用数学方程描述的非圆曲线的轮廓数值计算

非圆弧曲线计算公式在数学和工程领域中，曲线是一种非常重要的概念，它们可以用来描述各种各样的现象和物体。

在实际应用中，我们经常会遇到各种各样的曲线，其中包括非圆弧曲线。

非圆弧曲线是指那些不能用圆弧来描述的曲线，它们可能是由多个不同的曲线段组成的，也可能是由一些特殊的曲线方程所描述的。

在本文中，我们将讨论一些常见的非圆弧曲线，并给出它们的计算公式。

1. 抛物线。

抛物线是一种非常常见的曲线，它的数学描述是一个二次方程。

一般来说，抛物线的标准方程可以写成，y=ax^2+bx+c，其中a、b和c是常数。

根据这个方程，我们可以计算出抛物线上任意一点的坐标，从而可以对抛物线进行各种各样的分析和应用。

2. 椭圆。

椭圆是另一种常见的非圆弧曲线，它的数学描述是一个二次方程。

椭圆的标准方程可以写成，(x-h)^2/a^2+(y-k)^2/b^2=1，其中(a,b)是椭圆的半长轴和半短轴的长度，(h,k)是椭圆的中心点的坐标。

通过这个方程，我们可以计算出椭圆上任意一点的坐标，从而可以对椭圆进行各种各样的分析和应用。

3. 双曲线。

双曲线是一种非常特殊的曲线，它的数学描述是一个二次方程。

双曲线的标准方程可以写成，(x-h)^2/a^2-(y-k)^2/b^2=1，其中(a,b)是双曲线的半长轴和半短轴的长度，(h,k)是双曲线的中心点的坐标。

通过这个方程，我们可以计算出双曲线上任意一点的坐标，从而可以对双曲线进行各种各样的分析和应用。

4. 抛物线。

抛物线是一种非常常见的曲线，它的数学描述是一个二次方程。

一般来说，抛物线的标准方程可以写成，y=ax^2+bx+c，其中a、b和c是常数。

根据这个方程，我们可以计算出抛物线上任意一点的坐标，从而可以对抛物线进行各种各样的分析和应用。

5. 椭圆。

椭圆是另一种常见的非圆弧曲线，它的数学描述是一个二次方程。

椭圆的标准方程可以写成，(x-h)^2/a^2+(y-k)^2/b^2=1，其中(a,b)是椭圆的半长轴和半短轴的长度，(h,k)是椭圆的中心点的坐标。

程序编制中的数学处理－－非圆曲线节点的计算数控系统一般只有直线和圆弧插补功能，对于非圆曲线轮廓，只能用直线或圆弧去逼近它。

节点就是逼近线段与非圆曲线的交点，也是个逼近线段的起点和终点。

一个已知曲线方程的节点数与逼近线段的形状（直线还是圆弧）、曲线方程的特性以及允许的逼近误差有关。

节点计算，就是利用这三者之间的数学关系，求解出各节点的坐标。

一、等间距的直线逼近的节点计算已知非圆曲线方程 y=f（x）从曲线X轴的起点坐标开始，以等间距Δx来划分曲线起点到终点的区间，可得一系列X 轴的坐标点的值，设起点的X坐标值为x0=a，则有：x1=a+Δx，x2=a+2Δx，x3=a+3Δx，…. X i=a+iΔx，..将这些X坐标值代入方程 y=f（x），则求得一系列Y坐标值：y i=f（x i）（i=1，2，3，…..）那么（xi，yi）（i=1，2，3……）就是所求得的节点坐标值。

相邻两点的直线段就是逼近线段。

等间距法的关键是合理确定Δx，既要满足允许误差的要求，又要使节点尽可能少。

通常采用试算和校验的方法确定Δx，方法步骤如下：1．取Δx初值，一般取0.1。

2．计算（xi，yi）（i=1，2，3……）。

3．误差验算：设任一逼近直线MN，其方程为：ax+by+c=0，则与MN平行且距离为δ允的直线MˊNˊ的方程为：求解联立方程：若：只有一个解，则逼近误差等于δ允，Δx正好满足误差要求。

没有解，则逼近误差小于δ允，Δx满足误差要求，可适当增大其取值，返回2。

有两个解，则逼近误差大于δ允，Δx太大，应减小其取值。

返回2。

等间距法计算简单，但由于必须保证曲线曲率最大处的逼近误差小于允许值，所以程序可能过多。

二、等弦长直线逼近的节点计算使所有逼近线段的长度相等。

计算步骤如下：（1）确定允许的弦长。

用等弦长逼近，最大误差δmax一定在曲线的曲率半径最小Rmin处，则为：（2）求Rmin。

曲线任一点的曲率半径为：取dR/dx=0，即根据求得，并由式（2-3）求得x后，将x值代入式（2-2）求、得Rmin。

数控车床加工非圆曲线宏程序编程技巧机械加工中常有由复杂曲线所构成的非圆曲线(如椭圆曲线、抛物线、双曲线和渐开线等)零件，随着工业产品性能要求的不断提高，非圆曲线零件的作用就日益重要，其加工质量往往成为生产制造的关键。

数控机床的数控系统一般只具有直线插补和圆弧插补功能，非圆曲线形状的工件在数控车削中属于较复杂的零件类别，一般运用拟合法来进行加工。

而此类方法的特点是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求高，直线的段数就多，虽然可以凭借CAD软件来计算节点的坐标，但是节点太多也导致了加工中的不方便，如果能灵活运用宏程序，则可以方便简捷地进行编程，从而提高加工效率。

一、非圆曲线宏程序的使用步骤(1)选定自变量。

非圆曲线中的X和Z坐标均可以被定义成为自变量，一般情况下会选择变化范围大的一个作为自变量，并且要考虑函数表达式在宏程序中书写的简便，为方便起见，我们事先把与Z 坐标相关的变量设为#100、#101，将X坐标相关的变量设为#200、#201等。

(2)确定自变量起止点的坐标值。

必须要明确该坐标值的坐标系是相对于非圆曲线自身的坐标系，其起点坐标为自变量的初始值，终点坐标为自变量的终止值。

(3)进行函数变换，确定因变量相对于自变量的宏表达式。

(4)确定公式曲线自身坐标系的原点相对于工件原点的代数偏移量(△X和△Z)。

(5)计算工件坐标系下的非圆曲线上各点的X坐标值(#201)时，判别宏变量#200的正负号。

以编程轮廓中的公式曲线自身坐标原点为原点，绘制对应的曲线坐标系的X ′和Z ′坐标轴，以其Z ′坐标为分界线，将轮廓分为正负两种轮廓，编程轮廓在X ′正方向称为正轮廓，编程轮廓在X ′负方向为负轮廓。

如果编程中使用的公式曲线是正轮廓，则在计算工件坐标系下的X坐标值(#201)时，宏变量#200的前面应冠以正号;如公式曲线是负轮廓，则宏变量#200的前面应冠以负号，即#201=±#200+△X 。

数控车加工非圆曲线编程探讨摘要：随着科学技术的进步，现代化制造业较之传统制造业取得了相当大的进步，数控技术和数控设备是现代化制造业的基础，它们的发展水平关系到国家的经济发展、综合国力和战略地位，因此，我国在数控技术及产业发展方面采取了重大措施，使我国数控领域得到可持续发展。

本文简要介绍了数控机床的概念，详细论述了数控加工和数控加工的编程方法，并且重点研究了非圆曲线的编程方法。

关键词：数控机床；数控加工；非圆曲线加工；编程方法前言：数控技术也叫做数字化控制技术，是一种按照控制程序，控制程序是工作人员用计算机事先编好的，来执行对机械设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能，进行机械零件加工的技术，计算机软件的应用代替了原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，实现了存储数据、处理数据、运算数据、逻辑判断等各种控制机能，是制造业信息化的重要组成部分。

随着智能化、网络化技术的发展，数控技术向着高效率、高质量、高精度的方向发展。

数控技术在信息产业、生物产业、航空航天国防工业等各领域得到广泛应用，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应力和竞争力，数控技术的应用是制造业成为信息化的象征，对我国社会经济的发展起着越来越重要的作用，因此，为实现经济迅速发展、提高综合国力和国家地位，必须大力发展以数控技术为核心的现代化制造技术及其产业。

1.数控机床数控机床也叫做数字控制机床，是一种装有能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序控制系统，并通过译码，用代码化的数字表示出来，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出的各种控制指令，来控制机床的动作，按照图纸要求的尺寸和形状，自动的将零件加工出来的自动化机床，具有高度柔性、高精度、加工质量稳定可靠、加工效率高、自动化程度高等优点，数控机床能够很好地解决复杂、精密、小批量、多品种零件的加工。

数控机床的基本组成包括加工程序载体（主机）、伺服与测量反馈系统、数控装置、数控机床辅助装置、机床主体。

用MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序蒋英汉2008.6.15用MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序关键词:自动编程、非圆曲线、NC程序中国一拖高级技工学校蒋英汉随着数字控制技术与数控机床出现，给机械制造业带来了翻天覆地的变化。

数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。

自90年代至今我国的数控机床在机械制造业的占有率不断提高，在航天、军工模具等行业已经成为主要的加工手段。

现在数控技术已经成为体现一个国家综合国力水平的重要标志。

新世纪机械制造业的竞争，其实就是数控技术的竞争。

目前，我国的数控机床已经有了数量，但使用确不高，其原因，不能及时合理的编制出加工程序就是其中只一。

所以提高我国编程人员的编程能力已经是迫在眉睫了。

CAD/CAM技术则是建立在数控技术之上的一种科学，它对数控技术和数控机床的应用提供了一个坚实的平台。

为提高编程人员的编程能力提供了一个途径。

Ma ste rC AM 软件是美国的CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统，由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟等功能，并提供友好的人机交互，从而实现了从产品的几何设计到加工制造的CAD/CAM一体化。

是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一。

以下介绍MasterCAM在编制非圆曲线轮廓加工程序的应用：虽然非圆曲线轮廓可以在数控机床上用宏程序编制，但它对编程人员的编程能力要求特别高，时间周期较长，精度难以保证，而且不同系统的数控机床也不统用。

所以用CAD/CAM软件编制非圆曲线轮廓加工程序已经成了必然。

MasterCAM编制非圆曲线轮廓加工程序的主要步骤是：（一）设计非圆曲线方程式文件运用MasterCAM的方程式功能设计非圆曲线轮廓。

轮廓度的计算公式轮廓度是描述曲面或曲线形状偏差的一个重要概念，在工程制造、设计等领域有着广泛的应用。

那咱们就来好好聊聊轮廓度的计算公式。

咱们先从一个简单的例子说起。

有一次我去工厂参观，看到工人们正在加工一批零件。

其中有个零件的外形要求非常精确，就涉及到了轮廓度的控制。

这个零件就像是一个小小的雕塑，它的边缘形状必须完美符合设计要求，偏差不能太大，不然整个产品就可能出问题。

轮廓度的计算公式其实有多种形式，这取决于具体的测量方法和应用场景。

常见的有最大内切圆法和最小外接圆法。

最大内切圆法，就是找到能完全内切于被测轮廓的最大圆，然后计算这个圆与实际轮廓之间的偏差。

比如说，我们有一个不规则的封闭曲线，就像是小朋友画的歪歪扭扭的圈圈。

我们要找到一个最大的圆，能刚好在这个圈圈里面，而且和圈圈的每一个点都接触到。

这个圆的半径与理想轮廓半径的差值，就是轮廓度的一种度量。

最小外接圆法呢，则是反过来，要找到能完全外接于被测轮廓的最小圆。

还是拿那个小朋友画的圈圈举例，这次我们要找一个最小的圆，能把这个圈圈完全包在里面，而且圈圈上的每一个点都能碰到这个圆。

同样，这个圆的半径与理想轮廓半径的差值，也是轮廓度的一种表现。

在实际应用中，还会用到两点法、三点法等等。

两点法就是通过测量轮廓上两个特定点之间的距离来评估轮廓度。

想象一下，在那个不规则的圈圈上，选取两个特殊的点，然后测量它们之间的直线距离，再和理想的距离进行比较。

三点法就更复杂一些啦，需要在轮廓上选取三个特定的点，形成一个三角形，通过计算这个三角形的一些参数来评估轮廓度。

这就好像是在圈圈上找三个好朋友，通过他们的位置关系来判断圈圈是不是画得标准。

当然啦，轮廓度的计算可不是那么简单的事儿。

有时候，还需要考虑测量的精度、测量工具的误差，以及环境因素的影响。

就像在那个工厂里，温度的变化、测量仪器的校准，都会对最终的轮廓度测量结果产生影响。

而且，不同的行业对于轮廓度的要求也不一样。

摆线轮方程摆线轮方程是描述摆线轮曲线形状的数学方程。

摆线轮是一种特殊的齿轮，其轮齿的轮廓不是圆弧，而是摆线曲线。

摆线曲线是一种非常美丽的数学曲线，具有独特的几何特点。

本文将介绍摆线轮方程的定义和应用，并探讨摆线轮的几何性质。

摆线轮方程是描述摆线轮轮廓的数学方程。

摆线轮轮廓是由摆线曲线组成的，摆线曲线是一种特殊的曲线，其特点是轨迹上的每一点都满足摆线方程。

摆线曲线的方程可以表示为x=a(t-sint)，y=a(1-cost)，其中a为摆线轮的半径，t为参数，sint和cost分别为正弦和余弦函数。

这个方程描述了摆线轮上每一个点的坐标，从而确定了整个轮廓的形状。

摆线轮方程的应用非常广泛。

在工程领域，摆线轮常常用于传动装置中，可以将旋转运动转化为直线运动。

摆线轮的特殊形状使得传动装置更加紧凑和高效。

在机械设计中，摆线轮方程的几何性质非常重要。

首先，摆线轮的轮廓是闭合的，没有端点。

其次，摆线轮的轮廓是光滑的，没有尖锐的角点。

这使得摆线轮在传动过程中摩擦损失较小，运动更加平稳。

摆线轮的轮廓是对称的。

对任意一点P，以摆线轮中心为对称中心，P关于中心的对称点也在轮廓上。

这个对称性使得摆线轮的运动更加稳定和可靠。

摆线轮方程还可以用于计算摆线轮的长度。

由于摆线曲线是无限延伸的，所以摆线轮的周长也是无限的。

但是可以通过数学方法求得摆线轮的一段弧长，从而计算出整个轮廓的长度。

摆线轮方程是描述摆线轮轮廓形状的数学方程。

摆线轮具有独特的几何性质，广泛应用于工程设计和传动装置中。

摆线轮方程的研究对于了解摆线轮的运动规律和性能具有重要意义。

通过深入研究摆线轮方程，可以更好地设计和优化摆线轮传动装置，提高其效率和可靠性。

摆线轮的美丽曲线和独特性质也使得它成为数学和几何学领域的重要研究对象。

项目十：宏程序加工非圆曲线轮廓一、知识能力目标：1.理论知识：学习宏指令编程基本知识；2.实践知识方面：学习用宏指令编程加工非圆曲线、三维倒角倒圆等。

二、教学实施：（一）宏指令编程在加工一些形状相似的系列零件或加工非直线、圆组成的曲线时，可以采用宏程序进行编程，减少编程工作量。

1.宏变量#1 —— #33 局部变量#100—— #999 公共变量#1000 —系统变量2.运算符与表达式（1）算术运算符 + - * /（2）条件运算符 EQ NE GT GE LT LE（3）逻辑运算符 AND OR XOR（4）函数 SIN[ASIN] COS[ACOS] TAN[ATAN] ABS SQRT FIX FUP ROUND LN EXP（5）表达式：用运算符连接起来的常数宏变量构成表达式如：175/SQRT[2] * COS[55 * PI/180 ]①赋值语句把常数或表达式的值送给一个宏变量称为赋值；格式：宏变量=常数或表达式如：#2 = 175/SQRT[2] * COS[55 * PI/180 ]#3 = 124.03.条件判别语句IF GOTO THEN（1）无条件表达式 GOTO n（2）IF[条件表达式] GOTO n（3） IF[条件表达式] THEN4.循环语句WHILE DO[1-3] END[1-3]（1）格式： WIIILE [条件表达式 ] DO[1-3]END[1-3]5.宏程序的调用G65 G66 G67（1）宏程序的非模态调用G65（2）宏程序的模态调用G66 G67三、编程实例（一）零件图(图3-30)。

非圆曲线的轮廓加工【摘要】很多零件的轮廓上有椭圆、双曲线、抛物线等非圆弧二次曲线。

而数控编程中没有相应的指令，需要采用拟合法与参数或宏指令进行编程。

本文就以FANUC 0i-MATE系统的数控铣床对非圆弧曲线的编程与加工进行分析。

【关键词】非圆曲线；数学模型；宏程序；数控机床1.引言传统的普通机床加工非圆曲线的轮廓零件，加工方法、加工过程的计算、校正较繁琐、复杂，效率低，且受机床、分度头和装夹精度等的影响，较难保证所要求的加工精度。

数控机床常采用的是直线段或圆弧逼近法加工，把零件轮廓曲线等分成若干段，段数越多，轮廓曲线越精确，加工误差亦小。

很多编程人员认为这一工作很复杂，靠手工处理已经不大可能，必须借助计算机作辅助处理，最好是采用计算机自动编程高级语言编制加工程序，一般都不能直接编程。

其实，数控系统不仅给我们提供了ISO代码指令功能，还给我们提供了用户宏程序功能，这使我们可以对数控系统进行一定的功能扩展。

在实际工作中宏程序具有广泛的应用空间，并且能够方便编程，任何数控加工只要能够用宏程序完整地表达，即使再复杂，其编程篇幅都比较精练，数控机床在执行宏程序时比CAD/CAM软件生成的程序更快捷，反应更迅速，使得加工效率大大提高。

2.非圆曲线的数学处理当零件的形状是由直线段或圆弧之外的其他曲线构成，而数控装置又不具备该曲线的插补功能时，其数值计算就比较复杂。

将组成零件轮廓曲线按数控系统插补功能的要求，在满足允许的编程误差的条件下，用若干直线段或圆弧来逼近给定的曲线，逼近线段的交点或切点称为节点。

一个已知方程的曲线节点数目主要取决于所逼近线段的形状（直线段还是圆弧段），曲线方程的特性和各线段的长度，并按节点划分程序段。

数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式表达的平面轮廓曲线，称为非圆曲线。

其数学表达式的形式可以是以y=f（X）的直角坐标的形式给出，也可以是以P=P（a ）的极坐标形式给出，还可以是以参数方程的形式给出。

关于非圆曲线的数学结论非圆曲线是指在平面上不满足圆的几何属性的曲线。

它们包括椭圆、双曲线和抛物线等几种不同类型的曲线。

首先我们来讨论一下椭圆曲线。

椭圆曲线是一个非常重要的数学对象，在密码学、编码理论等领域有广泛的应用。

椭圆曲线是一条形状像椭圆一样的曲线，它由满足一个特定方程的点构成。

椭圆曲线的方程为 y^2 = x^3 + ax + b，其中a和b是常数。

椭圆曲线上的点满足这个方程，并且还满足一条称为“群律”的运算法则。

在椭圆曲线上，我们可以定义加法运算，将两个点相加得到另一个点，同时还有一个单位元0。

椭圆曲线上的点的运算形成了一个群结构，这个群结构具有一些特殊的性质，例如封闭性、结合律、交换律和存在单位元等。

接下来我们来讨论一下双曲线。

双曲线是一类形状类似于两个开口的抛物线的曲线。

它的方程一般为x^2/a^2 - y^2/b^2 = 1，其中a和b是常数。

双曲线具有一些特殊的几何性质。

首先，双曲线有两个分支，在无穷远处相交。

其次，双曲线有两条渐近线，这两条线对曲线的形态有重要影响。

双曲线还具有对称性质，它在横轴和纵轴两个方向上都有对称轴。

双曲线是一种非常重要的几何形态，在电磁学、光学等领域中有广泛的应用。

最后我们来讨论一下抛物线。

抛物线是一种非常常见的几何曲线，它的形状类似于开口向上或向下的碗状曲线。

抛物线的方程一般为 y = ax^2 + bx + c，其中a、b和c是常数。

抛物线具有一些特殊的性质。

首先，它有一个顶点，也就是曲线的最高点或最低点。

其次，它具有对称性质，它关于顶点对称。

抛物线还具有一些重要的应用，例如在物理学中，我们可以利用抛物线的性质来描述近似平抛运动或抛体运动。

总结起来，非圆曲线是一类不满足圆的几何属性的曲线，包括椭圆曲线、双曲线和抛物线等几种类型。

这些曲线具有一些特殊的几何性质，在数学、物理等领域有广泛的应用。

研究非圆曲线及其性质，有助于我们深入理解几何学的基本概念和数学的抽象思维方式，并且为解决实际问题提供了重要的工具和方法。

非圆曲线非圆曲线数学处理数学处理数学处理的一般的一般的一般方法方法方法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，只有用直线或圆弧去逼近它，“节点”就是逼近线段与非圆曲线的交点。

一个已知曲线的节点数主要取决于逼近线段的形状（直线段还是圆弧段），曲线方程的特性以及允许的逼近误差。

将这三者利用数学关系求解，即可求得一系列的节点坐标，并按节点划分程序段。

以下简介常用的直线逼近及圆弧逼近的数学处理方法。

2.1 常用非圆曲线直线逼近方法常用非圆曲线直线逼近方法2.1.1 等间距的直线逼近的节点计算这是一种最简单的算法。

如图2.1所示，已知方程)(x f y =，根据给定的x ∆求出i x ，求i x 代入)(x f y =即可求得一系列i y ，即为每个线段的终点坐标，并以该坐标值编制直线程序段。

XYNMM )(x f图2.1 等间距逼近方法的原理图x ∆取值的大小取决于曲线的曲率和允许误差δ。

一般先取1.0=∆x 试算并校验。

误差校验方法如图2.1中的右图所示，MN 为试算后的逼近线段，作''N M 平行于MN 且两直线的距离为允δ。

根据节点的坐标可求得MN 方程：0=++c by ax ，则''N M 的方程为22b a c by ax +±=+允δ 求解联立方程：)(22x f y b a cby ax =+±−+＝允δ （2－1）如果无解，即没有交点，表示逼近误差小于允δ；如果只有一个解，即等间距与轮廓线相切，表示逼近误差等于允δ；如果有两个或两个以上的解，表示逼近误差大于允δ，这时应缩小等间距坐标的增量值，重新计算节点和验算逼近误差，直至最大的逼近误差小于等于允δ。

等间距法计算简单，但由于取定值x ∆应保证曲线曲率最大处的逼近误差允许值，所以程序可能过多。

用此种方法进行数学处理，它的逼近曲线与轮廓线的逼近误差参差不齐，程序明显增多，影响机床的加工效率，不适合大批量的加工，成本也比较高。