数控插补软件设计文献综述格式1

本科生毕业设计(论文)文献综述设计(论文)题目数控插补软件设计作者所在系别机械工程系作者所在专业测控技术与仪器作者所在班级xxxx作者姓名xxx作者学号xxx指导教师姓名xxx指导教师职称xx完成时间2012年2月27北华航天工业学院教务处制—1—说明1．根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。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。2．文献综述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，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3．文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4．学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5．文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。—2—毕业设计（论文）文献综述摘要插补控制功能是数控制造系统的一个重要组成部分，是数控技术中的核心技术。它的性能直接代表制造系统的先进程度，它的好坏直接影响着数控加工技术的优劣，是目前数控技术急需提高和完善的环节之一。本论文首先对数控技术的发展史进行了概述，介绍了数控装置的组成和工作过程其次，在分析传统基准脉冲插补、数据采样插补算法的基础上，着重介绍了数控技术插补原理然后，在软件技术方面详细地分析了逐点比较法、数字积分法、最小偏差法等实用插补算法的组成和特点,最后对数控机床技术做了展望。关键词:数控机床，插补，数控装置—3—AbstractControlofinterpolationisanimportantcinstituentinthenumericalcontrolmanufacturesystem,itsperformancedirectlyrepresentsthelevelofadvancedmanufacturesystem.InterpolationmoduleisthecoretechniqueinNCtechnolgy.ItsqualitywillaffecttheabilityofNCsystemdirectly,anditisthemaintachethattobeimprovedandcompletedindireneed.Atfirstthepapersimplyintroducesnumericalcontroltechnology'sdevelopmenthistory.Secondly,afteranalyzingthetraditionpulseinterpolationandthedatasamplinginterpolation.Afterwards,asforsoftware,structureandfeaturesofutilityinterpolatingalgorithm,suchaspoint-to-pointcomparingmethod,DDAmethodandminimumdeviationmethod,areanalyzedindetails.Finally,bringforwardsomehopeaboutthissubject.KeyWords:Numericalcontrolmachinetool,Interpolation,Numericalcontrolunit—4—1.1引言机床工业是制造业的基础。机床是生产各种技术装备的工作母机。它性能的好坏，直接决定着其它技术装备的质量。而技术装备的性能高低和水平优劣，则直接影响着国民经济各生产部门的产品质量、生产效率和经济效益。所以说，在国民经济的发展之中，提高机床的各部分性能，占着基咄性的重要作用。数控技术的问世，使机械加工进入了自动化的时代。它解决了传统方式难以解决的复杂零件的制造问题，改变了以往机械加工中的周期长、效率低的局面，能充分适应多品种、小批量的现代生产方式，从而大大提高对现代化工业和军事装备需求的能力。因此，数控技术使得机床性能产生了“质”的飞跃，极大地推动了制造业的发展，成为现代制造技术中的基石。在世界著名企业中，数控机床在生产设备中的比例不断提高，如美国波音公司中的数控机床达到约90%，GE公司达到约80%，日本在1990年的时候，机床的数控化率已经为80%。它的制造能力高度发达，无不在于其数控技术的高度发展而形成的强大的自动化制造手段。我国是一个机床生产大国和应用大国，虽然目前研究和使用数控技术的研究机关和厂家不少，并且取得了长足的进步，但是与世界上发达国相比，差距仍然很大，数控技术的研究应用水平还很低。这些都严重制约着我国制造水平的提高。高性能的数控设备依赖进口，不仅代价昂贵而且受到技术限制，有时因为经验和认识上的不足，还会受到很大损失。所以发展民族数控事业，是迫在眉睫的大事。国家在近几个“五年规划”中，都把数控技术的研究列为重中之重。1.2数控技术的发展历程从1952年诞生世界上第一台数控铣床开始到现在，数控技术的发展大致经历了两个阶段和六个时代[1一4]。1.2.1NC阶段数控可以说是军备竞赛的产物。1948年，美国密执安州拉弗斯城帕森公司的帕森(JohnC.Parson)，为了精确地制作出直升飞机叶片的样板，首先设想出用电子信号来控制坐标锁定的想法。限于当时的电子技术水平和计算机技术水平，为了实现这种想法，在MIT的协助下，经过约三年的努力，于1952年成功研制出采用电子管、继电器和模拟电路构成的三坐标连续轨迹控制铣床的试验样机，通常称之为第一代数控机床(NC)。此机床的伺服机构采用一台控制用的小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。其插补装置采用脉冲乘法器。这台NC机床的研制成功标志着NC技术的开创和机械制造的一个新的、数字控制时代的开始。随着电子器件的发展，NC阶段的数控系统经历了三个时代:第一代数控:1952一1959年采用电子管构成数控系统。第二代数控:从1959年开始采用晶体管构成数控系统。第三代数控:从1965年开始采用小、中规模的集成电路。至此，数控技术在工业发达国家进入了应用阶段。以上所述的三代数控系统，机床的各项功能控制，都是由硬件逻辑完成的，因此称它们为“硬线”数控(亦即NC)。NC一经设计之后，就无法进行更改，而且电路复杂，难于编程，限制了其进一步的发展和应用。1.2.2CNC阶段到二十世纪七十年代，通用小型计算机开始成批生产，其性能特别是运算速度比原来有了大幅度的提高。因此用它来做数控系统的核心部件成为了可能。从此数控技术也进入了计算机数控—5—(CNC)阶段。1970年，在美国芝加哥机床的博览会上，展出了由小型计算机为核心的计算机数控系统(CNC)，标志着数控系统进入了以计算机为主体的第四代。至此，机床功能由原来硬件逻辑实现改为现在由软件来实现，称之为“软连接”系统。软件的灵活性，极大地推动了CNC的发展。1974年，出现了以微处理器为基础的CNC，象征着数控系统进入第五代。微处理器的应用，进一步缩小了工作母机的体积，降低了成本，并且由于CRT的应用，简化了编程操作。由此，CNC达到了一般企业可以接受和普及的程度。1977年，美国麦道飞机公司推出了多处理器的分布式CNC系统，使CNC进入第六代。其特征是大规模集成电路，大容量高可靠的磁泡存储器的应用，可编程接口和为附S用的遥控接口，控制功能更为完备，基本上完成了标准型单机系统的开发。自1981年以来，CNC进入第七代，达到了全功能的技术特征。其体系结构朝着柔性模块化方向发展，辅助软件发展很快，具有交互式对话编程，三维图形校验，实时多任务操作和向机床制造厂提供二次开发手段，以便使其纳入机床制造厂的丰富工艺经验。在产品上，实现了标准化、系列化，可以按用户需求来分别扩充、裁剪，以满足各种不同层次上的需求。目前最新型的CNC处于第八代，它的技术特征是面向高速度、高精度，成为实现柔性制造系统((FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、工厂自动化(FA)的基础。当前先进的数控系统主要有日本FANUC公司的161，181系列，‘德国西门子公司的SINUMERIK850/880系列，西班牙FAGOR公司的8030，8050系列，NUM公司的NUM150，海德汉公司的TNC426，Mi1lplus系列等等。这些公司的产品代表了当前数控技术的最高水平，所有这些系统大都具有五轴联动功能，能够控制较高的主轴转速和进给速度，并且具有丰富的图形功能和自动程序设计功能。某些产品还具有网络功能。1.2.3我国数控伎术的发展我国的数控技术已有四十多年的发展历史，其间经历起步、停滞、引进和消化、开发和创新等几个阶段〔5，6〕。从1958年起，一些科研院所、高等学校和少数机床厂开始进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件、加工工艺技术落后、部门经济等因素的制约，未能取得较大的发展，科研和生产基本处于停滞状态。1980年开始，我国先后从日本和德国引进数控制造技术合作生产数控机床，打破了国产数控技术徘徊不前的局面。此后，经过“六五”(1981一1985)的技术引进、散件组装，“七五”(1986一1990)期间的消化吸收、国产化，“八五”(1991一1995)国家组织的科技攻关和“九五”(1996一2000)国家组织的产业攻关，使我国的数控系统技术获得了质的飞跃，开发出一批具有自主版权的中高档数控系统。中国珠峰数控公司的中华I型(型号CME988)采用工业PC机作为主控板(IPC486DX/33)，CPU为32bit486微处理器，实现了多功能控制系统。北京航天数控集团自行开发的航天I型(型号以SNUCgH砒)采用与通用PC机体系结构兼容的总线式、模块化、开放型嵌入式结构，构成了典型的前后结构数控系统，较好地解决了实时多过程控制。华中理工大学开发的华中I型(NHCI)以32位工控机为硬件主体，配置了具有曲面造型与自动编程的CAD功能软件，能进行—6—复杂曲面的造型、数控加工规划、NC程序生成、干涉检验和加工仿真，并实现了曲面直接插补功能。此外，中科院沈阳计算所研制的蓝天I型、北京航空航天大学的CH2010也都是基于PC平台的数控系统，各具特色。这些拥有自主版权的高档数控系统的开发成功，表明我国已经具备开发、生产中、高档数控系统的能力，打破了过去巴统禁运的限制，为我国高档数控机床的发展提供了技术支撑，在技术上和战略上都具有重要意义。数控系统中的插补技术2.1引言插补模块是整个数控系统中极其重要的功能模块之一。在数控加工中，首先根据工件设计图和加工工艺要求编写出零件加工程序，然后将其输入到数控系统中。经过数控系统软件的译码和预处理后，根据设定参数开始进行插补运算处理，得到刀位点位置等数据。伺服系统根据获得的数据协调控制各坐标轴的运动，从而获得所要求的刀具位置姿态和运动轨迹，加工出所要求的工件外形（1，11）。具体而言，插补就是根据零件轮廓尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，按照一定的数学方法在理想的轨迹或轮廓上的已知点之间确定一些中间点，从而逼近理想工件外形轮廓。换句话说，插补过程就是对给定曲线进行“数据点的密化”过程。插补算法的选择将直接影响到系统的精度、速度和加工能力。在早期的数控系统中，插补过程由专门的数字逻辑电路完成。这种用硬件实现的插补的运算速度很快，但是灵活性较差。目前，随着计算机水平的提高，在CNC系统中，插补功能大多采用软件的方法来实现。对插补算法的一般要求有:插补所需的原始数据较少;算法简单，运算速度快;插补精度高，没有累积误差;能控制进给速度。2.2数控系统常用的插补控制方案插补技术是CNC系统实现轨迹控制的基础，插补运算是CNC系统软件实现运动控制的核心模块。它依据零件加工NC程序给定的基本数据，通过实时计算密化加工轨迹，输出各轴的进给分量，控制机床按NC程序给定的速度沿给定的加工轨迹运动。作为数控机床实现高速