课程设计指导书山东理工大学

1、课程设计指导书一、课程设计目的使学生加深对插补概念的理解，掌握用逐点比较法、DDA法实现直线插补和圆弧插补软件的编制；掌握零件的数控铣削加工程序的编制。二、课程设计内容用逐点比较法、DDA法实现直线插补和圆弧插补软件的编制；编制零件的铣削加工程序。三、课程设计设备伺服机电教学与实训平台一套、基于DSP控制的闭环运动控制卡一块、PC机一台。四、课程设计步骤（一）机电教学与实训平台的基本操作认知数控系统教学与实训平台集成有多轴运动控制器、电机及其驱动、电控箱、运动平台等部件。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。  机械装置是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用

2、于实现目标轨迹和动作。为了纪录运动轨迹和动作效果，专门配备了笔架和绘图装置。  执行装置根据驱动和控制精度的要求可以分别选用交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机。该机电教学与实训平台的执行装置为交流伺服电机。当采用交流伺服电机作为执行装置时，安装在电机轴上的增量码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离，如果要直接测量机械部分移动位移，则必须额外安装光栅尺等直线位移测量装置。  控制装置由PC机、基于DSP控制的闭环运动控制卡和相应驱动器等组成。运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进

3、行处理和放大，输出给执行装置。控制装置和电机（执行装置）之间的连接示意如图1所示。图1运动控制器（半）闭环控制连接示意图伺服机电教学与实训平台选用的交流伺服电机为富士FALDIC W系列交流伺服电机。该系列电机属于交流无刷电机，角度传感器为光电码盘，直接安装在电机转子上，与配套提供的驱动器构成闭环控制系统,提供位置控制、速度控制和转矩控制三种控制方式（通过驱动器参数设定，并修改相应联线）。以XY-1010-SLBR为例：配用电机型号为GYS201DC2-T2A，该电机为小型小惯量电机，配串行增量式编码器(分辨率：1632678)，功率：200W，额定转速：3000r/min，额定转矩：0.64

4、Nm，最大转矩1.91Nm。电机匹配驱动器为RYC201D3VVT2型驱动器。驱动器内有各种参数，借助这些参数可以调整或设定驱动器的性能或功能。关于参数的说明和设定方法请参见富士伺服系统FALDIC-W Serial用户手册。1、了解编码器选型与应用    具体方法如下： 松开联轴器，将伺服电机与传动丝杠脱开； 系统上电，将板卡调试环境打开； 根据调试环境使用说明，坐标清零，然后用手转动联轴器一圈，观察软件界面所显示的坐标位置脉冲数，看是否为2048*4左右； 根据软件使用说明，使电机运动一圈，看所发送的脉冲数是否正确； 根据伺服系统说明及对驱动器操作，

5、核对编码器的分辨率是否与测试一致（此测试应在电机不上伺服情况下进行，板卡有四倍频作用）； 根据丝杠导程，计算出电机运动当量，即滑台每mm对应的脉冲数； 将联轴器连接好，进入调试环境，让电机转一圈，看滑台运动距离与计算是否一致。2、了解基于DSP控制的闭环运动控制器的基本特点、使用方法和选用技巧。 基于DSP控制的闭环运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机，提供标准的ISA总线（PC104）和PCI总线两个系列的产品，方便用户配置系统硬件。该运动控制器提供C语言函数库实现复杂的控制功能，用户能够将这些控制函数灵活地与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等部分集成在一起，建造符合特定应

6、用要求的控制系统，以适应各种应用对象的要求。 按机电教学与实训平台的标准配置（采用数字控制伺服）搭建实验平台，断开电机与丝杠的连接，进行空载控制实验：按板卡调试环境使用说明书设置基本参数，在“运动控制”界面中，采用点位控制命令，观测电机的运动； 将电机与丝杠联上，在“运动控制”界面中采用点位控制命令，比较T型曲线，S-型曲线规划的运动效果。3、了解交流电机控制的机电系统动力学特性    具体方法如下：首先松开联轴器，将伺服电机与传动丝杠脱开，打开计算机电源，进入win2000，启动实验软件，进入运动控制调试环境软件，按说明书给电机上伺服后，在“设置”页面中，通过手

7、动操作，了解所设置参数的意义和系统控制原理；进入PID设置界面，调节P参数，点击轴选择刷新参数后，用手感觉电机输出的刚性（推转联轴器），逐步加大P参数，直到电机发生激烈震荡，运动出错，即断伺服，将P参数稍微调小，按操作要求重新上伺服，直到电机不发生颤震；保持P参数，用同样的方法调整I参数；保持P、I参数，用同样的方法调整D参数。（二）完成直线插补和圆弧插补软件的编制用逐点比较法、DDA法分别实现XY运动平台直线插补和圆弧插补软件的编制，并同运动控制卡上的DSP中的插补模块插补出的轨迹进行比较。1、软件编制前的准备工作 进入“运动控制插补软件”界面，利用软件的点动按钮，将工作台移动到指定的位置（

8、如中间位置）后，通过黑色显示区内的“X0”，“Y0”按钮可对坐标进行清零；装好平台配备的笔架和纸。图2 运动控制插补软件界面2、选择插补方式 点选软件左上角的“当前插补方法”下的“逐点比较法”，“数字积分法”可选择当前的软件插补方式，插补介绍会出现在左边的黄色显示区内，插补的原理图中直线圆弧的介绍可通过鼠标的左右键进行切换。3、插补步骤 在输入插补起点和终点后，系统先从当前点运动到插补起点，再按照插补的步距开始进行插补过程，同时插补图形在显示区进行模拟显示，任何时刻可按下“停止”按钮结束当前插补。4、插补记录 在用户按下“运动”按钮开始插补后，插补过程的规划中间点会在“记录”下的文字区显示出来

9、，按下“关闭”可清除文字区的内容；也可按下“保存”或“另存为”按钮将当前的记录保存下来。（三）完成零件的数控程序编制鸥鹏OpenNC教学与实训平台软件通用数控系统所用到的G指令如下： 1、G00快速点定位指令 格式：G00 IP_； 作用：刀具以数控系统预先设定的快速进给速度从起点移动到IP点，进行点定位。 说明：点定位是一种运动方式，在没有切割和划线等的情况下使用。使用这个指令，割咀自动地产生一个高速移动的方式，以最快的进给率运动到程序上规定的位置。程序中原定的进给率不起作用，不同坐标轴的运动可以不协调。 2、G01直线插补指令 格式：G01 IP_ F_； 性质：模态； 作用：直线插补，I

10、P为终点坐标值，F为进给速度(mm/min或mm/r)。如果不指明F的值，则按上一指令指定的进给速度进给；如果从未指定过F的值，则按快速运动的进给速度进给；因此F一般不能省略。 3、G02顺时针圆弧插补指令 格式：G02 IP_R_ F_；           G02 IP_I_K_F_； 性质：模态； 作用：顺时针圆弧插补，IP为切削终点坐标，R为插补圆弧半径，（I，K）为要插补圆弧圆心的坐标值，F为进给速度。 解释：顺时针方向圆弧插补，其刀具相对于工件运动的轨迹的弧线是顺时针方向的

11、（向垂直于运动平面的坐标轴的负方向看）。 说明：如果起点坐标到圆心的距离不等于IP到圆心的距离，则根据起点和终点的坐标及半径R=（起点到圆心距离+终点到圆心距离）/2，改变编程圆心位置。 4、G03逆时针圆弧插补指令 格式：G03 IP_R_ F_；           G03 IP_I_K_F_； 性质：模态； 作用：逆时针圆弧插补，IP为切削终点坐标，R为插补圆弧半径，（I，K）为要插补圆弧圆心的坐标值，F为进给速度。 解释：逆时针方向圆弧插补，其刀具相对于工件运动的轨迹的弧线是逆

12、时针方向的（向垂直于运动平面的坐标轴的负方向看）。 说明：如果起点坐标到圆心的距离不等于IP到圆心的距离，则根据起点和终点的坐标及半径R=（起点到圆心距离+终点到圆心距离）/2，改变编程圆心位置。 5、G90绝对值方式编程 格式：G90 说明：在此指令以后所有编入的坐标值全部以编程原点为基准；系统通电时机床处于G90状态。 6、G91增量方式编程 格式：G91 说明：G91编入程序时，以后所有编入的坐标值均以前一个坐标位置作为起点来计算。切割机程序根据增量式程序指令，机器运行开始是G91增量方式的初态。 鸥鹏OpenNC教学与实训平台软件通用数控系统所用到的M指令如下： 1、M00程序停止 功

13、能：在完成程序段的其它指令后，用以停止主轴、中心割炬，并停止作进一步的处理。 说明：这个指令使一个割炬停止在板外的任何所希望的位置（在划线或切割前后），跟着判断重新起动左边的随意操作器。（根据控制台面板指令重新起动） 2、M01选择停机 性质：非模态。 功能：选择停机与程序停止相似，所不同的是，除非操作人员预先按电钮确认这个指令，否则这个指令不起作用。 说明：用在运动完成之后。 3、M02 程序结束M30纸带结束 性质：非模态。 功能：程序结束。表示工件已完成的一个辅助指令。在完成了程序段的全部指令以后，用以停止主轴和进给。常用以使控制机和（或）机床复位，包括卷回纸带，退回到“程序开始”字符，

14、或使环行纸带越过接头。 说明：当完成一个指令而没有倒带指令时执行这个指令，表明程序已到达最后的程序块。 下面为两轴数控编程的一个例子，画笔画出的零件图如图3所示。程序格式说明如下： 1、 程序的第一行必须以大写字母“O”加4位数字构成； 2、 程序结尾必须以M02或M30结束； 3、 程序注释采用“/”； 在输入NC文件过程中，应使用大写的英文字母，字符与数字之间不能空。 O0001 N10 G90 G00 X0 Y0 N20 G01 X100 Y0 F15 N30 G01 X100 Y100 N35 G01 X0 Y100 N40 G01 X0 Y0 N50 G01 X100 Y100 N6

15、0 G01 X100 Y50 N70 G01 X0 Y50 N80 G01 X0 Y100 N90 G01 X100 Y0 N100 G01 X50 Y0 N110 G01 X50 Y100 N120 G02 X50 Y0 I0 J-50 N125 G02 X50 Y100 I0 J50 N130 G01 X50 Y99 N140 G03 X50 Y0.02 R49.9 N145 G03 X50 Y99.9 R49.9 N150 G01 X50 Y100 N160 G01 X0 Y0 N170 G01 X100 Y50 N180 G01 X0 Y100 N190 G01 X50 Y0 N200 G01 X100 Y100 N210 G01 X0 Y50 N220 G01 X100 Y0 N230 G01 X50 Y100 N240 G01 X50 Y75 N250 G02 X50 Y25 R25 N255 G02 X50 Y75 R25 N260 G01 X50 Y74.99 N270 G03 X50 Y25.99 R24.99 N275 G03 X50 Y74.99 R24.99 G01 X50 Y100 G01 X0 Y0 N280 M30图3 画出的零件图根据软件使用说明，在平台上实现轨迹运动，并用笔架和纸记录下轨迹，同时可利用主轴选件系统，加工相应的有机玻璃样品。