數(shù)控課程設(shè)計(jì)(數(shù)字積分法第二象限直線插補(bǔ)程序)數(shù)控課程設(shè)計(jì)(數(shù)字積分法第二象限直線插補(bǔ)程序)數(shù)控課程設(shè)計(jì)(數(shù)字積分法第二象限直線插補(bǔ)程序)數(shù)控課程設(shè)計(jì)(數(shù)字積分法第二象限直線插補(bǔ)程序)編制僅供參考審核批準(zhǔn)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(bǔ)程序設(shè)計(jì)數(shù)字積分法是利用數(shù)字積分的方法，計(jì)算刀具沿各坐標(biāo)軸的位移，使得刀具沿著所加工的輪廓曲線運(yùn)動(dòng)利用數(shù)字積分原理構(gòu)成的插補(bǔ)裝置稱為數(shù)字積分器，又稱數(shù)字微分分析器（DigitalDifferentialAnalyzer），簡(jiǎn)稱DDA。數(shù)字積分器插補(bǔ)的最大優(yōu)點(diǎn)在于容易實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)、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(bǔ)在輪廓數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如以下：……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

目錄一、課程設(shè)計(jì)目的 1二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 1三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 1數(shù)字積分法直線插補(bǔ)的基本原理 2從幾何角度來(lái)看積分運(yùn)算 2數(shù)字積分法在輪廓插補(bǔ)中的具體應(yīng)用(數(shù)字積分法直線插補(bǔ)) 3插補(bǔ)終點(diǎn)判別的具體實(shí)現(xiàn) 4插補(bǔ)器的組成 5數(shù)字積分法穩(wěn)速控制 5提高插補(bǔ)精度的措施 6減少誤差的方法 6數(shù)字積分法直線插補(bǔ)框圖 7數(shù)字積分法直線（第二象限）插補(bǔ)程序流程圖 7四結(jié)論 8五結(jié)束語(yǔ) 8參考書目 10附錄數(shù)字積分法直線插補(bǔ)程序清單（第二象限） 11

一、課程設(shè)計(jì)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(bǔ)的基本原理。3）掌握數(shù)字積分插補(bǔ)的軟件實(shí)現(xiàn)方法。二、課程設(shè)計(jì)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(yùn)算速度快、脈沖分配均勻、易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)及描繪平面各種函數(shù)曲線的特點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。其缺點(diǎn)是速度調(diào)節(jié)不便，插補(bǔ)精度需要采取一定措施才能滿足要求。由于計(jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算功能和靈活性，采用軟件插補(bǔ)時(shí)，上述缺點(diǎn)易于克服。本次課程設(shè)計(jì)具體要求如下：數(shù)字積分插補(bǔ)法基本原理數(shù)字積分插補(bǔ)法插補(bǔ)軟件流程圖算法描述（數(shù)字積分法算法在VC++中的具體實(shí)現(xiàn)）編寫算法程序清單軟件運(yùn)行仿真效果三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容插補(bǔ)運(yùn)算就是運(yùn)用特定的算法對(duì)工件加工軌跡進(jìn)行運(yùn)算并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果向相應(yīng)的坐標(biāo)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令的過(guò)程。插補(bǔ)運(yùn)算可以采用數(shù)控系統(tǒng)硬件或數(shù)控系統(tǒng)軟件來(lái)完成。硬件插補(bǔ)器：速度快，但缺乏柔性，調(diào)整和修改都困難。軟件插補(bǔ)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(bǔ)器；CNC系統(tǒng)：采用軟件插補(bǔ)器，或軟件、硬件相結(jié)合的插補(bǔ)方式。數(shù)字積分法直線插補(bǔ)的基本原理數(shù)字積分法是利用數(shù)字積分的方法，計(jì)算刀具沿各坐標(biāo)軸的位移，使得刀具沿著所加工的輪廓曲線運(yùn)動(dòng)利用數(shù)字積分原理構(gòu)成的插補(bǔ)裝置稱為數(shù)字積分器，又稱數(shù)字微分分析器（DigitalDifferentialAnalyzer），簡(jiǎn)稱DDA。數(shù)字積分器插補(bǔ)的最大優(yōu)點(diǎn)在于容易實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)、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(bǔ)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(lái)看積分運(yùn)算積分運(yùn)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(shí)刻，函數(shù)Y=f（t）的積分值可表述為如果進(jìn)一步將t∈[t0，tn]的時(shí)間區(qū)劃分為若干個(gè)等間隔Δt的小區(qū)間，當(dāng)Δt足夠小時(shí)，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(lái)近似表示函數(shù)f（t）以下的積分面積。進(jìn)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(guò)假設(shè)Δt＝“1”，就可將積分運(yùn)算轉(zhuǎn)化為式所示的求縱坐標(biāo)值的累加運(yùn)算。若再假設(shè)累加器容量為一個(gè)單位面積值，則在累加過(guò)程中超過(guò)一個(gè)單位面積時(shí)立即產(chǎn)生一個(gè)溢出脈沖。這樣，累加過(guò)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(xì)介紹3.1.2數(shù)字積分法在輪廓插補(bǔ)中的具體應(yīng)用(數(shù)字積分法直線插補(bǔ))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(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為E（Xe，Ye）。同樣，假設(shè)坐標(biāo)值均為以脈沖當(dāng)量為單位的整數(shù)。若此時(shí)刀具在兩坐標(biāo)軸上的進(jìn)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(diǎn)O走向終點(diǎn)E的過(guò)程，可以看作是每經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間間隔Δt，就分別以增量[KXe]、[KYe]同時(shí)在兩個(gè)坐標(biāo)軸累加的結(jié)果。也可以這樣認(rèn)為，數(shù)字積分法插補(bǔ)實(shí)際上就是利用速度分量，進(jìn)行數(shù)字積分來(lái)確定刀具在各坐標(biāo)軸上位置的過(guò)程，即:當(dāng)取Δt＝“1”（一個(gè)單位時(shí)間間隔），則式將演變?yōu)樵O(shè)經(jīng)過(guò)n次累加后，刀具正好到達(dá)終點(diǎn)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(dú)立自由選擇。也就是說(shuō)只要選定了其中一個(gè)，則另一個(gè)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(biāo)軸的進(jìn)給脈沖不超過(guò)1個(gè)單位（一般指1個(gè)脈沖當(dāng)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(duì)應(yīng)存儲(chǔ)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(shuō)，經(jīng)過(guò)n＝2N次累加后，動(dòng)點(diǎn)（刀具）將正好到達(dá)終點(diǎn)E。事實(shí)上，如果將n、K值代入式，則動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)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(jìn)行直線插補(bǔ)時(shí)，先開辟兩個(gè)被積函數(shù)寄存器Jvx、Jvy分別存放終點(diǎn)坐標(biāo)值Xe、Ye，還有兩個(gè)余數(shù)寄存器JRX和JRY。然后，當(dāng)脈沖源每發(fā)送一個(gè)控制脈沖信號(hào)Δt，X軸積分器和Y軸積分器各累加一次。當(dāng)累加結(jié)果超出余數(shù)寄存器容量2N-1時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)溢出脈沖ΔX（或ΔY）。這樣，經(jīng)過(guò)2N次累加后，每個(gè)坐標(biāo)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(dá)了終點(diǎn)E。插補(bǔ)終點(diǎn)判別的具體實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)時(shí)不論被積函數(shù)有多大，對(duì)于N位寄存器。必須累加2N次才能到達(dá)終點(diǎn)。因此可以用一容量為2N的寄存器當(dāng)計(jì)數(shù)器，來(lái)統(tǒng)計(jì)累加的次數(shù)。可以用加1計(jì)數(shù)器，也可以用減1計(jì)數(shù)器。采用加1計(jì)數(shù)器時(shí)，首先將計(jì)數(shù)器清零，運(yùn)算過(guò)程中每來(lái)一個(gè)累加脈沖△t就加1。當(dāng)計(jì)數(shù)器滿2N時(shí)表明運(yùn)算完成。采用減1計(jì)數(shù)器時(shí)，運(yùn)算前把總運(yùn)算次數(shù)2N送入計(jì)數(shù)器，每運(yùn)算一次，就減去1。當(dāng)計(jì)數(shù)器減為0時(shí)，表明運(yùn)算完成。插補(bǔ)器的組成二坐標(biāo)DDA直線插補(bǔ)器包括X積分器和Y積分器，每個(gè)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(shí)，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(bǔ)的左移規(guī)格化及其解決的問題積分器作直線插補(bǔ)時(shí)，不論各段程序的被積函數(shù)大小，都必須經(jīng)過(guò)m＝2n次累加運(yùn)算才能到達(dá)終點(diǎn)。這樣各個(gè)坐標(biāo)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(jī)床的進(jìn)給速度也愈快；反之，被積函數(shù)愈小，速度愈低，機(jī)床的進(jìn)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(jìn)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(gè)程序段積分的溢出速度大致均勻，在直線插補(bǔ)時(shí)必須把寄存器中的數(shù)Xe、Ye同時(shí)左移，直到JVX、JVY中有一個(gè)數(shù)是規(guī)格化數(shù)為止。同時(shí)左移，意味著把X、Y兩方向的脈沖分配速度擴(kuò)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?yàn)橐?guī)格化后每累加運(yùn)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(dāng)Xe、Ye左移Q位后（至少使其中的一個(gè)成為規(guī)格化數(shù)），為使各坐標(biāo)分配的脈沖數(shù)最后等于Xe及Ye值，這樣作為終點(diǎn)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(shí)，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(jìn)行左移規(guī)格化的同時(shí)，終點(diǎn)判別計(jì)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(shí)，終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器把“1”信號(hào)從最高位輸入進(jìn)行右移來(lái)縮短計(jì)數(shù)長(zhǎng)度⑵按進(jìn)給速率數(shù)FRN編程為實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度程序段的恒速加工，在編程時(shí)考慮被加工直線長(zhǎng)度，采用FRN來(lái)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(zhǎng)度；因?yàn)樗杂缮鲜娇梢?，F(xiàn)RN編程，其實(shí)質(zhì)是控制迭代頻率fg，fg與V/L成正比，當(dāng)插補(bǔ)尺寸L不同時(shí)，使迭代頻率作相應(yīng)改變，以保證所選定的進(jìn)給速度。提高插補(bǔ)精度的措施對(duì)于DDA圓弧插補(bǔ)，徑向誤差可能大于一個(gè)脈沖當(dāng)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(biāo)軸附近進(jìn)行累加時(shí)，一個(gè)積分器的被積函數(shù)值接近零，而另一個(gè)積分器的被積函數(shù)接近于最大值，累加時(shí)后者連續(xù)溢出，前者幾乎沒有，兩個(gè)積分器的溢出脈沖頻率相差很大，致使插補(bǔ)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(dāng)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(jìn)給速度，需要提高插補(bǔ)速度。2、累加器預(yù)置數(shù)累加器中預(yù)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(bǔ)框圖數(shù)字積分法直線（第二象限）插補(bǔ)程序流程圖四結(jié)論本次設(shè)計(jì)運(yùn)用軟件插補(bǔ)程序進(jìn)行插補(bǔ)控制,調(diào)整和修改都很方便,而且數(shù)字積分法插補(bǔ)運(yùn)算速度快,脈沖分配均勻,易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)及描繪平面各種函數(shù)曲線的特點(diǎn)。只是軟件開發(fā)復(fù)雜，需對(duì)編程具有熟練的運(yùn)用。總之，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了各方面的知識(shí)及其運(yùn)用，最終完成要求，實(shí)現(xiàn)軟件的運(yùn)行，運(yùn)行程序后按提示輸入直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)后即可自動(dòng)進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并輸出各個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)值。五結(jié)束語(yǔ)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，雖然這并不是我第一次做課程設(shè)計(jì)，但我從中依然學(xué)到了很多東西，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己在各個(gè)方面的不足之處，獲益匪淺。本次課程設(shè)計(jì)貫穿本門課程成所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)踐操作技術(shù)，從分析設(shè)計(jì)到計(jì)算、程序的編寫運(yùn)行，是運(yùn)用數(shù)控插補(bǔ)原理和C語(yǔ)言編程的一次綜合練習(xí)。在同學(xué)和老師的幫助下，經(jīng)過(guò)幾次對(duì)程序的修改，終于能夠使程序正確運(yùn)行，并得到了插補(bǔ)軌跡坐標(biāo)值。這份設(shè)計(jì)我從總體的數(shù)控原理軟件效果圖到數(shù)控原理分析，再?gòu)臄?shù)字積分法原理到軟件實(shí)現(xiàn)，作了一個(gè)盡可能詳細(xì)的解釋。數(shù)控原理插補(bǔ)軟件的實(shí)現(xiàn)，使得我們?cè)跀?shù)控原理的學(xué)習(xí)上和理解上更進(jìn)一步了，他在我們的直觀上給我們做了一個(gè)很好的模擬。這主要靠的是程序設(shè)計(jì)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(yù)先建立的對(duì)象拖放到窗口即可。所以說(shuō)，對(duì)于初學(xué)者，這是很適合我們的，為我們節(jié)省時(shí)間的同時(shí)，也更讓我們理解。此次課程設(shè)計(jì)要求我們能夠?qū)@學(xué)期所學(xué)的數(shù)控技術(shù)方面的知識(shí)有較全面的掌握很熟練運(yùn)用。通過(guò)對(duì)零件的工藝路線和走刀軌跡的分析、軌跡坐標(biāo)的計(jì)算、插補(bǔ)程序的編制以及程序的調(diào)試、運(yùn)行，使得我對(duì)數(shù)控技術(shù)的知識(shí)有了更加深刻的了解，并能夠理論結(jié)合實(shí)際。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)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(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。通過(guò)完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程，我認(rèn)為重要環(huán)節(jié)有：做好設(shè)計(jì)的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，老師對(duì)題目的講解要一絲不茍的去聽去想，因?yàn)橹挥卸济靼琢?，做起設(shè)計(jì)就會(huì)事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計(jì)，到頭來(lái)一點(diǎn)收獲也沒有。在這兩周來(lái)，也暴露了自己很多問題，第一、不夠細(xì)心比如由于粗心大意導(dǎo)致編程出現(xiàn)錯(cuò)誤，由于對(duì)課本理論及C語(yǔ)言編程的不熟悉帶來(lái)極大的難度。第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次課設(shè)也是對(duì)我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗(yàn)。這種體會(huì)，只靠平時(shí)上課老師的說(shuō)教是肯定不可能領(lǐng)悟到的。在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，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(guò)程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，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(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中我們肯定會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力