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数控插补教学系统-数据采样算法设计开题报告.doc
数控插补教学系统-数据采样算法设计【带插补程序+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】
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数控插补
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开题报告
数控插补教学系统-数据采样算法
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毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 数控插补教学系统 指 导 教 师 : 2009 年 3 月 22 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用 黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 本文首先阐述了数控插补技术的现状、意义和应用。然后以基于 数控插补仿真教学系统和基于 数控插补系统为事例，进行了分析和研究 ,对其插补的控制和过程进行了详细的描述。 关键词 数控 插补 教学 仿真 系统 1 现代数控插补和意义 在实际加工中，被加工工件的轮 廓形状千差万别，严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，对于简单的曲线数控系统可以比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加，因此，实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求 (也有需要抛物线和高次曲线拟合的情况 )，这种拟合方法就是“插补”，实质上插补就是数据密化的过程 15。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值，每个中间点计算所需时间直接影响系统的控 制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，因此数控技术成为了先进制造技术中的一项核心技术 1，而插补算法是整个数控系统控制的核心。 现代科学技术的突飞猛进 ,工业制造大都使用数控机床和自动化装置 ,而数控插补直接影响到数控系统的精度 ,数控控制系统是数控化生产的核心 ,换句话说就 是数控插补直接影响数控化生产 ,因此我们要提高数控插补技术 ,即要简化和完善数控插补算法。这对我国工业生产十分重要 ,有着重大的意义。 2 数控插补的现状和应用 随着现代科技的发展，数控技术得到了很大的提高与发展，现在 数控插补主要应用在模拟与仿真 14。在教学中经常利用各种编程语言模拟和仿真数控插补，可以轻松看出插补的过程，这样更加直观。在数控系统中，可以通过编程将插补模拟在显示屏上，可以清楚的观察插补过程，更好地进行数控生产。在数控机床中，通过插补算法加工各种零件的外形（如利用数控插补完成球轴承球面磨削）。 基于 数控插补仿真教学系统 针对数控技术教学中实验设备和实验课时的局限性，为了便于学生对数控插补原理更好地理解和满足教学的需要，设计开发了基于 数控插补仿 真系统，依据逐点比较法和数字积分法，可以实现对直线和圆弧的插补计算和插补轨迹仿真动态显示 5。 插补仿真系统的实现 系统以 言进行设计，系统主要包括参数输入、坐标平移、过象限判断、插补类型判断和插补计算及仿真等主要模块，如图 1 所示为系统流程图 10。 图 1 直线和圆弧插补仿真流程图 （ 1）参数输入 用于输入直线或者圆弧的有关参数，如直线的起点及终点坐标，圆弧的起点、终点、圆心或者半径等数据，另外还有插补方向（如逆圆或者顺圆插补）、插补方式（如手动插补或者连续 插补）、插补方法（逐点比较法或者数字积分法）、插补精度、插补时间间隔（即对插补仿真的速度进行设置）等参数6。由于本系统中圆弧的圆心不一定在坐标原点，因此，在给出圆弧的起点、终点、圆心或者半径等数据后，还需要给出圆弧为优弧或者劣弧的判断，从而唯一确定需要进行插补计算的圆弧对象。 （ 2）坐标平移 一般的数控插补计算中，直线的起点或者圆弧的圆心均在坐标原点，为了使所设计的系统具有一定的通用性，本系统中直线的起点和圆弧的圆心是任意给定的，并非一定与坐标原点重合，因此为了方便计算，本系统采用坐标平移的方法，即在 判断直线起点和圆弧的圆心为非坐标原点后，在插补计算前将坐标原点移到需要进行插补计算的直线的起点或者圆弧的圆心处，这也为下一步的插补类型判断和圆弧的过象限判断提供了方便 7。 （ 3）过象限判断 当插补对象为圆弧时，存在过象限问题，而不同象限圆弧的插补计算方法也不同，因此需要对圆弧进行过象限判断。 （ 4）插补类型判断 无论插补对象是直线还是圆弧，不同象限的插补对象存在不同的插补计算方法，直线存在四个象限的不同插补情况，而圆弧存在四个象限八种不同插补情况。在系统中将直线或者圆弧的不同插补计算方法设置为不同的 子模块，对插补类型进行判断后，直接调用相应的插补子模块进行计算 8。 （ 5）插补计算及仿真 该模块除完成相应的插补计算外，还完成对插补轨迹的仿真显示 9。 （ 6）插补仿真结果显示 系统插补仿真如图 2， 3， 4 所示，图 2 为逐点比较法直线插补仿真结果，图 3 为数字积分法过象限圆弧插补仿真结果，图 4 为两种插补方法圆弧插补仿真结果的比较。 基于 数控插补系统 一种数控插补模拟实现的控制系统。主机将数控代码转换成串口通信数据 ,再利用 件将编码数据从串口发送至下位机 ;从机 控制系统使用教学中常用的 片机 ,在主机的控制下 ,完成了直线和圆弧插补 ,实现了纵向和横向步进电机的两轴联动。叙述了步进电机驱动电路及其控制系统、从机与 串行接口等。研究结果表明 ,本系统适合教学演示、算法验证以及科学研究等场合的使用 3。 补控制 插补技术是数控系统的核心技术 ,插补运算具有实时性 ,其运算速度和精度直接影响数控系统的性能指标。由前面已知 ,控制系统使用 位 主控芯片 ,使用 口与上位机通信 ,采用单电源方式驱动两台四相步进电机运动 2。单片机通过串口从上位机获取插补数据 ,采用数字积分法完成两台步进电机的协同运动。插补实现的具体方案 ,如图 5 所示。程序初始化完成后 ,与上位机握手 ,等待上位机发送数据。当串口程序接收到 1 帧正确数据后 ,将数据从缓冲区 1 更新到缓冲区 2。首先更新 F、 S、 T 的数据并点亮 段时间示意 ,然 后开始运行插补程序。首先初始化积分器 ,将数据转换成积分器使用的数据 ,使用定时器中定时中断完成插补运算。对缓冲区的访问采用扫描方式 ,插补采用定时中断提供步进电机脉冲来实现。中断服务程序 ,如图 6 所示。为了更好地观察实际效果 ,将中断时间加长 ,可设置多次中断进行一次插补 ,每次中断到来先判断是否达到插补周期时间 ,再判断 X 轴或 Y 轴插补否 ,运行积分器产生运行标志 ,设置步进电机控制字 ,供下一次驱动步进电动机。此时每次中断运行电机的图 2 逐点比较法直线插补 图 3 数字积分法圆弧插补 图 4 两种不同插补方法的比较 控制字是由上次中断运算设定的 ,这样可以提高插补精度。 1 帧数据插补完成后置插补完成标志位 ,当主程 序扫描到这一标志位时 ,返回 补完成 ,从缓冲 1 更新数据到缓冲区 2,进行下一次插补 4。 3 未来数控插补技术发展方向 插补方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补 12、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、 螺旋插补、 插补、 插补 （非均匀有理 样条插补）、样条插补（、 样条）、多项式插补等。通过简化插补算法 ，对于计算机系统这是提高了运算速度，使控制系统较快且均匀地输出进给脉冲 13。 高精度化 随着现代 技术（如计算机技术）的迅速发展，插补算法也在不断地完善。提图 5 主控流程图 图 6 中断服务程序流程图 高插补计算的精度至关重要，因为每个插补计算的中间点精度影响整个数控系统的精度 11。所以提高插补精度很关键 ,是提高数控化生产精度的重要手段。 参 考 文 献 1 张建钢 ,胡大泽 M华中科技大学出版社 , 2000. 2 孙志永 M机械工业出版社 ,2004. 3 李 华 列单片机实用接口技术 M北京航空航天大学出版社 , 1993. 4 王哓明 M北京航空航天大学出版社 ,2002. 5 高峰霞，廖彬山 文版提高与应用 M华大学出版社， 1999. 6 任玉田，焦振学，王宏甫，机床计算机数控技术 M北京理工大学出版社 1999. 7 王永章，机床的数字控制技术 M2000. 8 朱巧荣，雷良育，施晓芳，数字积分法插补轨迹仿真软件开发 J2001（ 6） . 9 蒲志新 ,熊永超 ,李 霞 ,李 赢 J ,2003,(3):1. 10 , + 6. 0 教程 M董方鹏 ,译 清华大学出版社 ,2000. 11 李恩林 . 数控技术应用 M12 袁宗杰，邓爱国主编 M. 北京 :清华大学出版社， 13 富大伟，刘瑞素主编 M. 北京 :化学工业出版社， 14 赵萍主编 M. 北京 :国防工业出版社，15 刘武发，刘德平主编 M. 北京 :化学工业出版社， 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题要研究的问题： 1) 设计数控插补数据采样法实验教学系统的功能； 2) 系统的界面设计； 3) 完成直接函数法、数字增量式 弧插补算法的设计，使之达到正确、实用； 4) 用 言实现该系统各功能； 5) 完成相应的设计，编写和调试程序； 条件： 1) 计算机软硬件环境（ 作平台） 2) 支撑软件 言 研究手段：利用 程软件编写数据采样算法（直接函数法、数字增量式 弧插补算法）的 序，并在 面下显示出数据采样插补的过程图象。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 该生在文献综述中论述了开发数控插补教学系统的意义及作用 ，并 基于 平台开发讨论了如何进行
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