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1、四川理工学院毕业设计四川理工学院毕业设计简易XY数控绘图仪模型制作与控制学 生：学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化班 级：指导教师：四川理工学院机械工程学院二0一一年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 简易XY数控绘图仪模型制作与控制 学院： 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 学生： 指导教师： 接受任务时间 2011-3-2 教研室主任 （签名）院长 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求主要参数及设计目标： 利用实验室现有的模型散件搭建XY方向数控绘图仪，行程以及速度控制根据模型本身确定。 要求：结构合理，制作三维装
2、配过程动画，并由模型提供的软件编写出圆弧的进给控制算法，编写算法设计说明书。2指定查阅的主要参考文献及说明 陆全龙. 数控机床. 华中科技大学出版社，2008 张永相. 机电控制理论及应用. 重庆大学出版社，2002 熊军. 数控机床原理与结构. 人民邮电出版社，20073进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1收集、准备参考资料，查阅文献，开题报告3.2-3.222程序结构设计，框图3.23-4.193图纸、程序调试和相关毕业论文的撰写4.20-5.124设计说明书的撰写5.13-5.255毕业设计的修改、答辩的准备及答辩5.26-5.3139摘要数控技术是现代制造技术的基础。它的广泛
3、应用，使普通机械被数控机械所代替，全球制造业发生了根本性变化。数控技术将传统的机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术等多种学科技术融为一体，它是适应科技进步，满足市场需求的生产方式。 逐点比较法的每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成，其算法简单、运算直观，插补误差小，脉冲输出均匀，调节方便。本设计利用慧鱼模型散件搭建数控绘图仪，实现绘图仪的XY方向的二维运动，并根据圆弧的插补原理编写了Robopro程序。关键词：数控技术；逐点比较法；慧鱼模型；Robopro软件ABSTRACTNumerical control technology is the
4、 basis of modern manufacture technology. Its wide application makes ordinary machinery replaced by CNC machinery, and great change taken place in global manufacturing. CNC technology combines traditional machinery manufacturing with various technologies together, including microelectronics and compu
5、ter, information processing, modern control theory, detection technology etc. It is adapted to the scientific and technological progress, and meets the demand of market mode of production.The each interpolation cycle is made up of discriminating deviation, feed, deviation function calculation and en
6、d discrimination four steps. Which have simple algorithm, intuitive operation, small interpolation error, uniform pulse output, and easy adjustment. This design uses Fischer model parts for setting up CNC plotter. It realizes the two-dimensional sports of plotter, and writes the Robopro program base
7、d on the principle of circular interpolation.Keywords: Numerical Control Technique；Point-by-point comparison；Fischer model；Robopro software 目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论21.1数控原理21.2 数控机床特点21.3 数控系统的组成31.4 数控的发展趋势31.4.1 性能发展方面41.4.2 功能发展方面5第二章 插补原理72.1 插补的基本概念72.1.1 数控加工的“分解与合成”原理72.1.2 刀具运动路径分解72.1.3 数控轨迹插
8、补72.1.4 轨迹插补方法82.2 逐点比较法逆圆插补82.2.1 偏差函数构造82.2.2 偏差函数的递推计算92.2.3 终点判别102.2.4 逐点比较法圆弧插补102.2.5 插补过程102.2.6 象限处理11第三章 ROBOPRO控制软件133.1 Robopro介绍133.2基本模块介绍133.2.1 程序开始、结束133.2.2 数字分支143.2.3 判断 (带数据输入)143.2.4 数字量输入153.2.5全局变量153.2.6 指令15第四章 绘图仪的模型制作174.1 慧鱼模型的来历174.2慧鱼模型的组成部分174.3设计思路17图4-1 工作台实物模型174.4
9、数控工作台184.5 编程的准备20第五章 ROBO程序225.1 程序流程图225.2 绘图仪ROBO控制程序225.2.1 程序开始225.2.2 程序分支235.2.3 第一象限程序235.2.4 第二象限程序265.2.5第三象限程序285.2.6 第四象限程序305.3 绘图过程325.3.1 绘制前的准备过程325.3.2 调整画笔的位置345.3.3 绘制图形34第六章 结论35参 考 文 献36致 谢37附录A：逐点比较法圆弧插补ROBOPRO程序总图38附录B：经插补后绘制的圆弧39四川理工学院毕业设计第一章 绪论1.1数控原理数控技术是综合了计算机技术、微电子技术、自动化技
10、术、电力电子技术及现代机械制造技术等的柔性制造自动化技术。1）采用了先进微处理器的计算机数字控制装置（Computerized Numerical ControlCNC）。 2）运用于机床的可编程控制器（Programmable Logic ControllerPLC）。 3）应用于机床的、采用了电力电子器件及先进的控制理论的交流及直流伺服系统，其中包括机床进给驱动装置、主轴驱动装置、交流及直流进给电机和主轴电机以及相应的反馈元件。 4）数控机床的程序编制，主要是指加工元件的程序编制，而不包括数控系统的系统程序编制及可编程控制器的编程技术。1.2 数控机床特点在数控机床发展的初级阶段，人们通常
11、认为任何设计优良的传统机床只要装备了数控装置就能成为一台完善的数控机床。当时采取的主要方法是在传统的机床上进行改装，或者以通用机床为基础进行局部的改进设计，这些方法在当时还是很有必要的。但随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。因此，传统机床的一些弱点(例如结构刚性不足、抗振性差、滑动面的摩擦阻力较大及传动元件中的间隙等)就越来越明显地暴露出来，它的某些基本结构限制着数控机床技术性能的发挥。现以机床的精度为例，数控机床通过数字信息来控制刀具与工件的相对运动，它要求在相当大的进给速度范围内能达到较高的精度。当进给速度范围在515000mm
12、/min，最大加速度为1500mm/s2时，定位通常精度为0.050.015mm；进行轮廓加工时，在52000mm/min的进给范围内，精度为0.020.05mm。如此高的加工要求就不难理解远在二十多年前已逐步由改装现有机床转变为针对数控的要求设计新机床的原因。 用数控机床加工中、小批量工件时，要求在保证质量的前提下比传统加工方法有更好的经济性。数控机床价格较贵，因此每小时的加工费用比传统机床的要高。如果不采取措施大幅度地压缩单件加工工时，就不可能获得较好的经济效果。刀具材料的发展使切削速度成倍地提高，它为缩短切削时间提供了可能；加快换刀及变速等操作，又为减少辅助时间创造了条件。然而这些要求将
13、会明显地增加机床的负载和负载状态下的运转时间，因而对机床的刚度及寿命都提出了新的要求。此外，为了缩短装夹与运送工件的时间，以及减少工件在多次装夹中所引起的定位误差，要求工件在一台数控机床上的一次装夹中能先后进行粗加工和精加工，要求机床既能承受粗加工时的最大切削功率，又能保证精加工时的高精度，所以机床的结构必须具有很高的强度、刚度和抗振性。除了排除操作者的技术熟练程度对产品质量的影响，以避免人为造成的废品和返修品，数控系统不但要对刀具的位置或轨迹进行控制，而且还要具备自动换刀和补偿等其他功能，因而机床的结构必须有很高的可靠性，以保证这些功能的正确执行。1.3 数控系统的组成 是由系统程序、输入输
14、出设备、通信设备、数控装置、可编程控制器、伺服驱动装置和测量装置等组成。数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即NC装置；二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置即CNC装置。由于计算机技术的不断发展，尤其是微处理器和微型计算机应用于数控装置后，现在NC装置已逐步被CNC装置所取代。 数控系统的硬件除了一般计算机具有的CPU、EPROM、RAM接口外，还具有数控位置控制器、手动数据输入(MDA)接口、视频显示(CRT或LCD)接口和PLC接口等。所以CNC装置是一种专用计算机。目前CNC系统大都采用体积小，成本低，功能强的微处理机。系统主要由微机及其相应的IO设备、外部设备、机床控制及其IO通道组成。 数控系统的软件分为管理软件和控制软件两种。管理软件用来管理零件程序的输入、输出、刀具位置、系统参数、零件程序显示、机床状态及报警，故障诊断等。控制软件由译码、插补运算、刀具补偿、速度控制、位置控制等软件组成。系统程序存于计算机内存储器。所有的数控功能基本上都依靠该程序来实现。硬件是软件活动的物理基础。而软件则是整个系统的灵魂，整个CNC装置的活动均依靠系统软件来指挥。1.4 数控的发展趋势近几年来，机械加工业大量采
