基于MFC編程實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)控插補(bǔ)

1、西安科技大學(xué)研究生考試試卷題號(hào)分 數(shù)閱卷人12345678s10總分學(xué)號(hào) 姓名 趙遠(yuǎn)飛 所在學(xué)院 機(jī)械工程 學(xué)科、專業(yè) 機(jī)械電子工程 考試科目 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 考試日期 2015年5月 課程學(xué)時(shí) 32 注 意 事 項(xiàng)1、考生必須遵守考場紀(jì)律。2、答題必須寫清楚題號(hào)。3、字跡要清楚，保持卷面整潔。4、試題隨試卷一起交回（試題寫在黑板上時(shí)，答題時(shí)應(yīng)抄寫題目）。開（閉）卷 開 卷 趙遠(yuǎn)飛（西安科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 ）摘 要：文中介紹了數(shù)控插補(bǔ)原理，以直線插補(bǔ)為例，理論分析了插補(bǔ)的宏觀運(yùn)動(dòng)軌跡，推導(dǎo)出插補(bǔ)運(yùn)算公式，并在MFC平臺(tái)下對數(shù)控插補(bǔ)運(yùn)算編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)控插補(bǔ)動(dòng)態(tài)仿真，使其更為直觀可視。

2、關(guān)鍵詞：數(shù)控插補(bǔ)；MFC；動(dòng)態(tài)仿真；可視化0引 言 在數(shù)控實(shí)際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別，嚴(yán)格來說，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來生成，對于簡單的曲線數(shù)控系統(tǒng)可以比較容易地實(shí)現(xiàn)，但對于較復(fù)雜的形狀，若直接生成會(huì)使算法變得很復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的工作量也相應(yīng)地大大增加，因此在實(shí)際應(yīng)用中，常采用一小段直線或圓弧去進(jìn)行擬合以滿足精度要求，這種擬合方法就是“插補(bǔ)”，實(shí)質(zhì)上插補(bǔ)就是數(shù)據(jù)的密化過程。插補(bǔ)的任務(wù)是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出若干個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，每個(gè)中間點(diǎn)計(jì)算所需時(shí)間之間影響系統(tǒng)的控制速度，而插補(bǔ)中間點(diǎn)坐標(biāo)值的計(jì)算精度又影響到數(shù)控系

3、統(tǒng)的控制精度，因此，插補(bǔ)算法是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)控制的核心。插補(bǔ)算法經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不斷成熟，種類很多，一般說來，從產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型來分，主要有直線插補(bǔ)、二次曲線插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)都有各自的特點(diǎn)。本文將以逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)為例，并在MFC基礎(chǔ)上仿真出插補(bǔ)過程。1 MFC簡介1.1 MFC概述MFC：微軟基礎(chǔ)類(Microsoft Foundation Classes)，同VCL類似，是一種應(yīng)用程序框架，隨微軟Visual C+開發(fā)工具發(fā)布。目前最新版本為10.0(截止2011年3月)，并且發(fā)布了中文版。該類庫提供一組通用的可重用的類庫供開發(fā)人員使用，大部分類均從CObje

4、ct 直接或間接派生，只有少部分類例外。MFC應(yīng)用程序的總體結(jié)構(gòu)通常由開發(fā)人員從MFC類派生的幾個(gè)類和一個(gè)CWinApp類對象(應(yīng)用程序?qū)ο?組成。MFC 提供了MFC AppWizard 自動(dòng)生成框架。 1.2 MFC軟件特點(diǎn)MFC是微軟封裝了的API。Windows作為一個(gè)提供功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口編程的操作系統(tǒng)，提高了程序員編程效率，傳統(tǒng)的win32開發(fā)(直接使用Windows的接口函數(shù)API)對于程序員來說非常的困難，因?yàn)锳PI函數(shù)實(shí)在有很多，而且名稱很亂，從零構(gòu)架一個(gè)窗口動(dòng)輒就是上百行的代碼。MFC是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與Application framework的完美結(jié)合，它將傳統(tǒng)的A

5、PI進(jìn)行了分類封裝，并且為你創(chuàng)建了程序的一般框架。MFC不只是一個(gè)功能單純的界面開發(fā)系統(tǒng),它提供的類絕大部分用來進(jìn)行界面開發(fā),關(guān)聯(lián)一個(gè)窗口的動(dòng)作,但它提供的類中有好多類不與一個(gè)窗口關(guān)聯(lián),即類的作用不是一個(gè)界面類,不實(shí)現(xiàn)對一個(gè)窗口對象的控制(如創(chuàng)建,銷毀),而是一些在WinOS(用MFC編寫的程序絕大部分都在WinOS中運(yùn)行)中實(shí)現(xiàn)內(nèi)部處理的類,如數(shù)據(jù)庫的管理類等。2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理設(shè)要產(chǎn)生圓弧AB（如圖1），其圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)O,半徑為R。首先，若某加工點(diǎn)M1在圓弧外，則往-X方向走一步，到點(diǎn)M2，以靠近圓弧AB；接著，若點(diǎn)M2在圓弧內(nèi)，則往+y方向走一步，到點(diǎn)M3，以靠近圓弧AB。這一點(diǎn)若

6、在圓弧外，則下一步應(yīng)向圓弧內(nèi)走；若在圓弧內(nèi)，則下一步應(yīng)向圓弧外走，總之，以盡量靠近圓弧為原則。由于這種方法每走一步都要和所要求的曲線比較一次，故稱“逐點(diǎn)比較法”。 Fig1 circular interpolation principle Fig2 linear interpolation principle由上圖可知，采用此法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)，每走一步都要和所要求的曲線作一次比較，即判斷這一點(diǎn)和給定曲線的相對位置，以確定下一步的走向，這一工作是通過數(shù)控裝置來完成的。因此，必須找出適用于數(shù)控裝置運(yùn)算的一套公式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算的邏輯框圖。3 插補(bǔ)運(yùn)算程序設(shè)計(jì)3.1 直線插補(bǔ)運(yùn)算 設(shè)要產(chǎn)生直線OA，

7、其起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)O，其終點(diǎn)的坐標(biāo)值（XC ,yc）。通過計(jì)算總結(jié)出插補(bǔ)運(yùn)算表如下： 3.2 終點(diǎn)判斷第一種方式，是檢查符號(hào)法。直線插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)，下列兩式： Xi Xc (9) yi yc (10) 永遠(yuǎn)小于零，只有當(dāng)X方向到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，式（9）才為零，當(dāng)y方向到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，式（10）才為零。由上可知，當(dāng)上述有關(guān)子程序在運(yùn)算過程中變?yōu)榱?，即其符?hào)位由 1 變 0 時(shí)，就可料定相應(yīng)方向已到達(dá)終點(diǎn)。當(dāng)兩個(gè)方向到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。第二種方法，為減法計(jì)數(shù)。將某方向（如 x方向）該走的總步數(shù)先存入一個(gè)減法計(jì)數(shù)器中，運(yùn)算過程中，在運(yùn)算過程中，每當(dāng)該方向（如 x 方向）走一步時(shí)，就減 1，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器變?yōu)榱銜r(shí)

8、，說明該方向已到達(dá)終點(diǎn)。也可以將兩個(gè)方向該走的總步數(shù)先存入一個(gè)減法計(jì)數(shù)器中，在運(yùn)算過程中，不論哪個(gè)方向走一步，均減 1，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器變?yōu)榱銜r(shí)，說明已到達(dá)終點(diǎn)。3.3 象限處理上面所推導(dǎo)的插補(bǔ)運(yùn)算公式（1）（10）只適用于一象限的直線。若不采取措施的話，則對于其它象限的直線，并不是完全適用的。圖 3 是象限的劃分規(guī)則，根據(jù)對線段加工方向的不同來判斷它所處的象限，如表 2 所示。對于四個(gè)象限可共用如下的判別式沿 X方向走一步，則：Fi+1=Fi- （|Ye- Y0）| （11） 沿 Y方向走一步，則： Fi+1=Fi+（|Xe- X0）| （12） 上述兩式中（Xe- X0）、（Ye- Y0） 都

9、有絕對值，不考慮符號(hào)。但 （Xe- X0）、（Ye- Y0） 是有符號(hào)的，它影響刀具相對于工件移動(dòng)的方向。Fig 3 Thestep direction of the four quadrants Table 2 Steering quadrantjudgment andmotor 4 插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)4.1 插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)前面的理論分析及公式推導(dǎo)，可以按照圖4所示的流程設(shè)計(jì)程序。 Fig4 linear interpolation diagram 4.2 系統(tǒng)框架與界面設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序包括了3部分主要模塊：坐標(biāo)軸繪制模塊；輸入直線坐標(biāo)模塊；繪圖模塊。如圖5所示。 主功能界面圖如圖6所示。 s

10、Fig5 System frame diagram Fig6 The interface map themain function5 結(jié)論在這里我以直線插補(bǔ)為例，簡單分析了其運(yùn)動(dòng)軌跡及計(jì)算過程，并MFC編程對四個(gè)象限的直線插補(bǔ)進(jìn)行了編程仿真，動(dòng)態(tài)模擬了四個(gè)象限的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)了插補(bǔ)的可視化，使插補(bǔ)更為直觀。由于我的能力有限，所以這里只講述了直線插補(bǔ)，以及基于MFC只做了一些簡單地程序編程。致謝：這學(xué)期課設(shè)了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)這門課稱，在魏娟老師的輔導(dǎo)下，了解了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀，以及發(fā)展趨勢，雖然魏老師給我講的理論知識(shí)并不多，但是在魏老師的教導(dǎo)下，使得我們對數(shù)控有了新的認(rèn)識(shí)，特別是在看到魏老

11、師及其所帶研究生所開發(fā)參與的那一系列項(xiàng)目和所獲得獎(jiǎng)?wù)?，使得我從心底里有了搞好科研的?dòng)力，還有就是老師讓我們自己根據(jù)自己喜歡的方面制作PPT，并上臺(tái)講課，這個(gè)不但鍛煉了我們的各方面能力，而且使得我們朝著自己感興趣的方向又邁進(jìn)了一步，就我自己而言，雖然講述PPT出現(xiàn)一點(diǎn)意外，但使得我對MFC編程，以及單片機(jī)等知識(shí)有了更加濃厚的興趣，在此，我向魏老師表示誠摯的感謝，我會(huì)順著這條路勇敢走下去的。Zhauanfei(College of Mechanical Engineering,Xian University of Science and Technology,Xian ,China)Abstrac

12、t：The principle of the NC interpolation is introduced in this text firstly. Then exemplified by the linear interpolation, the macro trajectory of the interpolation is analyzed and calculation formulas are deduced. Finally the NC interpolation operators are programmed under the platform of MFC to rea

13、lize dynamic simulation, which makes the interpolation more facilitate for visualization.Key words：NC interpolation; MFC; dynamic simulation; visualizations參考文獻(xiàn)Reference1 王清輝，葉佩青，廖文和，等.多坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，1997（10）：53- 54.Wang Qinghui,Ye Peiqing,Liao Wenhe,et al.Multi axis NC machiningtechnologyand application ofcomputeraideddesign and manufacture,1997(10):53- 542 王艷琴.螺旋轉(zhuǎn)子的幾何建模與數(shù)控加工仿真D.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.Wang Yanqinspiral rotorgeometric modeling and numerical control machining simulation(D):Hefei.Hefei.Industryuniversity,2006.3 倪炎榕，馬登哲,等.圓環(huán)面刀具五坐標(biāo)數(shù)