广东工业大学数控课程设计报告书

1、机电工程学院 广东工业大学“数控技术”课程设计任务书题目名称针对非圆曲线的CAM软件开发学生学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化/微电子姓 名学 号一、课程设计的内容用计算机高级编程语言（如VB，VC+等）来实现非圆曲线的计算机辅助制造(CAM)软件的开发，针对不同的非圆曲线，可任选（1）直线逼近（如等间距法、等弦长法、等误差法等）、或（2）圆弧逼近的方法产生节点。要求在满足允许误差的前提下，使得逼近的直线段或圆弧段的数量最少（即最优解）， 根据加工曲线轮廓自动生成刀具中心轨迹，自动生成加工NC代码，并能模拟实际加工走刀过程。二、课程设计的要求与数据具体的要求如下：（1）列出一般的直

2、线或圆弧逼近的算法（流程图）。（2）列出改进的直线或圆弧逼近的算法（流程图）即优化算法。比较改进前与改进后的两种算法结果。（3）针对给定的某一由非圆曲线所构成的平面轮廓，根据指定的走刀方向、起刀点，自动生成CNC代码。(4)有刀具自动补偿功能，根据给定的补偿量和进给方向自动计算刀具中心轨迹，有过切报警功能。（5）在屏幕上显示该非圆曲线所构成的平面轮廓。根据给定的进给速度能模拟加工过程，并在屏幕上留下刀具所走中心轨迹。目 录一、 概述2二、凸轮机构的发展概况3三、课程设计任务 3四、软件设计71、 程序设计语言的选择72、 程序算法的简述73、设计的流程图74、设计过程 75、调试结果和界面15

3、五、总结16附:参考资料17一、概述：首先介绍了凸轮机构的特点和在国内外目前的应用发展情况，介绍了凸轮仿真设计的系统的主要设计任务，包括在编程时所采用的曲线的类型及对函数式的分析情况。接着，介绍软件程序设计的各个过程，包括算法说明、流程图介绍。还介绍了软件测试结果。最后，对这次设计过程的心得体会。 Summary of the Contents:Introduce cam organization present development at home and abroad at first , introduce cam main design task of system that emu

4、lation design, including the types of the curves adopted and situation of analysis on function type while programming. Then , introduce each course that the software designs program , including the algorithm is stated , flow chart introduction. Have also introduced the test result of the software. F

5、inally, the gains in depth of comprehension to this design process.二、凸轮机构的发展概况 凸轮机构是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件.凸轮通常作等速转动,但也有做往复摆动或移动的.被凸轮直接推动的构件称为推杆.凸轮机构就是又凸轮,推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构.凸轮的最大优点是:只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑.凸轮机构是间歇运动的常用机构之一，广泛用于轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、内燃机等各种自动机械中。凸轮机构之所以能在各种自动机械中获得广泛的应用，除了它的

6、最大优点外,还因为它兼有传动、导引及控制机构的各种功能。当凸轮机构用于传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，以及暂时停留或各种步进运动；凸轮机构也适宜于用作导引机构，使工作部件产生复杂的轨迹或平面运动；当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环。人类对凸轮机构的认识由来已久，但直到十九世纪末，对凸轮机构还未曾有过系统地研究。随着工业化的发展，对高效的自动机械的需求大大增加，需要改善内燃机配气机构的工作性能，所以直到二十世纪初，凸轮机构的研究才开始受到重视。在二十世纪四十年代以后，由于内燃机转速增加，引起故障增多，才开始对配气凸轮机构进行深入研究，并从经

7、验设计过渡到有理论根据的运动学与动力学分析。现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也愈来愈高。因此，高速凸轮的设计及其动力学问题的研究已引起普通重视，提出了许多适于在高速条件下采用的推杆运动规律，以及一些新型的凸轮机构。另一方面，随着计算机的发展，凸轮机构的计算机辅助设计和制造已获得普遍地应用，从而提高了设计和加工的速度及质量，这也为凸轮机构的更广泛应用创造了条件。三、课程设计任务（1）平面凸轮的数控加工程序的编制设有凸轮如图1所示。凸轮转角t与从动件位移s的关系即凸轮轮廓的展成平面图如图2所示。要求分析凸轮的曲线规律，设计一个软件 图1能够用于平面凸轮的参数化绘图和生成数控加工的代码。即

8、： 1.有一个凸轮设计的友好界面； 图12.能够按照用户要求生成凸轮的曲线轮廓，对于非圆几何形状可采用直线或圆弧逼近的方法生成曲线；3.能够生成数控代码； 图2凸轮设计中涉及的有关参数可自行设定，或参考图2中的参数。（2）曲线的类型及函数式的分析所谓推杆的运动规律,是指推杆在运动时,其位移s 速度v和加速度a随时间t的变化的规律.又因为凸轮一般为等速运动,即其转角&与与时间成正比,所以推杆的运动规律更常表示为推杆的运动参数随凸轮转角&变化的规律.例如图2就是推杆位移随凸轮转角变化的运动线图.下面分析各种设计凸轮的数学表达式:首先，采用机械原理中的一般凸轮设计的几种运动方程式，并对此作了修改：1

9、、多项式运动规律 (1-1)式中为凸轮的转角；s为凸轮从动件位移；、为待定系数，可以利用边界条件等来确定。而常用的有以下几种多项式运动规律。(1) 一次多项式运动规律(速度为常数) 设取边界条件为在起点处 ，.在终点处 ，.则由式(1-2)可得，故从动件推程的运动方程为 ，回程时h取负值。(2) 二次多项式运动规律(加速度为常数) 等加速运动方程：等减速运动方程：由于等加速等减速的曲线图形都是由两部分组成，而为方便曲线的分类，固对其进行修改。其中原等加等减加速度函数为：“” 和“”。两段曲线的范围分别为h/2, o/2,，以h/2, o/2,代入原式中，即可得到求出单独等加速或等减速的函数式。

10、由于采用的h值是相对的，所以回程时，只把h取负值即可。2、三角函数运动规律（1） 余弦加速度运动规律(简谐运动规律) 从动件的加速度余弦规律变化，其运动方程为 （2） 正弦加速度运动规律(摆线运动规律) 从动件的加速度按正弦规律变化，其运动方程为 其中，等速运动：极大的冲击；等加速、等减速：冲击较大；余弦加速度运动：冲击力较小；正弦加速度运动：没冲击。由于凸轮的曲线函数还有很多，如五项式、高次方、谐波等，而且由于凸轮的具体运用场合不同，如对心直推，偏置直动推杆盘状凸轮机构，摆动推杆，平底推杆等。这些情况不在考虑的范围内，同时也忽略了对设计完成的凸轮的冲击力。二、 软件设计1、 程序设计语言的选

11、择目前流行的开发工具有C+Builder、VC、VB和Delphi，每一种开发语言都其特点。在这次程序设计中，我选择了Visual Basic(VB)程序开发工具。因为其设计语言简单易用，在编程系统中引入了面向对象的机制，提供了一种可视界面的设计方法。用户可直接使用窗体和控件设计应用程序界面，极大地提高了应用程序开发的效率。在程序中，我采用了多个应用窗口依次询问的方法，逐步完成凸轮的仿真设计。每个窗体按照不同的功能而划分为：登陆界面，基本参数选择界面，主窗体，NC加工窗体，还有帮助界面。2、 程序算法的简述数控系统一般只有直线和圆弧插补的功能，对于非圆曲线轮廓，只有用直线和圆弧去逼近它，“节点

12、”就是逼近线段与非圆曲线的交点。一个已知曲线方程的节点数主要取决于所用逼近线段形状、曲线方程的特征以及允许的逼近误差。在本程序中，由于时间的关系，我采用的逼近方法是直线逼近方法，简单易编程，容易检查出错误。虽然会在某些线段中会产生较大的误差，但由于每段逼近线段的长度较小，因此，产生的误差都在允许的范围之内。但是，也由于这个原因，使节点过多，这是无法避免的。3、设计的流程图初步构想 界面确定 确定逼近算法 模块编写 程序调制4、设计过程（1） 程序流程图文件标志符*开 始画半径为R+h的圆在list框生成该圆弧的相对和绝对NC代码N=1;R0;H=0输入参数NY文件无效N范围出错，重输Y生成坐标

13、系画半径为R的圆弧YN=1或H=0N选择曲线类型，输入参数超出范围范围出错，重输Nh0Y画凸轮轮廓线在list框生成该曲线段相对和绝对NC代码，保存相应的参数值NC加工代码浏览N是否满意清空曲线数据,恢复初始值Y结束 （2） 主要程序分析1、初始坐标系绘制 Private Sub cmdOK_Click() 坐标初始化Dim c1 As Double, c2 As Double, c As Double, a As IntegerIf IsNumeric(TxtRise1.Text) And IsNumeric(Txtr.Text) And IsNumeric(TxtNum.Text) The

14、n 判断输入的R,H,N是否是数字 m1 = TxtNum.Text: m2 = Txtr.Text: m3 = TxtRise1.Text TxtNum.Enabled = False: Txtr.Enabled = False: TxtRise1.Enabled = False Form1.Labfun.Caption = If m1 = 1 And m2 0 And m3 = 0 Then a = Val(TxtNum): c1 = Val(Txtr): c2 = Val(TxtRise1) c = 1.2 * (c1 + c2) Form1.Label15.Caption = Y: F

15、orm1.Label12.Caption = 0: Form1.Lbls.Caption = c2 Form1.Label13.Caption = s: Form1.Label14.Caption = : Form1.Label11.Caption = X Form1.Label3.Caption = 90: Form1.Label4.Caption = 0: Form1.Label8.Caption = 180 Form1.Label9.Caption = 270: Form1.Label10.Caption = 360 绘制PicView的坐标 Form1.PicView.Scale (-

16、c, c)-(c, -c) Form1.PicView.Line (0, -1.2 * (c1 + c2)-(0, 1.2 * (c1 + c2), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line (-1.2 * (c1 + c2), 0)-(1.2 * (c1 + c2), 0), RGB(0, 0, 255) For i = 1 To 10 Form1.PicView.Line (0 + i * (c1 + c2) / 10), 0)-(0 + i * (c1 + c2) / 10), c / 50), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line

17、 (0 - i * (c1 + c2) / 10), 0)-(0 - i * (c1 + c2) / 10), c / 50), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line (0, 0 + i * (c1 + c2) / 10)-(c / 30, 0 + i * (c1 + c2) / 10), RGB(0, 0, 255) Form1.PicView.Line (0, 0 - i * (c1 + c2) / 10)-(c / 30, 0 - i * (c1 + c2) / 10), RGB(0, 0, 255) Next i 考虑升程和曲线段数的输入值的两种情况 一,

18、当升程为0和曲线段数为1时If c2 0 And a 1 Then Form1.Cmbsel.Enabled = True Form1.PicView1.ScaleHeight = -1.2 * c2 Form1.PicView1.ScaleTop = c2 绘制PicView1的坐标 Form1.PicView1.Line (0, 0)-(360, 0), RGB(0, 0, 0) For i = 1 To 4 Form1.PicView1.Line (0, 0 + i * (c2 / 4)-(5, 0 + i * (c2 / 4), RGB(0, 0, 0) Next i Form1.Pi

19、cView1.Line (0, 0)-(0, c2), RGB(0, 0, 0) For i = 1 To 8 Form1.PicView1.Line (0 + i * (360 / 8), 0)-(0 + i * (360 / 8), c2 / 24), RGB(0, 0, 0) Next iElse 二,当升程为0或曲线段数为 Val(Numstr) And Val(Numend) = 360 And Val(Numstr) 360 Then 检查终止角度(end1)是否大于初If Val(Dialog1.TxtRise1) = 0 Or Val(Dialog1.TxtNum) = 1 T

20、hen 如果升程H=0或曲线段数N=1 Call forend: Call case0: CmdOK.Enabled = False ElseIf Val(Numh) = 0 And cn = 1 And _ Val(Numend) 360 Then Call caseall ElseIf high + h = 0 And cn 1 And _ Val(Numend) = 1 Then If Option1.Value = True Then 绝对坐标编程 deep = Val(Txt7) Call NCStr j = 110 For M = 1 To Val(Txt8) List.AddIt

21、em N & j & & Z- & Format$(deep, #0.#) j = j + 5 For i = 0 To Form1.List2.ListCount - 1 List.AddItem N & j & & Form1.List2.List(i) j = j + 5 Next i deep = deep + Val(Txt7) Next M Call NCEd ElseIf Option2.Value = True Then 相对坐标编程 Call NCStrj = 110For M = 1 To Val(Txt8) List.AddItem N & j & & Z- & Format$(Val(Txt7), #0.#) j = j + 5 For i = 0 To Form1.List3.ListCount - 1 List.AddItem N & j & & Form1.List3.List(i) j = j + 5 Next iNext MCall NCEdEnd IfElseMsgBox 有非法字符或其它错误，请检查End IfEnd Sub5 调试过程一、 运行时欢迎界面：二、 主程序运行界面：三、 测试各个输入参数后，运行结果如下：三、 NC加工界面：其中，测试的结果还令人满意。不过，令人遗憾的是由于加工的路线，只能实现刀具半径左补偿指令，没办