直线与圆弧插补算法的程序设计

论文总字数：23619字

摘 要

数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术、通信技术和精密机械技术等先进技术的典型的机电一体化产品。插补控制功能是数控制造系统的一个重要组成部分，是数控技术中的核心技术。本课题要求利用所学的计算机编程知识和计算机辅助设计与制造技术对各种插补算法的应用特点研究，完成各种算法的程序设计。基于VB编程系统的直线与圆弧插补算法是介绍的重点。而其中特别对逐点比较法与数字积分法进行了详细的介绍与程序设计演示。通过对页面控件的设计与算法的研究将最终结果在VB代码中进行可视化的展示。

关键词：直线与圆弧；插补算法；VB编程；可视化

The programming of linear and circular interpolation algorithm

Abstract

CNC machine tool is a kind of typical electromechanical integrated product which is integrated with advanced technology such as computer technology, automatic control technology, precision measurement technology, communication technology and precision machinery technology. The interpolation control function is an important part of the NC manufacturing system and is the core technology in NC technology. This project requires the application of computer programming knowledge and computer aided design and manufacturing technology to study the application characteristics of various interpolation algorithms, and complete the programming of various algorithms. The linear and circular interpolation algorithm based on VB programming system is the key point. In particular, the method of point-by-point comparison and numerical integration is presented in detail.Working by the design and algorithm of the page control, the final result will be visualized through the VB code.

Keywords：liner and circular；interpolation algorithm；Visual Basic programming；visualized

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1课题内容 1

1.2设计研究思路 1

第二章 算法分析 2

2.1算法过程分析 2

2.2程序流程总框图 3

2.3各功能模块程序划分 7

2.4功能模块的伪程序 7

第三章 算法程序实现 10

3.1插补象限的判断程序 10

3.2插补算法中的循环程序 11

3.3程序的功能状态编写 14

3.4界面设计的算法程序 15

第四章 程序界面设计 18

4.1插补算法程序的数据输入 18

4.2插补算法程序的数据输出 19

4.3插补走向轮廓的可视化 20

第五章 程序运行实例 22

5.1基础界面实例 22

5.2程序运算结果实例 23

第六章 结束语 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪 论

1.1课题内容

数控机床是利用数控技术进行控制的机床或者说是装备了数控系统的机床。它综合应用了自动控制技术、通信技术、精密测量技术和精密机械技术等先进技术。数控机床制造业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的基础产业，数控机床技术水平的高低和拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化程度的重要标志。

本课题应用计算机辅助技术，针对数控加工中的轮廓插补控制技术的难点进行研究，分析各种插补算法的应用特点，利用计算机编程语言对各种算法进行可视化实现。本课题要求利用所学的计算机编程知识和计算机辅助设计与制造技术对各种插补算法的应用特点研究，完成各种算法的程序设计，实现各象限直线与圆弧曲线插补过程的可视化。

1.2设计研究思路

本课题要求利用所学的计算机编程知识和计算机辅助设计与制造技术对各种插补算法的应用特点研究，完成各种算法的程序设计，实现各象限直线与圆弧曲线插补过程的可视化。本课题中用到的逐点比较法是一种驻逐点计算，判别偏差并并逼近理论轨迹的方法。首先要进行偏差判别，就是判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏离情况，一次决定刀具进给方向。然后进行进给控制，根据偏差判别结果，控制刀具相对于工件轮廓进给一步，即向给定的轮廓靠拢，减小偏差。然后再进行新的偏差计算，由于刀具在进给后已改变了位置，因此应计算出刀具当前位置的新偏差，为下一次偏差判别做准备。最后进行终点判断，即判断刀具是否已到达被加工轮廓的终点，若已到达终点，则停止插补，若还未到达终点，再继续插补。如此不断循环进行这四个环节就可以加工出所要求的轮廓。

然后进行相应程序的编写与实现。在Visual Basic程序设计中，有许多复杂的方法需要我们去实现与改进。程序的算法选用，直线插补与圆弧插补所采用的算法不尽相同。因此我们使用的设计理念也不同。操作界面的设计与规划，都通过在一张工作表面上来完成。最终的输出图像与结果展示则要求我们在设计初始阶段就完成相应数据的存储与输入。同时进行校验，最后通过画出的图像来输出我们想要的结果。上述内容都是本次课题的重点与难点。

第二章 算法分析

2.1算法过程分析

当我们进行逐点比较法插补算法分析时，首先要做的就是确定输入输出，了解我们需要得到的结果与内容。先判断刀具当前位置相对于给定轮廓的偏离情况并决定刀具进给方向。然后根据偏差判别结果，控制刀具相对于工件轮廓进给，向给定轮廓靠拢，减小偏差。接着重新计算偏差，由于刀具在进给后改变了位置。因此应计算出刀具当前位置的新偏差，并且准备下一次的判别。最后进行终点判别。即判断刀具是否到达被告知加工轮廓的终点。若已到达终点则结束，未到达终点则要求继续重复插补步骤。在直线的插补算法中。我们只需要输入终点的坐标值，起点坐标全部默认为原点坐标。

圆弧的插补算法与直线的插补算法类似，但稍微复杂了一点。输入时需要给出圆弧的起点坐标与圆弧的终点坐标。两者缺一不可。通过勾股定理可以推算出关于圆弧的偏差计算公式。其余的步骤则跟直线的类似。因为存在四象限八种进给方向的不同，算法判断的内容也相对复杂。偏差计算公式应用的种类也略微增多。终点判别则由起点与终点的计算得出。

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