廣東工業(yè)大學(xué)數(shù)控課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、機(jī)電工程學(xué)院 廣東工業(yè)大學(xué)“數(shù)控技術(shù)”課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目名稱針對(duì)非圓曲線的CAM軟件開發(fā)學(xué)生學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化/微電子姓 名學(xué) 號(hào)一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容用計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語言（如VB，VC+等）來實(shí)現(xiàn)非圓曲線的計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)軟件的開發(fā)，針對(duì)不同的非圓曲線，可任選（1）直線逼近（如等間距法、等弦長法、等誤差法等）、或（2）圓弧逼近的方法產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)。要求在滿足允許誤差的前提下，使得逼近的直線段或圓弧段的數(shù)量最少（即最優(yōu)解）， 根據(jù)加工曲線輪廓自動(dòng)生成刀具中心軌跡，自動(dòng)生成加工NC代碼，并能模擬實(shí)際加工走刀過程。二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)具體的要求如下：（1）列出一般的直

2、線或圓弧逼近的算法（流程圖）。（2）列出改進(jìn)的直線或圓弧逼近的算法（流程圖）即優(yōu)化算法。比較改進(jìn)前與改進(jìn)后的兩種算法結(jié)果。（3）針對(duì)給定的某一由非圓曲線所構(gòu)成的平面輪廓，根據(jù)指定的走刀方向、起刀點(diǎn)，自動(dòng)生成CNC代碼。(4)有刀具自動(dòng)補(bǔ)償功能，根據(jù)給定的補(bǔ)償量和進(jìn)給方向自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡，有過切報(bào)警功能。（5）在屏幕上顯示該非圓曲線所構(gòu)成的平面輪廓。根據(jù)給定的進(jìn)給速度能模擬加工過程，并在屏幕上留下刀具所走中心軌跡。目 錄一、 概述2二、凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展概況3三、課程設(shè)計(jì)任務(wù) 3四、軟件設(shè)計(jì)71、 程序設(shè)計(jì)語言的選擇72、 程序算法的簡述73、設(shè)計(jì)的流程圖74、設(shè)計(jì)過程 75、調(diào)試結(jié)果和界面15

3、五、總結(jié)16附:參考資料17一、概述：首先介紹了凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和在國內(nèi)外目前的應(yīng)用發(fā)展情況，介紹了凸輪仿真設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)任務(wù)，包括在編程時(shí)所采用的曲線的類型及對(duì)函數(shù)式的分析情況。接著，介紹軟件程序設(shè)計(jì)的各個(gè)過程，包括算法說明、流程圖介紹。還介紹了軟件測試結(jié)果。最后，對(duì)這次設(shè)計(jì)過程的心得體會(huì)。 Summary of the Contents:Introduce cam organization present development at home and abroad at first , introduce cam main design task of system that emu

4、lation design, including the types of the curves adopted and situation of analysis on function type while programming. Then , introduce each course that the software designs program , including the algorithm is stated , flow chart introduction. Have also introduced the test result of the software. F

5、inally, the gains in depth of comprehension to this design process.二、凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展概況 凸輪機(jī)構(gòu)是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件.凸輪通常作等速轉(zhuǎn)動(dòng),但也有做往復(fù)擺動(dòng)或移動(dòng)的.被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件稱為推桿.凸輪機(jī)構(gòu)就是又凸輪,推桿和機(jī)架三個(gè)主要構(gòu)件所組成的高副機(jī)構(gòu).凸輪的最大優(yōu)點(diǎn)是:只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊.凸輪機(jī)構(gòu)是間歇運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)之一，廣泛用于輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)等各種自動(dòng)機(jī)械中。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能在各種自動(dòng)機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用，除了它的

6、最大優(yōu)點(diǎn)外,還因?yàn)樗嬗袀鲃?dòng)、導(dǎo)引及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運(yùn)動(dòng)，以及暫時(shí)停留或各種步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；凸輪機(jī)構(gòu)也適宜于用作導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，使工作部件產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運(yùn)動(dòng)；當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用作控制機(jī)構(gòu)時(shí)，可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)工作循環(huán)。人類對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)由來已久，但直到十九世紀(jì)末，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)還未曾有過系統(tǒng)地研究。隨著工業(yè)化的發(fā)展，對(duì)高效的自動(dòng)機(jī)械的需求大大增加，需要改善內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的工作性能，所以直到二十世紀(jì)初，凸輪機(jī)構(gòu)的研究才開始受到重視。在二十世紀(jì)四十年代以后，由于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速增加，引起故障增多，才開始對(duì)配氣凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入研究，并從經(jīng)

7、驗(yàn)設(shè)計(jì)過渡到有理論根據(jù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析?，F(xiàn)代機(jī)械日益向高速發(fā)展，凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度也愈來愈高。因此，高速凸輪的設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)問題的研究已引起普通重視，提出了許多適于在高速條件下采用的推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及一些新型的凸輪機(jī)構(gòu)。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造已獲得普遍地應(yīng)用，從而提高了設(shè)計(jì)和加工的速度及質(zhì)量，這也為凸輪機(jī)構(gòu)的更廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（1）平面凸輪的數(shù)控加工程序的編制設(shè)有凸輪如圖1所示。凸輪轉(zhuǎn)角t與從動(dòng)件位移s的關(guān)系即凸輪輪廓的展成平面圖如圖2所示。要求分析凸輪的曲線規(guī)律，設(shè)計(jì)一個(gè)軟件 圖1能夠用于平面凸輪的參數(shù)化繪圖和生成數(shù)控加工的代碼。即

8、： 1.有一個(gè)凸輪設(shè)計(jì)的友好界面； 圖12.能夠按照用戶要求生成凸輪的曲線輪廓，對(duì)于非圓幾何形狀可采用直線或圓弧逼近的方法生成曲線；3.能夠生成數(shù)控代碼； 圖2凸輪設(shè)計(jì)中涉及的有關(guān)參數(shù)可自行設(shè)定，或參考圖2中的參數(shù)。（2）曲線的類型及函數(shù)式的分析所謂推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,是指推桿在運(yùn)動(dòng)時(shí),其位移s 速度v和加速度a隨時(shí)間t的變化的規(guī)律.又因?yàn)橥馆喴话銥榈人龠\(yùn)動(dòng),即其轉(zhuǎn)角&與與時(shí)間成正比,所以推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律更常表示為推桿的運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角&變化的規(guī)律.例如圖2就是推桿位移隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的運(yùn)動(dòng)線圖.下面分析各種設(shè)計(jì)凸輪的數(shù)學(xué)表達(dá)式:首先，采用機(jī)械原理中的一般凸輪設(shè)計(jì)的幾種運(yùn)動(dòng)方程式，并對(duì)此作了修改：1

9、、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (1-1)式中為凸輪的轉(zhuǎn)角；s為凸輪從動(dòng)件位移；、為待定系數(shù)，可以利用邊界條件等來確定。而常用的有以下幾種多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(1) 一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律(速度為常數(shù)) 設(shè)取邊界條件為在起點(diǎn)處 ，.在終點(diǎn)處 ，.則由式(1-2)可得，故從動(dòng)件推程的運(yùn)動(dòng)方程為 ，回程時(shí)h取負(fù)值。(2) 二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律(加速度為常數(shù)) 等加速運(yùn)動(dòng)方程：等減速運(yùn)動(dòng)方程：由于等加速等減速的曲線圖形都是由兩部分組成，而為方便曲線的分類，固對(duì)其進(jìn)行修改。其中原等加等減加速度函數(shù)為：“” 和“”。兩段曲線的范圍分別為h/2, o/2,，以h/2, o/2,代入原式中，即可得到求出單獨(dú)等加速或等減速的函數(shù)式。

10、由于采用的h值是相對(duì)的，所以回程時(shí)，只把h取負(fù)值即可。2、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1） 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律) 從動(dòng)件的加速度余弦規(guī)律變化，其運(yùn)動(dòng)方程為 （2） 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律) 從動(dòng)件的加速度按正弦規(guī)律變化，其運(yùn)動(dòng)方程為 其中，等速運(yùn)動(dòng)：極大的沖擊；等加速、等減速：沖擊較大；余弦加速度運(yùn)動(dòng)：沖擊力較小；正弦加速度運(yùn)動(dòng)：沒沖擊。由于凸輪的曲線函數(shù)還有很多，如五項(xiàng)式、高次方、諧波等，而且由于凸輪的具體運(yùn)用場合不同，如對(duì)心直推，偏置直動(dòng)推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)推桿，平底推桿等。這些情況不在考慮的范圍內(nèi)，同時(shí)也忽略了對(duì)設(shè)計(jì)完成的凸輪的沖擊力。二、 軟件設(shè)計(jì)1、 程序設(shè)計(jì)語言的選

11、擇目前流行的開發(fā)工具有C+Builder、VC、VB和Delphi，每一種開發(fā)語言都其特點(diǎn)。在這次程序設(shè)計(jì)中，我選擇了Visual Basic(VB)程序開發(fā)工具。因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)語言簡單易用，在編程系統(tǒng)中引入了面向?qū)ο蟮臋C(jī)制，提供了一種可視界面的設(shè)計(jì)方法。用戶可直接使用窗體和控件設(shè)計(jì)應(yīng)用程序界面，極大地提高了應(yīng)用程序開發(fā)的效率。在程序中，我采用了多個(gè)應(yīng)用窗口依次詢問的方法，逐步完成凸輪的仿真設(shè)計(jì)。每個(gè)窗體按照不同的功能而劃分為：登陸界面，基本參數(shù)選擇界面，主窗體，NC加工窗體，還有幫助界面。2、 程序算法的簡述數(shù)控系統(tǒng)一般只有直線和圓弧插補(bǔ)的功能，對(duì)于非圓曲線輪廓，只有用直線和圓弧去逼近它，“節(jié)點(diǎn)

12、”就是逼近線段與非圓曲線的交點(diǎn)。一個(gè)已知曲線方程的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于所用逼近線段形狀、曲線方程的特征以及允許的逼近誤差。在本程序中，由于時(shí)間的關(guān)系，我采用的逼近方法是直線逼近方法，簡單易編程，容易檢查出錯(cuò)誤。雖然會(huì)在某些線段中會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，但由于每段逼近線段的長度較小，因此，產(chǎn)生的誤差都在允許的范圍之內(nèi)。但是，也由于這個(gè)原因，使節(jié)點(diǎn)過多，這是無法避免的。3、設(shè)計(jì)的流程圖初步構(gòu)想 界面確定 確定逼近算法 模塊編寫 程序調(diào)制4、設(shè)計(jì)過程（1） 程序流程圖文件標(biāo)志符*開 始畫半徑為R+h的圓在list框生成該圓弧的相對(duì)和絕對(duì)NC代碼N=1;R0;H=0輸入?yún)?shù)NY文件無效N范圍出錯(cuò)，重輸Y生成坐標(biāo)

13、系畫半徑為R的圓弧YN=1或H=0N選擇曲線類型，輸入?yún)?shù)超出范圍范圍出錯(cuò)，重輸Nh0Y畫凸輪輪廓線在list框生成該曲線段相對(duì)和絕對(duì)NC代碼，保存相應(yīng)的參數(shù)值NC加工代碼瀏覽N是否滿意清空曲線數(shù)據(jù),恢復(fù)初始值Y結(jié)束 （2） 主要程序分析1、初始坐標(biāo)系繪制 Private Sub cmdOK_Click() 坐標(biāo)初始化Dim c1 As Double, c2 As Double, c As Double, a As IntegerIf IsNumeric(TxtRise1.Text) And IsNumeric(Txtr.Text) And IsNumeric(TxtNum.Text) The

14、n 判斷輸入的R,H,N是否是數(shù)字 m1 = TxtNum.Text: m2 = Txtr.Text: m3 = TxtRise1.Text TxtNum.Enabled = False: Txtr.Enabled = False: TxtRise1.Enabled = False Form1.Labfun.Caption = If m1 = 1 And m2 0 And m3 = 0 Then a = Val(TxtNum): c1 = Val(Txtr): c2 = Val(TxtRise1) c = 1.2 * (c1 + c2) Form1.Label15.Caption = Y: F

15、orm1.Label12.Caption = 0: Form1.Lbls.Caption = c2 Form1.Label13.Caption = s: Form1.Label14.Caption = : Form1.Label11.Caption = X Form1.Label3.Caption = 90: Form1.Label4.Caption = 0: Form1.Label8.Caption = 180 Form1.Label9.Caption = 270: Form1.Label10.Caption = 360 繪制PicView的坐標(biāo) Form1.PicView.Scale (-

16、c, c)-(c, -c) Form1.PicView.Line (0, -1.2 * (c1 + c2)-(0, 1.2 * (c1 + c2), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line (-1.2 * (c1 + c2), 0)-(1.2 * (c1 + c2), 0), RGB(0, 0, 255) For i = 1 To 10 Form1.PicView.Line (0 + i * (c1 + c2) / 10), 0)-(0 + i * (c1 + c2) / 10), c / 50), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line

17、 (0 - i * (c1 + c2) / 10), 0)-(0 - i * (c1 + c2) / 10), c / 50), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line (0, 0 + i * (c1 + c2) / 10)-(c / 30, 0 + i * (c1 + c2) / 10), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line (0, 0 - i * (c1 + c2) / 10)-(c / 30, 0 - i * (c1 + c2) / 10), RGB(0, 0, 255) Next i 考慮升程和曲線段數(shù)的輸入值的兩種情況 一,

18、當(dāng)升程為0和曲線段數(shù)為1時(shí)If c2 0 And a 1 Then Form1.Cmbsel.Enabled = True Form1.PicView1.ScaleHeight = -1.2 * c2 Form1.PicView1.ScaleTop = c2 繪制PicView1的坐標(biāo) Form1.PicView1.Line (0, 0)-(360, 0), RGB(0, 0, 0) For i = 1 To 4 Form1.PicView1.Line (0, 0 + i * (c2 / 4)-(5, 0 + i * (c2 / 4), RGB(0, 0, 0) Next i Form1.Pi

19、cView1.Line (0, 0)-(0, c2), RGB(0, 0, 0) For i = 1 To 8 Form1.PicView1.Line (0 + i * (360 / 8), 0)-(0 + i * (360 / 8), c2 / 24), RGB(0, 0, 0) Next iElse 二,當(dāng)升程為0或曲線段數(shù)為 Val(Numstr) And Val(Numend) = 360 And Val(Numstr) 360 Then 檢查終止角度(end1)是否大于初If Val(Dialog1.TxtRise1) = 0 Or Val(Dialog1.TxtNum) = 1 T

20、hen 如果升程H=0或曲線段數(shù)N=1 Call forend: Call case0: CmdOK.Enabled = False ElseIf Val(Numh) = 0 And cn = 1 And _ Val(Numend) 360 Then Call caseall ElseIf high + h = 0 And cn 1 And _ Val(Numend) = 1 Then If Option1.Value = True Then 絕對(duì)坐標(biāo)編程 deep = Val(Txt7) Call NCStr j = 110 For M = 1 To Val(Txt8) List.AddIt

21、em N & j & & Z- & Format$(deep, #0.#) j = j + 5 For i = 0 To Form1.List2.ListCount - 1 List.AddItem N & j & & Form1.List2.List(i) j = j + 5 Next i deep = deep + Val(Txt7) Next M Call NCEd ElseIf Option2.Value = True Then 相對(duì)坐標(biāo)編程 Call NCStrj = 110For M = 1 To Val(Txt8) List.AddItem N & j & & Z- & Format$(Val(Txt7), #0.#) j = j + 5 For i = 0 To Form1.List3.ListCount - 1 List.AddItem N & j & & Form1.List3.List(i) j = j + 5 Next iNext MCall NCEdEnd IfElseMsgBox 有非法字符或其它錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查End IfEnd Sub5 調(diào)試過程一、 運(yùn)行時(shí)歡迎界面：二、 主程序運(yùn)行界面：三、 測試各個(gè)輸入?yún)?shù)后，運(yùn)行結(jié)果如下：三、 NC加工界面：其中，測試的結(jié)果還令人滿意。不過，令人遺憾的是由于加工的路線，只能實(shí)現(xiàn)刀具半徑左補(bǔ)償指令，沒辦法