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1、 南京工程学院 本科毕业设计说明书（论文）题 目： 两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿 专 业： 机械设计 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要： 数控系统是现代机械制造系统的重要基础之一。数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工零件的实际轮廓精度和加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为了提高数控系统进给运动控制的性能，本论文将从不同的角度对影响运动精度的因素进行分析与研究。利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建进给系统的仿真模型，获得了反应系统性能的仿真曲线。 本设计具体研究了数控
2、系统进给运动常规位置控制算法、前馈控制等对定位、直线插补、圆弧插补运动的影响。通过对数控机床进给伺服系统及机械中影响轮廓运动精度的几个主要因素进行仿真，给出了在不同因素影响下，轮廓运动的典型误差分布曲线，对数控机床精度调试具有指导意义。同时，分析了前馈控制对数控系统进给运动的轮廓误差影响，并进行了仿真与调试，对提高进给运动精度具有很大地理论研究意义和实际应用价值关键词：数控系统；轮廓误差；MATLAB/Simulink毕业设计说明书（论文）英文摘要Title Analysis and Compensation of Contour Error for 2-axis CNC SystemAbst
3、ractNC system is one of the important basis of modern machine manufacturing system. The feeding movement of CNC machine tool is the direct object of digital control while the final contour and processing accuracy of the processed parts are affected by movement precision , sensitivity and stability.
4、In order to improve the performance of the motion control of NC system, it will be analysed and researched by different points of views. The simulation model is built up by the simulink of MATLAB and the simulation curve lines of reflecting the system performances are acquired.The design makes speci
5、fic research into the impact of the movement of conventional position control algorithms, feed-forward control of positioning, linear interpolation, circular interpolation. Based on the simulation study and test for several main factors in the feed system and drive mechanism of the CNC machine tools
6、 that affect the contour movement accuracy, the typical error distribution curves of the contour movement are given, which are helpful for the adjustment of CNC machine tools. Meanwhile, it gives research on the feed-forward control with simulation and debugging. It is of great importance to improve
7、 the accuracy of the feed movement in theoretical study and practical application value.Key words: NC system; Contour error; MATLAB/Simulink目 录前言.1第一章 绪 论21.1 引言21.2 选题背景与意义51.3 研究现状51.4 本文的结构6第二章 MATLAB 开发环境72.1 MATLAB简介72.2 MATLAB的常用图形命令82.2.1 绘图函数plot( )82.2.2 多次重叠绘制图形82.3 SIMULINK仿真工具概述82.3.1 MA
8、TLAB及其SIMULINK82.3.2 SIMULINK的适用对象92.3.4 SIMULINK的建模92.3.5 SIMULINK的仿真102.4 SIMULINK自定义子系统与子系统的封装102.4.1 自定义子系统102.4.2 子系统的封装11第三章 基于MATLAB的逐点比较法插补133.1 逐点比较法插补概述133.2 逐点比较法直线插补程序143.2.1 逐点比较法直线插补原理143.2.2 直线插补设计流程163.3 逐点比较法圆弧插补程序213.3.1 逐点比较法NR1圆弧插补原理213.3.2 逐点比较法四象限圆弧插补设计流程24第四章 插补运动轮廓误差分析314.1 数
9、控系统伺服结构模型314.2 伺服系统影响轮廓精度的数学分析314.2.1 加工直线轮廓与MATLAB仿真314.2.2 加工圆弧轮廓与MATLAB仿真35第五章 结 论41致 谢43参考文献44附件： 毕业论文光盘资料前 言 在工业控制领域，如何更有效地实现控制算法一直是人们普遍关心的问题。目前，工控组态软件具有丰富的图形功能，强大的与硬件通信的能力，但是它的计算能力不强，难以实现复杂的控制策略。MATLAB语言具有强大的科学运算能力，借助其自带的工具箱可实现各种复杂算法的运算1。同时，在工业测控系统开发过程中，实现测控系统与仿真系统的集成是当前的一个发展方向。因此，在工业控制中将工控组态软
10、件与MATLAB相结合，实现优势互补一直是自动控制领域研究的热点。 伺服系统是数控机床的重要组成部分,其中进给伺服系统的性能又在很大程度上决定了数控机床的加工精度与质量。为了准确得到数控进给伺服系统各参数对数控加工轮廓误差的影响,借助软件MATLAB,应用其仿真集成环境工具SIMULINK,建立数控伺服系统结构模型,分析其加工轮廓的仿真结果。其直观的图形效果,为改善和提高数控机床进给伺服系统的性能提供理论依据。在数控技术领域内，对精度有较高的要求。尤其对动态性能分析和调试难度更大，但现在各个领域对加工精度要求越来越高，所以解决这个技术问题成了当务之急。与此同时，在工业测控系统开发过程中，实现测
11、控系统与仿真系统的集成是当前的一个发展方向。因此，在工业控制中将工控组态软件与MATLAB相结合，实现优势互补一直是自动控制领域研究的热点。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势。第一章 绪 论1.1 引言 当代，数控技术的典型应用是FMC/FMS/CIM，其趋势是向高速化、高精度化、高效加工、多功能化、复合化和智能化方向发展。其主要发展动向是研制开放式全功能通用数控系统。 1. 数控装置 (1)向高速度、高精度
12、方向发展 随着数控机床向高速度、高精度方向发展的需要，数控装置要能高速处理输入的指令数据并计算出伺服机构的位移量，而且要求伺服电机能高速度地做出反应。目前高速主轴单元（电主轴）转速已达15000r/min100000r/min以上，进给运动部件不但要求高速度且具有高的加、减速功能，其快速移动速度达60120m/min以上，工作进给速度已高达60m/min以上。微处理器芯片的迅速发展，为数控系统采用高速处理技术提供了保障。CPU已由80年代的16（如FANUC-6M等）位发展为现今的32位（如FANUC-15等）以及64位CPU的数控系统，90年代还出现了精简指令集（RISC）芯片的数控系统（如
13、FANUC-16等）。CPU的频率由原来的5MHz、10MHz，提高到几百兆MHz、上千兆MHzmm状况下仍能获得很高的进给速度和快速进给速度（100240m/min）。 (2)向基于个人计算机（PC）的开放式数控系统发展，由于PC机具有良好的人机界面，软件资源特别丰富，近来CPU主频已高达1000多MHz以上，内存128M以上，外存30GB以上已是常见之事；相应的Windows, Windows NT，界面更加友好，功能更趋完善，其通讯功能，连网功能，远程诊断和维修功能将更加普遍。更重要的是微机成本低廉，可靠性高。日本，美国，欧盟等国家正在开放式的PC（微机）平台上进行“开放式数控系统”的研
14、究，包括标准、结构、编程、通讯、操作系统以及样机的研制等。 (3)配置多种遥控接口和智能接口。系统除配置RS232C串行接口、RS422等接口外，还有DNC(Direct Numerical Control-直接数控，也称群控) 接口。为适应网络技术的需要，许多数控系统还带有与工业局域网络（LAN）通讯的功能，而且近年来不少数控系统还带有MAP (Manufacturing Automation Protocol-制造自动化协议)等高级工业控制网络按口，以实现不同厂家和不同类型机床联网的需要。 (4)具有很好的操作性能。系统具有“友好”的人机界面，普遍采用薄膜软按钮的操作面板，减少指示灯和按钮数量，使操作一目了然。大量采用菜单选择操作方式，使操作越来越方便。CRT显示技术大大提高，彩色图像显示已很普遍，不仅能显示字符、平面图形，还能显示三维图影，甚至显示三维动态图形。 (5)数控系统的可靠性大大提高。大量采用高集成度的芯片，专用芯片及混合式集成电路，提高了硬件质量，减少了元器件数量，这样降低了功耗，提高了可靠性。新型大规模集成电路采用表面贴装技术，实现 了三维高密度安装工艺。元器件经过严格筛选，建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系，使得数控系统的平均无故障时间（
