数据绘图机

数据绘图机的主要功能是根据给定的数据, 高速度、高精度地将图形绘制出来( 数字到图形) ;而带有坐标读取装置的绘图机，则还能根据图形给出其坐标值的功能( 图形到数字)。一般说来，除了最简单的情况和复杂的立体图形，以及随机参数外，平面图形的处理总可以归结为：按某一给定方程绘出相应的曲线, 或者将给定参数的一些离散点连成一光滑曲线。

不论是给定方程也好，或给出离散点也好，问题的性质都是一致的，其基本要素均为点，所以解决点的变化规律是问题的主要方向。然而按方程或离散点编制的程序还不能直接由绘图机执行，因为任何绘图机都不可能直接产生任意形状的曲线, 一般只能直接形成一次曲线(直线)、二次曲线(圆弧、抛物线) 等。因此，由方程或离散点构成的复杂曲线，必须经由计算机处理, 并在满足精度要求的前提下，以直线、圆弧、或抛物线线段去分段逼近此曲线。通常, 这类绘图处理程序只是程序系统设计的一部分, 它还必然跟其他工作，诸如造船工业中的数学放样研究，或航空工业中的理论外形计算，或汽车设计中的审势相密切配合。因此，绘图数据的处理一般在较大的通用计算机上进行。

由于绘图机广泛应用于造船、航空、汽车、建筑、电子等各种行业, 因此，不同的使用场合，对绘图机的功能也就有不同的要求。然而，一些最基本的要求: 比如对速度、精度, 以及必须具备的常用功能— 坐标变换、图形比例等所提出的性能要求则是共同的。现以HTJ-18 筋型绘图机为例，作一说明如下。由于它带有一台小型多功能电子计算机, 因而可灵活地运用软件技术来充分发挥绘图机多方面的功能：

（1）绘制任意直线；

（2）将所绘制的图形作任意角度的旋转及进行坐标转换；

（3）图形比例可以在一定范围内任意选择，既可由程序规定，亦可由控制台打字机作人工改变, 它并具有将图形进行局部放大的功能;

（4）程序编制可用相对坐标, 亦可用绝对坐标；编码可用ISO、EIA、ASCII、ESSI、B55 型电传打字机码、ASCI'I奇校二进制代码等编码中的任何一种；

（5）采用宏指令形式，将一些常用的数字、字母、符号、文字, 甚至一些标准图形— 如集成电路出脚、印刷板插脚等指令化, 供使用时调用；

（6）可通过计算机的外围设备— 控制台打字机。实现人一机对话，输入、输出或修改绘图信息;

（7）绘制图形可选用单笔或四笔装置, 当用四笔时, 可通过工具功能自动选笔, 从而可绘制四种不同粗细或不同颜色的图形, 而其中每一单笔又可绘制实线、虚线和点划线;

（8） 可根据已知的图形, 利用工业电视监视系统, 进行手动人工跟踪, 读取图形的特征点及需要点的坐标值, 并可直接输出;

（9）可提供数控切割机 、数控肋骨冷弯机等数控加工设备的纸带, 亦可对数控加工纸带进行校验；

（10）小型多功能计算机可单独使用, 因而具备完成各类科研、生产数据处理的功能。

数据绘图机可采用联机或脱机的工作方式。是计算机辅助制图和计算机辅助设计中广泛使用的一种外围设备。常见的按绘图方式分为（如笔式绘图机）和扫描式绘图机（如静电扫描绘图机、激光扫描绘图机、喷墨式扫描绘图机）等。按机械结构分为滚筒式（鼓式）、绘图机和平台式绘图机两大类。数控绘图机的传动方式有钢丝或钢带传动；有滚珠丝杠或齿轮齿条传动；有电机传动，如采用开环控制方式的直线步进电机和采用闭环控制的伺服电机等。

可采用联机或脱机的工作方式。是计算机辅助制图和计算机辅助设计中广泛使用的一种外围设备。常见的按绘图方式分为（如笔式绘图机）和扫描式绘图机（如静电扫描绘图机、激光扫描绘图机、喷墨式扫描绘图机）等。按机械结构分为滚筒式（鼓式）、绘图机和平台式绘图机两大类。数控绘图机的传动方式有钢丝或钢带传动；有滚珠丝杠或齿轮齿条传动；有电机传动，如采用开环控制方式的直线步进电机和采用闭环控制的伺服电机等。

数据绘图机是利用电子计算机和数控技术进行自动绘图的设备, 又称为数控绘图机。它的产生和发展是与电子计算机技术和数控技术的发展密切地联系在一起的。由于能高速度、高精度地绘出复杂图形, 所以现在已被广泛地应用于航空、造船、汽车、电子和建筑工业等部门以及许多科学领域中。

近十多年来，数据绘图机的绘图工作大致采用两种方式。一种是把自动绘图机作为电子计算机的外部设备, 其目的是将计算机的输出结果能自动地变为图形, 它适用于高速地进行图形处理, 但绘图精度低, 如x 一y自动绘图机( 仪) ; 另一种是以自动绘图机作为数控机床的一种应用, 借此自动地绘出工作图纸, 它适用于精密图形的处理, 但绘图速度较低, 如平台式自动绘图机。

数据绘图机的发展相当快。现在，在第二种绘图方式的基础上，已设计和制造出具有独立体系的自动绘图系统— 大型自动绘图机。该系统的装置包括小型( 多功能) 计算机、插补机( 又称专用计算机)、伺服系统、绘图机以及光电机、电传打字机、座标读取装置等。

近年来，计算机绘图系统的发展异常迅速，它已成为实现设计、生产、管理过程自动化所必不可少的工具。而绘图机本身的发展, 则还涉及计算机技术、数控技术、软件研究、自动控制、精密机械制造、精密测量等各个专业领域, 因此, 要作全面叙述比较困难, 而只能就以下儿点略作介绍。

提高速度和精度的一些途径

新型元、器件的不断发展、完善和应用。其中较为突出的有平面步进电机和直线电机的发展和应用。为提高绘图机精度, 在闭环系统中可应用高精度的位置检测装置— 如光栅。此外, 感应同步器及磁尺等的发展也很迅速; 大规模集成电路的应用则能大大简化控制机的结构, 和提高系统的稳定性。为适应高达每分钟1 0 0 米以上的绘图速度, 研制的新型笔墨纸和薄膜也有相应的发展。

结构设计的改进

为改善图面质量, 对台面、笔架都提出了新的要求。以不锈钢丝编织网构成的台面最为引人注意。笔架部分则尽量减轻重量和提高刚性, 因此, 趋向于用动圈式抬落笔机构来代替螺线管线圈。

新型绘图机和多功能绘图系统的出现

新型绘图机的主要特点是，可以与计算机更灵活地实现人- 机对话，其功能较齐全, 且配有较完善的软件。

绘图方法和应用软件的研究和发展

自动绘图机的发展和功能的不断完善, 为迅速而准确地进行各类图形处理提供了必要的手段, 但要满足不同部门的需要, 则还必须根据不同的特点, 研究和发展相应的程序系统( 软件)。绘图方法的研究也很重要, 这就是要解决平面图形的处理、立体图形的处理或随机数据的处理的数学方法问题。而在造船工业中, 这些问题的解决, 则与诸如数学放样的研究、数学船型的发展等密切相关。

绘图机由驱动电机、控制电路、插补器、绘图台、笔架、机械传动等部分组成。绘图机的种类很多，按照结构和工作原理，主要分为滚筒式绘图机和平台式绘图机两类。

绘图机滚筒式绘图机

滚筒式绘图机中，绘图纸卷覆在滚筒上，滚筒的两边装有链轮，图纸的两侧制有链孔。当X方向步进电机通过传动机构驱动滚筒转动时，链轮就带动图纸转动(顺时针或逆时针)，实现X方向运动。Y方向的运动，是由Y方向步进电机驱动笔架直线移动来实现的。这种绘图机结构紧凑、占地面积小、图幅面大，在X方向上可以连续绘制几十米长的图形，但需要两侧制有链孑L的专用图纸。

绘图机平台式绘图机

平台式绘图机的绘图平台上装有横梁，横梁上装有笔架，绘图纸固定在平台上。工作时，X方向步进电机驱动横梁连同笔架做x方向运动，Y方向步进电机驱动笔架沿横梁导轨做Y方向运动。平台式绘图机绘图精度较高，对图纸没有特殊要求。

如果计算机系统配置了绘图机，那么在绘图软件支持下，绘图机能将那些用曲线图、平面图和立体图绘制的图纸表示得非常清楚。因此，绘图机除在气象、测绘等图形输出中应用外，在机械、电子、建筑、商业管理、办公自动化乃至服装设计等领域应用得非常广泛。例如，在机械工业中绘制工程图样；在电子工业中绘制电路图、布线图；在汽车工业中绘制汽车外形图；在建筑工业中绘制各种建筑平面图和立体图；在纺织工业中绘制设计图案等，都离不开绘图机。它已是计算机系统中一种主要的硬拷贝输出设备。

笔式绘图机虽然能以很高的精度绘图，但是，绘图所花时间相当长。因为它只能一根根线的绘制，并且只能按产生图形时输入数据的顺序进行。因此，当笔从一条直线转到下一条直线时，就会出现一些不必要的无规则移笔运动。可以想象，在图形十分复杂并且包含大量直线的情况下，绘图时间是相当长的。因此，在要求短时间内大量出图的应用中，常常使用静电绘图机。

静电绘图机由一块电子矩阵模板构成，此模板可以在电感纸上印出许多点。模板支承在一根棒上，将纸输送到一个滚简之上，从模板之下通过。当纸经过模板下面时，用光栅类型的格式来绘图。可以用相当高的密度打点，一般可达到每毫米约8个点，以一系列的点来形成直线。对于某些静电绘图机来说，可以绘制宽1.8米的图形。

和笔式绘图机相比，静电绘图机的绘图速度要快得多，有时要快3~4个数量级，但是价格要高出许多。由于它是一种光栅格式输出，绘图质量尚且说过得去，但不是很好。而且绘图必须用专用的纸和化学药品。在绘图之前，需要对图形数据作预处理，将计算机数据库中的图形数据转换成光栅格式，以达到高速度地绘图，这就需要额外的计算机机时费用。静电绘图机还可用作为文本输出的打印机。