基于旋转轴运动插补的五轴联动加工非线性误差控制研究

8机电技术2017年8月

基于旋转轴运动插补的五轴联动加工非线性误差控制研究#

陈健金1王至昊2张凯1杜潘3

(1.上海拓璞数控科技股份有限公司，上海201111;2.青特集团有限公司，山东青岛266109;

3.中国航天科技集团公司长征机械厂，四川成都610100)

摘要:五轴联动加工过程中会出现一类非线性误差一偏摆误差。首先，针对此类误差的产生进行了原理性说明，并 建立了误差与两个旋转轴运动角度之间的运算关系;进而，对加工刀路中的误差超差位置进行判断，并通过限制旋转轴的运 动角度来控制误差;最后，通过仿真和加工试验证明了该算法能够有效控制加工中的此类误差，更好的保证工件加工精度。

关键词:五轴加工;偏摆误差;刀轴矢量;旋转轴

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号=1672-4801(2017)04-008-04

D01:10.19508/https://www.wendangku.net/doc/c015663691.html,ki.l672-4801.2017.04.003

相对于三轴数控机床，五轴数控机床引人了 两个旋转运动轴，使刀具相对于工件的加工运动 变得更加灵活，从而具备了加工复杂工件的能力。然而，也出现了比三轴机床更加复杂的问题, 比如:五轴联动过程中，刀具刀轴矢量的插补发生 在前置处理与后置处理两个阶段;前置处理阶段 插补生成理论刀轴矢量，后置处理阶段插补生成 实际刀轴矢量;当刀具在两个刀位点之间进行加 工时，两个阶段插补方式的不同会导致实际刀轴 矢量与理论刀轴矢量不重合，从而使刀具发生小 角度偏摆而脱离理论加工轮廓，出现一类非线性 误差一^摆误差。

在非线性误差控制方面，国内外许多学者都 做了大量的相关研究。国内，吴大中等[1]针对双转 台类五轴机床建立了非线性误差的误差值估计模 型，并结合加工中的线性插补原理提出了一种非 线性误差控制策略。姬俊锋等[2]在前置处理计算 刀具轨迹的过程中考虑了非线性误差，提出一种 走刀步长控制算法来保证非线性误差满足精度要 求。樊留群等[3]X才机床旋转轴旋转角度的插补原 理进行了分析，指出了非线性误差完全来源于旋 转轴角度的线性插补方式，并提出通过控制加工 中的刀轴矢量完全在相邻两刀位点刀轴矢量组成 的平面上来控制非线性误差的产生。杨旭静等[4] X才垂直于走刀方向上的非线性误差产生机理进行 了分析，提出了非线性误差与相邻刀轴矢量夹角 *之间的关系式，从而通过控制理论刀轴矢量间的 夹角来控制非线性误差。国外，REMUS等[5]通过 机床的运动反求来计算线性插补引起的几何误 差。LIANG等结合线性及圆周插补技术对非线性误差进行控制,并通过修正刀具姿态来降低 非线性误差。MANN等?建立数控机床的运动链 并结合仿真来控制非线性误差。总结前人的研究 成果,非线性误差控制途径主要有3种：1)针对平 行于走刀方向上的非线性误差进行近似计算，通 过控制走刀步长的方法来控制误差大小。但该类 方法忽略了走刀方向的空间内的非线性误差。2) 将三维空间中的非线性误差投影到二维空间中，以二维平面内的弦高误差值来近似估计非线性误 差，通过细分走刀步长的方式来减小弦弧逼近误 差，从而控制非线性误差。但该类方法控制精度 不高。3)从三维空间对非线性误差进行分析，采 用对前置处理阶段生成的刀轴矢量进行细化的方 式来控制非线性误差。该类方法相对于前两种方 法而言控制精度更高，但忽略了保证加工时机床 旋转轴的运动连续性。

本文首先说明了前置处理与后置处理两个阶 段的刀轴矢量插补方式，通过分析两种插补方式 下相邻刀位点之间旋转轴的运动轨迹来说明该类 偏摆误差的产生原理。然后，通过机床旋转轴运 动学模型建立了理论刀轴矢量与旋转轴运动角度 之间的关系,提出了通过优化旋转轴运动角度来

*上海市科委项目（15DZ1161002);上海特种数控装备及工艺工程技术研究中心项目（17DZ2283200);四川省科技计划项目(2015GZ0020)

作者简介:陈健金(1985—),男，工程师，研究方向:航空航天特种装备及加工工艺。

运动控制卡设计步骤

运动控制卡开发四步曲 1使用黑金开发板实现脉冲控制的运动控制卡 运动控制器第一步：实现简单脉冲控制系统 方式、 占空比 可编程 脉冲输 出 1.1使用Quartus II软件建立SOPC工程，按照上图建立添加所需CPU及外设。 1.2使用Nios II建立UC-OS-II工程。 1.3在UC-OS-II中建立一个任务，用于收发以太网数据，跟上位机通讯。 1.4在Quartus II中加入编码器解析模块，将来自编码器的AB信号转化成位置和速度，并支持总线读写，最高编码器脉冲频率20M。 1.5在Quartus II中加入脉冲输出模块，实现CPU发出的脉冲速度和脉冲数，最高输出脉冲频率8M。 1.6在Nios II中规划速度曲线，周期200us输出一个脉冲速度。 1.7连接驱动器和电机进行调试。 1.8加入缓冲控制。 1.9加入高速捕获功能。 1.10加入回零功能。

2使用DSP开发板+黑金开发板实现脉冲控制的运动控制卡 运动控制器第二步：DSP+FPGA脉冲控制系统 方式、 占空比 可编程 脉冲输 出 电压保护 2.1在第一步的系统中，增加与DSP通信的模块。 2.2Nios II中接收到上位运动指令之后，发出中断信号给DSP，DSP读取运动数据。 2.3DSP读取位置信号，规划出速度曲线输出到FPGA输出脉冲。 3. 连接驱动器和电机进行调试。 3使用DSP开发板+黑金开发板实现速度控制的运动控制卡

运动控制器第三步：DSP+FPGA 速度控制系统 8路模 拟量输出 3.1在第二步的基础上，在DSP 中增加位置环调节算法，输出速度曲线到FPGA ，FPGA 控制DA 输出模拟量。 3.2连接驱动器和电机进行调试。 4实现速度控+脉冲制的运动控制卡 电压保护 运动控制器第四步：DSP+FPGA 速度控制运动控制器 8路模 拟量输出 16方式、占空比可编程脉冲输出 线驱动器

matlab处理非线性误差估计

用matlab拟和模型参数和计算参数误差 Matlab用以建立数学模型是一个很好的工具。对模型函数的评价，一个很重要的方法就是最小二乘（Least squares）由least mean squares这个方法得到。假如有点集P(X, Y)，每一个点 P(i) 由X(i), Y(i) , i = 1 ~ m组成；模型 Y_fit = F( A, X ), Y_fit(i) = F(A, X(i) ); 其中A= A(1) A(2) … A(n)是模型的n个参数。least mean squares = (1/m) * sum ((Y(i) - Y_fit(i) ).^2) (i = 1 ~ m)。 一个好的模型，least mean squares就小；而另一方面，如何得到模型参数A，使得least mean squares有最小值，就是所谓的，最小二乘拟合（least squares curve fitting）了。 简介： 模型有线性和非线性之分。对于线性模型，求参数，其实就是求一步矩阵的逆（稍候我们可以看到）。而非线性模型，往往不能一步就得到结果，所以就需要多步逼近。就这样，在众多的多步逼近的方法中，最快收敛于最佳参数值的方法就比较垂青。这中间，最强的当然就是Newton 法： A: n+1 = A: n + (Hessen ( L ))^-1 * grad(L) 这里Hessen ( L )是被拟合的模型函数的least mean squares方法的Hessen 矩阵。grad(L)是她的梯度矩阵。参数矩阵A的当前值是A:n和下一步值A: n+1。 这个方法包含了一个求hessen矩阵的逆的运算。其实，这个方法难的不是这个逆，而是如何得到Hessen矩阵和梯度矩阵。梯度矩阵还好说，就是least mean squares方法的对各个参数的一介偏导数。而Hessen矩阵包含了一介偏导数的组合（主要是相乘），和二介偏导数。当然，许多模型的二介偏导数相对于一介偏导数的组合是一个比较小的量，特别是线性模型，就没有二介偏导（所以，线性模型可以直接求出参数）。于是，新的方法就利用这个特点，将逼近限制在一介偏导数构成的伪Hessen矩阵上。这就诞生了两个比较著名的方法 Gauss-Newton 法和Levenberg-Marquardt法。 Gauss-Newton 法直接用Jacobian 行列式代替 Hessen矩阵，用least squares 值代替梯度（注意，不是least mean squares，因为当用Jacobian 行列式代替Hessen矩阵时，中间有一个自由度的差别）这里的拟合就变成了 A: n+1 = A: n + (Jacobian ( L ))^-1 * L （对L的定义会在下文中给出） 因为越是接近最佳值（或者临界值），Jacobian ( L )就越是畸形，所以在实际的计算机运算中，求逆这一步都用所谓的帽子运算符 (假如 J= Jacobian

加工误差统计分析实验指导

加工误差统计分析实验 一、实验目的 1、巩固已学过的统计分析法的基本理论； 2、掌握运用统计分析法的步骤； 3、学习使用统计分析法判断和解决问题的能力。 二、实验设备与仪器 电感测量仪、块规、千分尺、试件（滚动轴承滚柱）、计算机。 三、实验原理和方法 在机械加工中，应用数理统计方法对加工误差（或其他质量指标）进行分析，是进行过程控制的一种有效方法，也是实施全面质量管理的一个重要方面。其基本原理是利用加工误差的统计特性，对测量数据进行处理，作出分布图和点图，据此对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性等进行识别和判断，进而对加工误差作出综合分析。 1、直方图和分布曲线绘制 1）初选分组数k 2 找出样本数据的最大值X imax和最小值X imin，并按下式计算组距： 式中：k——分组数，按表选取； X max和X min——本组样本数据的最大值和最小值。 选取与计算的d值相近的且为测量值尾数整倍数的数值为组距。 3）确定组界 各组组界为： min (i1)d 2 d X+-± (i=1,2,…,k)，为避免样本数据落在组 界上，组界最好选在样本数据最后一位尾数的1/2处。 4）统计各组频数 频数，即落在各组组界范围内的样本个数。 频率=频数/样本容量 5）画直方图 以样本数据值（被测工件尺寸）为横坐标，标出各组组界；以各组频数为纵坐标，画出直方图。 6）计算总体平均值与标准差

平均值的计算公式为 1 1n i i X X n ==∑ 式中：X i ——第i 个样本的测量值； n ——样本容量。 标准差的计算公式为 s =7）画分布曲线 若研究的质量指标是尺寸误差，且工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线；若研究的资料指标是形位误差或其他误差，则应根据实际情况确定其分布曲线。画出分布曲线，注意使分布曲线与直方图协调一致。 8）画公差带 按照与以上分布曲线相同的坐标原点，在横轴下方画出被测零件的公差带，以便与分布曲线相比较。 公差根据试件类型、规格查国标手册可得到。 2、X -R 图绘制 1）确定样组容量，对样本进行分组 样组容量一般取m=2~10件，通常取4或5，即对试件尺寸依次按每4~5个一组进行分组，将样本划分成若干个样组。 2）计算各样组的平均值和极差 对于第i 个样组，其平均值和极差计算公式为 1 1m i ij j X X m ==∑， max min i i i R X X =- 式中：i X ——第i 个样组的平均值； i R ——第i 个样组的标准差； ij X ——第i 个样组第j 个试样的测量值； max i X ——第i 个样组数据的最大值； min i X ——第i 个样组数据的最小值。 3）计算X -R 图的控制线 X -R 图的控制线为 样组平均值X 图的中线 1 1m k i i m X X k ==∑ 样组平均值R 图的中线

运动控制卡概述

运动控制卡概述 ? ?主要特点 ?SMC6400B独立工作型高级4轴运动控制器 功能介绍: 高性能的独立工作型运动控制器以32位RISC为核心，控制4轴步进电机、伺服电机完成各种功能强大的单轴、多轴运动，可脱离PC机独立工作。 ●G代码编程 采用ISO国标标准G代码编程，易学易用。既可以在文本显示器、触摸屏上直接编写G代码，也可以在PC机上编程，然后通过USB通讯口或U盘下载至控制器。 ●示教编程 可以通过文本显示器、触摸屏进行轨迹示教，编写简单的轨迹控制程序，不需要学习任何编程语言。 ●USB通讯口和U盘接口 支持USB1.1全速通讯接口及U盘接口。可以通过USB接口从PC机下载用户程序、设置系统参数，也可用U盘拷贝程序。

●程序存储功能 程序存储器容量达32M，G代码程序最长可达5000行。 ●直线、圆弧插补及连续插补功能 具有任意2-4轴高速直线插补功能、任意2轴圆弧插补功能、连续插补功能。应用场合: 电子产品自动化加工、装配、测试 半导体、LCD自动加工、检测 激光切割、雕铣、打标设备 机器视觉及测量自动化 生物医学取样和处理设备 工业机器人 专用数控机床 特点: ■不需要PC机就可以独立工作 ■不需要学习VB、VC语言就可以编程 ■32位CPU, 60MHz, Rev1.0 ■脉冲输出速度最大达8MHz ■脉冲输出可选择: 脉冲/方向, 双脉冲 ■2-4轴直线插补 ■2轴圆弧插补 ■多轴连续插补 ■2种回零方式 ■梯型和S型速度曲线可编程

■多轴同步启动/停止 ■每轴提供限位、回零信号 ■每轴提供标准伺服电机控制信号 ■通用16位数字输入信号，有光电隔离 ■通用24位数字输出信号 ■提供文本显示器、触摸屏接口 技术规格: 运动控制参数 运动控制I/O 接口信号 通用数字 I/O 通用数字输入口 通用数字输出口 28路，光电隔离 28路，光电隔离，集电极开路输出 通讯接口协议

加工误差统计分析实验指导

加 工误差统计分析实验 一、实验目的 1、巩固已学过的统计分析法的基本理论； 2、掌握运用统计分析法的步骤； 3、学习使用统计分析法判断和解决问题的能力。 二、实验设备与仪器 电感测量仪、块规、千分尺、试件（滚动轴承滚柱）、计算机。 三、实验原理和方法 11234）统计各组频数 频数，即落在各组组界范围内的样本个数。 频率=频数/样本容量 5）画直方图 以样本数据值（被测工件尺寸）为横坐标，标出各组组界；以各组频数为纵坐标，画出直方图。 6）计算总体平均值与标准差 平均值的计算公式为 1 1n i i X X n ==∑ 式中：X i ——第i 个样本的测量值； n ——样本容量。

标准差的计算公式为 s =7）画分布曲线 若研究的质量指标是尺寸误差，且工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线；若研究的资料指标是形位误差或其他误差，则应根据实际情况确定其分布曲线。画出分布曲线，注意使分布曲线与直方图协调一致。 8）画公差带 按照与以上分布曲线相同的坐标原点，在横轴下方画出被测零件的公差带，以便与分布曲线相比较。 公差根据试件类型、规格查国标手册可得到。 2、X 123X -R 1 m k i i R = 2U 1U R 样组平均值X 图的下控制线 2L X X A R =- 样组平均值R 图的下控制线 2L R D R = 式中：A 2、D 1、D 2——常数，见下表； k m ——样组个数。 4）绘制X -R 图 以组序号为横坐标，分别以各样组的平均值X 和极差R 为纵坐标，画出X -R 图，并在图上标出中线

和上、下控制线。 3、工序能力系数计算 工序能力系数P C 按下式计算：= 6P T C σ（或P C P δ=） 根据工艺能力系数P C 的大小，可将工艺分成5个等级。 （1） 1.67P C >，为特级，说明工艺能力过高，不一定经济。 （2）1.67 1.33P C ≥>，为一级，说明工艺能力足够，可以允许一定的波动。 （3）1.33 1.00P C ≥>，为二级，说明工艺能力勉强，必须密切注意。 （4）1.000.67P C ≥>，为三级，说明工艺能力不足，可能会出现少量不合格品。 （5）0.67P C ≤，为四级，说明工艺能力不行，必须加以改进。 2．按试件的基本尺寸选用块规； 3．调校电感测量仪； 4．在电感测量仪上按序号顺次测量试件的外径，为保证测量的准确性和可靠性可在其上测量三个点，取其平均值，把结果填入表中。 5．清理实验现场，收拾所用仪器、量具、工具等。 6．整理实验数据，绘图。 五、思考题 （1）分布图主要说明什么问题？（2）X -R 图主要说明什么问题？ （3）分析产生加工误差的主要因素有哪些？（4）分析工艺过程稳定（或不稳定）的原因。

维宏维鸿四轴真四轴联动雕刻机运动控制卡说明书word版本

1.1维鸿系统的安装 在安装新的维鸿前，请删除旧版本的维鸿。删除的方法请参考程序卸载一节。维鸿系统包括软件和运动控制卡两部分。所以，系统的安装也分为两个阶段：软件安装和运动控制卡的安装。 总体上，请您在安装完软件之后再安装运动控制卡，这样运动控制卡的驱动 程序就不需要单独安装。所以简单以说，可以分为这样几个步骤： (1)安装维鸿软件，待安装程序提示关闭计算机后，关闭计算机。 (2)关闭计算机后，安装运动控制卡。 (3)重新启动计算机，进入Windows操作系统后，略微等待一会，待Windows 自动完 成配置，整个安装工作就算完成了。 (4)运行维鸿系统。 下面详细介绍其中的关键步骤。 维鸿软件安装 请按照下面的步骤安装软件： (1)打开计算机电源，启动计算机，系统自动运行进入Windows操作系统。 如果你还没有安装Windows操作系统，请首先安装该操作系统。 (2)Windows操作系统启动后，注意请关闭其他正在运行的程序。 (3)解压维鸿V2.0免安装包，打开里面的dotNetFrameWork文件夹，安装 dotNetFx40_Full_x86_x64.exe (4)打开维鸿V2.0文件夹，右键创建桌面快捷方式

(5)双击打开桌面快捷键方式，运行维鸿。 NcStuHio.... 维鸿软件驱动安装 USB 设备驱动支持XP 、win7或win8等32位操作系统，任何一个小的错误 都有可能安装驱动失败。 1. 将USB 数据线连接到电脑任意 USB 接口，若出现新硬件向导信息提示 中选“是，仅这一次(I ) ”选项，点击“下一步”。在出现新硬件向导信息提示 中选“从列表或指定位置安装(高级)”选项，点击“下一步”。 X Nc^tudi^.exe 二 NcStudia.txe.config 话 ” Ncituclio.ini ,INcstudi? 」Ncitudisoooooao 込 Noiijdll Ncuixllljcorifiig O public.dat X WHDJcc 空 2y U S B Ds vAtkr .d 11 2015-S^I 14:21 创建日! S9J KB 36D 云盘 嵯(H) WifilVlerge 康用360im 占用 梔用3讯動删住 隹角北0时本旦云査棗 梅用何勰右歸理 口上传到百度云 雄到任务栏(K) 附刹［幵冏菓鱼(U) 瓯以前旳龄S 盘送對㈣ 蛊切⑴ 复制(0 IW) 创建快捷方式(S) 892 KE Figurdti... 1 KB 1 KB 73 KB 2 KG 4展 1,243 KB Team Viewer 辫 传惑初 Q 压宿izi p p E d)艾彳牟宝 邮件阳牛人 ■ ,DVD RW 3動髓 ?

DDS的误差分析

DDS 的误差分析 摘要：随着电子技术的不断发展，被测系统的工作频率、复杂程度不断提高，对激励信号源的输出信号带宽、输出波形的复杂度提出了更高的要求。基于直接数字合成技术的任意波形合成方法，以其信号产生方式灵活、频率分辨率高、频率切换速度快等诸多优点，在现代时域测试中得到了广泛的应用。 可是DDS 的杂散分量较多，严重影响了基于 DDS 的任意波形合成输出信号的波形质量，限制了任意波形合成技术的更广泛应用。针对 DDS 输出信号杂散分析与抑制一直是研究的热点，也有大量的技术被提出。本文将从相位截断、幅度量化误差和DAC 非线性等三个方面来讨论误差的产生以及一些基本的消除方法。 关键词：直接数字合成 任意波形合成 相位截断 幅度量化 DAC 非线性 １ ＤＤＳ的原理 １.１ ＤＤＷＳ DDWS 主要由地址发生器、波形查找表、数模转换器和可变时钟发生器组成。根据预定的采样频率、所需信号的时域特征、波形长度等参数，由信号的数学表达式计算出各信号点幅度值，经过量化后按采样顺序预先存储在波形查找表中。可变时钟发生器按照用户设置的采样频率输出相应的时钟信号。每一个时钟信号的上升沿，地址发生器的输出地址加 1，地址发生器的输出地址对波形查找表寻址，逐点读出波形数据，经数模转换后生成相应的输出信号。设可变时钟频率为f Ｓ，若周期波形每个周期由 n 个采样点构成。 １.２ ＤＤＦＳ 由于 DDWS 产生新的频率必须通过更改采样时钟的频率或波形存储器中的数据点数来实现，作为振荡器应用具有较大的局限性。因此提出了如图 2-2 所示基于相位累加器的改进模型，即直接数字频率合成(DDFS)。DDFS 系统主要由固定时钟发生器、相位累加器、波形查找表、数模转换器和低通滤波器等组成。在采样时钟的控制下，N 位的相位累加器以频率控制字 K 进行累加，截取高 M 位作为相位地址对波形查找表进行寻址，输出相应的 D 位幅度信息，完成波形相位到幅度的转换。输出的波形幅度信息通过数模转换器得到相应的模拟信号输出，低通滤波器滤除杂散分量，保证输出波形的纯度。 DDFS 的输出频率f ｏ 和采样时钟f Ｓ之间的关系为： s N o f K f 2

插补原理

插补原理：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。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，插补算法是整个数控系统控制的核心。插补算法经过几十年的发展，不断成熟，种类很多。一般说来，从产生的数学模型来分，主要有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，主要有脉冲增量插补(也称为基准脉冲插补)和数据采样插补[26]。脉冲增量插补和数据采样插补都有个自的特点，本文根据应用场合的不同分别开发出了脉冲增量插补和数据采样插补。 1数字积分插补是脉冲增量插补的一种。下面将首先阐述一下脉冲增量插补的工作原理。2.脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。这种插补算法主要应用在开环数控系统中，在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm，较精密的机床取1或0.5 。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为1~3m/min。脉冲增量插补主要有逐点比较法、数据积分插补法等。逐点比较法最初称为区域判别法，或代数运算法，或醉步式近似法。这种方法的原理是：计算机在控制加工过程中，能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需要的工件，用步进电机或电液脉冲马达拖动机床，其进给方式是步进式的，插补器控制机床。逐点比较法既可以实现直线插补也可以实现圆弧等插补，它的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，速度变化小，调节方便，因此在两个坐标开环的CNC系统中应用比较普遍。但这种方法不能实现多轴联动，其应用范围受到了很大限制。对于圆弧插补，各个象限的积分器结构基本上相同，但是控制各坐标轴的进给方向和被积函数值的修改方向却不同，由于各个象限的控制差异，所以圆弧插补一般需要按象限来分成若干个模块进行插补计算，程序里可以用圆弧半径作为基值，同时给各轴的余数赋比基值小的数(如R/2等)，这样可以避免当一个轴被积函数较小而另一个轴被积函数较大进，由于被积函数较小的轴的位置变化较慢而引起的误差。4.2 时间分割插补是数据采样插补的一种。下面将首先阐述数据采样插补的工作原理。2.1 数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期执行一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，进而得出下一插补点的指令位置。与基准脉冲插补法不同的是，计算出来的不是进给脉冲而是用二进制表示的进给量，也就是在下一插补周期中，轮廓曲线上的进给段在各坐标轴上的分矢大小，计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差使实际位置跟随指令位置的目的。数据采样法的插补周期可以等于采样周期也可以是采样周期的整数倍；对于直线插补，动点在一个周期内运动的

运动控制卡应用编程技巧

运动控制卡应用编程技巧 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 关于源代码的阅读，需要读者有一定的C++编程基础，至少对以下表示形式不会产生误解：const char *pString; //指定pString邦定的数据不能被修改 char * const pString; //指定pString的地址不能被修改 const char * const pString; //含上面两种指定功能 当然，随便提醒一下，这些源代码若需要加入你的软件工程当中，还需要作一些调整和修改，因此，这些源代码实质上称为伪代码也可以，之所以展现它们，是让程序员们有个可视化的快感，特别是那些认为源代码就是一切的程序员。 同时，为了提高针对性，大部分控制卡调用的函数会明确指出是邦定哪些卡的，实际应用时，程序员可自行选择，以体现一下自己的智商是可以写写软件的。 一、控制卡类的单一实例实现 把控制卡类作一个类来处理，几乎所有C++程序员都为举双手表示赞同，故第一个什么都没有的伪代码就此产生，如下表现： class CCtrlCard { public:

…Function public: …attrib } 于是，用这个CctrlCard可以产生n多个控制卡实例，只要内存足够。然而，针对现实世界，情况并不那么美好。通常情况下，PC机内只插同种类型的控制卡1到2张，在通过调用d1000_board_init或d3000_board_init函数时，它们会负责返回有效卡数nCards，然后从0-nCards*4 - 1自行按排好轴数。初始化函数就是C++的new或malloc的操作，取得系统的资源，但是控制卡的资源与内存不一样，取得资源后必需要释放才可以再次获取，即控制卡资源是唯一的。 既然控制卡资源是唯一的，那么最好Cctrlcard产生的实例也是唯一的，这样，我们可以方便的需要定义一个全局变量即可: CctrlCard g_Dmcard; 在其它需要调用的地方，进行外部呼叫： extern CctrlCard g_DmcCard; 以上方法实在太简单了，很多人都会开心起来。实质上，方法还有很多，即然可以产生n 多对实例，我们的核心是只要保证调用board_init函数一次即可，故也可以单独定义一个InitBoard函数： class CctrlCard {

机械加工误差分析实验报告

机械加工误差的综合分析 ------统计分析法的应用一、实验目的

运用统计分析法研究一批零件在加工过程中尺寸的变化规律，分析加工误差的性质和产生原因，提出消除或降低加工误差的途径和方法，通过本实验使同学能够掌握综合分析机械加工误差的基本方法。 二、实验用仪器、设备 1．M1040A型无心磨床一台； 2．分辨率为0.001mm的电感测微仪一台； 3．块规一付（尺寸大小根据试件尺寸而定）； 4．千分尺一只； 5．试件一批约120件， 6．计算机和数据采集系统一套。 三、实验容 在无心磨床上连续磨削一批试件（120件），按加工顺序在比较仪上测量尺寸，并记录之，然后画尺寸点图和X---R图。并从点图上取尺寸比较稳定（即尽量排除掉变值系统性误差的影响）的一段时间连续加工的零件120件，由此计算出X、σ，并做出尺寸分布图，分析加工过程中产生误差的性质，工序所能达到的加工精度；工艺过程的稳定性和工艺能力；提出消除或降低加工误差的措施。

四、实验步骤 1. 按被磨削工件的基本尺寸选用块规，并用气油擦洗干净后推粘在一起； 2. 用块规调整比较仪，使比较仪的指针指示到零，调整时按大调---微调---水平调整步骤进行（注意大调和水平调整一般都予先调好），调整好后将个锁紧旋钮旋紧，将块规放入盒中。 3. 修正无心磨床的砂轮，注意应事先把金刚头退后离开砂轮。将冷却液喷向砂轮，然后在按操作规程进刀，修整好砂轮后退刀，将冷却液喷头转向工件位置。 4. 检查磨床的挡片，支片位置是否合理（如果调整不好，将会引起较大的形变误差）。对于挡片可通过在机床不运转情况下，用手将工件沿着支片紧贴挡片前后推动，同时调整前后螺钉，直至工件能顺利、光滑推过为宜。 5. 按给定尺寸（Φd-0.02）调整机床，试磨五件工件，使得平均尺寸应保证在公差带中心稍偏下为宜，然后用贯穿法连续磨削一批零件，同时用比较仪，按磨削顺序测量零件尺寸并记录之。 6. 清理机床，收拾所用量具、工具等。 7. 整理实验数据，打印做实验报告。 五、实验结果及数据处理 该实验选用M1040A型无心磨床和块规一付 （1）实验原始数据

传感器作业——非线性误差分析

学生：XXX 学号：XXXXXXXXXXX 传感器的非线性误差 仪器仪表等测量工具的输入、输出（测量、结果）分别作为直角坐标系的纵轴、横轴，选择适合的坐标轴，并将理想的输入输出对应点标入坐标，可以得到一条理想输入输出关系曲线。将实际的输入输出对应点标入坐标，可以得到一条实际输入输出关系曲线。最理想的情况下这两条曲线应该重合，实际上是不可能做到的，这时两条曲线之间的距离就是非线性误差。 一、输入输出曲线的拟合方式： 1）直线拟合： 直线拟合大致想到以下几种方式： 1.以最大△y值判断最佳拟合直线： 由于只需要在传感器工作范围内拟合，故只在其工作范围内进行输入输出直线的拟合。用直线段在其范围内对其拟合，每段拟合直线段都将对应得到一个最大△y值，拟合直线不同，各自最大△y值也不同。其中最大△y值最小的直线，即为此种拟合方式下对应的最佳拟合直线。 2.以最小二乘法的方式得到最佳拟合直线： 以最小二乘方式拟合即为用其误差的平方和判断。在传感器工作范围内，用直线段对其进行拟合，每段拟合直线段都将对应得到一个误差的平方和值，拟合直线不同，各自误差的平方和也不同。其中误差的平方和最小的直线，即为此种拟合方式下对应的最佳拟合直线。 2）离散的方式拟合： 用阶梯型的曲线在工作范围内对其进行拟合。每两个阶梯之间的距离即为所用硬件计算的最小时间（或最小时间的2N倍），则最大误差△y由硬件的运算速度决定。 二、常用的非线性传感器的误差补偿方法： 非线性传感器的误差补偿方法从硬件方面讲，有补偿电路；从软件方面讲，有神经网络法、数据融合法等；此外也有将软件硬件技术结合起来的方法。 1）硬件补偿： 采用传感器电桥电路非线性误差的反馈补偿法。

运动控制卡C程序示例

2. VC 编程示例 2.1 准备工作 (1) 新建一个项目,保存为“ VCExample.dsw ”； (2) 根据前面讲述的方法,将静态库“ 8840.lib ”加载到项目中； 2.2 运动控制模块 (1) 在项目中添加一个新类,头文件保存为“ CtrlCard.h ”,源文件保存为“ CtrlCard.cpp ”； (2) 在运动控制模块中首先自定义运动控制卡初始化函数,对需要封装到初始化函数中的库函数进行初始化； (3) 继续自定义相关的运动控制函数, 如：速度设定函数,单轴运动函数,差补运动函数等； (4) 头文件“ CtrlCard.h ”代码如下： # ifndef __ADT8840__CARD__ # define __ADT8840__CARD__ 运动控制模块 为了简单、方便、快捷地开发出通用性好、可扩展性强、维护方便的应用系统,我们在控制卡函数库的 基础上将所有库函数进行了分类封装。下面的示例使用一块运动控制卡 ****************************************************** #define MAXAXIS 4 //最大轴数 class CCtrlCard { public: int Setup_HardStop(int value, int logic); int Setup_Stop1Mode(int axis, int value, int logic); (设置stop1 信号方式) int Setup_Stop0Mode(int axis, int value, int logic); (设置stop0 信号方式) int Setup_LimitMode(int axis, int value1, int value2, int logic); (设置限位信号方式) int Setup_PulseMode(int axis, int value); (设置脉冲输出方式) int Setup_Pos(int axis, long pos, int mode); (设置位置计数器) int Write_Output(int number, int value); (输出单点函数) int Read_Input(int number, int &value); (读入点) int Get_CurrentInf(int axis, long &LogPos, long &ActPos, long &Speed); (获取运动信息) int Get_Status(int axis, int &value, int mode); (获取轴的驱动状态) int StopRun(int axis, int mode); (停止轴驱动) int Interp_Move4(long value1, long value2, long value3, long value4); (四轴差补函数) int Interp_Move3(int axis1, int axis2, int axis3, long value1, long value2, long value3); (三轴差补函数) int Interp_Move2(int axis1, int axis2, long value1, long value2); (双轴差补函数) int Axis_Pmove(int axis ,long value); (单轴驱动函数) int Axis_Cmove(int axis ,long value); (单轴连续驱动函数) int Setup_Speed(int axis ,long startv ,long speed ,long add ); (设置速度模块) int Init_Board(int dec_num); (函数初始化) (设置速度模块) CCtrlCard(); (定义了一个同名的无参数的构造函数) int Result; // 返回值 }; #endif

6误差分析与标定

6 MIMU 误差分析、标定 - 第六章 惯性测量组合误差分析及其标定技术 微型速率捷联惯性测量组合（陀螺仪、加速度计 ）性能的好坏直接影响惯性测量的精度。因此，研究惯性测量组合误差源，建立误差模型方程，准确评价其性能精度，加强惯性器件的标定技术，利用软件通过误差补偿措施来进一步提高使用时的实际精度，已成为其使用过程中的重要环节，对惯性测量组合的误差分析和标定，有下列三种目的： (1)评价惯性测量组合性能、精度，考核是否满足规定的要求。 (2)建立惯性测量组合模型方程，利用计算机按使用条件计算出仪表的规律性误差，并给予补偿，来提高仪表的实际使用精度。 (3)确定仪表误差的随机散布规律，作为使用规范的依据。 6．1 误差分析 惯性测量组合测量仪表的输出包含有对敏感的物理量的正确反映、由仪表本身制造缺陷引起的误差（标度因数误差和不对称性误差）、安装误差（交叉耦合误差）、漂移误差、随机误差以及由外界因素影响而产生的误差等。用数学形式来表示输出、输入和误差间的关系称为仪表的误差模型方程。 影响惯性测量组合误差的外界因素很多，如电压、频率、温度、气压、周围的电场、载体的线运动、角运动及时间等。对外界力学和电学环境造成的误差可以采取屏蔽、隔离的措施，使之难以影响到仪器的内部。对于安装误差，来源于制造工艺上，采用精密测量仪器测试该小角度，其误差一般限制在一定的范围。其它不能被抑制的外界因素就只剩下仪表本身缺陷误差、漂移误差、随机误差和飞行体的线运动、角运动引起的误差，它们之间是相关的，可通过误差标定或进行补偿可消除其影响。 1、误差模型方程的建立 对于陀螺仪,有r t a f D D D D D D ++++=ω （6-1） 对于加速度计，有r t a f A A A A A A ++++=ω （6-2） 式中 A D ,---分别为陀螺仪、加速度计输出；

使用mach3 usb插补控制卡

安装培训教程 声明： 本雕刻机作为网络交流的个人作品，成品及半成品及套件并非严格意义上的商品，使用者需具备相关知识，凡是涉及机械、电子、计算机的设备都有可能因使用不当或病毒、与其它软件兼容原因等造成故障，此故障可能造成一定的危险及经济损失，本人不对直接及间接损失承担相应责任。 有关软件版权： 本机器所涉及的相关软件均来自互联网，原作者享有版权，作为学习了解之用请及时删除并购买授权软件，使用没有授权的软件造成一切损失及法律问题由使用者自行承担。 有关培训范围： 本人只对CNC雕刻机承担相应的责任，货款只是设备本身的价格未包含任何软件及软件培训费用，货到后用户在手册指导或通过网络在作者指导下设备调试成功即确认作者的 工作完成，本设备使用过程中所涉及到的所有软件不在作者的培训责任之内，作者只能给予适当指导及在自己能力之内给予答疑解惑。 网络时代请广大玩家尽量利用网络工具求助交流．

设备及软件的安装及设置 警告： 数控雕刻机是依靠相关软件控制工作的，设备上的一些安全触发装置也是依靠正确的软件设置才能正常运行，在没有完全确认设置正确的情况下冒然装刀试机可能都设备造成永 久的损伤！ 本设备采用计算机USB2.0接口和PC连接，控制软件MACH3通过端口控制雕刻机各轴按照指令运行。WINDOWS请用2000以上版本，其他版本可能出问题。 警告：控制用的PC应该是台专用的，使用时请断开网络，关闭杀毒软件，运行MACH3时请不要同时运行其他软件。本人并不建议用笔记本电脑控制本设备，如果一定要用请查看笔记本电脑的手册，关掉有关电源管理等相关功能！ 一、控制软件MACH3的安装 警告：在软件的安装及设置过程中请不要开启雕刻机电源以免产生误动作发成意外！ 1、在随机光盘“MACH3 2.63”目录中打开文件夹“MACH3” 2、运行“MACH3 R2.63.EXE”开始安装，全部默认点击“NEXT”直到安装完成 3、为了简化您的设置过程，安装完成后可以删除整个目录整个拷贝MACH3并将光盘内的目录，MACH3． 到C盘根目录下。

nMotion运动控制卡使用手册2.0

nMotion运动控制卡使用手册 nMotion控制卡特点: 支持Mach3所有版本,包括目前最新版本. 支持所有Windows版本,包括Windows8 USB无需驱动,所有Windows版本即插即用,支持热插。 USB总线采用高档芯片磁耦隔离,真正有价值的隔离,不同于一般控制卡的光耦隔离输入输出,做到了超可靠性,绝对保证电脑USB的安全。同时保证的超强的EMC抗干扰能力。 单芯片，系统更精减，比一般的又芯片处理方式稳定性高出不知多少倍。 双核超高速CPU（单核最高主频204MHz）,运算处理能力有极大冗余。并保证实现4轴联动下500KHz的脉冲输出频率，6轴联动的脉冲输出频率最高达300KHz，可接伺服/步进。 运动控制缓冲大小可设，保证最快插补周期也能稳定运行，电脑运行负荷过重时也能平稳运行。 拥有16路输入口，输入接口更简单，端口干湿接点均可，接线更为简单，干接点方法只要外部接一个物理开关到地线即可，所有16路输入口都有信号指示，为低电平时指示灯亮，调试简单明了。 拥有8路输出口，单路输出驱动能力500mA,可直接驱动直流继电器 PWM调速输出端口，可设PWM频率，0~1000连续可调 拥有测速功能，主轴实际转速在Mach3界面中实时显示，测量精准稳定。 电路板由工程师精心打造，设计水平一目了然。 带有256字节NVRAM空间，可保存6个轴的座标值，下次上电无需找零点。

目录 nMotion运动控制卡使用手册 (1) nMotion控制卡特点: (1) 目录 (2) 外观及安装孔机械尺寸： (5) 1 Mach3的软件安装 (6) 1.1安装准备 (6) 1.2 USB电缆的准备 (6) 1.3运动控制卡的软件安装 (7) 2 Mach3的软件配置 (8) 3.运动控制卡的硬件安装 (11) 3.15轴输出信号 (11) 3.2 16个输入端子（Input Port）引脚位置图 (12) 3.3 8路控制输出端子引脚位置图： (13) 4. 引脚功能描述 (14) 4.1 5轴输出端子（Axis Output Port ）引脚功能描述 (14) 4.2 16 个输入端子（Input Port）引脚功能描述 (14) 4.3 输出端子（Out Port）引脚功能描述： (15) 5 USB运动控制卡的接线图 (16) 5.1 X、Y、Z、A、B轴输出 (16) 5.2 输入端口 (18) 5.3 各类规格传感器的接线和配置方法 (19) 5.4 输出端口 (20) 6 外部倍率旋钮 (21) 7 主轴调速PWM模拟量输出 (23) 7.2 主轴调速模拟输出接口原理图 (26) 7.3 主轴输出接线图（通用变频器的接线图） (27) 8 主轴测速 (27) 8.1 nmotion控制卡配置对话框 (27) 8.2 主轴转速显示 (28)

机械加工误差统计分析

实验三 机械加工误差统计分析 一、实验目的 统计分析法是通过一批工件加工误差的表现形式，来研究产生误差原因的一种方法。做加工误差统计分析实验的目的在于，巩固已学过的统计分析法的基本理论；掌握运用统计分析法的步骤，练习使用统计分析法判断问题的能力。 1. 掌握绘制工件尺寸实际分布图的方法，并能根据分布图分析加工误差的性质，计算工序能力系数，合格品率，废品率等，能提出工艺改进的措施； 2. 掌握绘制X-R 点图的方法，能根据X-R 点图分析工艺过程的稳定性。 二、实验要求 1． 实验前要复习“加工误差统计分析”一节的内容。 2． 通过实验绘制“实际分布图”和“X —R ”控制图。 3． 根据实际分布图分析影响加工误差的因素，推算该工序加工的产品合格率与废品率； 试提出解决上述问题的途径。 4． 根据X —R 图分析影响加工误差的因素；判断工艺是否稳定；试提出解决上诉问题 的途径。 三 、实验原理和方法 在M1040无心磨床上用纵磨法磨削45HRC59~62工件一批，检查其每件尺寸。做出实际分布图以及X —R 控制图。 在机械加工中应用数理统计方法对加工误差（或其他质量指标）进行分析，是进行过程控制的一种有效方法，也是实施全面质量管理的一个重要方面。其基本原理是利用加工误差的统计特性，对测量数据进行处理，作出分布图和点图，据此对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性等进行识别和判断，进而对加工误差作出综合分析。详见教材相关章节。 1、直方图和分布曲线绘制 1）初选分组数K 一般应根据样本容量来选择，参见表3.1. 表1.1 分组数K 的选定 2)确定组距 找出样本数据的最大值Ximax 和最小值Ximin ，并按下式计算组距： 选取与计算的d'值相近的且为测量值尾数整倍数的数值为组距。 3）确定分组数 4）确定组界 各组组界为：（j=1，2，……，k ） 5)统计各组频数n i （即落在各组组界范围内的样件个数） 6）画直方图 max min '1 1 x x R d k k -= = --1 R k d = +min (1)2d x i d +-±

RNR精简型USB运动控制卡使用说明

RNR精简型USB运动控制卡 MACH3专用版 V2.0 安装使用说明书 RNR RobotTech, 2010

目录 功能概览 (5) 外观及尺寸 (7) 接口示意图 (7) 安装尺寸图 (8) 初次使用 (8) 脉冲输出 (11) 连接（步进/伺服）电机驱动器 (11) 差分方式 (11) 单端方式 (12) 从属轴设置 (13) 其他说明 (14) 信号输入 (15) 输入信号的接线 (16) 急停按钮 (18) 限位开关 (19) 自动回原点 (21) 从属轴的自动回原点 (25) 自动对刀 (25) 自动刀具清零 (28) 自动寻边 (29)

寻中心 (31) 手轮接口 (32) 手轮接线 (33) Mach3的手轮设置 (34) 手轮接口作为扩展的信号输入 (36) 信号输出 (39) 信号输出的接线 (39) 主轴电机控制 (40) 继电器方式 (41) PWM方式 (42) 其他信号输出 (45)

警告： 由运动控制卡控制的机械设备，具有极强的专业性。对操作人员的知识及素质有特殊要求。若设备设计或使用不当，自动设备会具有一定的危险性和破坏性，请确保设计和使用的安全以及遵守相关法规法则，如果不确定，请咨询相关专家而不要冒险。 首次使用者、对本产品或Mach3软件性能不熟悉者，在试验本产品时，请确保机械设备的电源开关在手边并能迅速切断电源。 强烈建议使用者安装急停按钮并保证按钮功能正常。 本公司以"如其所示"的方式提供其产品和服务，对使用本公司产品造成的任何直接/间接人身伤害和财产损失不承担责任。

功能概览 RNR精简型USB运动控制卡专用于Mach3软件。其功能及特点如下: ●支持最多4轴联动控制。其中第4轴可以设为从动轴 ●输出脉冲100K，采用最小误差插补算法，加工精度高 ●USB接口，适用任何具有USB接口的上网本，笔记本，台式 机以及平板等PC兼容计算机 ●免驱动设计，能够更好地兼容各种软硬件环境（支持WinXP 及WIN7系统） ●支持自动回原点（回零） ●从动轴在回原点时自动调平 ●支持自动对刀 ●支持急停输入 ●支持限位开关接入 ●支持主轴控制（PWM方式及继电器方式） ●提供4路带光耦隔离数字信号输入 ●最多提供12路数字信号输入 ●提供4路带光耦隔离继电器输出 ●支持手轮接口