【正文】 ............................... 18 系統(tǒng)目標 ....................................................................................................................................................... 18 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) .............................................................................................................................................. 18 業(yè)務(wù)流程圖 ................................................................................................................................................... 18 程序運行環(huán)境 .............................................................................................................................................. 19 5數(shù)控系統(tǒng)插補軟件的實現(xiàn) .......................................................................................................................................... 20 開發(fā)工具及環(huán)境配置 .......................................................................................................................................... 20 系統(tǒng)的實現(xiàn) .......................................................................................................................................................... 22 系統(tǒng)主界面 ................................................................................................................................................... 22 路徑點個數(shù)設(shè)置 .......................................................................................................................................... 23 路徑點坐標修改 .......................................................................................................................................... 24 原始連線繪圖 .............................................................................................................................................. 24 擬合曲線繪圖 .............................................................................................................................................. 25 沈陽師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 ― IV― 后 記 .......................................................................................................................................................................... 27 參考文獻 .......................................................................................................................................................................... 28 附錄一： 程序代碼 ..................................................................................................................................................... 29 沈陽師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 1 緒論 數(shù)控技術(shù)概述 在數(shù)控機床的現(xiàn)代化加工與生產(chǎn)制造系統(tǒng)中 ，數(shù)控技術(shù) 包括 了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、檢測技術(shù)和自動控制技術(shù)， 這些技術(shù) 在 機械 數(shù)控 機床 加工方面 的作用不可忽視 ，具有精度高、效率高和柔性化等特點。對于制造業(yè)的 集成化、自動化和智能化具有相當(dāng)大的貢獻。 據(jù)粗略的核算 ， 在最近的幾 年來 ，機械 數(shù)控機床 的年 產(chǎn)量 穩(wěn)健地有序的增長著，并且每 年 的增長率平 均 都遠遠 超過 了百分之三十一 。 到二十一世紀初期，機械數(shù)控機床的年產(chǎn)量更是高達五萬五千 臺 之多 ， 相比上一 年增長 百分之五十 ，數(shù)控機床的消費量 大致為七萬五千 臺， 相比上一 年增長 了三十五個百分點 。在 機械 數(shù)控機床 加工過程中所應(yīng)用到 的 相關(guān)的 技術(shù) ，都處于不同的 水平， 因為 市場 方面的 需要 求的 帶 動， 不同層次的數(shù) 控機床的開展和設(shè)計 也 得到了十分可觀的進步 ， 特別是 在 加工過程中的 五 個加工 軸聯(lián) 合齊 動、 同時 加工、快 速 加工、 高 精 度 加工和 現(xiàn)代 化設(shè)計等一 系列重要的 技術(shù) 方面獲得了研究成果 ，并 建設(shè) 了許許多多形形色色的 數(shù)控機床 生產(chǎn)中心 。 換個角度來看，國外 的 機械 數(shù)控機床 的年產(chǎn)了 量也 每年也都穩(wěn)步的 增加， 比較而言 ，國外的機械 數(shù)控機床 使用率 的 變化速度 更 迅猛 。 截止二十一世紀初期，國外機械 數(shù)控機床的進口 量所占的比例增長很快 ， 同時 進口 設(shè)備的 消費 數(shù)量 的 增加比例也高達百分之五十多 ， 這將直接影響國內(nèi)數(shù)控機床在 市場 上的總體 消費 數(shù)量占有率，據(jù)統(tǒng)計，后者的占有率已不足 四分之一 。 歸根結(jié)底， 這一 情況的根源性因素是指 國內(nèi)市場 整體 對 先進的加工 技術(shù)和 相關(guān)技術(shù)的額 外 值 比較高 的精 確度 和性能 要求比較高的特 大 高負 重型 的機械 數(shù)控機床要求不斷加大 ， 這些因素皆 要依 賴國外的技術(shù)去完成 。 自從二十世紀七十 年代 開始 ， 國內(nèi)的數(shù)控 機床 產(chǎn) 業(yè)的 逐步興起已經(jīng)嶄露頭角 ， 因此，數(shù)控 加工 技術(shù)和數(shù)控 加工 機床 一順理成章地受到整個數(shù)控制造業(yè)的廣泛 關(guān)注， 并且兩者的市場競爭力 不同忽視 。 雖然， 在 檔次比較高的機械 數(shù)控 加工 機床 領(lǐng)域 ， 國內(nèi)的技術(shù) 與 海 外一類的相對比較成熟的 技術(shù) 以及 產(chǎn)品 仍然有天壤之別 ， 而且加工產(chǎn)品的速度 、 產(chǎn)品的技術(shù)精度和 使用的壽命 等方面 仍有一定的差距 ， 但總體而言，國內(nèi)的技術(shù)水平基本可以達標當(dāng)時 歐洲 的技術(shù) 水 平，大部分處于技術(shù)跟蹤階段。 在科技高速發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)中，越來越重視產(chǎn)品的質(zhì)量、性能與產(chǎn)品的多樣化，同樣，機械加工也需要面臨市場需求所帶來的挑戰(zhàn)，對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜， 質(zhì)量方面的要求日趨升高 ， 機械 數(shù)控 加工技術(shù)正 逐步向 著高速 度 、高 準確度 、高精度、高 質(zhì)量 的方向沈陽師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 發(fā)展。數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用，可以通過程序靈活的實現(xiàn)不同尺寸、不同大小、不同性能的零件的加工，具有非常廣泛的實用性與靈活性；在 整個數(shù)控 加工過程中，可以通過 上位機 軟件 的 編程來 實現(xiàn) 對 所 加工 的零件 精度進行 實時地 校正，因此 這種情況下得到的零件精度 都 要比 數(shù)控 機床本身 的精度 高 很多 。數(shù)控機床 在 高精度和高靈活性 可靠性方面 是普通機床 遠遠無法比擬 的。 所以，數(shù)控加工技術(shù)在各種機械加工制造領(lǐng)域的應(yīng)用日趨普遍，對于傳統(tǒng)的機械加工與制造方式 帶來了劃時代的沖擊。而在現(xiàn)代 的機械 數(shù)控加工 產(chǎn)業(yè) 中，計算機數(shù)控系統(tǒng)（ Computer Numerical Control ,CNC） 是必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一 。 數(shù)控技術(shù)的研究深度將直接影響著整個機械數(shù)控制造加工企業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，甚至生死存亡 ， 同時也 是 權(quán)衡 一個國家在現(xiàn)代化 推進的旅 程中的發(fā)展 速度的指標 。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來越趨向于兩方面： （ 1） 質(zhì)量得到了不同程度的優(yōu)化 ，包括高 準 度、高 速度 、 數(shù)字 化等； （ 2） 形形色色的 功能，如用戶 的交互 操作界面可視化、圖形化 、簡易化 ， 軟件的 計算過程 簡明易懂 化，插補算法 的與時俱進 和校正補償多樣化 關(guān)于日常的數(shù)控加工體系 ， 僅僅涵蓋 直線插補 效力 與圓弧插補 效力 ， 但是， 對于非圓曲線 的 加工 而言 ， 務(wù)必 用直線和圓弧 舉行 擬合， 用不止一條的直線段結(jié)合圓弧曲線來最大范圍的擬合目標零件的邊緣線 ，并通過 上位機軟件實時 計算出 結(jié)果 擬合線與非圓曲線的交點 ，利用此交點的數(shù)據(jù)作為插補算法的輸入，進而對非圓曲線邊緣的零件 完美地加工 。所有，非圓曲線加工的關(guān)鍵就是要求出這些節(jié)點的坐標。 通常應(yīng) 用直線插補 的形 式， 重點在于 在 可以被忽略 的誤差 大小 內(nèi)， 得出按照 直線段 逐步 逼近的長度 大小 ；采用圓弧插補方式，需要先用直線插補方法，計算出各 節(jié)點，再計算出各逼近圓弧段的參數(shù)，計算方式多采用三點圓法和相切圓法。但是，由于在數(shù)控加工系統(tǒng)中，對于加工精度要求高，因此，逼近誤差必須很小，這樣數(shù)控加工時所需要的數(shù)控編程代碼量將會很大，影響數(shù)控加工的效率，同時對于零件的質(zhì)量也得不到保障。 計算機圖形技術(shù)中的一門十分重要課程 ——曲面曲線 塑形 ， 這個內(nèi)容同時 也是計 算機幫助 幾何設(shè)計的 涵蓋內(nèi)容的其中之一 。其主要研究內(nèi)容是利用計算機圖像系統(tǒng)，對曲面 進行 表達、設(shè)計、分析和顯示 ，主要起源是飛機、輪船的放樣外形工藝，主要是基于六十年代 Coons、 Bezier 等人的理論研究。經(jīng)過 50 多年的研究發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)形成以插補、擬合手段為框架，以 Bezier 和 B 樣條曲線插補方法為代表的理論體系， 重要的研究方式涵蓋了特征設(shè)計的參數(shù)量化和曲面數(shù)據(jù)量化表示 。目前，曲線的參數(shù)化方法是應(yīng)用最為廣泛沈陽師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 的，它也是 CAD 研究內(nèi)容之一。對于這些方法，不論是從理論上，還是從實際應(yīng)用中，都得到了較為深入的發(fā)展。 盡管從理論上來看，曲線 的設(shè)計造型方法很多，在某些方面也得到以應(yīng)用，但在數(shù)控加工制造中應(yīng)用卻有一定的難度， 根本原因在于所研究的技術(shù)理論與機械數(shù)控加工實際生產(chǎn)中不匹配造成的 。 目前研究階段，曲線設(shè)計造型僅僅是從數(shù)學(xué)角度出發(fā)，忽略了數(shù)控加工的工藝性，造型設(shè)計人員對于數(shù)控加工工藝的認知很少，往往在研究設(shè)計中，忽視了數(shù)控加工工藝的重要性。另外，由于曲線形狀的復(fù)雜度高，從技術(shù)方面還沒有合適的工具和方法可以讓造型設(shè)計人員充分分析交流相關(guān)信息，這樣，造型設(shè)計人員無法在過程中提出建議，只有到加工時造型設(shè)計的缺陷才會凸顯出來。嚴 重干擾了加工的效率與性能，對于企業(yè)的競爭力和經(jīng)濟效益產(chǎn)生 很大的沖擊。 截止目前為止 ，大 部分的 CNC/CAM 體系 所 應(yīng) 用的插補方 法都 是 將不計其數(shù)的微型直線 比擬成 原始 的 曲線， 抑或是采用 是直線段 進行 插補，這 中類型的 方法 只能對 零階的加工 曲線 軌跡 進行擬合 ， 并且 比擬 的 誤差 不低 ，無法保證數(shù)控加工系統(tǒng)在高速運行中的穩(wěn)定性，因此，對于加工的精度、加工的效率、加工的光滑度都難以提高；大量的小直線參數(shù)，使得 NC 的編程代碼非常龐大，增加了數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存容量，同時 增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?。另一方面，從加工效率來看，采用大量的小線段去逼近零 件的輪廓，會嚴重影響零件加工的速度，使其無法達到數(shù)控系統(tǒng)要求的進給速度，線段越短、越多，所產(chǎn)生的影響越是顯著。 這種情況 ， 深深地對 零件的加 速度造成了很大的 影響 ，無法使 整個機械 數(shù)控加工系統(tǒng)的效率 和能力 得以 施展 。 為了解決目前復(fù)雜的零件曲線設(shè)計在加工過程中的種種難題 ，國內(nèi)外 的專家和 學(xué)者 門做了 細致并深入 的研究，尋找 了海量的 改進 途徑 ，然而 他們的 研究 通常只是 從數(shù)學(xué) 理論的