关于数控技术的论文数控设计论文.pdf

1 百度文库帮手网 w w w .365x u e y u a n .c o m 免费帮下载 文库积分资料 1 1 百度文库帮手网 w w w .365x u e y u a n .c o m 免费帮下载 文库积分资料 1 本文由l v y a n b i n g 13贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 关于数控技术的论文数控设计论文 数控原理实验教学平台的设计与开发 摘要：为适应开放式数控系统及先进制造技术的发展趋势，开发研制了一套 基 于 Go o g l e 三轴数控装置的数控仿真实验平台。 该平台有助于数控原理与系统 等相 关课程的实践教学环节，对提高学生关于数控系统原理、结构、制造系统 的直观认识 和理解，增强学生自身动手能力奠定了基础。 关键词：数控系统；实验平台；数控原 理 目前，我国 99%的高档数控机床配置的是进口的高端数控系统，国内中高 端数控 系统产业发展滞后， 很大程度上影响了我国制造装备业的水平和竞争力。 国产高性 能数控系统的设计和开发离不开高素质工程技术人才的培养。 尽管很多学校建设了数 控加工实验基地，购置了大批先进制造设备，但传 统的数控实践环节主要在数控机床 上进行，学生往往对数控机床操作与数控编 程较熟悉，对数控机床体系结构的了解却 有所欠缺，这对培养数控维护与设计 人才很不利。 数控原理与系统课程是机电、 自 动化等电类专业的一门重要课程， 课程的特点是理论与实践结合紧密，特别强调实践 环节的训练，可以通过数控 教学实验平台，使学生加深对数控系统原理及其结构的认 识。 1 数控原理硬件实验平台 Go o g l e 公司开发的三维数控平台 GXYZ 工作台，采用 了“PC+运动控制器” 形式构建数控系统的硬件平台，控制装置由 PC 机、运动控制 卡、电控箱和相应 驱动器等组成，机械部分采用滚珠丝杠传动的工作台，用于实现目 标轨迹和动 作。为了记录运动轨迹和动作效果，配备有笔架和绘图装置。如图 1 所 示，各 部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组，其结构组成适 合教学活动的开展。 图 1 三维数控平台硬件原理图 2 数控原理软件实验平台的构成 模块设计 该公司提供的软件实验平台采用面向对象技术开发，可完成数控系统工作 原理的演示，但在实际教学过程中发现，与课程的教学目的不相符合，即学生 在学习 完相关课程内容后，仅通过演示这样的实践性环节无法对数控原理与系 统的工作过程 有深刻理解，对数控系统的研发更无从谈起。 为此，基于该硬件实验平台以及相关的 运动控制器函数库，独立研制了有 针对性的、可实时显示平台模拟和实际运动轨迹的 、具有丰富的可视化图形界 面的数控工作台实验加工软件。考虑到学生有限的编程知 p a g e 1 识和开发经验，软件 实验平台应以模块简单化同时能有针对性的练习需掌握的教学内 容作为基本出 发点。 根据教学要求，重点设置了下列 3 个模块作为主要训练内容。 2.1 译码诊断模块 一个计算机数控系统从接收加工程序到加工出合格的零件，中间 经历了多 个信息处理阶段。例如：数控加工程序被输入系统后，需要将有关数据信息 与 功能指令等转换为系统能识别的信号，从而做出相应的动作。对于操作数控系 统 的人员，这个转换过程是不可见的。 为了剖析数控系统工作原理，需要使学生能够熟 悉：从键盘或其他存储设 备等输入到系统中的由大量 ASCII 字符组成的数控加工程 序，是如何转变为计 算机能够处理的一系列二进制数的。同时，还需要检验学生必须 完成的转换结 果。据此开发了译码诊断界面，通过交互式的输入实现信息的获取；具体的转 换功能的实现通过功能按键获取消息执行相应代码来完成，这部分工作是学生 独立完 成的；为了便于验证，转换的结果以文件形式输出。 译码诊断模块的人机交互界面如 图 2 所示。输入的加工程序可能存在语法 或逻辑错误，根据规则，经过诊断后，若 有问题，则在界面的控制面板处列出 所有错误，图形区不再显示代码表示的轨迹，如 图 2(a )所示；若代码均符合规 则，那么将轨迹显示在图形区，检验相关数据存储的 正确性，如图 2(b )所示。 (a ) (b ) 图 2 译码诊断模块的人机交互界面 2.2 刀具半 径补偿模块 刀具半径补偿是数控加工程序预处理时的一个重要步骤。实际加工时，刀 具与被加工零件的接触部位可能是点、线、面中的一种，而且处于动态变化中， 但 对于数控系统而言，需要找到一个位置固定的部位作为控制对象，对于刀具 而言，就 是刀位点，即通过刀具半径补偿在刀触点与刀位点之间建立联系。学 生在搞清楚这些 基本概念后，针对二维空间刀具半径补偿的 4 种情况，每种情 况又分为不同的刀具 半径补偿过程，实现刀具半径补偿，建立起刀心点轨迹。 同样，为了验证正确性，以 图形方式显示刀补轨迹和零件轮廓信息。 如图 3 所示， (a )中控制面板选择左刀补 圆弧接圆弧， 进而选择刀具补偿 的第二个阶段建立刀补。 (b )中在编辑框输入 两段圆弧的端点、 半径以及刀具 半径，选择按键“刀补计算”，完成刀补运算。最 终的结果显示在界面左侧的 图形区。学生不需将精力放在界面设计上，在此模块中，针对“刀补计算”控 件编制相应的功能代码，从而达到熟练掌握数控系统刀补功能实现的原理。 (a ) (b ) 图 3 刀具半径补偿模块的人机交互界面 2.3 插补模块 插补是数控系统的核心功能 。插补功能的强大与否决定了整个数控系统的 档次。根据教学内容，以了解数控系统 的工作过程、掌握数控系统插补的基本 原理为目的，不做深度要求，开发的实验平台 包含了脉冲增量插补和数据采样 插补。分别对直线轨迹和圆弧轨迹，有逐点比较法插 补、数字积分法插补、数 据采样二阶近似法插补等方法供学生作实践内容。 对于采 用“PC+运动控制器”形式的硬件实验平台， 工作台按预定轨迹的动 作需要调用运动 控制卡的相关库函数。 因此， 关于运动控制卡相关参数的设置、 插补命令的底层执 行、插补时实时位置的检测与显示等都在开发平台中预先完 成，学生只需要完成各种 插补算法的实现，即对相应控件编制代码。为了能使 插补轨迹更为直观，验证学生插 补算法编制的正确性，软件实验平台的图形区 可实时绘制出实验工作台的轨迹(如图 4 所示)。 图 4 插补模块的人机交互界面 2.4 进给运动控制模块 实现位置等被控 制量的快速和精确控制是数控系统一直追求的目标。而准 确控制工作台各运动轴的位 置，与整个硬件实验平台的运动控制模型相关。一 般这个模型的瞬态和稳态特性均不符合要求，对该模型简化作为控制对象，加 入控制器改善系统的位置阶跃响应等性能，使学生能对此有感性认识。 3 结束语 学 生经过基础课的学习，具备了最基本的编程技能和基础，但距离开发一 个系统、实现 一个具体的功能还有一定的差距。通过这一系列关于数控工作原 理与体系结构实践环 节的训练，有效地将基础课与专业课的学习紧密联系，避 免学生动手能力差等问题。 利用数控原理教学实验平台对学生进行实践环节的训练，不仅可以节省大 量的教学 投资，使学生在实验过程中掌握数控技术的核心内容，而且可直观地 进行数控实验， 深入地了解数控系统的组成结构和原理。同时该系统还可作为 学生毕业设计、课程设 计等教学环节的资源。 参考文献 1汪木兰.数控原理与系统M.北京：机械工业出版社，2004 2邵 群涛.数控系统综合实践M.北京：机械工业出版社，2004 3马昭，樊留群.数控机 p a g e 2 床控制系统仿真实验平台的开发与研究J.机械 设计与制造，2008，3：133135 4顾雪艳，曹锦江.基于三菱数控系统综合实验平台的研制J.中国现代 教育装备， 2009，6：4244 5吴爱萍，汪木兰.数控原理与系统课程实践教学体系与改革J. 中国现 代教育装备，2007，3：2224 1本文由l v y a n b i n g 13贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 关于数控技术的论文数控设计论文 数控原理实验教学平台的设计与开发 摘要：为适应开放式数控系统及先进制造技术的发展趋势，开发研制了一套 基 于 Go o g l e 三轴数控装置的数控仿真实验平台。 该平台有助于数控原理与系统 等相 关课程的实践教学环节，对提高学生关于数控系统原理、结构、制造系统 的直观认识 和理解，增强学生自身动手能力奠定了基础。 关键词：数控系统；实验平台；数控原 理 目前，我国 99%的高档数控机床配置的是进口的高端数控系统，国内中高 端数控 系统产业发展滞后， 很大程度上影响了我国制造装备业的水平和竞争力。 国产高性 能数控系统的设计和开发离不开高素质工程技术人才的培养。 尽管很多学校建设了数 控加工实验基地，购置了大批先进制造设备，但传 统的数控实践环节主要在数控机床 上进行，学生往往对数控机床操作与数控编 程较熟悉，对数控机床体系结构的了解却 有所欠缺，这对培养数控维护与设计 人才很不利。 数控原理与系统课程是机电、 自 动化等电类专业的一门重要课程， 课程的特点是理论与实践结合紧密，特别强调实践 环节的训练，可以通过数控 教学实验平台，使学生加深对数控系统原理及其结构的认 识。 1 数控原理硬件实验平台 Go o g l e 公司开发的三维数控平台 GXYZ 工作台，采用 了“PC+运动控制器” 形式构建数控系统的硬件平台，控制装置由 PC 机、运动控制 卡、电控箱和相应 驱动器等组成，机械部分采用滚珠丝杠传动的工作台，用于实现目 标轨迹和动 作。为了记录运动轨迹和动作效果，配备有笔架和绘图装置。如图 1 所 示，各 部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组，其结构组成适 合教学活动的开展。 图 1 三维数控平台硬件原理图 2 数控原理软件实验平台的构成 模块设计 该公司提供的软件实验平台采用面向对象技术开发，可完成数控系统工作 原理的演示，但在实际教学过程中发现，与课程的教学目的不相符合，即学生 在学习 完相关课程内容后，仅通过演示这样的实践性环节无法对数控原理与系 统的工作过程 有深刻理解，对数控系统的研发更无从谈起。 为此，基于该硬件实验平台以及相关的 运动控制器函数库，独立研制了有 针对性的、可实时显示平台模拟和实际运动轨迹的 、具有丰富的可视化图形界 面的数控工作台实验加工软件。考虑到学生有限的编程知 识和开发经验，软件 实验平台应以模块简单化同时能有针对性的练习需掌握的教学内 容作为基本出 发点。 根据教学要求，重点设置了下列 3 个模块作为主要训练内容。 2.1 译码诊断模块 一个计算机数控系统从接收加工程序到加工出合格的零件，中间 经历了多 个信息处理阶段。例如：数控加工程序被输入系统后，需要将有关数据信息 与 功能指令等转换为系统能识别的信号，从而做出相应的动作。对于操作数控系 统 的人员，这个转换过程是不可见的。 为了剖析数控系统工作原理，需要使学生能够熟 悉：从键盘或其他存储设 备等输入到系统中的由大量 ASCII 字符组成的数控加工程 序，是如何转变为计 算机能够处理的一系列二进制数的。同时，还需要检验学生必须 完成的转换结 果。据此开发了译码诊断界面，通过交互式的输入实现信息的获取；具体的转 换功能的实现通过功能按键获取消息执行相应代码来完成，这部分工作是学生 独立完 成的；为了便于验证，转换的结果以文件形式输出。 译码诊断模块的人机交互界面如 图 2 所示。输入的加工程序可能存在语法 或逻辑错误，根据规则，经过诊断后，若 有问题，则在界面的控制面板处列出 所有错误，图形区不再显示代码表示的轨迹，如 图 2(a )所示；若代码均符合规 则，那么将轨迹显示在图形区，检验相关数据存储的 正确性，如图 2(b )所示。 (a ) (b ) 图 2 译码诊断模块的人机交互界面 2.2 刀具半 径补偿模块 刀具半径补偿是数控加工程序预处理时的一个重要步骤。实际加工时，刀 具与被加工零件的接触部位可能是点、线、面中的一种，而且处于动态变化中， 但 p a g e 3 对于数控系统而言，需要找到一个位置固定的部位作为控制对象，对于刀具 而言，就 是刀位点，即通过刀具半径补偿在刀触点与刀位点之间建立联系。学 生在搞清楚这些 基本概念后，针对二维空间刀具半径补偿的 4 种情况，每种情 况又分为不同的刀具 半径补偿过程，实现刀具半径补偿，建立起刀心点轨迹。 同样，为了验证正确性，以 图形方式显示刀补轨迹和零件轮廓信息。 如图 3 所示， (a )中控制面板选择左刀补 圆弧接圆弧， 进而选择刀具补偿 的第二个阶段建立刀补。 (b )中在编辑框输入 两段圆弧的端点、 半径以及刀具 半径，选择按键“刀补计算”，完成刀补运算。最 终的结果显示在界面左侧的 图形区。学生不需将精力放在界面设计上，在此模块中，针对“刀补计算”控 件编制相应的功能代码，从而达到熟练掌握数控系统刀补功能实现的原理。 (a ) (b ) 图 3 刀具半径补偿模块的人机交互界面 2.3 插补模块 插补是数控系统的核心功能 。插补功能的强大与否决定了整个数控系统的 档次。根据教学内容，以了解数控系统 的工作过程、掌握数控系统插补的基本 原理为目的，不做深度要求，开发的实验平台 包含了脉冲增量插补和数据采样 插补。分别对直线轨迹和圆弧轨迹，有逐点比较法插 补、数字积分法插补、数 据采样二阶近似法插补等方法供学生作实践内容。 对于采 用“PC+运动控制器”形式的硬件实验平台， 工作台按预定轨迹的动 作需要调用运动 控制卡的相关库函数。 因此， 关于运动控制卡相关参数的设置、 插补命令的底层执 行、插补时实时位置的检测与显示等都在开发平台中预先完 成，学生只需要完成各种 插补算法的实现，即对相应控件编制代码。为了能使 插补轨迹更为直观，验证学生插 补算法编制的正确性，软件实验平台的图形区 可实时绘制出实验工作台的轨迹(如图 4 所示)。 图 4 插补模块的人机交互界面 2.4 进给运动控制模块 实现位置等被控 制量的快速和精确控制是数控系统一直追求的目标。而准 确控制工作台各运动轴的位 置，与整个硬件实验平台的运动控制模型相关。一 般这个模型的瞬态和稳态特性均不符合要求，对该模型简化作为控制对象，加 入控制器改善系统的位置阶跃响应等性能，使学生能对此有感性认识。 3 结束语 学 生经过基础课的学习，具备了最基本的编程技能和基础，但距离开发一 个系统、实现 一个具体的功能还有一定的差距。通过这一系列关于数控工作原 理与体系结构实践环 节的训练，有效地将基础课与专业课的学习紧密联系，避 免学生动手能力差等问题。 利用数控原理教学实验平台对学生进行实践环节的训练，不仅可以节省大 量的教学 投资，使学生在实验过程中掌握数控技术的核心内容，而且可直观地 进行数控实验， 深入地了解数控系统的组成结构和原理。同时该系统还可作为 学生毕业设计、课程设 计等教学环节的资源。 参考文献 1汪木兰.数控原理与系统M.北京：机械工业出版社，2004 2邵 群涛.数控系统综合实践M.北京：机械工业出版社，2004 3马昭，樊留群.数控机 床控制系统仿真实验平台的开发与研究J.机械 设计与制造，2008，3：133135 4顾雪艳，曹锦江.基于三菱数控系统综合实验平台的研制J.中国现代 教育装备， 2009，6：4244 5吴爱萍，汪木兰.数控原理与系统课程实践教学体系与改革J. 中国现 代教育装备，2007，3：2224 1本文由l v y a n b i n g 13贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 关于数控技术的论文数控设计论文 数控原理实验教学平台的设计与开发 摘要：为适应开放式数控系统及先进制造技术的发展趋势，开发研制了一套 基 于 Go o g l e 三轴数控装置的数控仿真实验平台。 该平台有助于数控原理与系统 等相 关课程的实践教学环节，对提高学生关于数控系统原理、结构、制造系统 的直观认识 和理解，增强学生自身动手能力奠定了基础。 关键词：数控系统；实验平台；数控原 理 目前，我国 99%的高档数控机床配置的是进口的高端数控系统，国内中高 端数控 系统产业发展滞后， 很大程度上影响了我国制造装备业的水平和竞争力。 国产高性 能数控系统的设计和开发离不开高素质工程技术人才的培养。 尽管很多学校建设了数 控加工实验基地，购置了大批先进制造设备，但传 统的数控实践环节主要在数控机床 上进行，学生往往对数控机床操作与数控编 程较熟悉，对数控机床体系结构的了解却 p a g e 4 有所欠缺，这对培养数控维护与设计 人才很不利。 数控原理与系统课程是机电、 自 动化等电类专业的一门重要课程， 课程的特点是理论与实践结合紧密，特别强调实践 环节的训练，可以通过数控 教学实验平台，使学生加深对数控系统原理及其结构的认 识。 1 数控原理硬件实验平台 Go o g l e 公司开发的三维数控平台 GXYZ 工作台，采用 了“PC+运动控制器” 形式构建数控系统的硬件平台，控制装置由 PC 机、运动控制 卡、电控箱和相应 驱动器等组成，机械部分采用滚珠丝杠传动的工作台，用于实现目 标轨迹和动 作。为了记录运动轨迹和动作效果，配备有笔架和绘图装置。如图 1 所 示，各 部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组，其结构组成适 合教学活动的开展。 图 1 三维数控平台硬件原理图 2 数控原理软件实验平台的构成 模块设计 该公司提供的软件实验平台采用面向对象技术开发，可完成数控系统工作 原理的演示，但在实际教学过程中发现，与课程的教学目的不相符合，即学生 在学习 完相关课程内容后，仅通过演示这样的实践性环节无法对数控原理与系 统的工作过程 有深刻理解，对数控系统的研发更无从谈起。 为此，基于该硬件实验平台以及相关的 运动控制器函数库，独立研制了有 针对性的、可实时显示平台模拟和实际运动轨迹的 、具有丰富的可视化图形界 面的数控工作台实验加工软件。考虑到学生有限的编程知 识和开发经验，软件 实验平台应以模块简单化同时能有针对性的练习需掌握的教学内 容作为基本出 发点。 根据教学要求，重点设置了下列 3 个模块作为主要训练内容。 2.1 译码诊断模块 一个计算机数控系统从接收加工程序到加工出合格的零件，中间 经历了多 个信息处理阶段。例如：数控加工程序被输入系统后，需要将有关数据信息 与 功能指令等转换为系统能识别的信号，从而做出相应的动作。对于操作数控系 统 的人员，这个转换过程是不可见的。 为了剖析数控系统工作原理，需要使学生能够熟 悉：从键盘或其他存储设 备等输入到系统中的由大量 ASCII 字符组成的数控加工程 序，是如何转变为计 算机能够处理的一系列二进制数的。同时，还需要检验学生必须 完成的转换结 果。据此开发了译码诊断界面，通过交互式的输入实现信息的获取；具体的转 换功能的实现通过功能按键获取消息执行相应代码来完成，这部分工作是学生 独立完 成的；为了便于验证，转换的结果以文件形式输出。 译码诊断模块的人机交互界面如 图 2 所示。输入的加工程序可能存在语法 或逻辑错误，根据规则，经过诊断后，若 有问题，则在界面的控制面板处列出 所有错误，图形区不再显示代码表示的轨迹，如 图 2(a )所示；若代码均符合规 则，那么将轨迹显示在图形区，检验相关数据存储的 正确性，如图 2(b )所示。 (a ) (b ) 图 2 译码诊断模块的人机交互界面 2.2 刀具半 径补偿模块 刀具半径补偿是数控加工程序预处理时的一个重要步骤。实际加工时，刀 具与被加工零件的接触部位可能是点、线、面中的一种，而且处于动态变化中， 但 对于数控系统而言，需要找到一个位置固定的部位作为控制对象，对于刀具 而言，就 是刀位点，即通过刀具半径补偿在刀触点与刀位点之间建立联系。学 生在搞清楚这些 基本概念后，针对二维空间刀具半径补偿的 4 种情况，每种情 况又分为不同的刀具 半径补偿过程，实现刀具半径补偿，建立起刀心点轨迹。 同样，为了验证正确性，以 图形方式显示刀补轨迹和零件轮廓信息。 如图 3 所示， (a )中控制面板选择左刀补 圆弧接圆弧， 进而选择刀具补偿 的第二个阶段建立刀补。 (b )中在编辑框输入 两段圆弧的端点、 半径以及刀具 半径，选择按键“刀补计算”，完成刀补运算。最 终的结果显示在界面左侧的 图形区。学生不需将精力放在界面设计上，在此模块中，针对“刀补计算”控 件编制相应的功能代码，从而达到熟练掌握数控系统刀补功能实现的原理。 (a ) (b ) 图 3 刀具半径补偿模块的人机交互界面 2.3 插补模块 插补是数控系统的核心功能 。插补功能的强大与否决定了整个数控系统的 档次。根据教学内容，以了解数控系统 的工作过程、掌握数控系统插补的基