论文模板Word文档格式.docx
《论文模板Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文模板Word文档格式.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
目录
摘要I
目录I
第1章 绪 论1
引言1
1.1 本课题设计的背景1
1.2本课题设计的内容2
1.3 本课题设计的目的和意义2
第二章系统控制方案的确定2
2.1 数控工作台的概述2
2.2 系统设计的基本步骤3
2.3 系统控制方案4
2.4 数控工作台的原理5
第三章系统硬件设计6
3.1 数控工作台的选型6
3.2运动控制卡的选型7
3.3步进电机的选型8
3.4步进电机驱动器的选型10
3.5运动控制卡与步进电机驱动器及电机的接线11
第四章系统软件设计11
4.1VB编程软件概述11
4.2VB的特点12
4.3VB的启动12
4.4用户操作界面设计13
4.5直线插补、圆弧插补的实现15
第五章结论17
致谢17
参考文献18
第1章 绪 论
引言
科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。
数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。
数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。
它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。
数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。
数控机床具有高度柔性、加工精度高、加工质量稳定、可靠、生产率高、改善劳动条件、利于生产管理现代化。
通过本课题的研究，可以在一定程度上推动数控工作台相关行业的发展，拓展数控在自动化行业的应用领域，具有一定的经济和理论意义。
本文利用运动控制卡作为上位控制单元,驱动步进电机,通过滚珠丝杠带动工作台,组成运动控制系统,实现二维平台的精密定位控制。
1.1 本课题设计的背景
随着科学技术的不断进步和社会生产的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，而机械加工过程的自动化是实现上述要求的有效途径。
从工业化革命以来，人们实现机械加工自动化的主要手段有自动机床、.组合机床、专用自动生产线。
这些设备的使用大大提高了机械加工自动化的程度，提高了劳动生产率，促进了制造业的发展。
但它也存在固有的缺点，如初始投资大、准备周期长、柔性差。
因此，上述方法仅适用于批量较大的零件生产。
然而，随着市场竞争的日趋激烈，产品更新换代周期缩短，小批量产品的生产所占的比重越来越大，约占总加工量的80％以上。
在航空、航天、重型机床以及国防工业部门尤为突出。
因此，迫切需要一种精度高，柔性好的加工设备来满足上述需求，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。
另一方面，电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的发展提供了坚实的技术基础。
NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的，它极其有效地满足了上述要求，为小批量、精密复杂的零件生产提供了自动化加工手段。
1.2本课题设计的内容
本设计将在以下几个方面对数控工作台进行研究和论证。
1数控工作台的选择。
综合数控工作台的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究两轴数控工作台的控制。
2系统硬件设计。
本课题设计的数控工作台要求运行迅速准确度高，主要由pc机、运动控制卡、步进电机驱动器、步进电机、滚珠丝杠、数控平台等。
3.系统软件设计。
在本设计中选用了目前运用最多的VB编程语言。
1.3 本课题设计的目的和意义
本课题的基本要求是在了解运动控制卡的基础上，掌握并利用VB软件编写程序，能够进行直线或圆弧插补运动所设计的一台两轴的数控工作台，并真正掌握此项技术。
由于两轴数控工作台的复杂性和广泛的应用性，它能满足各行各业不同场合的需求，如应用于高校研究，机密器械，智能机械，数控设备等等，具有良好的适用性特点。
第二章系统控制方案的确定
2.1 数控工作台的概述
数控工作台又称数控精密工作台、数控运动平台、数控定位平台、电动平移台，数控工作台设计上采用滚珠丝杠副和滚动导轨副传动结构，具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。
插线机、打孔机、涂胶机、机械手、搬运、检测装置、断层射线扫描、小型数控机床及实用教学领域数控精密工作台系列可选择步进电机驱动，直流伺服电机驱动，交流伺服电机驱动。
数控工作台采用滚动直线导轨副位导向支架，滚珠丝杠副位运动执行元件的结构。
具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、摩擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。
目前已广泛应用于测量、激光焊接、激光切割，涂胶、打孔、插件、小型数控机床、射线扫描、雕铣机及实用教学等场合。
目前，数控机床品种已经基本齐全，规格繁多，据不完全统计已有400多个品种规格。
可以按照多种原则来进行分类。
但归纳起来，常见的是以下面4种方法来分类的。
1、按工艺用途分类
（1）一般数控机床。
（2）数控加工中心机床。
（3）多坐标数控机床。
2、按数控机床的运动轨迹分类
（1）点位控制数控机床。
（2）点位直线控制数控机床。
（3）轮廓控制数控机床。
3、按伺服系统的控制方式分类
（1）开环控制数控机床。
（2）闭环控制数控机床。
（3）可以通用。
（4）开环补偿型数控机床。
4、按数控装置分类
（1）硬线数控（称普通数控，即NC）。
（2）软线数控（又称计算机数控或微机数控，即CNC或MNC）。
2.2 系统设计的基本步骤
在数控工作台的设计过程中主要考虑以下几点：
1.深入了解和分析数控工作台的工艺条件和控制要求。
2.确定方案
3.根据控制要求选择合适的硬件和软件。
4.通过VB软件编写程序和用户操作界面。
系统设计的步骤图如图2.1所示：
图2.1系统设计的步骤图
2.3 系统控制方案
运动控制系统的结构如图2.2所示。
MC6212配备了功能强大、内容丰富的Windows驱动程序、DLL函数库。
MC6212在插补算法和运动函数的执行效率方面采用了更有效的方法,提高了插补精度、插补速度和实时性。
MC6212运动函数库用于二次开发,用户用VisualBasic或VC++支持Windows标准32位动态链接库（DLL）调用的开发工具编制所需的用户界面程序,并把它与MC6212运动库链接起来,就可以开发出自己的多轴运动控制系统,例如:
数控系统、检测设备、自动生产线等。
MC6212的运动函数库能够完成与运动控制有关的复杂细节:
升降速计算、行程控制、多轴插补等,这样就可以大大缩短控制系统的开发周期。
MC6212控制卡的运动控制功能主要取决于运动函数库。
运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数:
单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。
另外,为了配合运动控制系统的开发,还提供了间隙补偿功能。
利用MC6212的动态链接库（DLL）,开发者可以很快开发出Windows平台下的运动控制系统。
MC6212动态链接库是标准的Windows32位动态链接库,选用的开发工具应支持Windows标准的32位DLL调用。
首先进行程序初始化,设置运动参数以及板卡参数,运动参数有各种运动速度、加/减速、升降速类型等,板卡参数有卡的数量、各卡上的轴数等。
如果硬件设置错误,软件在运行时发生错误,则调用失败,需重新设置。
步进电机的直线运动:
独立运动和插补运动。
独立运动指各控制轴的运动之间没有联动关系,可以是单轴运动,也可以是多轴同时按各自的速度运动。
点位运动、连续运动和回原点运动都属于独立运动。
插补运动是指两轴或三轴按照一定的算法进行联动,被控轴同时启动,并同时到达目标位置。
插补运动以矢量速度运行,矢量速度分为常矢量速度和梯形矢量速度。
图2.2控制系统结构图
2.4 数控工作台的原理
数控工作台的原理图如图2.3所示。
图2.3数控工作台原理图
第三章系统硬件设计
3.1 数控工作台的选型
二维工作台标准型产品有SZH、SZHT、SZHK三个系列，分别是由两台型号一致、工作行程相同或不同的SKH、SKHT、SKHK型单坐标工作台叠加组合而成。
SZH轻载型二维数控工作台由两台工作行程相同或不同的SKH型单坐标工作台叠加组合而成工作行程：
50*50mm-300*300mm
本课题采用的二维工作台如图3.1所示
图3.1二维数控工作台
3.2运动控制卡的选型
本课题采用的运动控制卡的型号为：
MC6212（如图：
3.2）
MC6212控制卡附有丰富的、功能齐全的软件库函数资源。
在Windows9X/2000环境下，用户可直接使用我们为您提供的“DLL”动态连接库函数；
以最大方便地使您在MicrosoftVisualBASIC、VisualC、DELPHI、LabVIEW、MATLAB、C++Builder及各种其他软件环境中使用。
两轴运动控制卡MC6212的驱动程序为用户二次开发软件提供了极大方便，适于开发数控系统、检测设备、自动生产线、绘图仪、雕刻机、打标机、绕线机、医疗设备、包装机械、纺织机械等精确定位控制系统。
运动控制卡是一种基于PC机及工业PC机、用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。
本设计采用的是MC6212两轴运动控制卡
两轴运动控制卡MC6212功能特点：
●32位PCI总线（PCI2.1标准）；
支持即插即用。
●最高速可达2MHz,最大步长为268000000；
●为每台电机提供脉冲、方向控制输出信号，可以控制步进电机和伺服电机；
●自动回原点功能,具有硬件限位功能；
●WINDOWS98/2000/NT/XP下WDM驱动函数库；
●独立轴驱动、脉冲输出、恒速控制、速度控制、非对称直线加减速驱动、S曲线加减速驱动，加减速可设定；
●连续插补驱动、固定线速度控制、位置控制、比较寄存器和软件限制功能、线性插补驱动、圆弧插补驱动、位模式插补驱动。
●输入信号滤波器、外部信号驱动；
●搜寻原位输入、伺服电机各种信号输入（Z相编码器信号、在位信号、报警信号）、中断发生功能、实时监控功能；
●可读回运动中实际位置（编码器输入）；
●I/O口提供8路光隔离输入及16路输出（除XY轴限位，零位以外）；
随卡提供测试软件：
用户只需将运动控制卡插入电脑，并安装上测试软件，无需任何编程即可测试控制卡，驱动器，电机和所连接机械装置的情况。
图3.2MC6212运动控制卡
3.3步进电机的选型
（1）步进电机的基本原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
（2）步进电机的一些特点
1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2.步进电机外表允许的最高温度。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；
一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；
频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
4.步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：
空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。
伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
步进电机的基本参数主要有以下内容：
1.电机固有步距角
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
本课题采用步进电机电机固有步距角为0.9°
/1.8°
2．步进电机的相数
步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°
、三相的为0.75°
/1.5°
、五相的为0.36°
/0.72°
。
在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。
如果使用细分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
本课题采用的是二相步进电机
3.保持转矩（HOLDING
TORQUE）
保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。
比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
本课题采用步进电机的保持转矩为0.44
4．钳制转矩（DETENT
TORQUE）
钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT
TORQUE。
本课题采用步进电机的型号为：
日升42BYG250F系列步进电机如图3.3所示
图3.3步进电机
技术参数见表3.1：
表3.1
电机型号
相数
相电流
步距角
保持转矩
空在启动频率
空载运行频率
转动惯量
重量
A
度
N.m
KPPS
Kg.cm
Kg
42BYG250F
2
1.33
0.9/1.8
0.22
20
0.035
3.4步进电机驱动器的选型
本课题采用步进电机驱动器的型号为：
SH-2H042Ma如图3.4所示
图3.4步进电机驱动器
步进电机驱动器的注意事项
输入电源
若为直流供电，电压误差-15%—+15%,波纹<
5%
若为交流供电，电压误差-30%—+10%，频率为50/60Hz.使用AC220V供电时应采用隔离变压器使用
工作环境
温度：
-10%—+45%，温度：
10—85%不结露，无腐蚀性、易燃易爆、导电性气体或液体；
无金属粉尘
安装
应安装在通风良好、防护妥善的电柜内。
对于风机散热驱动器，注意流出通风通道。
对于靠外壳散热的驱动器，使用时应将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的电柜内，接触面应保证平整或涂上导热硅脂，在其旁边加一风机也可较好散热。
接线
控制线最好采用屏蔽且与电机线或电源等强电分开，特别注意：
严格禁止在与接线端子相连的镀锡！
否则会引起接线端子发热损坏，一般采用导线压片或直接接入，驱动器上的PE端为接地保护端，在未隔离供电的情况下，驱动器和电机必须做接地保护（建议采用隔离变压器供电）
3.5运动控制卡与步进电机驱动器及电机的接线
运动控制卡与步进电机驱动器及电机的接线如图3.5所示。
图3.5运动控制卡与步进电机驱动器及电机的接线
第四章系统软件设计
4.1VB编程软件概述
VisualBasic是Microsoft公司开发的Windows应用程序开发工具，Visual——“可视化的”，是一种开发图形户界面（GUI）的方法。
1991年推出VB1.0，1992、1993、1995、1997、1998,2000相继推出：
2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,VB.Net（7.0）版本5.0,6.0包含三种版本（学习版、专业版和企业版）
Visual的英文含义就是可视化，“可视的Baisc”这个名字可能抽象了点，但实际上它却是最直观的编程方法，之所以叫做“可视化”，你只要看到VB的界面就会明白，实际上你无需编程，就可以完成许多步骤。
VisualBasic在原有BASIC语言的基础上进一步发展，至今包含了数百条语句、函数及关键词，其中很多和WindowsGUI有直接关系。
专业人员可以用VisualBasic实现其它任何Windows编程语言的功能，而初学者只要掌握几个关键词就可以建立实用的应用程序。
VisualBasicScriptingEdition（VBScript）是广泛使用的脚本语言，它是VisualBasic语言的子集，可嵌入HTML语言中，用于网页设计，如ASP（ActiveServerPage）文件。
在VB中引入了控件的概念，在Windows中控件的身影无处不在，如按钮、文本框等，VB把这些控件模式化，并且每个控件都有若干属性用来控制控件的外观，工作方法。
这样你就可以像在画板上一样，随意点几下鼠标，一个按钮就完成了，这些在以前的编程语言下是要经过相当复杂的工作的。
4.2VB的特点
1.具有面向对象的可视化设计工具
2.事件驱动的编程机制
3.提供了易学易用的应用程序集成开发环境
4.结构化的程序设计语言
5.强大的数据库操纵功能
6.ActiveX技术
7.网络功能
8.多个应用程序向导
9.完备的Help联机帮助功能
4.3VB的启动
在单击“新建”按钮后，就可创建该类型的应用程序，并进入到VisualBasic集成开发环境。
如图4.1所示。
当需要退出VisualBasic时，可以关闭VisualBasic集成环境窗口，或通过菜单命令“文件\退出”退出。
图4.3VisualBasic集成开发环境
4.4用户操作界面设计
用户界面是应用程序的重要组成部分,用户第一次接触应用程序就是从界面开始的,一个应用程序的界面往往决定了该程序的易用性与可操作性。
VisualBasic采用在窗体上拖曳控件的方式为创建用户界面提供了非常简便的方法，窗体的设计和规划不仅影响到它本身外观的可观赏性，而且对应用程序的可操作性也起到很重要的作用。
一个良好的用户界面并不是只有专业的美术人员才能设计出来。
用户人机界面如图4.4所示。
图4.2用户人机界面
系统流程图如图4.3所示
图4.3系统流程图
4.5直线插补、圆弧插补的实现
4.5.1直线插补和圆弧插补的原理
直线插补的原理：
从一个象限直线的起点（即坐标远点）出发，当Fm≥0时，沿+X轴方向走一步，当Fm<
0时，沿+Y方向走一步，当两方向所走的步数与终点坐标（Xe,Ye）相等时，发出终点到信号，停止插补。
圆弧插补的原理：
当Fm≥0，沿-X轴方向走一步，当Fm<
4.5.2程序设计
下面一段代码是使两轴以匀速作直线插补:
set_vectorconspeed（2000）设置矢量速度为2000个脉冲；
con2line2（1,2000,2,2500）轴l移动2000个脉冲,轴2移动
2500个脉冲。
下面一段代码是使两轴以梯形速度作直线插补:
set_vectorprofile（500,2000,l000）设置矢量梯形速度:
低速为
500个脉冲,高速为2000个脉冲,加速度为1000个脉冲；
fast_line2（1,2000,2,4000）轴I移动2000个脉冲,轴2移动
4000个脉冲。
部分程序如下：
OptionExplicit
DimAxesNumAsLong轴号
DimlowspeedAsDouble初速度
DimhighspeedAsDouble最高速度
DimAccelAsDouble加速度
DimDisAsLong移动距离
该函数对板卡进行设置,可在窗体加载时调用:
PrivateFunctionSetBoard（）AsInteger
DimRtnAsInteger
Rtn=auto_set（）‘对板卡进行自动设置’
IfRtn<
=0Then‘若自动设置错误则返回0’
SetBoard=-1
ExitFunction
EndIf
Rtn=init_board
0Then
SetBoard=-2
SetBo
升级会员 