刀具运动轨迹的控制毕业设计【毕业论文+答辩稿+开题报告+外文翻译+任务书】
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刀具运动轨迹的控制
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刀具运动轨迹的控制毕业设计【毕业论文+答辩稿+开题报告+外文翻译+任务书】,刀具,运动轨迹,控制,毕业设计,毕业论文,答辩,开题报告,刀具运动轨迹的控制,外文翻译,任务书
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目 录 1 引言 1 刀具运动轨迹生成方法的现状及发展 1 课题研究的内容 2 2 系统总体设计 3 课题设计的环境与需求 3 编程软件简介 3 系统功能分析 4 系统功能模块设计 4 3 系统详细设计 5 系统主界面设计 5 直线生成模块 12 圆弧生成模块 15 汇编生成 模块 35 其他模块设计 45 4 系统安全性与测试 47 结束语 48 致谢 49 参考文献 50 毕业设计说明书（论文）中文摘要 本课 题主要针对刀具运动轨迹仿真系统的发展现状，分析了刀具运动轨迹仿真的原理和实现方法，通过仿真来 为普通机床的数控化改造服务 。该仿真系统是通过 现直线和圆弧插补，最后生成直线或圆弧加工的汇编程序，通过汇编程序控制单片机来实现 普通机床的数控化改造 。 具体 过程 是在 计一个 操作 界面，在这个界面里用户只要输入所要加工零件的尺寸及形状信息，就可自动的产生加工程序（汇编程序）并可对加工程序进行仿真。该仿真系统操作简便，模拟轨迹显示清晰，有助于我们对每一步刀具轨迹的详细认知。 关键 字 刀具轨迹 插补 仿真 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 50 页 毕业设计说明书（论文）外文摘要 f f is to of of of of of is of is of or of is by B, of in at is is to to of 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 50 页 1 引言 随着计算机科学、信息技术的迅速发展，传统的制造业已发生了十分显著的变化，传统的制造技术正向现代制造技术转变，现在越来越多的制造通过数控仿真来实现。 利 用计算机图形技术对已编制的数控程序进行加工过程模拟演示 ,不但可以检验数控程序的正确性和合理性 ,从而避免由于机床的走刀错误而造成数控设备损坏的危险 ,而且大大降低了以往采用工艺试切方法所带来的高消耗和高成本 ,大大缩短新产品的开发周期 。由于产生的图形是真实感效果图 ,数控编程人员和机床操作者能够通过图形显示 进行干涉和碰撞检查 ,校验数控程序。因此 ,数控图形仿真技术正逐渐成为刀轨模拟控制领域的一项重要技术。数控仿真系统正更多的被应用到了各种数控加工中，越来越多的的刀具运动轨迹通过数控仿真来实现模拟。 1 1 刀具运动轨迹生成方法的现状及发展 刀具运动轨迹（又称走刀路线或进给路线）是指加工过程中刀具相对于被加工件的运动轨迹和方向，包括切削加工的路径和刀具切入及切出等非切削空行程 。刀具运动轨迹的合理选择是非常重要的，因为它与零件的成型效率和表面质量密切 相关。数控加工刀具运动轨迹是确定数控加工工艺的重要环节。刀具运动轨迹设计质量的好坏，将直接影响零件的加工质量及加工成本。因此，对数控加工过程中的刀具运动轨迹的研究是十分必要的。 数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。下面就刀具轨迹产生方法作一些介绍 。 （ 1）基于点、线、面和体的 历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，一直到现在的参数化特征造型。在二维绘图与三维线框阶段，数控加工主要以点、线为驱动对象 ，如孔加工，轮廓加工，平面区域加工等。这种加工要求操作人员的水平较高，交互复杂。 （ 2）基于特征的 参数化特征造型已有了一定的发展时期，但基于特征的刀具轨迹生成方法的研究才刚刚开始。特征加工使数控编程人员不在对那些低层次的几何信息（如：点、线、面、实体）进行操作，而转变为直接对符合工程技术人员习惯的特征进行数控编程，大大提高了编程效率。 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 50 页 特征加工具有更多的智能。对于特定的特征可规定某几种固定的加工方法，特别是那些已在 果我们对所有的标准特征都制定了特定的加工 方法，那么对那些由标准特征够成的零件的加工其方便性就可想而知了。特征加工有利于实现从 现信息的双向流动，为 定良好的基础。 （ 3）现役几个主要 一般认为 具代表性的数控软件。其最具特点的是其功能强大的刀具轨迹生成方法。包括车削、铣削、线切割等完善的加工方法。 是建立在 它为用户提供两种编程开发环境，即 +类库。它可支持三轴铣削，车削和线切割 可支持线框、曲面和实体几何建模。 1 2 课题的研究内容 本课题所研究的刀具运动轨迹控制主要是 为普通机床的数控化改造服务的。因为普通机床的数控化改造所使用的控制系统是单片机，而用汇编语言来进行刀具运动轨迹的控制编程是很困难的，所以需要设计一个环境，在这个环境里用户只要输入所要加工零件的尺寸及形状信息，就可自动的产生加工程序并可对加工程序进行仿真。 为此要进行如下的研究： （ 1）对刀具运动轨迹控制编程的环境进行选择分析； （ 2）系统的总体方案设计 ,对整个系统进行需求分析和功能模块的设计； （ 3）系统的详细设计，研究其各个部分的设计原理； （ 4）测试总结，找出其中的不足并加以改正使其尽可能完善。 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 50 页 2 系统总体设计 课题设计的环境与需求 设计过程中会遇到很多困难，不可能一次性就把设计完成，需要对此做出多次的分析和修改，这里将设计过程总的分为两部分，即总体设计过程和详细设计过程，希望通过这样多次的设计分析使设计达到最佳效果。 因为 要通过单片机控制来实 现普通机床数控化改造，用 汇编语言来进行刀具运动轨迹的控制编程是很困难的， 而用 代码，不能对单片机进行控制，所以 这里选用 要在最后程序执行时生成加工程序的 样通过此加工程序就能控制单片机来实现数控化改造。 这次设计过程中会牵涉到很多 需要熟悉 以通过咨询相关人士、搜索网络、查阅书籍等渠道方式来获取相关知识。 编程软件简介 由美国微软公司推出的，全称为 学习版、专业版和企业版三种版本，以满足不同的开发需要。学习版适用于普通学习者及大多数使用 发一般 用程序的人员，但是；专业版适用于计算机专业开发人员，包括了学习版的全部内容功能以及 业版除包含专业版全部的内容外，还有自动化构件管理器等工具，使得专业编程人员能够开发功能强大的组骨子里分布式应用程序。 一 种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 业开发工具 用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用 数，以用动态链接库（ 对象的链接与世隔嵌入（ 开放式数据连接（ 技术，可以高效、快速地开发 形界面丰富的应用软件系统。随着版本 的提高， 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 50 页 系统功能分析 本刀具运动轨迹仿真系统是一个集直线和圆弧仿真的简易系统。通过在系统界面输入相关数据来产生仿真轨迹，由于输入只局限于数值并且输入的数据都要放到存储器中，即输入的数值是有范围界限的，这样就需要对输入内容进行相关判断，只有符合条件的才能进行仿真。 系统主要实现以下的功能：数据判别，生成轨迹并且能够做到连续性，最后生成加工程序等等。 系统功能模块设计 通过系统功能分析，画出系统功能模块图，如图 图 系统功能模块图 Y N （非数字、值过界） 错误 正确 显示 生成 刀具运动轨迹仿真系统 输入数据 数据判别 仿真 开始 刀具轨迹 加工程序 终点 ? 结束 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 50 页 3 系统详细设计 系统 进行详细设计时，显要考虑具体下面每一步要作什么。在本设计中，圆弧设计是个难点，需要对其进行详细分析判断。详细设计思路如下图 图 详细设计图 系统主界面设计 （ 1）界面设计 本界面的主要功能是提供数据参数输入，通过输入的数据来实现仿真，如果输入的数据不符合要求 ，那就无法进行仿真操作。界面如图 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 50 页 图 系统界面图 其中用到 2） 可作为其他控件的容器。实际显示的图片由 括可选的路径名）。在程序运行时可以使用 在图形框中装入图形。其格式为： 图形框对象 图形文件名”） 为了在运行时从图形框中删除一个图形，可用 ，将一个空白图形装入图形框的 不能伸展被装入的图形以适应控件尺寸，但可以用图形框的 形框能自动调整大小与显示的图形匹配。如果将 图形框不能自动改变大小来适应其中的图形，加载到图形框中的图形保持其原始尺寸，这意味着如果图形比控件大，则超过的 部分将被剪裁掉。 以在 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 50 页 些控件随 与窗体无关。当 些控件在 （ 3） 组合框（ 组合了文本框和列表框的特性而形成的一种控件。组合框在列表框中列出可供用户选择的选项，当用户选定某项后，该项内容自动装入文 本框中。当列表框中没有所需选项时，除了下拉式列表框（ ）之外都允许在文本框中键盘输入，但输入的内容不能自动添加到列表框中。 （ 4） a） 该属性是一个字符型数组，存放组合框的选项。 开始的，即第一个项目的下标是 0。 b） 属性只能在程序中设置或引用。 果未选中任何选项，则1。 c） 属性只能在程序中设置或引用。 d） 该属性只能在设计状态设置。 果 项目按字母顺序排列显示；如果 选项按加入的先后顺序排列。 e） 该属性是默认属性，只能在程序中设置或引用。 f） 的值为 0、 1或 2。 当 （默认）时，组合框为下拉式组合框。它显示在屏幕上的仅是文 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 50 页 本编辑框和一个下拉箭头按钮。执行时，用户可用键盘直接在文本框区域输入内容，也可用鼠标单击右边的下拉式箭头按钮，打开列表框供用户选择，选中内容显示在文本框上。这种组合框允许用户输入不属于列表内的选项。 当 时，组合框为简单组合框。它列出所有的选项供用户选择，右边没有下拉箭头按钮，列表框不能被收起和拉下，与文本编辑框一起显示在屏幕上。可以在文本框中用键盘输入列表框中没有的选项。 当 时，组合框唯下拉式 列表框。其功能与下拉式组合框类似，区别是不能输入列表框中没有的选项。 （ 4） 标系统概述： 窗体 (容器 (定义的表示图形对象位置的平面二维格线，一般采用数对（ x,y）的形式定位。其中， x 值是沿 x 轴点的位置，最左端是缺省位置 0。 y 值是沿 y 轴点的位置，最上端是缺省位置 0。 在 坐标轴定义位置的测量单位，统称为刻度，坐标系统的每个轴都有自己的 刻度。坐标轴的方向、起点和刻度都是可变的 ,在后面的叙述中，将讨论如何改变这些定义。 a） 使用系统缺省定义： 在系统缺省状态下， 缇 为单位 (1缇的长度等于 1/1440英寸； 1/567厘米 ;1/20磅 )。应当注意的是：这些值指示的是图形对象打印尺寸的大小。而在计算机屏幕上的物理距离则根据监视器的大小及分辨率的变化而变化。 b） 选择系统标准刻度定义： 除了缺省的 户还可以通过对象的 共有 8种设置） ，现将这些设置列表如下： 表示 说明 0 户自定义 1 ，系统缺省设置 2 ，每英寸约为 72磅 3 素，像素是监视器或打印机分率的最小单位。每英寸里像素的数目由系统设备的分辨率决定。 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 50 页 4 符，打印时，一个字符高 1/6 英寸，宽 1/12 英寸 5 寸，每英寸为 6 米 7 米 在上述设置值中，除了 0 和 3以外，其它所有模式都是打印机所 打印的单位长度。例如，某对象长为 4个单位，当 为 5 时，打印时就是 4英寸长。在程序中设定 设窗体的刻度单位为厘米。 7 设 刻度单位为像素。 3 c） 创建自定义坐标系统： 当 时，即为用户自定义模式，可采用设置对象的相应属性，来创建所需的坐标系统 ,这些属性是： 设置对象左边距值 设置对象上边距值 设置对象宽度 设置对象高度 下面给出如下设置代码： 00 00 00 00 0 0 则所定义的坐标系如下图所示： 00 0 以上代码定义窗体左上角坐标为（ 100， 100），定义窗体内图形对象 0，上边距 离为 50。 句定义窗体内部 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 50 页 宽度的 1/300 为水平坐标单位；当前窗体内部高度的 1/200 为垂直坐标单位。如果窗体的大小以后被调整，这些单位保持原状。也就是说： 按照对象的内部尺寸来定义单位的，并且这些尺寸不包括边框厚度或菜单标题的高度。 指对象内的可用空间的大小。它们决定了对象本身的坐标系统。这有别于内部尺寸和外部尺寸（由 指定）定义， 是按照容器的坐标系统来表示。另外以上刻度属性都可包括分数，也可是负数。如果将 性设置值为负数即改变坐标系统的方向。 d） 使用 一个更简洁的改变坐标系统的途径是使用 法。定义形式如下： (定了 性的设置值。 别决定 了 性的设置值。若指定 值，与设置 负值的效果相同。例如：设定窗体坐标系统如下： 100, 100)-(200, 200) 该语句定义等同于以下属性设置： 00:00:00:00 如何恢复缺省坐标系统： 在定义了其它坐标系后，如果需要将坐标系统恢复为缺省的 以使用不含参数的 语句： 图形对象的坐标系统恢复为缺省，其左上角坐标为（ 0， 0）。 （ 5）代码设计 a）坐标轴设计 6 2 i j 件的自动重绘有效 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 50 页 330)-(330, 设定坐标范围 0, (0, 320) 画坐标线 0)-(320, 0) 300: x/ 5: 320: y/ 310: 15: + 15: - 315: + - 0 i = o 300 0 i: 3: (i, 0) i i = o 300 0 If i = 2 前点作为起点 x: y f x = * 脉冲转换 y = * f 0 (x, y) 01 方式时画线 x, y), 标记终点，青绿色表示 标记起点 x: y: ( & x & , & y & ) 标记终点坐标 ( & , & ) 标记起点坐标 f 2 轨迹线宽设定 1 执行完一次序号 +1 圆弧生成模块 该部分是完成系统设计任务中最复杂也是最困难的部分。该系统画弧时是通过起点、终点、半径 3 个值来确定圆弧的，由于通过这 3个值可以确定 2个相交的圆（一般情况下），也就是说通过这 3个值可以确定 4条弧，即 2个圆每个圆又都被分为优弧和劣弧 2部分，这样的情况下，就分为顺圆弧和逆圆弧两种情况，但是又因为每种情况下又可分优弧和劣弧，所以在此系统中把输入 R0作为劣弧，把输入 R f. . 程中使用的变量分为两类：一类是在过程内显式声明的，另一类 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 50 页 则不是。在过程内显式声明的变量（使用 等效方法）都是局部变量。对于那些没有在过程中显式声明的变量，除非它们在该过程外更高级别的位置有显示地声明，否则也是局部的。 注意过程可以使用没有在过程内显式声明的变量，但只要有任何在模块级别中 定义的名称与之相同，就会产生名称冲突。如果过程中使用的未声明的变量与另一个过程，常数，或变量的名称相同，则会认为过程使用的是模块级的名称。显式声明变量就可以避免这类冲突。可以使用 句来强制显式声明变量。 注意 能会重新安排数学表达式以提高内部效率。若 应避免在此表达式中使用该函数。 圆弧模块代码： 10 11 12 13 ng(x, y, 计算端点到圆心的偏角，定义函数 #, = y - (x - ) If x nd y = T If x = T If x nd y = 2 x: y f x = * y = * r = 1 顺时针 * r) 0 优弧 本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 50 页 If y 起点偏上 x, y, r, ( & , & ) 圆弧用蓝线表示，圆心用红点表示 f If y x, y, r), ( & , & ) f If y r, 2: ( & , & ) f If 0 f x 起点偏右 x, y, r, ( & , & ) f If x x, y, r), ( & , & ) f If x r), 0: ( & , & ) f If 0 f x x y 右上 本科毕业设计说明书（论文） 第 29 页 共 50 页 r, 0: ( & , & ) f If y 左上 r, 0, 2: ( & , & ) f f If r x x y r), 2: ( & , & ) f If y r), ( & , & ) 本科毕业设计说明书（论文） 第 30 页 共 50 页 f f 非 1/4圆弧 If r 0 f y x, y, r), ( & , & ) f f If r y x, y, r), ( & , & ) 本科毕业设计说明书（论文） 第 31 页 共 50 页 f f f f x, y), x: y: ( & x & , & y & ) ( & , & ) f f 2 逆时针 * r) 0 f y x, y, r, ( & , & ) f If y x, y, r), ( & , & ) f If y r), 2, ( & , & ) f If 0 f x x, y, r, ( & , & ) f If x x, y, r), ( & , & ) f If x r), 0, ( & , & ) f If 0 f x x y r, 2, ( & , & ) f If y r, 3 / 2: ( & , & ) f f If r x x y r), 0, 3 / 2: ( & , & ) f If y 本科毕业设计说明书（论文） 第 37 页 共 50 页 r), 2, 0:
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