數(shù)控課程設(shè)計(數(shù)字積分法第二象限直線插補程序)

數(shù)控課程設(shè)計(數(shù)字積分法第二象限直線插補程序)數(shù)控課程設(shè)計(數(shù)字積分法第二象限直線插補程序)數(shù)控課程設(shè)計(數(shù)字積分法第二象限直線插補程序)數(shù)控課程設(shè)計(數(shù)字積分法第二象限直線插補程序)編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:數(shù)字積分法第二象限直線插補程序設(shè)計數(shù)字積分法是利用數(shù)字積分的方法，計算刀具沿各坐標軸的位移，使得刀具沿著所加工的輪廓曲線運動利用數(shù)字積分原理構(gòu)成的插補裝置稱為數(shù)字積分器，又稱數(shù)字微分分析器（DigitalDifferentialAnalyzer），簡稱DDA。數(shù)字積分器插補的最大優(yōu)點在于容易實現(xiàn)多坐標軸的聯(lián)動插補、能夠描述空間直線及平面各種函數(shù)曲線等。因此，數(shù)字積分法插補在輪廓數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。具體設(shè)計內(nèi)容如以下：……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

目錄一、課程設(shè)計目的 1二、課程設(shè)計題目描述和要求 1三、課程設(shè)計報告內(nèi)容 1數(shù)字積分法直線插補的基本原理 2從幾何角度來看積分運算 2數(shù)字積分法在輪廓插補中的具體應(yīng)用(數(shù)字積分法直線插補) 3插補終點判別的具體實現(xiàn) 4插補器的組成 5數(shù)字積分法穩(wěn)速控制 5提高插補精度的措施 6減少誤差的方法 6數(shù)字積分法直線插補框圖 7數(shù)字積分法直線（第二象限）插補程序流程圖 7四結(jié)論 8五結(jié)束語 8參考書目 10附錄數(shù)字積分法直線插補程序清單（第二象限） 11

一、課程設(shè)計目的1)了解連續(xù)軌跡控制數(shù)控系統(tǒng)的組成原理。2)掌握數(shù)字積分插補的基本原理。3）掌握數(shù)字積分插補的軟件實現(xiàn)方法。二、課程設(shè)計題目描述和要求數(shù)字積分法又稱數(shù)字微分分析法DDA(DigitalDifferentialAnalyzer)。數(shù)字積分法具有運算速度快、脈沖分配均勻、易于實現(xiàn)多坐標聯(lián)動及描繪平面各種函數(shù)曲線的特點，應(yīng)用比較廣泛。其缺點是速度調(diào)節(jié)不便，插補精度需要采取一定措施才能滿足要求。由于計算機有較強的計算功能和靈活性，采用軟件插補時，上述缺點易于克服。本次課程設(shè)計具體要求如下：數(shù)字積分插補法基本原理數(shù)字積分插補法插補軟件流程圖算法描述（數(shù)字積分法算法在VC++中的具體實現(xiàn)）編寫算法程序清單軟件運行仿真效果三、課程設(shè)計報告內(nèi)容插補運算就是運用特定的算法對工件加工軌跡進行運算并根據(jù)運算結(jié)果向相應(yīng)的坐標發(fā)出運動指令的過程。插補運算可以采用數(shù)控系統(tǒng)硬件或數(shù)控系統(tǒng)軟件來完成。硬件插補器：速度快，但缺乏柔性，調(diào)整和修改都困難。軟件插補器：速度慢，但柔性高，調(diào)整和修改都很方便。早期硬件數(shù)控系統(tǒng)：采用由數(shù)字邏輯電路組成的硬件插補器；CNC系統(tǒng)：采用軟件插補器，或軟件、硬件相結(jié)合的插補方式。數(shù)字積分法直線插補的基本原理數(shù)字積分法是利用數(shù)字積分的方法，計算刀具沿各坐標軸的位移，使得刀具沿著所加工的輪廓曲線運動利用數(shù)字積分原理構(gòu)成的插補裝置稱為數(shù)字積分器，又稱數(shù)字微分分析器（DigitalDifferentialAnalyzer），簡稱DDA。數(shù)字積分器插補的最大優(yōu)點在于容易實現(xiàn)多坐標軸的聯(lián)動插補、能夠描述空間直線及平面各種函數(shù)曲線等。因此，數(shù)字積分法插補在輪廓數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。3.1.1從幾何角度來看積分運算積分運算就是求出函數(shù)Y=f（t）曲線與橫軸所圍成的面積，從t＝t0到tn時刻，函數(shù)Y=f（t）的積分值可表述為如果進一步將t∈[t0，tn]的時間區(qū)劃分為若干個等間隔Δt的小區(qū)間，當Δt足夠小時，函數(shù)Y的積分可用下式近似表示在幾何上就是用一系列的小矩形面積之和來近似表示函數(shù)f（t）以下的積分面積。進一步如果在式中，取Δt為基本單位“1”，則上式可演化成數(shù)字積分器算式：由此可見，通過假設(shè)Δt＝“1”，就可將積分運算轉(zhuǎn)化為式所示的求縱坐標值的累加運算。若再假設(shè)累加器容量為一個單位面積值，則在累加過程中超過一個單位面積時立即產(chǎn)生一個溢出脈沖。這樣，累加過程所產(chǎn)生的溢出脈沖總數(shù)就等于所求的總面積，即所求的積分值。下面就以直線和圓弧軌跡為例詳細介紹3.1.2數(shù)字積分法在輪廓插補中的具體應(yīng)用(數(shù)字積分法直線插補)設(shè)將要加工的直線為XOY平面內(nèi)第2象限直線，直線的起點在坐標原點，終點為E（Xe，Ye）。同樣，假設(shè)坐標值均為以脈沖當量為單位的整數(shù)。若此時刀具在兩坐標軸上的進給速度分量分別為Vx、Vy，則刀具在X軸、Y軸方向上位移增量分別為ΔX＝VxΔtΔY＝VyΔt由幾何關(guān)系可以看出現(xiàn)將式中的Vx、Vy分別代入式可得ΔX＝KXeΔtΔY＝KYeΔt可見，刀具由原點O走向終點E的過程，可以看作是每經(jīng)過一個單位時間間隔Δt，就分別以增量[KXe]、[KYe]同時在兩個坐標軸累加的結(jié)果。也可以這樣認為，數(shù)字積分法插補實際上就是利用速度分量，進行數(shù)字積分來確定刀具在各坐標軸上位置的過程，即:當取Δt＝“1”（一個單位時間間隔），則式將演變?yōu)樵O(shè)經(jīng)過n次累加后，刀具正好到達終點E（Xe，Ye），即要求式中常量滿足下式：nK＝1 或n＝1/K從上式可以看出，比例常數(shù)K和累加次數(shù)n之間的關(guān)系是互為倒數(shù)，即兩者相互制約，不能獨立自由選擇。也就是說只要選定了其中一個，則另一個隨之確定了。由于式中n是累加次數(shù)，必須取整數(shù)，這樣K就必須取小數(shù)。為了保證每次分配給坐標軸的進給脈沖不超過1個單位（一般指1個脈沖當量），則：ΔX＝KXe＜1ΔY＝KYe＜1上式中Xe、Ye的最大允許值受系統(tǒng)中相應(yīng)寄存器的容量限制?，F(xiàn)假設(shè)寄存器為N位，則其容量為2N，對應(yīng)存儲的最大允許數(shù)字量為（2N－1），將其代入式中Xe、Ye，則可得到：K＜1/（2N－1）現(xiàn)不妨取K＝2N，顯然它滿足式和式的約束條件，再將K值代入式，可得累加次數(shù)為：n＝1/K＝2N，也就是說，經(jīng)過n＝2N次累加后，動點（刀具）將正好到達終點E。事實上，如果將n、K值代入式，則動點坐標為：X＝KXe·n＝（1/2N）Xe2N＝XeY＝KYe·n＝（1/2N）Ye2N＝Y(jié)e根據(jù)以上分析，在進行直線插補時，先開辟兩個被積函數(shù)寄存器Jvx、Jvy分別存放終點坐標值Xe、Ye，還有兩個余數(shù)寄存器JRX和JRY。然后，當脈沖源每發(fā)送一個控制脈沖信號Δt，X軸積分器和Y軸積分器各累加一次。當累加結(jié)果超出余數(shù)寄存器容量2N-1時，就產(chǎn)生一個溢出脈沖ΔX（或ΔY）。這樣，經(jīng)過2N次累加后，每個坐標軸溢出脈沖的總數(shù)就等于該軸的被積函數(shù)值（Xe和Ye），從而控制刀具到達了終點E。插補終點判別的具體實現(xiàn)直線插補時不論被積函數(shù)有多大，對于N位寄存器。必須累加2N次才能到達終點。因此可以用一容量為2N的寄存器當計數(shù)器，來統(tǒng)計累加的次數(shù)?？梢杂眉?計數(shù)器，也可以用減1計數(shù)器。采用加1計數(shù)器時，首先將計數(shù)器清零，運算過程中每來一個累加脈沖△t就加1。當計數(shù)器滿2N時表明運算完成。采用減1計數(shù)器時，運算前把總運算次數(shù)2N送入計數(shù)器，每運算一次，就減去1。當計數(shù)器減為0時，表明運算完成。插補器的組成二坐標DDA直線插補器包括X積分器和Y積分器，每個積分器都由被積函數(shù)寄存器Jvx（速度存寄器）和累加器Jrx（余數(shù)寄存器）組成。初始時，X被積函數(shù)寄存器存Xe（或Xe/2N），Y被積函數(shù)寄存器存Ye（或Ye/2N）。數(shù)字積分法穩(wěn)速控制⑴直線插補的左移規(guī)格化及其解決的問題積分器作直線插補時，不論各段程序的被積函數(shù)大小，都必須經(jīng)過m＝2n次累加運算才能到達終點。這樣各個坐標溢出脈沖的速度受被積函數(shù)的大小影響。被積函數(shù)愈大，溢出脈沖速度愈快，因而機床的進給速度也愈快；反之，被積函數(shù)愈小，速度愈低，機床的進給速度愈慢。即加工尺寸大，走刀快，加工尺寸小，走刀慢。所以各程序段的進給速度是不一致的，這將影響加工的表面質(zhì)量，特別是行程短的程序段，生產(chǎn)效率低控制積分器的溢出速度的方法——左移規(guī)格化101000寄存器:000101非規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)累加一次必有一次溢出，而非規(guī)格化的數(shù)，必須作兩次以上累加才有一次溢出。左移規(guī)格化法就是將非規(guī)格化數(shù)左移使之成為規(guī)格化數(shù)。為了使每個程序段積分的溢出速度大致均勻，在直線插補時必須把寄存器中的數(shù)Xe、Ye同時左移，直到JVX、JVY中有一個數(shù)是規(guī)格化數(shù)為止。同時左移，意味著把X、Y兩方向的脈沖分配速度擴大同樣的倍數(shù)，二者數(shù)值之比不變，所以直線斜率不變。因為規(guī)格化后每累加運算兩次必有一次溢出，溢出速度比較均勻，所以加工的效率，加工質(zhì)量都大為提高。當Xe、Ye左移Q位后（至少使其中的一個成為規(guī)格化數(shù)），為使各坐標分配的脈沖數(shù)最后等于Xe及Ye值，這樣作為終點判別的累加次數(shù)m必須減少。寄存器中的數(shù)每左移一位，數(shù)值增大一倍；此時，比例常數(shù)k應(yīng)該為k=1/2n-1,累加次數(shù)m=2n-1次。若左移q位，則m=2n-q次。進行左移規(guī)格化的同時，終點判別計數(shù)器中的數(shù)也要做相應(yīng)的改變。具體方法：只要在JVX、JVY左移的同時，終點判別計數(shù)器把“1”信號從最高位輸入進行右移來縮短計數(shù)長度⑵按進給速率數(shù)FRN編程為實現(xiàn)不同長度程序段的恒速加工，在編程時考慮被加工直線長度，采用FRN來表示“F”功能，則：式中V—要求的加工切削速度；L—被加工直線長度；因為所以由上式可見，F(xiàn)RN編程，其實質(zhì)是控制迭代頻率fg，fg與V/L成正比，當插補尺寸L不同時，使迭代頻率作相應(yīng)改變，以保證所選定的進給速度。提高插補精度的措施對于DDA圓弧插補，徑向誤差可能大于一個脈沖當量，因數(shù)字積分器溢出脈沖的頻率與被積函數(shù)寄存器中的數(shù)值成正比，在坐標軸附近進行累加時，一個積分器的被積函數(shù)值接近零，而另一個積分器的被積函數(shù)接近于最大值，累加時后者連續(xù)溢出，前者幾乎沒有，兩個積分器的溢出脈沖頻率相差很大，致使插補軌跡偏離給定圓弧距離較大，使圓弧誤差增大。減少誤差的方法1、減小脈沖當量，誤差減少，但寄存器容量增大，累加次數(shù)增加。而且要獲得同樣的進給速度，需要提高插補速度。2、累加器預置數(shù)累加器中預置，即被積函數(shù)寄存器中的初值增大后，可以提前溢出脈沖。數(shù)字積分法直線插補框圖數(shù)字積分法直線（第二象限）插補程序流程圖四結(jié)論本次設(shè)計運用軟件插補程序進行插補控制,調(diào)整和修改都很方便,而且數(shù)字積分法插補運算速度快,脈沖分配均勻,易于實現(xiàn)多坐標聯(lián)動及描繪平面各種函數(shù)曲線的特點。只是軟件開發(fā)復雜，需對編程具有熟練的運用?？傊?，通過課程設(shè)計，進一步學習了各方面的知識及其運用，最終完成要求，實現(xiàn)軟件的運行，運行程序后按提示輸入直線的起點、終點坐標后即可自動進行插補計算并輸出各個插補點的坐標值。五結(jié)束語兩個星期的課程設(shè)計就要結(jié)束了，雖然這并不是我第一次做課程設(shè)計，但我從中依然學到了很多東西，同時也發(fā)現(xiàn)了自己在各個方面的不足之處，獲益匪淺。本次課程設(shè)計貫穿本門課程成所學到的理論知識與實踐操作技術(shù)，從分析設(shè)計到計算、程序的編寫運行，是運用數(shù)控插補原理和C語言編程的一次綜合練習。在同學和老師的幫助下，經(jīng)過幾次對程序的修改，終于能夠使程序正確運行，并得到了插補軌跡坐標值。這份設(shè)計我從總體的數(shù)控原理軟件效果圖到數(shù)控原理分析，再從數(shù)字積分法原理到軟件實現(xiàn)，作了一個盡可能詳細的解釋。數(shù)控原理插補軟件的實現(xiàn)，使得我們在數(shù)控原理的學習上和理解上更進一步了，他在我們的直觀上給我們做了一個很好的模擬。這主要靠的是程序設(shè)計軟件VisualC++它是開發(fā)圖形用戶界面的方法，不需要編寫大量的代碼去描寫界面元素的外觀和位置，只要把預先建立的對象拖放到窗口即可。所以說，對于初學者，這是很適合我們的，為我們節(jié)省時間的同時，也更讓我們理解。此次課程設(shè)計要求我們能夠?qū)@學期所學的數(shù)控技術(shù)方面的知識有較全面的掌握很熟練運用。通過對零件的工藝路線和走刀軌跡的分析、軌跡坐標的計算、插補程序的編制以及程序的調(diào)試、運行，使得我對數(shù)控技術(shù)的知識有了更加深刻的了解，并能夠理論結(jié)合實際。通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。通過完成課程設(shè)計的過程，我認為重要環(huán)節(jié)有：做好設(shè)計的預習，認真的研究老師給的題目，老師對題目的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有都明白了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。在這兩周來，也暴露了自己很多問題，第一、不夠細心比如由于粗心大意導致編程出現(xiàn)錯誤，由于對課本理論及C語言編程的不熟悉帶來極大的難度。第二，是在學習態(tài)度上，這次課設(shè)也是對我的學習態(tài)度的一次檢驗。這種體會，只靠平時上課老師的說教是肯定不可能領(lǐng)悟到的。在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和網(wǎng)絡(luò)成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力