gè)階段的波形，重復(fù)描述了從s到(k)每個(gè)周期的過程。圖2(a)給出了的變化曲線，圖2(b)則是對(duì)應(yīng) 的 值。同時(shí)，圖2(c)描述的是在升降速特性下 、 的變化曲線。圖2(d)給出的是的升降速特性曲線。該算法是按圖3的流程圖實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)算法開始是，初值被設(shè)置為2。它將一直保持這個(gè)值不變，直到程序開始執(zhí)行減速運(yùn)動(dòng)，它被賦值為1.在S2（第二步）中，根據(jù)式(10)-(12)計(jì)算。將其值送到S3、S4（第三步、第四步）升降速控制器中，直到（由線性、指數(shù)、拋物線或其他升降速控制）開始做減速運(yùn)動(dòng)。在S5（第五步）中，它被用來判斷是否在下一個(gè)周期開始減速。如果 明顯不同與e和當(dāng)前周期參數(shù)值，那么將在下一個(gè)周期進(jìn)行減 速運(yùn)動(dòng)。否則，一直重復(fù)上一步。當(dāng)在線性和拋物線升降速控制下C0被賦值為 2時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)將取決于與曲線的距離。在減速運(yùn)動(dòng)期間，在第七步中檢測(cè)已用時(shí)間是否與期望值一致。如果減速的耗時(shí)與預(yù)期的時(shí)間一致，那么控制結(jié)束。否則，將繼續(xù)被送到第三步和第四步中，一直循環(huán)運(yùn)算到下一個(gè)周期。盡管在算法中改變進(jìn)給速度，插入器也會(huì)根據(jù)改變值進(jìn)行控制。升降速根據(jù) ，使刀具能沿著曲線輪廓平滑的改變進(jìn)給速度。如果進(jìn)給保持或重置，在第二步中將變?yōu)?，送到升降速控制算法中，刀具無振動(dòng)的平穩(wěn)停止。 2.5.3較優(yōu)的插補(bǔ)算法 被提出的插補(bǔ)算法每8ms完成一個(gè)執(zhí)行周期，而較優(yōu)的插補(bǔ)算法能每1ms向位置控制循環(huán)給出當(dāng)前位置指令，每微秒的輸出 如下計(jì)算： 三維數(shù)字加工是由三軸同步通過區(qū)間模塊連續(xù)進(jìn)行加工的。如果CNC在執(zhí)行完當(dāng)前模塊指令后，要完成下一區(qū)間模塊的指令編譯，那么在這種情況下，機(jī)床將停止各軸的運(yùn)動(dòng)，直到下一區(qū)間編譯完畢，再繼續(xù)工作。由于每個(gè)模塊中的移動(dòng)距離非常小，該方法大大減弱了加工精度。為了避免這個(gè)問題，在編譯器中的三個(gè)緩沖器和插入器中的二十個(gè)緩沖器分別由圖4中的圓形陣列表示。在連續(xù)區(qū)間模塊中，數(shù)據(jù)傳送時(shí)允許高速加工。指令數(shù)據(jù)緩沖器和插補(bǔ)數(shù)據(jù)緩沖器中，分別儲(chǔ)存和調(diào)用的數(shù)據(jù)類型如下：-指令數(shù)據(jù)緩沖器-自定義宏指令模態(tài)數(shù)據(jù)G,F,X,Y,Z的編碼-理想位置數(shù)據(jù)-閉環(huán)數(shù)據(jù)，等_插補(bǔ)數(shù)據(jù)緩沖器-插補(bǔ)指令（G01,G02,G03，等）-回零指令-插補(bǔ)平面指令(G17,G18,G19)-理想位置數(shù)據(jù)-圓的中點(diǎn)，圓的半徑-刀具的更換指令，主軸控制指令-模塊中心的速度控制指令-M,S,T指令，等第三章數(shù)控?cái)?shù)字比較積分法的插補(bǔ)原理3.1比較積分法插補(bǔ)算法簡(jiǎn)介比較積分法又稱為脈沖間隔法。我們知道，以積分原理為基礎(chǔ)構(gòu)成的數(shù)字積分法，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種函數(shù)的插補(bǔ)和多坐標(biāo)直線的插補(bǔ)。但是，由于其溢出脈沖頻率與被積函數(shù)值大小有關(guān)，所以存在著速度調(diào)節(jié)不便的缺點(diǎn)。相反，逐點(diǎn)比較法由于以判別原理為基礎(chǔ)，其進(jìn)給脈沖是跟隨指令運(yùn)算頻率（脈沖源頻率）的，因而速度平穩(wěn)，調(diào)節(jié)方便，恰恰克服了數(shù)字積分法的缺點(diǎn)。但它在某些二次曲線的插補(bǔ)計(jì)算上不大方便。如果我們能把兩種方法結(jié)合起來，吸收各自的優(yōu)點(diǎn)，就能得到更為理想的脈沖分配方案。比較積分法就是在這種背景下產(chǎn)生的新型脈沖分配方法。我們先用直線插補(bǔ)來說明。在數(shù)字積分法的介紹中已經(jīng)知道，一個(gè)函數(shù)的定積分可以用矩形公式求和來近似計(jì)算。如果已知一條直線的方程為：Y=Ye/Xe*X, 式中Xe，Ye分別為直線的終點(diǎn)坐標(biāo)。對(duì)上式求微分得：Dy/Dx=Ye/Xe 如果引入時(shí)間變量t，分別對(duì)被積函數(shù)Xe和Ye進(jìn)行積分就得到數(shù)字積分法的直線插補(bǔ)。我們現(xiàn)在不這樣做，而是設(shè)法用比較判別的方法來建立兩個(gè)積分的聯(lián)系。先將上式改寫為: Yedx=Xedy用矩形公式來求積就得到 Ye+Ye+=Xedy脈沖分配序列圖此式表明，x方向每發(fā)一個(gè)進(jìn)給脈沖，相當(dāng)于積分值增加一個(gè)量Ye；Y方向每發(fā)一個(gè)進(jìn)給脈沖，積分值增加一個(gè)量Xe，為了得到直線，必須使兩個(gè)積分相等。根據(jù)上式，我們?cè)跁r(shí)間軸上分別作出x軸和y軸的脈沖序列，如上圖所示。把時(shí)間間隔作為積分增量，軸上每隔一段時(shí)間Ye發(fā)出一個(gè)脈沖，就得到一個(gè)時(shí)間間隔 Ye軸上每隔一段時(shí)間Xe發(fā)出一個(gè)脈沖，就得到一個(gè)時(shí)間間隔Ye 。在 X軸發(fā)出 11個(gè)脈沖后，其總時(shí)間間隔為Yx-Ye/60s.其中根據(jù)上述原理，各運(yùn)動(dòng)的圖片描述如下：3.2比較積分法基本原理比較比較法的基本原理是，在刀具按要求軌跡運(yùn)動(dòng)加工零件輪廓的過程中，不斷比較刀具與被加工零件輪廓之間的相對(duì)位置，并根據(jù)比較結(jié)果決定下一步的進(jìn)給方向，使刀具向減小偏差的方向進(jìn)給（始終只有一個(gè)方向）。一般地，比較積分法插補(bǔ)過程有四個(gè)處理節(jié)拍，如圖3：（）偏差判別。判別刀具當(dāng)前位置相對(duì)于給定輪廓的偏差狀況；（）坐標(biāo)進(jìn)給。根據(jù)偏差狀況，控制相應(yīng)坐標(biāo)軸進(jìn)給一步，使加工點(diǎn)向被加工輪廓靠攏；（）重新計(jì)算偏差。刀具進(jìn)給一步后，坐標(biāo)點(diǎn)位置發(fā)生了變化，應(yīng)按偏差計(jì)算公式計(jì)算新位置的偏差值；（）終點(diǎn)判別。若已經(jīng)插補(bǔ)到終點(diǎn)，則返回監(jiān)控，否則重復(fù)以上過程。圖4-1處理節(jié)拍3.3與直線插補(bǔ)算法的區(qū)別 數(shù)控?cái)?shù)字比較積分法一般二次曲線的插補(bǔ)算法與直線式插補(bǔ)有著本質(zhì)上的區(qū)別：1坐標(biāo)值x、y存入被積函數(shù)寄存器JVx、JVy的對(duì)應(yīng)關(guān)系與直線不同，正好相反，JVx存放著y，JVy存放著x。2. 直線插補(bǔ)時(shí)，寄存器中始終存放著終點(diǎn)的坐標(biāo)值，為常數(shù)，而圓弧插補(bǔ)則不同，寄存器中存放著動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)，是個(gè)變量。在插補(bǔ)過程中，必須根據(jù)動(dòng)點(diǎn)位置的變化來改變JVx、JVy中的內(nèi)容3. 運(yùn)算開始時(shí)，x軸和y軸被積函數(shù)寄存器中分別存放著Y、X的起點(diǎn)坐標(biāo)值。4. x軸被積函數(shù)寄存器中的數(shù)與其累加器的數(shù)累加得到的溢出脈沖發(fā)到x方向。y軸被積函數(shù)寄存器中的數(shù)與累加器中的數(shù)累加得到的溢出脈沖發(fā)到y(tǒng)方向。5. 每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖后，必須將被積函數(shù)寄存器中的坐標(biāo)值加以修正。即當(dāng)x方向發(fā)出進(jìn)給脈沖后，使y軸被積函數(shù)寄存器中的內(nèi)容減1（x方向的坐標(biāo)值減少1，但x坐標(biāo)值存放在y軸被積函數(shù)寄存器中）；當(dāng)y方向發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖后，使x軸被積函數(shù)寄存器中的內(nèi)容加1（y方向的坐標(biāo)值增加1，但y坐標(biāo)值存放在x軸被積函數(shù)寄存器中）。6. 終點(diǎn)判斷：以圓弧的終點(diǎn)與起點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值之差的絕對(duì)值作為x、y方向各自發(fā)出的脈沖總數(shù)值，以此作為終點(diǎn)判斷。由于園弧插補(bǔ)的兩個(gè)坐標(biāo)不一定同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，應(yīng)分別進(jìn)行終點(diǎn)判別，先到達(dá)的先停止累加。例：加工第一象限的園弧，圓心為原點(diǎn)，起點(diǎn)為A（5，0），終點(diǎn)為B（0，5）。x0=5, y0=0, xe=0, ye=5 為簡(jiǎn)便起見，寄存器位數(shù)N：2N>R，可取N=3 實(shí)際的N應(yīng)該由系統(tǒng)行程而定。3.4四象限比較積分法拋物線插補(bǔ)原理由于四象限的拋物線，有開口向上，向下，向左向右等特點(diǎn)，所以拋物線的四象限比較比較法就比較復(fù)雜，我們假設(shè)X軸和Y軸的增量為K，拋物線函數(shù)為F（x），起點(diǎn)坐標(biāo)為（Xs，Ys），終點(diǎn)坐標(biāo)為（Xe，Ye），然后分幾種情況來進(jìn)行比較比較：1）當(dāng)拋物線開口向上時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的右邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs+K。2） 當(dāng)拋物線開口向上時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的右邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs-K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。3）當(dāng)拋物線開口向上時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的左邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs-K。4）當(dāng)拋物線開口向上時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的左邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs+K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。5） 當(dāng)拋物線開口向下時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的右邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs-K。6）當(dāng)拋物線開口向下時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的右邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs+K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。7） 當(dāng)拋物線開口向下時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的左邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs+K。8）當(dāng)拋物線開口向下時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的左邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs-K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。9） 當(dāng)拋物線開口向右時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的下邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs+K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。10） 當(dāng)拋物線開口向右時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的下邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs-K。11） 當(dāng)拋物線開口向右時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的上邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs+K。12） 當(dāng)拋物線開口向右時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的上邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs-K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。13） 當(dāng)拋物線開口向左時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的下邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs-K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs。14） 當(dāng)拋物線開口向左時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的下邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs+K。15） 當(dāng)拋物線開口向左時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的上邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值低終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys+K，Xs=Xs；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys，Xs=Xs-K；16） 當(dāng)拋物線開口向左時(shí)，坐標(biāo)起點(diǎn)與終點(diǎn)在拋物線中心線的上邊，并且起點(diǎn)坐標(biāo)的Y值高終點(diǎn)坐標(biāo)的Y值，這時(shí)如果Ys<=F（Xs），則Ys=Ys，Xs=Xs+K；如果Ys> F（Xs）,則Ys=Ys-K，Xs=Xs；通過不同的情況對(duì)插補(bǔ)的算法進(jìn)行選擇，最終確定拋物線插補(bǔ)的軌跡。3.5提高精度的措施 在比較積分法中，如果要提高加工零件的精度，就應(yīng)該減小增量的值，理論上增量越小，最終的值就越趨近于拋物線；不過同時(shí)也跟刀具的進(jìn)給速度有關(guān)，速度越慢，精度就越高。第4章 開發(fā)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1 VC軟件簡(jiǎn)介 Visual C即VC，微軟公司出品的高級(jí)可視化計(jì)算機(jī)程序開發(fā)工具。他提供了一套開發(fā)環(huán)境。用戶可以隨心所欲地開發(fā)出各種功能的應(yīng)用軟件以及借助OpenGL和DirectX技術(shù)開發(fā)游戲軟件。 Visual C+可以識(shí)別C/C+并編譯，支持MFC類庫，并提供了一系列模板。這種可視化編程環(huán)境可以令程序員花更多精力在程序功能的實(shí)現(xiàn)上，而不是底層的建設(shè)上，這就大大加快了程序開發(fā)速度和效率，這也是Visual C+一個(gè)顯著的特點(diǎn)。利用Visual C+編譯出的程序空間小，運(yùn)行快，比其他的編譯工具編譯出的