數(shù)控編程刀補(bǔ)課程設(shè)計(jì)

目錄一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 3二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 3三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作 3仿真數(shù)控裝置的刀具補(bǔ)償功能的程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)容說(shuō)明 3一、內(nèi)容提要 3二、軟件功能介紹 4三、刀具半徑補(bǔ)償知識(shí) 93.1刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕靖拍?93.1.1概念： 93.1.2主要用途 103.1.3常用方法 10四、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算 10五、刀具補(bǔ)償算法 125.1直線與直線 125.1.1縮短型和伸長(zhǎng)型 125.1.2插入型 135.2直線與圓弧 135.3圓弧與直線 155.4圓弧與圓弧 175.4．1逆圓弧接逆圓弧 175.4.2順圓弧接順圓弧 185.4.3逆圓弧接順圓弧 185.4.4順圓弧接逆圓弧 19六程序流程圖 20七、設(shè)計(jì)總結(jié) 22八、參考文獻(xiàn) 22

內(nèi)容提要題目：用計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言（如VB，VC++等）來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置中的一個(gè)基本的功能——刀具補(bǔ)償功能（亦即仿真數(shù)控裝置的刀具補(bǔ)償功能），要求對(duì)任意給定的某一由直線與圓弧組成的平面幾何輪廓：（1）能實(shí)現(xiàn)四種轉(zhuǎn)接（直線—直線、直線—圓弧、圓弧—直線、圓弧—圓?。?；（2）能實(shí)現(xiàn)三種過(guò)渡方式（伸長(zhǎng)型、縮短型、插入型）；（3）能實(shí)現(xiàn)左、右刀補(bǔ)（即G41，G42）。（4）在屏幕上繪出刀具的中心軌跡。首先，根據(jù)題目的要求設(shè)定仿真系統(tǒng)的界面，能實(shí)現(xiàn)各種情況下的刀補(bǔ)功能，包括四種轉(zhuǎn)接功能、三種過(guò)渡方式、兩種刀補(bǔ)方式以及刀具中心軌跡、輸入程序。除此之外，根據(jù)實(shí)際可以適當(dāng)?shù)卦黾右恍┢渌挠嘘P(guān)數(shù)控方面的仿真功能，包括所用刀具半徑、打開(kāi)和編輯文件功能等等。其次，根據(jù)所選擇的刀補(bǔ)方法，結(jié)合題目要求，進(jìn)行各種刀補(bǔ)情況的考慮分析，并且計(jì)算出不同情況下的刀具路徑，包括運(yùn)用相關(guān)公式算出轉(zhuǎn)接點(diǎn)的坐標(biāo)（例如，伸長(zhǎng)型中的直線與直線的交點(diǎn)；插入型中的圓弧與圓弧的交點(diǎn)等等），具體的直線和圓弧的路徑等。當(dāng)然，還可以運(yùn)用角度的不同來(lái)控制刀具路線。然后，就是利用VisualBasic6.0為開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行仿真軟件的設(shè)計(jì)。就是說(shuō)，按照所選的方法和算法，通過(guò)VB語(yǔ)言的編程，實(shí)現(xiàn)需要實(shí)現(xiàn)的功能。這一部分包括縮編程序的算法及流程圖。最后，進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)一些數(shù)控程序的輸入，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的仿真軟件的可行性，以及存在的問(wèn)題和不足。

課程設(shè)計(jì)任務(wù)一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容用計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言（如VB，VC++等）來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置中的一個(gè)基本的功能——刀具補(bǔ)償功能（亦即仿真數(shù)控裝置的刀具補(bǔ)償功能），要求對(duì)任意給定的某一由直線與圓弧組成的平面幾何輪廓：二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)具體的要求如下：（1）能實(shí)現(xiàn)四種轉(zhuǎn)接（直線—直線、直線—圓弧、圓弧—直線、圓弧—圓?。?；（2）能實(shí)現(xiàn)三種過(guò)渡方式（伸長(zhǎng)型、縮短型、插入型）；（3）能實(shí)現(xiàn)左、右刀補(bǔ)（即G41，G42）。（4）在屏幕上繪出刀具的中心軌跡。三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作每個(gè)學(xué)生應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，獨(dú)立完成所選題目。運(yùn)用VB編程語(yǔ)言，編寫(xiě)計(jì)算機(jī)軟件在WINDOWS實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置的計(jì)算機(jī)仿真。要求清楚地分析問(wèn)題、提出算法、確定人機(jī)界面、列出流程圖，最后用程序驗(yàn)證，完成軟件測(cè)試，并且提交程序說(shuō)明書(shū)。對(duì)選擇典型零件編程題目的學(xué)生，要求用編寫(xiě)計(jì)算機(jī)軟件的方法解決數(shù)控過(guò)程的一個(gè)問(wèn)題。可以任選用本人熟悉的一種編程語(yǔ)言，要求清楚地分析問(wèn)題、提出算法、列出流程圖，最后用程序驗(yàn)證，并且提交程序說(shuō)明書(shū)。仿真數(shù)控裝置的刀具補(bǔ)償功能的程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)容說(shuō)明一、內(nèi)容提要本文介紹了以VisualBasic6.0為開(kāi)發(fā)工具，制作程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置中的一個(gè)基本的功能--刀具補(bǔ)償功能（亦即仿真數(shù)控裝置的刀具補(bǔ)償功能），要求對(duì)任意給定的某一由直線與圓弧組成的平面幾何輪廓；

（1） 能實(shí)現(xiàn)四種轉(zhuǎn)接（直線--直線，直線--圓弧，圓弧--直線，

圓弧--圓?。?；

（2）能實(shí)現(xiàn)三中過(guò)渡方式（伸長(zhǎng)型，縮短型，插入型）；

（3）能實(shí)現(xiàn)左，右刀補(bǔ)（即G41，G42）。

（4）在屏幕上繪出刀具的中心軌跡。

在程序中討論了刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑?，并介紹了如何判斷縮短型，伸長(zhǎng)型和插入型，如何實(shí)現(xiàn)直線與直線，直線與圓弧，圓弧與直線，圓弧與圓弧的轉(zhuǎn)接二、軟件功能介紹1．本模擬軟件分兩個(gè)窗口實(shí)現(xiàn)，界面友好，在以往的軟件界面上有了較大的改進(jìn)，操作方便，圖形界面如下：圖3－1介紹窗口圖3－2直線-直線類(lèi)型界面圖3－3直線-圓弧類(lèi)型界面圖3－4圓弧-直線類(lèi)型界面圖3－5圓弧-圓弧類(lèi)型界面2、軟件功能簡(jiǎn)介：（1）軟件能實(shí)現(xiàn)任何直線、圓弧交叉多段線段的連接刀具插補(bǔ)加工；（2）能實(shí)現(xiàn)直線—直線刀具補(bǔ)償，直線—圓弧刀具補(bǔ)償,圓弧—直線刀具補(bǔ)償,和圓弧—圓弧刀具補(bǔ)償；（3）可以在窗口點(diǎn)擊從而輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)具有實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)坐標(biāo)功能（4）刀具半徑可以變換大小（5）坐標(biāo)系分為2個(gè)坐標(biāo)系，其中默認(rèn)坐標(biāo)系原點(diǎn)在左下角，自定義坐標(biāo)系原點(diǎn)在中心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)坐標(biāo)的縮放功能，同時(shí)顯示其最大坐標(biāo)系（6）狀態(tài)欄有輸入數(shù)據(jù)的提示3軟件使用流程及軟件使用說(shuō)明選擇刀補(bǔ)類(lèi)型右圖控件欄具有3大功能可以選擇坐標(biāo)系類(lèi)型；可以顯示最大坐標(biāo)值可以對(duì)所選擇的坐標(biāo)系進(jìn)行縮放下圖為本軟件所具有的2個(gè)坐標(biāo)系此窗口為左右刀補(bǔ)選擇窗口，刀具半徑需要進(jìn)行填寫(xiě)此為狀態(tài)提示欄，用以提示下一步進(jìn)行的操作，同時(shí)改軟件具有鼠標(biāo)實(shí)時(shí)坐標(biāo)顯示窗口，亦再次窗口進(jìn)行顯示此窗口為參數(shù)輸入窗口，需要填寫(xiě)數(shù)據(jù)從而繪制所需要的刀補(bǔ)路徑此窗口為主要顯示窗口i，所繪制的圖形均在此進(jìn)行顯示，同時(shí)本窗口具有鼠標(biāo)捕抓功能，只需要捕抓窗口就能夠把所在的點(diǎn)輸入?yún)?shù)欄里三、刀具半徑補(bǔ)償知識(shí)3.1刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕靖拍?.1.1概念：根據(jù)按零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù),數(shù)控裝置能實(shí)時(shí)自動(dòng)生成刀具中心軌跡的功能稱(chēng)為刀具半徑補(bǔ)償功能。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡（零件輪廓）前進(jìn)方向的右邊時(shí)，稱(chēng)為右刀補(bǔ)，用G42指令實(shí)現(xiàn)；反之稱(chēng)為左刀補(bǔ)，用G41指令實(shí)現(xiàn)。3.1.2主要用途數(shù)控裝置大都具有刀具半徑補(bǔ)償功能，這為程序編制提供了方便。當(dāng)編制零件加工程序時(shí)，可利用刀具半徑補(bǔ)償功能，直接按零件輪廓進(jìn)行編程，而不需要進(jìn)行大量的刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算。采用刀具半徑補(bǔ)償后，數(shù)控系統(tǒng)能自動(dòng)計(jì)算出刀具中心的偏移向量，進(jìn)而得到偏移后的刀具中心軌跡，并使系統(tǒng)按中心軌跡運(yùn)行。具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化時(shí)，不必重新編程，只須修改相應(yīng)得偏置參數(shù)即可。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時(shí)，要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個(gè)程序。3.1.3常用方法刀具半徑補(bǔ)償分為B類(lèi)補(bǔ)償和C類(lèi)補(bǔ)償。B刀補(bǔ)的特點(diǎn)是刀具中心軌跡的段間連接都是以圓弧進(jìn)行的；C刀補(bǔ)的特點(diǎn)是相鄰兩段輪廓的刀具中心軌跡之間用直線進(jìn)行連接。B類(lèi)補(bǔ)償只能實(shí)現(xiàn)在本程序段內(nèi)的刀具半徑補(bǔ)償，而對(duì)程序段間的過(guò)渡不予處理。只有B類(lèi)刀具半徑補(bǔ)償功能的數(shù)控系統(tǒng)，使用時(shí)，對(duì)有外輪廓（外拐角）部分，必須增加尖角過(guò)渡輔助程序段；對(duì)內(nèi)輪廓（內(nèi)拐角），則會(huì)產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象，因此，不能使用B類(lèi)刀具半徑補(bǔ)償。刀具半徑C類(lèi)補(bǔ)償功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尖角過(guò)渡，只要給出零件輪廓的程序數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)就能自動(dòng)地進(jìn)行拐角處的刀具中心軌跡交點(diǎn)的計(jì)算，采用的算法是一次進(jìn)行兩段直線的處理，C類(lèi)補(bǔ)償功能可用于內(nèi)、外拐角輪廓的加工。四、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算刀具補(bǔ)償轉(zhuǎn)接類(lèi)型的判別方法刀補(bǔ)算法中的轉(zhuǎn)接類(lèi)型和轉(zhuǎn)接角有著直接的關(guān)系。如果能由兩個(gè)相接程序段的方向矢量判斷出sin和cos符號(hào)的正負(fù)，則可確定出角的范圍，進(jìn)而判斷出兩個(gè)相接程序段的轉(zhuǎn)接類(lèi)型。上述問(wèn)題可采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換方法解決。以直線和直線轉(zhuǎn)接為例，以第一線段編程軌跡為基準(zhǔn)進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，其中(x0,z0),(x1,z1),(x2,z2)是兩直線的端點(diǎn)。刀具半徑大小為R.令,，,的正負(fù)由刀補(bǔ)類(lèi)型,直線斜率,起點(diǎn)與終點(diǎn)的關(guān)系決定.有dqdx1=qdx1-R**T*k1*m3dqdy1=qdy1+R**T*k1*m1dzdx2=zdx2-R**T*k2*m4'刀補(bǔ)情況dzdy2=zdy2-R**T*k2*m2(dqdx1,dqdy1),(dqdx2,dqdy2)為起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)偏置后的坐標(biāo)T為刀補(bǔ)類(lèi)型,k1,k2為線段的斜率,m1,m2,m3,m4為線段起點(diǎn)坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)的位置關(guān)系.

由此可以得到轉(zhuǎn)接類(lèi)型的判別條件：（1）縮短型條件180°<<360°（2）伸長(zhǎng)型條件90°<<180°（3）插入型條件0°90°根據(jù)上述各式，可以方便地完成轉(zhuǎn)接類(lèi)型的判別。與其他刀補(bǔ)轉(zhuǎn)接類(lèi)型的判別方法相比，該方法極大地減少了刀補(bǔ)算法的實(shí)時(shí)計(jì)算量。五、刀具補(bǔ)償算法5.1直線與直線5.1.1縮短型和伸長(zhǎng)型直線接直線的縮短型和伸長(zhǎng)型的刀補(bǔ)交點(diǎn)公式一樣，現(xiàn)利用伸長(zhǎng)型直線接直線來(lái)求刀補(bǔ)轉(zhuǎn)接點(diǎn)求公式。圖2.1刀補(bǔ)前輸入直線的三點(diǎn)坐標(biāo)分別為起點(diǎn)（qdx1，qdy1），轉(zhuǎn)接點(diǎn)（zdx1，zdy1），終點(diǎn)（zdx2，zdy2），此三點(diǎn)為已知數(shù)據(jù)通過(guò)第一點(diǎn)和第二點(diǎn)坐標(biāo)求出此直線的方程：根據(jù)兩點(diǎn)式求出方程為(y-qdy1)/(x-qdx1)=k(zdy1-qdy1)/(zdx1-qdx1)通過(guò)偏移的刀具半徑R，可以求得第一條直線的方程為y=x(zdy1-qdy1)/(zdx1-qdx1)+qdx1(zdy1-qdy1)/(zdx1-qdx1)+R求方程在Y坐標(biāo)上的節(jié)距，此時(shí)x=0可以得到節(jié)距為qdx1(zdy1-qdy1)/(zdx1-qdx1)+R同理可以求出第二條直線的節(jié)距為zdx1(zdy2-zdy1)/(zdx2-zdx1)+R通過(guò)輸入的三點(diǎn)可以求出直線一和直線二的斜率K1=(zdy1-qdy1)/(zdx1-qdx1)K2=(zdy2-zdy1)/（zdx2-zdx1）通過(guò)線段的長(zhǎng)度可以列出方程從而解出第一條直線與第二條直線的交點(diǎn)坐標(biāo)即X×K1-Y×K2=zdx1(zdy2-zdy1)/(zdx2-zdx1)+R-qdx1(zdy1-qdy1)/(zdx1-qdx1)+R容易通過(guò)偏移求得第一條直線與第二條直線的起點(diǎn)以及終點(diǎn)5.1.2插入型對(duì)于插入型轉(zhuǎn)接，與上面算法一樣，通過(guò)對(duì)方程組的求解，可以求得插入型刀補(bǔ)的2個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)坐標(biāo)（X1，Y1）、（X2、Y2）X1=X2+R*(Cos(θ1)-Sin(θ1)*k)Y1=Y2+R*(Sin(θ1)+Cos(θ1)*k)X2=X2+R*(-Sin(θ2)*k-Cos(θ2))Y2=Y2+R*(Cos(θ2)*k-Sin(θ2))5.2直線與圓弧圖2.2直線方程:y=k*x+b(1)圓弧方程:(R+r)^2=(x-x0)^2+(y-y0)^2(2)通過(guò)以上兩式可以求出交點(diǎn)的坐標(biāo)值假設(shè)直線L的起點(diǎn)為（X1,Y1）,終點(diǎn)為（X2,Y2）,圓弧C的起點(diǎn)為（X2,Y2）,圓心角為Co2,圓心坐標(biāo)為（Xo2，Yo2）。圓弧半徑為Ro2。經(jīng)過(guò)分析與比較,直線接圓弧的伸長(zhǎng)型和插入型的計(jì)算與直線接直線的相同,而縮短型的計(jì)算則不同,因此我們僅討論縮短型刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接點(diǎn)計(jì)算。(1)順時(shí)針畫(huà)圓弧時(shí)可求得公式CM=Ro2*Cos(A)+k*ROM=Sqr((Ro2+k*R)^2-CM^2)XC=Xo2-k*OM*Cos(A1)-CM*Sin(A1)YC=Yo2-k*OM*Sin(A1)+CM*Cos(A1)左刀補(bǔ)k=1,右刀補(bǔ)k=-1(2)逆時(shí)針畫(huà)圓弧可求得公式CM=Ro2*Cos(A)–k*ROM=Sqr((Ro2–k*R)^2-CM^2)XC=Xo2+k*OM*Cos(A1)+CM*Sin(A1)YC=Yo2+k*OM*Sin(A1)-CM*Cos(A1)左刀補(bǔ)k=1,右刀補(bǔ)k=-15.3圓弧與直線圖２.３直線接圓弧的伸長(zhǎng)型和插入型的計(jì)算與直線接直線的相同,而縮短型的計(jì)算則不同,因此我們僅討論縮短型刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接點(diǎn)計(jì)算。圖22為圓弧與直線的縮短型轉(zhuǎn)接進(jìn)行左刀補(bǔ)的情況。編程軌跡為12—23，A1是圓弧在OA點(diǎn)處的切線與X軸正向的夾角，a2是矢量AF與X軸正向的夾角，夾角a=a2一a1。圓弧半徑值為R。總結(jié)各種情況下圓弧與直線的縮短型轉(zhuǎn)接計(jì)算公式：圖22(1)逆時(shí)針畫(huà)圓弧時(shí)可求得公式、CM=Ro1*Cos(A)–k*ROM=Sqr((Ro1–k*R)^2-CM^2)XC=Xo1-k*OM*Cos(A2)+CM*Sin(A2)YC=Yo1-k*OM*Sin(A2)-CM*Cos(A2)左刀補(bǔ)k=1,右刀補(bǔ)k=-1(2)順時(shí)針畫(huà)圓弧可求得公式CM=Ro1*Cos(A)+k*ROM=Sqr((Ro1+k*R)^2-CM^2)XC=Xo1+k*OM*Cos(A2)-CM*Sin(A2)YC=Yo1+k*OM*Sin(A2)+CM*Cos(A2)左刀補(bǔ)k=1,右刀補(bǔ)k=-15.4圓弧與圓弧圖2.3圓弧方程1:(R1+r)^2=(x-x01)^2+(y-y01)^2（1）圓弧方程2:(R2+r)^2=(x-x02)^2+(y-y02)^2（2）經(jīng)過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn),圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接時(shí)的伸長(zhǎng)型與插入型的計(jì)算與直線接直線的一樣,而縮短型的計(jì)算不同,因此,只需研究縮短型的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接點(diǎn)。5.4．1逆圓弧接逆圓弧圓弧12和23如圖23,已知其坐標(biāo),可以計(jì)算出圓弧圓心O1,O2坐標(biāo)及其半徑RO1,RO2,在△O1O2C中可求出∠CO1O2,用Coo表示,直線O1O2與X軸正向夾角亦可求出,用Aoo表示,則可求出交點(diǎn)C的坐標(biāo)如圖23Ro1=Ro1–k*RRo2=Ro2–k*Rl=Sqr((Xo1-Xo2)^2+(Yo1-Yo2)^2)t=(Ro1^2+l^2-Ro2^2)/(2*Ro1*l)Coo=Atn(-t/Sqr(-t*t+1))+2*Atn(1)Aoo由前求A1的方法來(lái)求，則：XC=Xo1+Ro1*Cos(Coo+k*Aoo)YC=Yo1+k*Ro1*Sin(Coo+k*Aoo)左刀補(bǔ)k=1,右刀補(bǔ)k=-15.4.2順圓弧接順圓弧對(duì)順圓弧接順圓弧的情況,若將弧12與23兩個(gè)矢量變反,并將1和3的坐標(biāo)置換,則原順圓弧接順圓弧的情況就變成了逆圓弧接逆圓弧的情況,因此把順圓弧接順圓弧的情況與逆圓弧接逆圓弧的情況一起考慮,求出交點(diǎn)C的坐標(biāo),再把線型、坐標(biāo)還原即可。Ro1=Ro1+RRo2=Ro2+Rl=Sqr((Xo1-Xo2)^2+(Yo1-Yo2)^2)t=(Ro2^2+l^2-Ro1^2)/(2*Ro2*l)Coo=Atn(-t/Sqr(-t*t+1))+2*Atn(1)XC=Xo2+Ro2*Cos(Coo-R/Abs(R)*Aoo)YC=Yo2-R/Abs(R)*Ro2*Sin(Coo-R/Abs(R)*Aoo)5.4.3逆圓弧接順圓弧圓弧12和23如圖24,已知其坐標(biāo),可以計(jì)算出圓弧圓心O1,O2坐標(biāo)及其半徑RO1,RO2,在△O1O2C中可求出∠CO1O2,用Coo表示,直線O1O2與X軸正向夾角亦可求出,用Aoo表示,則可求出交點(diǎn)C的坐標(biāo)如下圖24Ro1=Ro1–k*RRo2=Ro2+k*Rl=Sqr((Xo1-Xo2)^2+(Yo1-Yo2)^2)t=(Ro1^2+l^2-Ro2^2)/(2*Ro1*l)Coo=Atn(-t/Sqr(-t*t+1))+2*Atn(1)XC=Xo1+Ro1*Cos(Coo-k*Aoo)YC=Yo1-k*Ro1*Sin(Coo-k*Aoo)5.4.4順圓弧接逆圓弧采用與上述分析類(lèi)似的方法,可求出交點(diǎn)C的坐標(biāo)如下:Ro1=Ro1+k*RRo2=Ro2–k*Rl=Sqr((Xo1-Xo2)^2+(Yo1-Yo2)^2)t=(Ro1