基于Cimatron E的四轴数控加工技巧

摘要：复杂自由曲面加工在现代制造中占据了很大的份额，数控加工程序编制的复杂性和困难性也就体现出来，伴随着自动编制程序的发展，CAD/CAM解决方案越来越受到青睐。本文是基于Cimatron E典型结构四轴数控加工技巧分析，通过刀具、曲面路径、干涉检查、刀具轨迹连接几个重要工艺内容处理，从而获得理想的加工效果，解决复杂自由曲面的加工编程问题。

关键词：Cimatron E，自由曲面，四轴，数控加工

1.引言

自由曲面是在工程中最复杂而又经常遇到的曲面，主要出现在航空、造船、汽车、家电、机械制造等部门中许多零件外形，如飞机机翼或汽车外形曲面，以及模具工件表面等均为自由曲面。

伴随着自由曲面复杂程度的增加，其加工也需要数控编程技术的发展。自动编程技术的发展，使得自由曲面朝着更加多轴化方向发展，不同的CAM软件为此提供了纷繁的解决方案，Cimatron E软件是开发和销售制造业CAD/CAM软件的领导者，它的优势在于方便快捷，结构层次清晰，是集造型、编程、模具设计于一体的CAD/CAM于一体的优秀解决方案工具。

2.刀具选择

自由曲面加工无论是从质量还是效率成本来说，选择合适的刀具能够直接决定其最终结果。一般，复杂自由曲面刀具选择通常为球头立铣刀，其材料可根据加工机床参数选用陶瓷刀具、金刚石道具等，刀具尺寸根据加工部位空间大小选择适合数值。否则会因选的过小磨损刀具，延长加工时间，选择过大会导致加工质量低。如图1所示零件结构在加工中选用8mm球头立铣刀作为半精加工和精加工。

图1结构图

3.曲面路径

在运用Cimatron E解决四轴数控加工编程时重点在于合理设计刀路轨迹上。选择合适的刀路轨迹方式，不仅可以提高零件的尺寸精度和表面粗糙度，得到更优质的加工质量，同时也能有效节约加工时间，降低刀具损耗，提高生产率的同时降低成产成本。Cimatron E解决方案中，在研究四轴联动加工时，刀路轨迹的设计首要是选择合适的曲面路径。软件提供了根据不同结构特点需要的方式：平行铣、沿曲线切削、两曲线之间仿形，平行于曲线、曲线投影、两曲面仿形、平行于曲面，在选择使用时，可按照曲面特点和加工阶段适当选择，通常在加工中，会选择不同加工阶段采用两种或多种曲面路径方式来组合，以期后次加工可以弥

数控车加工实例培训教

1 导套零件的加工导套零件的加工工序的分析、装夹和编制加工程序如下： 1. 分析加工图纸和工艺文件零件“导套”图形比较简单，尺寸的公差较大，没有位置要求，孔的表面粗糙度为3.2，零件如图1所示。图1 导套零件图 2. 加工路线和装夹方法的确定由编制的零件工艺文件（如下页图2）中可见，第2、3、4、5、7、8、9工序由数控车完成，并注意尺寸的一致性。在车削时，利用三爪卡盘夹零件一端，先车Φ60端面① ，钻Ф35中心孔② ，再粗车Φ60和Φ70外轮廓③ ，再粗车内孔Φ40④ ，粗车部分留一定余量（0.5mm ）给精加工，有倒角的地方系统会沿着绘制的轮廓自动完成，不必单独给出加工方法，然后精车Φ60和Φ70外轮廓⑤ 及精车孔Φ40⑥ ，最后后用切刀切断零件⑦ ，保证总长174。

图2 导套机加工艺过程卡片 3. 编制加工程序（1）绘图：绘制车削加工零件导套轮廓图形，因为车削多为回转体加工，所以造型只需半视的二维图就可以了，注意将坐标原点选在零件的端面中心，用直线命令开始绘制零件轮廓。单击直线按钮，在左边菜单中选择绘图方式，以坐标原点为起点绘制，如图3所示，然后修改长度值并结合曲线编辑绘制接下来的轮廓，绘图过程就不再重述了，如图4所示，

图4 轮廓示意图接下来绘制毛坯，毛坯内外尺寸分别以Φ35，Φ75绘制，端面毛坯左右分别偏移5，2这个尺寸来绘制，如图5所示，图5 毛坯示意图为区分和方便拾取轮廓及毛坯，注意在图5中有10处是断点，如图6所示图6 断点示意图至此，导套零件在本软件中的造型就完成了，下面进入加工部分。

轴飞行器作品说明书

四轴飞行器作品说明书摘要四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器，四轴飞行器硬件结构简单紧凑，而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案，软件算法，包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。关键词：四轴飞行器；姿态；控制

目录 1.引言 (1) 2.飞行器的构成? (1) .硬件构成..............................................1? 机械构成 (1) 电气构成 (3) .软件构成 (3) 上位机 (3) 下位机........... . (4) 3.飞行原理........... ................................ (4) . 坐标系统 (4) .姿态的表示 (5) .动力学原理 (5) 4.姿态测量........... ................................ (6) .传感器校正 (6) 加速度计和电子罗盘 (6) 5.姿态控制 (6) .欧拉角控制 (6) .四元数控制 (7) 6.姿态计算 (7) 7.总结 (8) 参考文献 (9)

四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS?传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及，四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天，四轴飞行器已经应用到各个领域，如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。目前应用广泛的飞行器有：固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比，四轴飞行器机动性好，动作灵活，可以垂直起飞降落和悬停，缺点是续航时间短得多、飞行速度不快；而与单轴直升机比，四轴飞行器的机械简单，无需尾桨抵消反力矩，成本低?。本文就小型电动四轴飞行器，介绍四轴飞行器的一种实现方案，讲解四轴飞行器的原理和用到的算法，并对几种姿态算法进行比较。 2.飞行器的构成四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器，四轴飞行器的硬件比较简单，而把系统的复杂性转移到软件上，所以本文的主要内容是软件的实现。? .硬件构成? 飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。机械构成? 机架呈十字状，是固定其他部件的平台，本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机，固定在机架的四个端点上，而螺旋桨固定在电机转子上，迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨，从迎风面看逆时针转的为正桨，四个桨的中心连成的正方形，正桨反桨交错安装。 CA D设计机架如图：整体如图2-1：电气构成电气部分包括：控制电路板、电子调速器、电池，和一些外接的通讯、传感器模块。控制电路板是电气部分的核心，上面包含MCU、陀螺仪、加速度计、电子罗盘、气压计等芯片，负责计算姿态、处理通信命令和输出控制信号到电子调速器。电子调速器简称电调，用于控制无刷直流电机。电气连接如图2-2所示。 .软件构成

四轴飞行器运动分析

四轴飞行器运动分析一、飞行原理四轴飞行器的结构形如图所示，其中同一对角线上的电机转向应该相同，不同对角线上的电机转向应该相反。这样，当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直升机相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼飞行器在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。其基本运动状态可分为：（1）垂直运动；（2）俯仰运动；（3）滚转运动；（4）偏航运动；（5）前后运动；（6）侧向运动；

下面将逐个说明飞行器的各种飞行姿态：垂直运动——在图中，因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。俯仰运动——在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转（方向如图所示），同理，当电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

多轴数控加工中心

多轴数控加工中心仿真软件简介 2010-08-01 随着我国数控加工业不断发展，加工要求也不断地在提高。三轴数控加工在满足产品形状复杂度、形位高精度和加工周期短等要求方面，存在很多不足。而多轴数控加工中心恰恰可以弥补这些不足，一次装夹可完成多个面的加工，简化对刀、装夹过程，减少由此产生的误差，提高加工效率。可以加工三轴加工中心无法完成的复杂形状的曲面。多轴数控加工中心具有多轴联动加工和多方向平面定位加工。多轴联动加工功能适合各种复杂曲面的加工，多方向平面定位加工功能适合加工有多方向加工平面特征零件的加工。多轴数控加工中心有多种结构形式，不同结构形式的机床适用加工对象也不尽相同，即使同一零件在不同结构形式的机床上加工，其编程要求也有所区别。多轴数控加工中心刀具运动轨迹比三轴加工更复杂，发生干涉、碰撞的可能性比三轴加工要大得多。我国数控职业教育事业经过近十年的快速发展，职业院校对多轴数控加工中心教学和实训的需求也变得比较特出了。但是，多轴数控机床比三轴数控机床的投资和运行成本更大，操作上也更为复杂，发生碰撞的可能性也更大。同时，多

轴数控实训教师也是十分紧缺的。上海宇龙软件工程有限公司在国家科技部创新基金（https://www.360docs.net/doc/b8909430.html, 2009年年度第一批立项项目代号09C26213100595）的支持下，已经成功开发了《多轴数控加工中心仿真软件》。为我国数控职业教育技术又填补了一个空白。上海宇龙软件工程有限公司开发的本软件能够实现五轴加工中心的五轴联动加工和多方向平面定位加工仿真，能够实现RTCP（刀尖自动跟踪）功能；能够提供工作台旋转（P型）和工作台旋转+主轴旋转(M型)两种机床结构的多种机床模型；能够实现旋转轴为AC轴、BC轴、A轴等各种四轴或者五轴加工中心的加工仿真。本软件现有版本已经包含的数控系统有：SIEMENS 840D、广州数控GSK25i、FANUC 0i，年内将相继推出MAZAK mazatrol 640、HEIDENHAIN iTNC 530、FANUC 32i等系统。本软件在本公司原产品《数控加工仿真系统》4.8版本基础上，还增加了以下各项功能：用户可以使用自己设计定义的夹具、工件可以翻转重新装夹加工、虚拟电子探头、一些针对多轴特点的新测量方法。上海宇龙软件工程有限公司的这项成果将为我国数控职业教育事业水平跨越性提升做出贡献。

(完整版)数控车床主轴设计

绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。

一、设计题目及参数 1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。 1.2参数床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50～63mm 主轴前轴承内和110～130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。

数控车床编程实例大全

数控车床编程实例二：直线插补指令G01数控编程直线插补指令G01数控编程零件图样 %3305 N1 G92 X100 Z10（设立加工工件坐标系，定义对刀点的位置） N2 G00 X16 Z2 M03 （移到倒角延长线，Z轴2mm处） N3 G01 U10 W-5 F300 （倒3×45°角） N4 Z-48 （加工Φ26外圆） N5 U34 W-10（切第一段锥） N6 U20 Z-73 （切第二段锥） N7 X90 （退刀） N8 G00 X100 Z10 （回对刀点） N9 M05 （主轴停） 3×45° 58 48 73 10 N10 M30（主程序结束并复位）

数控车床编程实例三：圆弧插补G02/G03指令数控编程圆弧插补指令编程零件图样 %3308 N1 G92 X40 Z5（设立工件坐标系，定义对刀点的位置） N2 M03 S400 （主轴以400r/min旋转） N3 G00 X0（到达工件中心） N4 G01 Z0 F60（工进接触工件毛坯） N5 G03 U24 W-24 R15 （加工R15圆弧段） N6 G02 X26 Z-31 R5 （加工R5圆弧段） N7 G01 Z-40 （加工Φ26外圆） N8 X40 Z5 （回对刀点） N9 M30（主轴停、主程序结束并复位）数控车床编程实例四：倒角指令数控编程倒角指令数控编程零件图样 %3310 N10 G92 X70 Z10（设立坐标系，定义对刀点的位置） N20 G00 U-70 W-10（从编程规划起点，移到工件前端面中心处）N30 G01 U26 C3 F100（倒3×45°直角） N40 W-22 R3（倒R3圆角）

四轴飞行控制原理

四轴（1）-飞行原理总算能抽出时间写下四轴文章，算算接触四轴也两年多了，从当初的模仿到现在的自主创作经历了不少收获了也不少。朋友们也经常问我四轴怎么入门，今天就简单写下四轴入门的基本知识。尽量避开专业术语和数学公式。 1、首先先了解下四轴的飞行原理。四轴的一般结构都是十字架型，当然也有其他奇葩结构，比如工字型。两种的力学模型稍微有些不一样，建议先从常规结构入手（其实是其他结构我不懂）。常规十字型结构其他结构常规结构的力学模型如图。力学模型对四轴进行受力分析，其受重力、螺旋桨的升力，螺旋桨旋转给机体的反扭矩力。反扭矩影响主要是使机体自旋，可以想象一下直升机没有尾桨的情况。螺旋桨旋转时产生的力很复杂，

这里将其简化成只受一个升力和反扭矩力。其它力暂时先不管，对于目前建模精度还不需要分析其他力，顶多在需要时将其他力设为干扰就可以了。如需对螺旋桨受力进行详细研究可以看些空气动力学的书，推荐两本，空气螺旋桨理论及其应用（刘沛清，北航出版社）空气动力学基础上下册（徐华舫，国防科技大学）网易公开课：这个比麻省理工的那个飞行器构造更对口一些。荷兰代尔夫特理工大学公开课：空气动力学概论以上这些我是没看下去，太难太多了，如想刨根问底可以看看。解释下反扭矩的产生：电机带动螺旋桨旋转，比如使螺旋桨顺时针旋转，那么电机就要给螺旋桨一个顺时针方向的扭矩（数学上扭矩的方向不是这样定义的，可以根据右手定则来确定方向）。根据作用力与反作用力关系，螺旋桨必然会给电机一个反扭矩。在转速恒定，真空，无能量损耗时，螺旋桨不需要外力也能保持恒定转速，这样也就不存在扭矩了，当然没有空气也飞不起来了。反扭矩的大小主要与介质密度有关，同样转速在水中的反扭矩肯定比空气中大。因为存在反扭矩，所以四轴设计成正反桨模式，两个正桨顺时针旋转，两个反桨逆时针旋转，对角桨类型一样，产生的反扭矩刚好相互抵消。并且还能保持升力向上。六轴、八轴…类似。我们控制四轴就是通过控制4个升力和4个反扭矩来控制四轴姿态。如力学模型图，如需向X轴正方向前进，只需增加桨3的转速，减少桨1的转速，1、3桨的反扭矩方向是一样的，一个加一个减总体上来说反扭矩没变。此时飞机已经有向X轴方向的分力，即可前行。如需向X轴偏Y轴45°飞行，那么增加桨2、3的转速，减少桨1、4的转速，即可实现。如果将X正作为正前方，那么就是”十”模式，如果将X轴偏Y45°作为正前方向，那就是”×”模式。理论上这两种都可以飞行，”十”模式稍微比”×”模式好计算，但是”十”模式不如”×”模式灵敏。四轴如需向任意方向飞行只需改变电机的转速，至于电机转速改变的量是多少，增量之比是多少就需要算法了。对于遥控航模，不需要知道具体到度级别的方向精度，飞行时手动实时调节方向即可。四轴除了能前后左右上下飞行，还能自旋，自旋靠的就是反扭矩，如需顺时针旋转，只需增加桨1、3转速，减少2、4转速，注意不能只增加桨1、3而不减少2、4，这样会造成总体升力增加，飞机会向上飞的。理想情况下，四轴结构完全对称，电机转速一样，飞机就可以直上直下飞行。但事实和理想还是有差距的，不存在完全对称的结构，也没有完全一样的电机螺旋桨。所以需要飞控模块进行实时转速调节，这样才能飞起来，不像直升机，螺旋桨加速就能飞。 2、分析完飞行原理，接下来分析四轴飞行器系统的主要部件。

数控车床加工编程典型实例

数控车床加工编程典型实例随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。本文就数控车床零件加工中的程序编制问题进行探讨。数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。本文就数控车床零件加工中的程序编制问题进行探讨。一、编程方法数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计

算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。二、编程步骤拿到一张零件图纸后，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或切点）的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。三、典型实例分析数控车床主要是加工回转体零件，典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。例如，要加工形状如图所示的零件，采用手工编程方法比较合适。由于不同的数控系统其编程指令代码有所不同，因此应根据设备类型进行编程。以西门子802S数控系统为例，应进行如下操作。 (1)确定加工路线

四轴飞行器电机控制模块设计

密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文THESIS OF BACHELOR （2011—2015年）题目四轴飞行器电机控制模块设计学院：信息工程学院系自动化系专业班级：测控技术与仪器111班学生姓名：吕晴学号：5801211011 指导教师：张宇职称：讲师起讫日期：2015-3-5 ~ 2015-6-2

南昌大学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：导师签名：日期：

摘要四轴飞行器电机控制模块设计专业: 测控技术与仪器学号: 58012110011 学生姓名：吕晴指导老师：张宇摘要本课题是针对四轴飞行器在已经获得传感器测得的精确数据的情况下，设计合理的电路和算法，实现四轴飞行器稳定飞行和各种姿态变换。本课题的主要内容是对四轴飞行器的电机控制模块进行软硬件设计。四轴飞行器是智能机器人的一种，它是由四个旋翼旋转产生升力，通过协调各旋翼的转速来实现飞行器的姿态控制。与传统的无人机相比，四轴飞行器具有很强的机动灵活性和载荷能力，特别适合在理想稳态或者准稳态的飞行条件下进行全方位垂直起降，在军事和民用领域均拥有广阔的发展前景[2]。本论文对四轴飞行器的电机控制模块进行了调研，并设计出了相关的硬件电路板以及软件控制算法。具体内容如下：首先建立四轴飞行器的动力学模型，四轴飞行器的动力学建模分为力学建模和运动学建模两个部分，总体思想是将四轴飞行器看作一个刚体，选定当前的姿态角和目标姿态为输入量，在理想的条件下，推导出控制四轴飞行器所需的四个电机的控制量作为输出量的方程，即建立四轴飞行器受力与姿态之间的关系。其次对四轴飞行器电机控制模块进行合理的硬件设计，硬件部分分为了电源模块、主控模块、电机驱动模块、检测模块、无线通讯模块五个模块。其中选择了STM32系列单片机作为主控模块的微处理器，选择了三相无刷直流电机作为动力源，无刷电调对其进行调速。再次设计合理的控制算法，本课题采用了经典PID算法，临界比例度法对PID参数进行了初步整定，再在试验中对参数进行微调。最后针对四轴飞行器电机控制模块设计了合理的软件流程。关键词：四轴飞行器；动力学模型；电机；PID控制算法

数控铣床和立式加工中心技术规格

数控铳床和立式加工中心技术规格设备名称：数控铣床数量：2台设备名称：立式加工中心数量：1台、机床结构、性能特点 1.采用立式主轴、十字型床鞍工作台布局； 2.大件采用稠筋封闭式框架结构。主传动采用伺服主轴电机。 3.三向导轨材料采用铸铁，淬硬后精磨，配合面贴塑。 4.进给系统采用全数字交流伺服电机，滚珠丝杆传动。 5.主轴低速扭矩较大，可进行重负荷强力切削。注：立式加工中是在数控铳床上心配置上刀库，其他完全一致。、标准配置三轴联动数控铳床：西门子 802Dsl和FANUC Oi Mate MD各1台；立式加工中心： FANUC Oi Mate MD 主轴、三轴伺服同数控系统最高8000rpm主轴 16把斗笠式刀库（立式加工中心）、BT4O 主轴端面冷却水管、预留气冷接口刚性攻丝 Z向门帘式导轨防护罩手持单元、自动集中润滑系统三色灯随机附件、随机技术文件各一套

三、主要规格参数主轴孔锥度BT-40

四、主关配套件配置清单五、程序功能

六、技术培训免费技术培训，使买方能熟练掌握设备性能和操作使用方法、数控加工程序的手工编制及数控机床的电气与机械维护，共5个工作日。六、售后服务 1.如客户对质量或技术反馈信息，4小时内回复客户。 2.设备在使用期间出现故障，在接到通知的24小时内答复解决，如需现场服务，48小时内赶到现场维修。 3?“三包”期内，因正常使用发生的零、部件损坏，免费进行更换； 4.提供二年的质量保证期和终身技术支持、维修服务。七、随机技术文件提供完善详细的技术文件，因包含下列文件：使用说明书电气操作说明操作编程手册电气图册合格证明书装箱单维修手册

四轴飞行器原理、设计与控制

四轴飞行器原理、设计与控制四轴飞行器设计与用途学院：广东白云技师学院专业：电子信息工程与电气技术（技师本科）制作学生：邹剑平指导老师：廖高灵四轴飞行器简介配置：单片机AVRATMEGA168PA 三轴数字陀螺仪MPU—3050电机（无刷）XXD22121000KV电子调速器（无刷）好盈天行者40A螺旋桨1045 电池格氏2200mAh11.1V25C机架DIY 机架材料玻璃纤维铝合金四轴飞行器飞行原理重心的距离相等,当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡,四轴不会向任何一个四轴飞行器有四个电机呈十字形排列,驱动四片桨旋转产生推力;四个电机轴距几何中方向倾转;而四个电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡,保证了四轴航向的稳定. 此飞行控制板规定四轴电机的排布方式如图所示:前(1号),后(4号),右(3号),左(2号). 1,4号电机顺时针方向旋转,2,3号电机逆时针方向旋转.四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动:

当四轴需要向前方运动时,2,3号电机保持转速不变,1号电机转速下降,4号电机转速上升,此时4号电机产生的升力大于1号电机的升力,四轴就会沿几何中心向前倾转,桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动. 当四轴要转向左转向时,1,4号电机转速上升,2,3号电机转速下降,使向左的反扭距大于向右的反扭矩,四轴在反扭距的作用下向左旋转. 四个桨产生的推力,超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动,当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停. 其他方式的运动原理与以上过程类似.四轴飞行原理虽然简单,但实现起来还需很多工作要做. 四轴飞行器控制流程图四轴飞行器的优点四轴飞行器与其他飞机比较相对稳定性高；四轴飞行器与其他飞机比较相对抗风能力强；载重量大(本机最大安全载重1100g);姿态灵活，反应速度快；可超低空飞行；四轴飞行器主要用途可做无人侦察机，空中航拍（FPV），可作为新型微型机器人。娱乐飞行表演四轴飞行器的特点及魅力除了深受DIY爱好者的青睐之外，还有几点供大家品味： 1、是它的相对简单地机械构造。正因为简单，安全指数大大提高。无论是作为航空模型还是作为遥控平台，安全永远是第一位的。 2、是它的相对稳定性。飞行姿态平滑稳定，机械振动被仅可能地减小是四轴的又一魅力，装载图像设备再好不过了。 3、是它的相对成本低廉，花尽可能少的钱获取最大的性价比是我们追求的境界，为工业开发其商业用途奠定了必要的基础。

四轴飞行器说明书

四轴飞行器作品名称：四轴飞行器工作原理：四轴飞行器主机采用了意法半导体公司的STM32F103CBT6处理器，该芯片采用ARM32位Cortex-M3内核。具有128K的Flash与20K的SRAM，内部具有锁相环模块，最高频率可达到72MHZ。板载MPU6050，该芯片整合了3轴陀螺仪与3轴加速器的6轴运动处理组件，与处理器采用I2C通信进行数据传送。主机与遥控之间采用的是NRF24L01+模块，该模块工作在2.4～2.5GHz全球免申请ISM工作频段。支持125个通讯频率。使用增强型的Enhanced ShockBurst传输模式，支持6个数据通道（共用FIFO）。通过SPI与MCU连接，速率0～8Mbps。理论传输距离可达到2KM。飞行器遥控器亦采用STM32F103CBT6处理器，通过摇杆的X,Y轴输出为两个电位器，再通过AD转换读出扭动角度，从而在程序内部定义其所读取角度信息的动作映射。遥控器具有三组微调旋钮，可以调整到其水平位置。遥控器也使用NRF24L01+芯片与飞行器主机进行数据传输。遥控器板载TP4057芯片，可以直接给电池充电。并且使用蜂鸣器，对主机状态（例如：无法连接，低电压，连接断开等）进行报警。制作材料： 1.STM32F103CBT6：该芯片由意法半导体生产，采用ARM32位Cortex-M3内核。具有128K的Flash与20K的SRAM，芯片集成丰富的外设，例如：定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，PWM等。内部具有锁相环模块，最高频率可达到72MHZ。 2. MPU6050，全球首例整合性6轴运动处理组件，整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌的加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。 3. NRF24L01+：一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA；接收时，工作电流只有12.3 mA，

凯达数控加工中心

数控加工中心基础知识加工中心的选用 1．被加工对象的选定确定选购对象之前，首先要明确准备加工的对象。一般来说，具备下列特点的零件适合在加工中心加工：多工序集约型工件指在一个工件上需要用许多把刀具进行加工。定位繁琐的工件例如有一定位孔距精度要求的多孔加工，利用机床定位精度高的特点，很方便实施。重复生产型的工件适合加工单件小批量生产。小批量指在1-100件，每批数量不多，但又需要重复生产。另外，即使工件形状尺寸不同，但又是相似工件，易于实现成组加工(GT)工艺的零件。复杂形状的零件模具、航空零件等复杂形状工件，能借助自动程序编制技术在加工中心上加工各种异形零件。箱体类、板类零件在卧式加工中心上利用回转工作台，对箱体零件进行多面加工，如主轴箱体、泵体、阀体、内燃机缸体等。如果连顶面也要一次装夹中加工，可选用五面体加工中心。立式加工中心适合加工箱盖缸盖、平面凸轮等。龙门加工中心用于加工大型箱体、板类零件，如内燃机车缸体、加工中心立柱、床身、印刷墙板机等。 2．机床规格的选定根据确定的加工工件的大小尺寸，相应确定所需机床的工作台尺寸和三个直线坐标系的行程。工作台尺寸应保证工件在其上面能顺利装夹工件，加工尺寸则必须在各坐标行程内，此外还要考虑换刀空间和各坐标干涉区的限制。 3．机床精度的选定加工中心的精度分类为普通型和精密型，其主要精度项目见下表：加工中心主要精度项目精度项目普通型(mm) 精密型(mm) 直线定位精度±0.01/全程±0.005/全程重复定位精度±0.006 ±0.002

铣圆精度0.03-0.04 0.015 用户根据工件的加工精度要求，选用相应精度等级的机床，批量生产的零件，实际加工出的精度数值可能是定位精度的1.5-2倍。普通型机床批量加工8级精度工件，精密机床加工精度可达5-6级，但要有恒温等工艺条件，所以精密型机床使用严格，价格高。 4．刀库容量的选定加工中心的制造厂家对同一种规格的机床，通常都设2-3种不同容量刀库，例如卧式加工中心刀库容量有30、60、80等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀库。用户在选定时，可以根据被加工工件的工艺分析结果来确定所需数量，通常以需要一个零件在一次装夹中所需刀具数来确定刀库的容量，因为换另一零件加工时，需要重新安排刀具，否则刀具管理复杂并容易出错。从统计数据来看立式加工中心选用20把刀左右的刀库，卧式加工中心则选用40把刀左右的刀库为宜。当然要根据实际需要最后确定。用于柔性制造单元(FMC)或柔性制造系统(FMS)的加工中心机床，其刀库容量应选大容量刀库，甚至配置可交换刀库。 5．机床选择功能及附件的选定选定加工中心机床时，除了基本功能和基本件以外，还有提供用户根据自身要求选用的功能和附件，称选择功能、选择附件(任选附件)。随着数控技术的发展，可供选择的内容越来越多，其构成价格在主机中所占的比例也越来越大，所以不明确目的大量选用附件也是不经济的，所谓“有备无患”的订购指导思想实质上是浪费。因此选订时要全面分析，还要适当考虑长远因素。选择功能主要对于数控系统而言，对那种价格增加不多，但对使用带来许多方便的功能，应适当配置齐全一点，而对可以多台机床公用的附件，就可以考虑一机多用，但必须考虑接口是通用的。 6．加工节拍与机床台数估算根据已经选定的工件，然后分析工艺路线，在这个工艺路线中选出准备在加工中心上加工的工序，对这些工序作工时节拍估算。根据现用工艺参数，估算每道工序的切削时间，而辅助时间通常取切削时间的10%-20%。

四轴飞行器名词解释

四轴飞行器名词解释网上找的，自己稍微整理的一下： 1、遥控器篇什么是通道？通道就是可以遥控器控制的动作路数，比如遥控器只能控制四轴上下飞，那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有：上下、左右、前后、旋转所以最低得4通道遥控器。如果想以后玩航拍这些就需要更多通道的遥控器了。什么是日本手、美国手？遥控器上油门的位置在右边是日本手、在左边是美国手，所谓遥控器油门，在四轴飞行器当中控制供电电流大小，电流大，电动机转得快，飞得高、力量大。反之同理。判断遥控器的油门很简单，遥控器2个摇杆当中，上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。 2、飞行控制板篇飞控的用途？四轴飞行器相对于常规航模来说，最最复杂的就是电子部分了。之所以能飞行得很稳定，全靠电子控制部分对四轴飞行状态进行快速调整。在常规固定翼飞机上，陀螺仪并非常用器件，在相对操控难度大点的直机上，如果不做自动稳定系统，也只是锁尾才用到陀螺仪。四轴飞行器与其不同的地方是必须配备陀螺仪，这是最基本要求，不然无法飞行，更谈不上飞稳了。不但要有，还得是3轴向(X、Y、Z)都得有，这是四轴飞行器的机械结构、动力组成特性决定的。在此基础上再辅以3轴加速度传感器，这6个自由度，就组成了飞行姿态稳定的基本部分，也是关键核心部分---惯性导航模块，简称IMU。飞行中的姿态感测全靠这个IMU了，可见它是整架模型的核心部件。什么是x模式和+模式？说白了就是飞行器正对着你本人的时候是呈现X形状还是+形状，之前有介绍过四轴原理的，前进的时候后面加速前面减速两侧不变那个是针对+模式的，而如果是X模式的话，前进就需要后面两个同时加速，前面两个同时减速了。据说X模式的稳定性比+模式的稳定性要高点。注意：考虑到飞控板上的陀螺仪安装的是固定的，所以，模式不同的话飞控板的安装方向也是不同的。 3、电调篇为什么需要电调？电调的作用就是将飞控板的控制信号，转变为电流的大小，以控制电机的转速。四轴飞行器四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨，只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离心力，保持机身不容易很快的侧翻掉。所以通常用到的舵机控制信号更新频率很低。四轴为了能够快速反应，以应对姿态变化引起的飘移，需要高反应速度的电调，常规PPM电调的更新速度只有50Hz左右，满足不了这种控制所需要的速度，且PPM电调MCU内置PID稳速控制，能对常规航模提供顺滑的转速变化特性，用在四轴上就

四旋翼飞行器基本原理

四旋翼飞行器无刷直流电机调速系统的设计孟磊，蒋宏，罗俊，钟疏桐武汉理工大学自动化学院、武汉理工大学信息工程学院摘要，关键字：略近年来，无人机的研究和应用广泛受到各个方面的重视。四旋翼飞行器作为无人机的一种，能够垂直起落、空中悬停、可适用于各种飞行速度与飞行剖面，具有灵活度高、安全性好的特点，适用于警务监控、新闻摄影、火场指挥、交通管理、地质灾害调查、管线巡航等领域实现空中时时移动监控。四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该型无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。为了提高四旋翼飞行器的性能，本文设计制作了飞行试验平台，完成了直流无刷电机无感调速系统的硬件、软件设计。通过实验证明该系统的设计是可行的。四旋翼飞行器平台结构四旋翼平台呈十字形交叉，有四个独立电机驱动螺旋桨组成。当飞行器工作时，平台中心对角的螺旋桨转向相同，相邻的螺旋桨转向相反同时增加减少四个螺旋桨的速度，飞行器就垂直上下运动；相反的改变中心对角的螺旋桨速度，可以产生滚动、俯仰等运动。结构图如下：四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分：飞行控制系统和无刷直流电机调速系统。飞行控制系统通过IMU惯性测量单位（由陀螺传感器和加速度传感器组成）检测飞行姿态，通过无线通讯模块与地面遥控器通信。4个无刷直流电机调速系统通过I2C总线与飞行控制器通信，通过改变4个无刷直流电机的转速来改变飞行姿态，系统采用12V电池供电。控制系统结构图如下：

无刷直流电机调速系统无刷直流电动机既具有运行效率高、调速性能好，同时又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点，是电机主要发展方向之一，现已成功运用与军事、航空、计算机数控机床、机器人、电动自行车等多个领域。在该四旋翼飞行器上使用了新西达2217外转子式无刷直流电机，其结构为12绕组7对磁极，典型KV值为1400. 通常无刷直流电机的控制方式分为有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。有位置传感器控制方式通过再定子上安装电磁式、光电式或者磁敏式位置传感器来检测转子的位置，为驱动电路提供转向信息。无位置传感器的控制方式有很多，包括磁链计算法‘反电动势法、状态观测器法、电感法等。在各种无位置传感器控制方法中，反电动势法是目前技术最为成熟的、应用最为广泛的一种位置检测方法。本系统采用的饭店董事过零检测法是反电动势法中的一种，通过检测各相绕组反电动势的过零点来判断转子的位置。根据无刷直流电机的特性，电机的最佳转向时刻是想反电动势过零点延迟30电角度的时刻，而该延迟的电角度对应的时间可以有两次过零点时间间隔计算得到。无刷直流电机调速系统硬件设计该无刷直流电机调速系统有三相全桥驱动电路、反电势过零电路、电流电压检测电路组成电机驱动器。使用一片ATmega8单片机作为控制器，该单片机内部集成了8kB的flash，最多具有23个可编程的I/O口，输出时为推挽结构输出，驱动能力较强。片上集成了AD 转换器、模拟比较器、通用定时器、可编程计数器等资源。三相全桥驱动电路利用功率型MOS管作为开关器件，选用P型MOS管FD6637与N型MOS管FD6635搭配使用，设计容量为允许通过的最大电流为30A。FD6637的开关利用三极管9013进行驱动、FD6635的开关直接用单片机的I/O口进行驱动。电路如图3所示。通过R17、R19、R25来减少下管FDD6635的栅极充电电流峰值，防止震荡并保护MOS管；R16、R23、R24作为下拉电阻，保证下关的正常导通与关断；R2、R5、R8作为上管栅极上拉电阻，阻值选择470Ω，既保证了MOS管的开关速率不降低，同时也防止三极管Ic电流过大。A+、B+、C+提供驱动桥的上桥臂的栅极导通信号，分别通过ATmega8的三个硬件PWM通道驱动，通过改变PWM信号的占空比来实现电机调速；A-、B-、C-提供下桥臂栅极驱动信号，由单片机的I/O口控制，只有导通和关闭两种状态。

数控车床编程实例详细讲解

2.1 数控车床编程基础

举例说明图2.1.1数控车床坐标系三、直径编程方式在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值取为零件图样上的直径值，如图2.1.2所示：图中A点的坐标值为（30,80 ）,B点的坐标值为（40,60 ）。采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。图2.1.2直径编程四、进刀和退刀方式对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。如图2.1.3所示。图2 .1.3切削起始点的确定五、绝对编程与增量编程 X、Z表示绝对编程，U、W表示增量编程，允许同一程序段中二者混合使用。图2 .1.4绝对值编程与增量编程

如图2.1.4所示，直线A T B ,可用: 绝对：G01 X100.0 Z50.0; 相对：G01 U60.0 W-100.0; 混用：G01 X100.0 W-100.0; 或G01 U60.0 Z50.0; 第2节数控车床的基本编程方法数控车削加工包括外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等，在分析了数控车床工艺装备和数控车床编程特点的基础上，下面将结合配置 FANUC-0i数控系统的数控车床重点讨论数控车床基本编程方法。一、坐标系设定编程格式G50 X?Z? 式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。G50使用方法与G92 类似。在数控车床编程时，所有X坐标值均使用直径值，如图 2.1.5所示。例：按图2.1.5设置加工坐标的程序段如下： X 109.7______________ , 33.9 小工件原点, 旋转中心 G50 X 121.8 Z 33.9 X'

四轴飞行器姿态控制算法

姿态解算姿态解算(attitude algorithm),是指把陀螺仪，加速度计, 罗盘等的数据融合在一起，得出飞行器的空中姿态，飞行器从陀螺仪器的三轴角速度通过四元数法得到俯仰，航偏，滚转角，这是快速解算，结合三轴地磁和三周加速度得到漂移补偿和深度解算。姿态的数学模型坐标系姿态解算需要解决的是四轴飞行器和地球的相对姿态问题。地理坐标系是固定不变的，正北，正东，正上构成了坐标系的X，Y，Z轴用坐标系R表示，飞行器上固定一个坐标系用r表示，那么我们就可以适用欧拉角，四元数等来描述r和R的角位置关系。姿态的数学表示姿态有多种数学表示方式，常见的是四元数，欧拉角，矩阵和轴角。在四轴飞行器中使用到了四元数和欧拉角,姿态解算的核心在于旋转。姿态解算中使用四元数来保存飞行器的姿态，包括旋转和方位。在获得四元数之后，会将其转化为欧拉角，然后输入到姿态控制算法中。姿态控制

算法的输入参数必须要是欧拉角。AD值是指MPU6050的陀螺仪和加速度值，3个维度的陀螺仪值和3个维度的加速度值，每个值为16位精度。AD值必须先转化为四元数，然后通过四元数转化为欧拉角。在四轴上控制流程如下图：下面是用四元数表示飞行姿态的数学公式，从MPU6050中采集的数据经过下面的公式计算就可以转换成欧拉角，传给姿态PID控制器中进行姿态控制.

PID控制算法先简单说明下四轴飞行器是如何飞行的,四轴飞行器的螺旋桨与空气发生相对运动，产生了向上的升力，当升力大于四轴的重力时四轴就可以起飞了。四轴飞行器飞行过程中如何保持水平：我们先假设一种理想状况：四个电机的转速是完全相同的是不是我们控制四轴飞行器的四个电机保持同样的转速，当转速超过一个临界点时（升力刚好抵消重力）四轴就可以平稳的飞起来了呢？答案是否定的，由于四个电机转向相同，四轴会发生旋转。我们控制四轴电机1和电机3同向，电机2电机4反向，刚好抵消反扭矩，巧妙的实现了平衡, 但是实际上由于电机和螺旋