简易XY数控绘图仪模型制作与控制的毕业设计.

1、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年六月Nn二 u1时第一章绪论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，制作三维装配过程动画，并由模型提供的软件编写

2、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还讣t伦乂备阶锲名称起ih 11期i敢俄、准备举考淡料.化阅丈瓠 刼报巴3+ X 22程爭结购段计.框图X 23T+193图紙、程序调试和相去爭业论文的携写4+ 20-5+121设计说明厉的撰可氐13-5. 255毕业设计的修改、齐辩的准爺及件科5.26-5. 31摘要数控技术是现代制造技术的基础。它的广泛应用，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

3、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软件第一章绪论ABSTRACTNumerical con trol tech no logy is the basis of moder n

4、manu facture tech no logy. Its wide applicati on makes ordinary mach inery replaced by CNC machi nery, and great cha nge take n place in global manu facturi ng. CNC tech no logy comb ines traditi onal mach inery manu facturi ng with various tech no logies together, i nclud ing microelectr onics and

5、computer, i nformati on process ing, moder n control theory, detect ion tech no logy etc. It is adapted to the scie ntific and tech no logical progress, and meets the dema nd of market mode of product ion.The each interpolation cycle is made up of discriminating deviation, feed, deviation function c

6、alculation and end 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 twodimensional sports of plotter, and writes the Robo

7、pro program based on the principle of circular in terpolatio n.Keywords: Numerical Control Technique； Point-by-point comparison； Fischer model; Robopro softwareII目录摘要ABSTRACT II第一章绪论21.1数控原理21.2数控机床特占丿、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

8、解72.1.3数控轨迹插补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9 2.2.3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14第一章绪论323判断（带数据输入）14324数字量输入15 325全局变15326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数控工作台

9、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22521程序开始225.2.2程序分支23523第一象限程序23524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39II第一章绪论 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

10、术。1) 采用了先进微处理器的计算机数字控制装置(Computerized NumericalCon trolCNC)。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，人们通常认为任何设计优良的传统机床只要装备了 数控装置

11、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/min，最大加速度为1500mm

12、/s2时，定位通常精度为 ).05 ).015mm；进行轮廓加工时，在 52000mm/min的进给范围内，精度为 0.02 0.05m m。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；2 四川理工学院毕业设计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

13、些要求将会明显 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

14、是由系统程序、输入输出设备、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

15、，成本 低，功能强的微处理机。系统主要由微机及其相应的I/O设备、外部设备、机床控制及其I/O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，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普 通机械逐渐被数控机械所代替

16、。数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自 动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制 造技术等多种先3 第一章绪论进技术的机电一体化产品，是数控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动 化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工 厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术 装备。机床数控系统，即计算机数字控制(CNC)系统是在传统的硬件数控(NC)的基础上 发展起来的。它主要由硬件和软件两大部分组成。通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。CNC系统利用计算机来

17、实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变 换、图形显示和固定循环等。使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零 件。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子 化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：1.4.1性能发展方面1）咼精咼速咼效化速度效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若采用高 速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统、高分辨率检测元件、交流数字伺服 系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档 次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在今后的几年，超精密数控机床正

18、在向 精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床。2）柔性化数控系统采用新一代模块化设计，功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足不同用 户的需求。同一群控系统能根据不同生产流程，自动进行信息流动态调整，发挥 群控系统的功能。3）多轴化多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴 头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且 效率也大幅度提高。4）软硬件开放化用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受 生产商的制约。5）实时智能化在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、神4

19、四川理工学院毕业设计经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等方面发展。如编程专家系统故障 诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。1.4.2功能发展方面（1）用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口，图形用户界面要适合各种用户包 括非专业用户的使用，通过窗口和莱单进行操作，可实现图形模拟、图形动态跟 踪、仿真和快速编程等功能。（2）科学计算可视化信息交流已不再局限于用文字和语言表达，可以直接使用图形、图像、动画等可 视信息。可视化技术可用于 CAD / CAM、参数自动设定、刀具补偿、显示及加 工过程的可视化仿真等。如最近厦门创壹软件有限公司开发的数控机床虚拟实

20、现 技术，用可视化3D技术展示了对数控机床的故障诊断与维修等功能。插补和补偿多样化插补方式有直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极 坐标插补、多项式插补等。补偿功能有垂直度补偿、间隙补偿、圆弧插补时过象 限的误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、刀具半径补偿、温度补偿等。(3) 高性能的内置PLC数控系统内装高性能的PLC，可直接用梯形图或高级语言编程，可在线调试和在 线编辑修改，建立自己的应用程序。(4) 多媒体技术应用计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控系统，应用多 媒体技术对各种信息可进行综合化，智能化处理。体系结构的发展方面(5) 集成化采用高度

21、集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路，及专用集成电路芯 片，提高数控系统的集成电路密度和软硬件运行速度及系统的可靠性。(6) 模块化实现数控系统的集成化和标准化，将 CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出 接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，构成不同档次的数控系统。智能化、开放式新一代数控系统5第一章绪论(7) 智能化自动编程、加工过程智能监控、在线检测等。今后的数控系统将计算机智能技 术，网络技术、多媒体技术、CAD / CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据 管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程，即 称为智能闭环控制体系，这种技术是利用传感

22、器获得适时的信息，以增强制造者 取得最佳产品的能力；智能数控系统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检 测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速做出实现 最佳目标的智能决策，对进给速度、切削深度、坐标移动、主轴转速等工艺参数 进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。(8) 开放式开放式体系结构使数控系统有更好的柔性、适应性、通用性、扩展性，并向网络 化、智能化方向发展。目前开放式数控系统主要有三种形式：1)全升、下降十个动作组成。6四川理工学院毕业设计 第二章插补原理2.1插补的基本概念数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓 的数据密化

23、”工作。插补有二层意思： 一是用小线段逼近产生基本线型(如直线、圆弧等)； 二是用基本线型拟和其它轮廓曲线。插补运算具有实时性，直接影响刀具的运动。插补运算的速度和精度是数控装置 的重要指标。插补原理也叫轨迹控制原理。五坐标插补加工仍是国外对我国封锁 的技术。2.1.1数控加工的 分解与合成”原理分解：将零件设计信息细化为控制机床坐标运动的细微指令。合成：通过驱动装置实现微小运动，通过机床结构及工艺过程将各坐标轴的微小 运动进行合成形成刀具运动轨迹及加工轨迹，通过加工轨迹合成形成工件表面。2.1.2刀具运动路径分解 刀具运动路径分解： 将刀具运动路径分解成数控系统所能接受和执行的最基本的数控曲

24、线。分解方法：(1) 直接分解法(2) 函数逼近法(3) 曲线拟合法2.1.3数控轨迹插补 路径、轨迹与轨迹插补： 路径表示刀具将要走过的道路，只具有几何形状的概念，没有时间上的概念。轨迹表示刀具不仅要沿给定的路径运动，而且还规定了完成这一运动所需的时间， 即轨迹不但具有几何形状的概念，而且还包含速度和加速度等物理概念。插补是根据给定的基本数控曲线、刀具路径或零件表面等几何元素描述信息，在 这7第二章插补原理 些元素上的已知点之间，按要求的精度和速度进行坐标点密化的过程。2.1.4轨迹插补方法脉冲增量插补，图3-1中（1）所示：（2）数据采样插补，图3-1中（2）所示:（3）混合插补，图3-1

25、中（3）所示：YX（2）图3-1插补2.2逐点比较法逆圆插补2.2.1偏差函数构造如图2-1所示，设加工半径为R的第一象限逆时针圆弧 AB，坐标原点定在圆心 上, A（Xo,Yo）为圆弧起点，B（Xe,Ye）为圆弧终点，Pi（Xi,Yi）为加工动点，其偏差 函数fi可表示为：fi=xi+y2i-R2 （ 2-1）82四川理工学院毕业设计显然，若fi=O，表示加工店位于圆上；若fi0，表示加工店位于圆外; 表示加工店位于圆内。fi0，图2-1逐点比较法圆弧插补222偏差函数的递推计算1)逆圆插补若FA0规定向-X方向走一步,? Xi+1=Xi-1F =(X222 i+1i-1)+Yi-R=Fi-

26、2Xi+1若Fi,规定向-Y方向走一步，则有? Yi+1=Yi-1? F2-1）2-R2i+1=Xi+（Yi=Fi-2Yi+1若FiF： F, +2 y? +1 -3.v, ?. 2SAF； a = F； +2 v. +1=x4 愛y4鱼3450-I.S36眞a+yl, - F、+2 yt+JM斗=3=427Fa-MFrFf,小八tEXi kIh yr 41S+y4 上 Md+l-oyk -40偏赴幣散计誅冬式1-冬 /0 十7阳*-2e+1人*2屮1/20 -I. /-+l/2D+X Zo +y226象限处理（1）分别处理法四个象限的直线插补，会有4组计算公式，对于4个象限的逆时针圆弧插补和

27、4 个象限的顺时针圆弧插补，会有8组计算公式，逆时针圆弧插补计算公式如下表2-4：表2-4四个象限的偏差函数计算公式11第二章插补原理(2) 坐标变换法用第一象限逆圆插补的偏差函数进行第三象限逆圆和第二、四象限顺圆插补的偏 差计算，用第一象限顺圆插补的偏差函数进行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆 插补的偏差计算。12四川理工学院毕业设计第三章Robopro控制软件3.1 Robopro 介绍1964年，慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国，是技术含量很高的工 程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界 最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提

28、供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可 以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六 面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、 电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工 业标准的基本构件(机械元件/电气元件/气动元件)，辅以传感器、控制器、执行器和 软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工 业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可 行性论证提供

29、了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模 型来论证生产流水线。慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小学各 个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活 动，现在以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室就是利用慧鱼 模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平台。通过慧鱼模型的 使用，不仅可以让学生将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是 培养了他们的创新意识和创新能力。3.2基本模块介绍321程序开始、结束每一个程序都有程序段开始标志和结束标志，Robop

30、ro也是如此，程序开始、结束标志的图形符号及其作用如下表 3-1所示：13 第三章Robopro控制软件表3-1程序开始、结束丹堺淹阳邮址由柯开酣整块杵为丿慣桶則聂稈序不足由此tuikC)曲舉牛滩稈帖业、唆咯卜樓块的NLI用谨堆AT绪樓 块.流川也痕打备牛丰同的地方咐此权览连站.也WLJ赫怜 个不同複决的出L1遥报別问-个F结仪”樓块 的电 也很 冇町僮渝抑於Ife个没件蠣取的科环杯“络虻模块322数字分支根据某一个数字量输入11-18的状态，在一个或者两个方向上你可以直接用此分 支编程控制。比如，数字量输入的某个传感器闭合（=1），则程序分支走“ 1出 口。反之，如果输入断开，则程序分支走“

31、0出口。程序图形符号如图3-1 o图3-1数字分支3.2.3判断（带数据输入）这个程序判断模块的左边有一个橙色的数据输入端“A”通过这个端子，可以读入一个经常来自输入模块的 数值。数据输入端“A可以和变量、定时器变量或运 算器的输出相关联。模块将来自数据输入端“ A的数值和一个固定但可自由定义的值比较。根据比较是否保持，决定模块的分支以“Y或者“N为出口。见图3-2o图3-2判断14四川理工学院毕业设计3.2.4数字量输入数字量输入11到I8的值。如果接口板上输入端口电气上是闭合的，则数字量输 入模块的橙色连接上会返回一个数值“ 1,否则就会返回一个数值“0”图形符号见图3-3o图3-3数字量

32、输入3.2.5全局变量每个变量可以存储一个-32767到32767之间的数值。变量的值可由连接一个“=”模块到指令模块的左边来设定。ROBO Pro只能为所有的变量模块建立一个同名 而且变量类型为全局的变量。所有的同名全局变量都是一样的，而且有相同的值，即使它们出现在不同的子程序中。当其中一个变量模块通过指令改变了，所 有其它的同名变量也被改变了。这一条对与局部变量并不适用。全局变量图形符 号见图3-4。图3-4全局变量326指令指令不仅包括赋值“=指令、赋值“ +、赋值-“指令，同时也包括电动机正反转及 停止指令。既可实现赋给固定值，也可将由变量输入的数赋给需要的模块。具体 的指令见下表3-

33、2：表3-2指令W4指少悴用”将个整值仔配临槌收宕怛扛航也折仔-” 那ot可以由狷令模块传递*也可由输劭前稈库權现 11F115第三章Robopro控制软件16折恰r” 11+ 1+ ”可型伸遇到凳铁威琳雄时裁燮量册奸的伯- + * rdawtsUHMTfilC的创.”恤到变址上.闵羽指令肾帯曲m胚町以为熒4 ft的们也可规州此殆令电融少”和匕址的描乌“比牡郴M 咁 豹秋制住几折令所附渺的値会从堂犢的讥旳删纯占Hi”阳（htw m 沁過 1-L t -、达 MH； iin 聲时 11方刈.逐廈fftwa別r1 JHLcft Ti*4迓输出巒堆来切橫气达刘速时排hI甲巧Tor 指专传遢到 个勺达

34、输(WJWt未桦止牛站四川理工学院毕业设计第四章绘图仪的模型制作4.1慧鱼模型的来历1946年发明诞生了电子计算机，这是电子技术高速发展的结果。传统机械引入计 算机技术，逐渐改革成 机电一体化系统”，电子计算机成为控制核心，航天飞 船、机器人、数控机床成为当代光机电一体化系统的典型代表。某些高温、高辐 射、高危险行业、人手臂无法达到的地方，需要无生命的物体代替人类完成工 作，因此，慧鱼模型应运而生。德国科学家 Afischer于1964年发明了慧鱼创意 组合模型”。4.2慧鱼模型的组成部分慧鱼模型由三部分组成：(1) 机械结构部分(2) 电气结构部分(3) 计算机控制部分(硬件+ROBO控制软

35、件)4.3设计思路根据设计的基本要求，要达到用ROBO软件设计的程序控制数控工作台模型，所以，设计的第一步是 要把需要的数控 工作台模型搭建 好。对此，我们首 先在实验室找到 了数控工作台的 事物，如图4-1所 示。图4-1工作台实物模型17第四章绘图仪的模型制作根据图4-1，我们有了数控工作台搭建的思路，首先是电机的驱动，其次是螺杆 两旁的支架。其只是本设计中的其中一个环节，搭建好数控工作台模型后，我们 就需要用ROBO软件进行编程。该程序的目的是要控制数控工作台的运行，所以 程序中药用到驱动数控工作台模型在 XY方向运动的驱动电机。同时，我们还需 要控制电机的脉冲输出量，以及电机的运行速度

36、等参量。本设计还有个要求是能由模型提供的软件编写出圆弧的进给控制算法，因为这个 是数控工作台模型，所以看到算法，我们相应的应该想到数控技术中的圆弧插补 的算法。跟据以上设想，我们要做好本设计需要相应的查阅一些书籍，首先我们搭建模型需要的材料，这个小模块是我们没用过的，所以我们为了了解小模块的 用法，依照书本搭建了一个机械手，这样一来，我们就知道各个模块之间的连接 时怎么样的。其次所用到的编程软件 ROBO也是以前没用过的，我们同样也要学 习。最后，我们才是编程，把我们已知的数控控制算法翻译成ROBO语言，当然，我们做的是控制，相应的会用到一些控制知识，所以我们还得去学习一些控 制的知识。以上就

37、是设计思路，总体上说可以分三大步：第一、数控工作台模型的搭建第二、ROBO软件的学习第三、程序的编写及调试4.4数控工作台数控工作台是数控机床工作的平台，车刀或铣刀在数控工作台上运动，从而制造 出各种机械产品或零件。如右图是数控工作台内部结构图，从图上可以看出数控 工作台是由X方向的螺杆和丫方向的螺杆做运动构成的，从这个模型中，我们还 能得到我们将要搭建的数控工作台模型的思路，图 4-2所示的工作台在X方向和 丫方向都由一个电机来驱动工作台在一个方向上运动。18四川理工学院毕业设计图4-2电机驱动的工作台模型根据以上思路，我们用实验室组建机械手的材料来搭建我们的数控工作台模型。 经过一段时间的

38、努力，最终我们自己搭建的数控工作台模型如图4-2所示，在这个模型中，我们同样用了 X和丫方向上的螺杆，在两个方向上我们同样用电机来 驱动，由于，我们设计的要求是要用这个数控工作台再利用ROBO程序编写一个能运行出简单圆弧的目的，所以我们再模型上的工作平台上引出了实现效果图的 构架，如图4-3黄色支架再接一支笔，可以绘出所需要的图形。图4-3所示的模型中还没有控制部分，光有软件的程序和模型是不够的，我们还 需要在这中间加入一个单片机，这样才能把 ROBO编写的程序反应到模型上是否 能实现画圆弧的功能。从图4-4可以看出次模型上接入了很多线，这些线都有自己特点的链接，在程序 编写中都起到各自的作用

39、，此处不做过多介绍，各部分的作用将在后面结合程序 一起讲到。此处用到的单片机通过 USB接口连接到电脑上，来控制实现程序与 控制部分的连接，此处单片机有 USB接口，还有串口两种接入。19第四章绘图仪的模型制作图4-3绘图仪模型 图4-4有控制部分的绘图仪模型4.5编程的准备本节将对程序编写前的一些准备工作做的一些准备工作进行说明。首先，在程序中我们需要用到脉冲当量，所以做本设计的时候我们首先用了一个 小程序来测试脉冲，程序图4-5所示。用一个开关11来控制程序开始运行，开关 闭合，电机M1顺时针转动，脉冲计数器计数100个脉冲，然后电机停止转动， 程序结束。绘图仪绘制出一条直线，根据直线的长

40、度和脉冲数，可以计算出脉冲 当量。图4-5脉冲测试程序20四川理工学院毕业设计程序是我们为了测试脉冲而编写的，本程序通过一个开关来让程序开始执行，当 开光11被按下时，电机M1开始正向转动，用开关12进行脉冲计数，当12开关 有开到关或者关到开，经过100次后，电机M1停止转动，然后程序结束。这是 程序上要做的，再另一边，我们用直尺来测量电机转动这100个脉冲，数控工作台运行了多少距离，这样经过几次测试，我们会得到一组数据，如下表 4-1所 示：表4-1脉冲计算数据记录iE向距薦反向IISmm1212nn212nua312mm313mm通过以上数据我们能得到脉冲当量，取距离的平均值：L=(13

41、+12+12+15+12+13)/6 ( 4-1)我们需要的脉冲当量为：L/100=0.13由于模型绘制圆弧的最大半径为 40mm,所需的进给步数为：40/0.13=307 测量这个脉冲当量是为了在程序的编写过程中能加入脉冲当量，以便控制我们所 画圆弧的大小。21第五章ROBO程序第五章ROBO程序5.1程序流程图图5-1程序流程图5.2绘图仪ROBO控制程序521程序开始程序开始，由开关17控制程序继续运行下面的程序，若按下开关17,程序从1 ” 22 “四川理工学院毕业设计 出来，若为按下开关，则从 “0出来，程序如图5-2。图5-2程序开始522程序分支根据从开始到各个象限运行的步数不同

42、，需以步数控制程序到底该在哪个象限运 行。程序每循环一次，步数加1，根据每个象限特定的步数，就可以使程序运行 于相应的象限，如图5-3。图5-3程序分支5.2.3第一象限程序 5.2.3.1偏差判别程序由俩个变量、一个分支构成，第一个变量确定偏差的初始值，第二个变量储 存偏差值，再送给分支进行判断变量 A，A 0从“ Y出口出来，A0从“N出口出来，程序如下图图5-4偏差判别23第五章ROBO程序523.2偏差函数fx的计算偏差函数fx计算公式为：fi 1=fi-2xi+1 ,变量将初值赋给变量x1,x1再赋给俩个赋 值-”，使fx1减去2x1，再使fx1的值加1,便实现了偏差函数的计算，程序

43、如图 5-5。8M1IF111IF1307图5-7进给24四川理工学院毕业设计图5-5偏差函数计算523.3 x方向电动机的转动。由控制电机正转、电动机、脉冲计数器和停止电机转动等控制构成，使电机M1转动1个脉冲后停止转动，如图5-6。图5-6 x方向电机转动523.4 fx 进给。进给由三个赋值变量组成，一个步数进给，其余俩个返回计算所得的偏差值。赋 值“+1使步数加1,俩个赋值“=”，一个返回计算所得的偏差值，一个将偏差值 赋给y方向的偏差函数，程序见图5-7所示。523.5偏差函数fy的计算偏差函数fy的计算：fi仁fi+2yi+1 ,将第一个变量的值的初始值赋给y1,前俩个“ +使得f

44、y1加上y1的2倍，赋值“ +1再使fy1的值加1,程序如下图5-8。图5-8偏差函数fy的计算523.6 fy 进给偏差函数计算后的进给由俩个赋值组成，第一个赋值“+1使总的步数加1，第个赋值“+1使y的坐标值加1,如下图5-9。图5-9 fy进给523.7 y方向电动机的转动。与x方向的控制原理相同，只是电机为M2，脉冲计数器为12，程序见图5-10图5-10 y方向电动机的转动5.2.3.8返回偏差值每一次偏差函数计算后都得到一个偏差值，在下一次循环前需将计算所得的偏差返25第五章ROBO程序0A0140i2II1回，用于下一次循环前的偏差判别，程序如图图5-12第一象限程序总图524第

45、二象限程序524.1 fy偏差函数计算fy的算法与第一象限的不同，此时的算法为：fi 1=fi-2yi+1，进给方向为-y方向, 第一个变量将值赋给变量y2,使fy2减去2倍y2，再加上1，控制程序如图5-13。265-11.图5-11返回偏差值523.9第一象限的程序第一象限的程序如图5-12，程序实现绘图仪模型在第一象限中绘制出四分之一圆 弧。四川理工学院毕业设计图5-13 fy2偏差函数计算524.2 M2电机的转动方向控希9在第二象限中，M2电机反转，控制方式都相同，见图 5-14.图5-14 M2电机的转动方向控制5.2.4.3 进给x坐标的进给减1,步数的进给加1,偏差值的反馈由俩

46、个赋值“=构成，程序如下图5-15。r 11*V王=-工-1/-1 I图5-15进给5.2.4.4第二象限程序第二象限程序在第二象限绘制出四分之一圆弧，如图5-16.27第五章ROBO程序5-16第二象限程序总图5.2.5第三象限程序525.1偏差判别偏差判别的变量名为“3”初值为0,变量“3将值传递给数字分支A，再根据A 的值判断分支出口，程序如图5-17。图5-17偏差判别525.2 fx的偏差函数计算fx的偏差函数计算方法有所不同，偏差函数计算公式为：fi仁fi+2xi+1，程序开始时，还需要给x赋给初始值，x方向的坐标为-307,因此控制程序见图5-18。28四川理工学院毕业设计图5-

47、18 fx的偏差函数计算5.2.5.3 M1电机的转动方向为逆时针转动，控制程序如图5-19图5-19 M1电机的转动525.4第三象限程序见图5-20.29第五章ROBO程序图5-20第三象限程序总图5.2.6第四象限程序5.2.6.1 fy4偏差计算fx的偏差函数计算需要赋初值-307,此时的偏差函数计算公式：fi仁fi+2yi+1 ,俩 个赋值“ +使 fy4减去2倍y4,赋值“+1使fy4加1,算法程序如图5-21。图5-21 fy4偏差计算30四川理工学院毕业设计526.2进给。赋值“+1使进给步数加1, y坐标加1,俩个“二返回偏差值，程序如图5-22。图5-22进给5.2.6.3

48、电机的转动方向为正转，控制程序为下图5-23。图5-23 M2电机正转526.4 fy4偏差函数计算赋给x初值0,偏差函数计算公式为：fi仁fi+2xi+1 ,算法程序为图5-24图5-24 fy4偏差函数计算5.2.6.5第四象限程序总图见图5-2531第五章ROBO程序图5-25第四象限程序总图5.3绘图过程5.3.1绘制前的准备过程5.3.1.1将ROBO Pro控制软件安装到计算机首先，启动计算机登陆操作系统。ROBO接口板只有在软件正确安装后才能电脑 相连。将安装光盘插入光驱，安装程序就自动启动了。5.3.1.2将接口板和电脑相连。一个空闲的USB接口和一个空闲的 RS232接口(

49、COM1-COM4 )，用以和 ROBO接口板(货号93293)相连。或者一个空闲的 RS232接口( COM1- COM4)用来和早先的智能接口板相连。5.3.1.3接口板的正确设置。为了使接口板和电脑间的连接工作正常，ROBO Pro必须对当前使用的接口板进行设置。这里你可以选择端口和接口板的类型。智能接口板只支持串口COM1 COM4.。正确设置见下图5-26。32四川理工学院毕业设计图5-26接口板设置531.4硬件测试。为了检测是否模型中电动机、开关和脉冲计数器与接口板之间连接正确，可以用 ROBO控制软件工具栏中的“tes检测。打开测试版“teSM试窗口。如图5-27其 中显示了接

50、口板有效的输入和输出。窗口下方的绿条显示了电脑和接口板的连接 状态。33第五章ROBO程序532调整画笔的位置模型、接口板与计算机连接好后，调整绘图仪画笔的位置，使画笔在程序运行过 程中有充分的运行行程，不碰及俩端的限位开关，以便于程序能够运行完整。533绘制图形点击工具栏中程序开始按钮，按下开关17,程序开始运行，绘图仪绘制所需要的 图形。34四川理工学院毕业设计第六章结论毕业设计是高校机电一体化专业教学中的一个必不可少的教学环节，是对学校应 届毕业生在毕业前接受的一次综合性实践训练，是对学生所学知识进行整理和系 统的必要环节。毕业设计的知识面基本上涵盖了大学四年所学的全部学科知识， 尤其是本专业知识。它是我们毕业生接受设计任务，在教师指导下独立进行工程 实践，获得基本训练并取得成果的过程，它是评估我们大学四年学业成绩的一个 重要方式，也是提高我们的综合素质与创新能力。本次毕业设计涉及数控技术、慧鱼模型及慧鱼模型控制软件Robo pro。数控技术乃本专业机电一体化的必修课程，此次毕业设计加深了我对数控技术的理解，了 解到了数控技术对一个国家发展的重大作用，以及数控技术今后的发展方向。数 控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，是一个国