【正文】 因?yàn)?市場(chǎng) 方面的 需要 求的 帶 動(dòng)， 不同層次的數(shù) 控機(jī)床的開(kāi)展和設(shè)計(jì) 也 得到了十分可觀的進(jìn)步 ， 特別是 在 加工過(guò)程中的 五 個(gè)加工 軸聯(lián) 合齊 動(dòng)、 同時(shí) 加工、快 速 加工、 高 精 度 加工和 現(xiàn)代 化設(shè)計(jì)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(jī)床 生產(chǎn)中心 。 自從二十世紀(jì)七十 年代 開(kāi)始 ， 國(guó)內(nèi)的數(shù)控 機(jī)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(jī)床 一順理成章地受到整個(gè)數(shù)控制造業(yè)的廣泛 關(guān)注， 并且兩者的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 不同忽視 。數(shù)控機(jī)床 在 高精度和高靈活性 可靠性方面 是普通機(jī)床 遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法比擬 的。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來(lái)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(zhǔn) 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(jiǎn)易化 ， 軟件的 計(jì)算過(guò)程 簡(jiǎn)明易懂 化，插補(bǔ)算法 的與時(shí)俱進(jìn) 和校正補(bǔ)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(bǔ) 效力 與圓弧插補(bǔ) 效力 ， 但是， 對(duì)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(lái)最大范圍的擬合目標(biāo)零件的邊緣線 ，并通過(guò) 上位機(jī)軟件實(shí)時(shí) 計(jì)算出 結(jié)果 擬合線與非圓曲線的交點(diǎn) ，利用此交點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為插補(bǔ)算法的輸入，進(jìn)而對(duì)非圓曲線邊緣的零件 完美地加工 。 計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中的一門十分重要課程 ——曲面曲線 塑形 ， 這個(gè)內(nèi)容同時(shí) 也是計(jì) 算機(jī)幫助 幾何設(shè)計(jì)的 涵蓋內(nèi)容的其中之一 。對(duì)于這些方法，不論是從理論上，還是從實(shí)際應(yīng)用中，都得到了較為深入的發(fā)展。嚴(yán) 重干擾了加工的效率與性能，對(duì)于企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生 很大的沖擊。 為了解決目前復(fù)雜的零件曲線設(shè)計(jì)在加工過(guò)程中的種種難題 ，國(guó)內(nèi)外 的專家和 學(xué)者 門做了 細(xì)致并深入 的研究，尋找 了海量的 改進(jìn) 途徑 ，然而 他們的 研究 通常只是 從數(shù)學(xué) 理論的方面 著手 考慮 并研究 ， 并沒(méi)有考慮整個(gè) 數(shù)控加工的工藝 流程 。 在 數(shù)學(xué) 理論方面 ， 大量的 適用的 可靠 性高 的 自適應(yīng)算法 已經(jīng)問(wèn)世 ，但 這 類 算法 由于脫離實(shí)際生產(chǎn)并無(wú)法 得到 廣泛的 應(yīng)用，在 實(shí)際的生產(chǎn)加工過(guò) 程上，已有 越來(lái)越 多 的專家和 數(shù) 學(xué)者 開(kāi)始研究這一難題 。但是那時(shí)采用的數(shù)控機(jī)床一般是三軸聯(lián)動(dòng)甚至是三軸兩聯(lián)動(dòng)（兩軸半），復(fù)雜曲線曲面加工效率和精度都不高。 隨著科學(xué)技術(shù)的 不斷的 高速發(fā)展，對(duì) 工業(yè) 產(chǎn)品 的 質(zhì)量和 產(chǎn)品的 品種多樣 化的 方面的 要求愈加 多 ， 數(shù)控 機(jī)械產(chǎn)品 的 加工和生產(chǎn)過(guò)程 也 越來(lái)越 復(fù)雜 化 、 但是效率越來(lái)越高 、精密 度也日益 強(qiáng) 、 重量越發(fā)輕 和自動(dòng)化 程度也越來(lái)越高 ， 在體系的整體 加工的 的 效率 要求也很苛刻 ，特別是航空、航天及模具等工業(yè)更要求高速高精密加工，就要研究和開(kāi)發(fā)高速和高精密的高端加工設(shè)備，必須有高檔的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)支持，系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一就是要有多種形式的高速高精密插補(bǔ)技術(shù)，目前樣條插補(bǔ)是高速高精密加工技術(shù)中最為理想的插補(bǔ)形式，所以 對(duì) 五坐標(biāo)樣條曲線插補(bǔ)技術(shù) 的研究 將 對(duì)數(shù)控 加工 系統(tǒng)的性能有 及其 重要的作用，進(jìn)而 大大地 提高 數(shù)控 機(jī)床的加工性能。 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) ① 在數(shù)控 加工 機(jī)床中， 機(jī)床的 刀具的基本運(yùn)動(dòng)單位是脈沖當(dāng)量， 在運(yùn)動(dòng)中， 刀具 將 沿機(jī)床的 各個(gè)坐標(biāo)軸方向 運(yùn)動(dòng)，刀具運(yùn)動(dòng) 的位移的大小只能是脈沖當(dāng)量的整數(shù)倍。 所謂插補(bǔ) 實(shí)際上就是將 數(shù)據(jù) 點(diǎn) 密化的過(guò)程。因此，在實(shí)際 的工件加工 應(yīng)用中， 通 常采用 比較 小 的一 段直線或 比較 圓弧去進(jìn)行 逐步 逼近， 但在一些特殊的情況下 也可以用 比如 拋物線、橢圓、雙曲線和其他高次 的 曲線去 逐步 逼近（或稱為擬合）。在 CNC 中以軟件（程序）或軟、硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的插補(bǔ)，而在 NC 中有一個(gè) 特別的 完成 數(shù)據(jù) 脈沖分配 的 計(jì)算（ 也就是 插補(bǔ)計(jì)算）的計(jì)算 設(shè)備插補(bǔ)器。而對(duì)于計(jì)算機(jī) 軟件 數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則能 夠不斷 提高運(yùn)算 的整體 速度，使 整個(gè) 控制系統(tǒng) 能夠 較快 并且 均勻地輸出 相應(yīng)的 進(jìn)給脈沖。 3) 插補(bǔ)算法穩(wěn)定是確保輪廓精度要求的前提。 4) 一般 情況下， 要求 以 上 的 三 種 誤差的綜合效應(yīng) 必須 小于 整個(gè) 系統(tǒng)的最小 的 運(yùn)動(dòng)指令或 單位 脈沖當(dāng)量。 1) 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ) 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ) 算法 又稱為 脈沖增量插補(bǔ)算法或 行程標(biāo)量插補(bǔ) 算法 ， 該 算法是以脈沖 方式 輸出，每進(jìn)行一次插補(bǔ) 計(jì)算 ， 就會(huì)有 一個(gè)進(jìn)給脈沖 輸出給 每一軸 ， 然后 再把運(yùn)算產(chǎn)生的脈沖輸出 給 伺服 運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)， 用 以驅(qū)動(dòng) 數(shù)控 工作臺(tái) 的 運(yùn)動(dòng)。 插補(bǔ)的分類 (行程標(biāo)量插 補(bǔ) ) 1) 每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量（一個(gè)脈沖當(dāng)量）。因而進(jìn)給速度指標(biāo)難以提高，當(dāng)脈沖當(dāng)量為 10μm時(shí)，采用該插補(bǔ)算法所能獲得最高進(jìn)給速度是 34m/min。 這類插補(bǔ)算法有：逐點(diǎn)比較法；最小偏差法；數(shù)字積 分法；目標(biāo)點(diǎn)跟蹤法；單步追綜法等 。其基本思想是：用直線段（內(nèi)接弦線，內(nèi)外均差弦線，切線）來(lái)逼近曲線（包括直線）。 4) 這類插補(bǔ)方法有：數(shù)字積分法 (DDA)、二階近似插補(bǔ)法、雙 DDA 插補(bǔ)法、角度逼近插補(bǔ)法、時(shí)間分割法等。 采用數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)算法時(shí)，每調(diào)用一次插補(bǔ)程序，數(shù)控系統(tǒng)就計(jì)算出本插補(bǔ)周期內(nèi)各個(gè)坐標(biāo)軸的位置增量以及各個(gè)坐標(biāo)軸的目標(biāo)位置。 ② 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)程序的運(yùn)行時(shí)間已不再是限制加工速度的主要因素。 缺點(diǎn) 如下 ： ① 不容易實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)以上的聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)。 ② 坐標(biāo)進(jìn)給 根據(jù)偏差判別的結(jié)果，控制相應(yīng)的坐標(biāo)軸進(jìn)給一步，使刀具向零件輪廓靠攏。 圖 逐點(diǎn)比較法的工作過(guò)程 沈陽(yáng)師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 3數(shù)控系統(tǒng) C樣條曲線插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn) 數(shù)控系統(tǒng) 插補(bǔ) 算法的基本思想就是識(shí)別出數(shù)控加工程序中的連續(xù)微小線段加工區(qū)域，在保證加工精度的條件下，將由指令點(diǎn)指定的折線加工路徑轉(zhuǎn)化為平滑的樣條曲線加工路徑，并通過(guò)樣條曲線插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)高表面質(zhì)量的高速加工。要唯一地決定一條插值于 n+1 個(gè)點(diǎn) iP ， i=0,1,2 n 的參數(shù)插值曲線或逼近曲線必須先給數(shù)據(jù)點(diǎn) iP 指定相應(yīng)的參數(shù)值 it 使其形成一個(gè)嚴(yán)格遞增的序 列 01:tnt t t? ? ?，稱為關(guān)于參數(shù)t 的一個(gè)分割 (Partition)。 把插值曲線看作質(zhì)點(diǎn)順序通過(guò)的一些空間位置 (即數(shù)據(jù)點(diǎn) )的運(yùn)動(dòng)軌跡 ， 參數(shù) t 看作時(shí)間 ,那么對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)化 ， 就等于規(guī)定了質(zhì)點(diǎn)依次到達(dá)這些空 間位置的時(shí)間 。 對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)行參數(shù)化主要采用均勻參數(shù)化法 。采用均勻參數(shù)化就意味著在任意兩鄰點(diǎn)間花費(fèi)同樣多的時(shí)間 ,而不管它們間的距離如何。假定特征指令點(diǎn) iP 與 jP 之間由指令點(diǎn) iP ，1iP? ， ， 1jP? 和 jP 指定的折線加工路徑以及擬合而成的曲線段 ()iSu的表達(dá)式可寫為 32 ij( ) u u ,ui i i i iS u A u B u C u D ??? ? ? ? ? ?? (32) 式中， iA 、 iB 、 iC 、 iD 分別為曲線段 ()iSu的系數(shù) (維數(shù)與運(yùn)動(dòng)軸數(shù)目相等 )， u 為曲線 ()Su 的參變量對(duì)于曲線段 ()iSu來(lái)說(shuō)其值在 iju,u 之間進(jìn)行變化， iu 為特征指令點(diǎn) iP 所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值， ju 為特征指令點(diǎn) jP 所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。2322 39。由于數(shù)控加工程序中并不提供指令點(diǎn)處的切矢量，因此現(xiàn)在問(wèn)題就是如何確定指令點(diǎn) iP 與 jP 處的切矢量。39。11 12i i iiiiiii iv S u S uv T T auuS u S u Su? ? ?????? ?????? ? ? ??? （ 35） 式中 1iu? ——第 1i? 個(gè)插補(bǔ)周期的參數(shù)值 1iv? ——第 1i? 個(gè)插補(bǔ)周期的進(jìn)給速度 T——數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期 1ia? ——第 1i? 個(gè)插補(bǔ)周期的加速度 ? ?39。 1iSu? 與 ? ?39。39。 .NET 主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： ? 提供面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)環(huán)境，支持本地代碼的開(kāi)發(fā)、遠(yuǎn)程對(duì)象的開(kāi)發(fā)。 ? 公共語(yǔ)言運(yùn)行庫(kù)是 .NET 框架的基礎(chǔ)。 所有 .NET 下的語(yǔ)言都將先轉(zhuǎn)化到公共 CLR（運(yùn)行時(shí)）上的代碼，然后右公共運(yùn)行時(shí)統(tǒng)一編譯執(zhí)行。另外，這些編程語(yǔ)言使用了 .NET Framework 的功能，通過(guò)此框架可以簡(jiǎn)化 Web 的開(kāi)發(fā)難度。 沈陽(yáng)師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 C 介紹 C是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮?、運(yùn)行于 .NET Framework 之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 圖 C 加載過(guò)程 C是一種安全的、穩(wěn)定的、簡(jiǎn)單的、優(yōu)雅的，由 C 和 C++衍生出來(lái)的面向?qū)ο蟮?編程語(yǔ)言。如果符合安全要求， CLR 執(zhí)行實(shí)時(shí)編譯以將 IL代碼轉(zhuǎn)換為本機(jī)機(jī)器指令。 2. 屏幕信息需要時(shí)時(shí)顯示，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不能大于 1 秒。 數(shù)控插補(bǔ) 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。其中主要分為 4 部分：菜單欄、最近應(yīng)用的項(xiàng)目、入門者資料和 MSDN 新聞。 Windows Form程序就是窗體應(yīng)用程序，也叫 Windows 應(yīng)用程序。 注意：因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)創(chuàng)建了一個(gè)名為 “Demo”的項(xiàng)目，所以此處命名為 “Demo”。 圖 Windows 應(yīng)用程序的代碼視圖 （ 5）在 “Form1_Load”事件中，書(shū)寫代碼。 圖 路徑點(diǎn)個(gè)數(shù)設(shè)置 界面 選擇完路徑點(diǎn)的個(gè)數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)的點(diǎn)信息輸入控件，如圖 所示。 圖 路徑點(diǎn)擬合曲線圖（ 4 個(gè)路徑點(diǎn)） 如圖 所示，是 7 個(gè)路徑點(diǎn)的樣條插補(bǔ)擬合曲線效果。 沈陽(yáng)師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 參考文獻(xiàn) [1] 張曉輝，于東，胡毅，等 . 適用于高速高精加工的平滑插補(bǔ)算法研究 [J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 20xx(10)： 14. 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