一种FPGA实现圆弧插补的方法技术

本发明专利技术公开了一种FPGA实现圆弧插补的方法，具体涉及数控加工技术领域，具有FPGA模块和圆弧插补器，包括以下步骤：步骤一：将二维圆弧插补轨迹的半径R、起始点坐标和终点坐标输入给FPGA模块；步骤二：FPGA模块计算各插补轴起点和终点的正弦相位值和余弦相位值；步骤三：FPGA模块的串口通信模块将相位值赋值给圆弧插补器；步骤四：圆弧插补器调用插补程序对X轴、Y轴进行插补；步骤五：根据圆弧插补器计算后的结果输出驱动脉冲，进而驱动插补轴X轴和插补轴Y轴的电机；步骤六：判断插补是否结束，若未结束，返回步骤四。本发明专利技术通过FPGA芯片控制圆弧插补器输出电机的驱动脉冲f

【技术实现步骤摘要】
一种FPGA实现圆弧插补的方法


[0001]本专利技术涉及数控加工
，更具体地说，本专利技术涉及一种FPGA实现圆弧插补的方法。

技术介绍

[0002]在对零件图纸进行数控编程时，图纸上零件的形状主要是由直线和曲线组成，这样在编程时，就会用到直线插补和圆弧，圆弧插补时，加入第三轴进给称为螺旋插补。合理选择加工工艺以及提高数控设备的作用率和刀具的使用寿命，在加工过程中有很重要的意义。
[0003]在数控系统中，机床的运动通过插补实现，圆弧插补是数控系统中除直线插补以外的另一种基本插补方法。圆弧插补是根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线，圆弧插补的方法有DDA算法、逐点比较法等，空间圆弧曲面的加工，都是转化为一段段的空间直线构成的平面构造类圆弧曲面而进行的。
[0004]FPGA即现场可编程门阵列，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展而来，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，FPGA器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题，FPGA在数字电路设计领域得到了广泛的应用。
[0005]目前通过数据采样圆弧插补法加工时，进给速度慢，加工效率低。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种FPGA实现圆弧插补的方法，具有进给速度快，精度高的优点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种FPGA实现圆弧插补的方法，具有FPGA模块和圆弧插补器，包括以下步骤：
[0009]步骤一：将二维圆弧插补轨迹的半径R、起始点坐标(X1，Y1)和终点坐标(X2，Y2)输入给FPGA模块；
[0010]步骤二：FPGA模块计算各插补轴起点和终点的正弦相位值sinθ1、sinθ2和余弦相位值cosθ1、cosθ2；
[0011]步骤三：FPGA模块的串口通信模块将相位值赋值给圆弧插补器；
[0012]步骤四：圆弧插补器调用插补程序对X轴、Y轴进行插补；
[0013]步骤五：根据圆弧插补器计算后的结果输出驱动脉冲f
x
和f
y
，进而驱动插补轴X轴和插补轴Y轴的电机；
[0014]步骤六：判断插补是否结束，若未结束，返回步骤四。
[0015]优选的，所述步骤一中，还向FPGA模块输入速度控制信号和圆弧插补方向信号。
[0016]优选的，所述步骤二中，FPGA模块依据相位值查询ROM存储模块里的离散半周期正
弦值，并计算相应相位值。
[0017]优选的，所述步骤六中，依据插补次数或者插补坐标判断插补是否结束。
[0018]优选的，所述圆弧插补器包括参数接收器和积分器，参数接收器写入X轴和Y轴的进给增量，积分器由累加器和被积函数寄存器组成，终点坐标(X2，Y2)存放在被积函数寄存器中，累加结果存放在累加器中。
[0019]优选的，所述圆弧插补器还包括脉冲控制器，累加器溢出时，脉冲控制器向外输出一个电机驱动脉冲。
[0020]优选的，所述还包括人机交互模块，在所述步骤一中，通过人机交互模块输入二维圆弧插补轨迹的半径R、起始点坐标(X1，Y1)和终点坐标(X2，Y2)。
[0021]本专利技术的技术效果和优点：
[0022]1.本专利技术通过FPGA芯片控制圆弧插补器输出电机的驱动脉冲f
x
和f
y
实现的圆弧插补，很大程度上提高了数控机床的加工精度和加工效率。
[0023]2.本专利技术通过模块化的设计，响应时间短，运行速度快，在保证加工要求的同时，还适应不同工作环境的需求。
附图说明
[0024]图1为本专利技术步骤示意图。
[0025]图2为本专利技术模块结构示意图。
具体实施方式
[0026]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
[0027]此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
[0028]实施例
[0029]如图1至图2所示，本专利技术提供一种FPGA实现圆弧插补的方法，如图2所示，具有FPGA模块和圆弧插补器，包括以下步骤：
[0030]步骤一：将二维圆弧插补轨迹的半径R、起始点坐标(X1，Y1)和终点坐标(X2，Y2)通过人机交互模块输入给FPGA模块，并且还向FPGA模块输入速度控制信号和圆弧插补方向信号，相对圆心坐标为(0，0)。
[0031]步骤二：FPGA模块计算各插补轴起点和终点的正弦相位值sinθ1、sinθ2和余弦相位值cosθ1、cosθ2；θ1和θ2为圆心和相应坐标点连线与X轴的夹角，FPGA模块包括ROM存储模块，ROM存储模块内存储有离散半周期正弦值，FPGA模块依据相位值查询ROM存储模块里的离散
半周期正弦值，并计算相应相位值。
[0032]步骤三：FPGA模块的串口通信模块将相位值赋值给圆弧插补器；
[0033]步骤四：圆弧插补器调用插补程序对X轴、Y轴进行插补，其插补公式如下：
[0034][0035]圆弧插补器包括参数接收器和积分器，参数接收器写入X轴和Y轴的进给增量，积分器由累加器和被积函数寄存器组成，终点坐标(X2，Y2)存放在被积函数寄存器中，累加结果存放在累加器中；圆弧插补器还包括脉冲控制器，累加器溢出时，脉冲控制器向外输出一个电机驱动脉冲。
[0036]步骤五：根据圆弧插补器计算后的结果输出驱动脉冲f
x
和f
y
，进而驱动插补轴X轴和插补轴Y轴的电机；
[0037]步骤六：依据插补次数或者插补坐标判断插补是否结束，若未结束，返回步骤四。采用插被次数来进行时，在计数器上设置预定值进行选择或手动输入，手动输入适于调试，当计数器溢出时，插补结束。而如果采用坐标判断时，将最后一次的插补坐标与终点坐标相比，当有一个轴的坐标值超出范围时，插补结束，当然，这种方式适用于1/4以内的圆弧。
[0038]进一步地，可以增加微处理器(MCU)，以与圆弧插补器构成运动控制器，从而进一步提高数控系统的精度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FPGA实现圆弧插补的方法，具有FPGA模块和圆弧插补器，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将二维圆弧插补轨迹的半径R、起始点坐标(X1，Y1)和终点坐标(X2，Y2)输入给FPGA模块；步骤二：FPGA模块计算各插补轴起点和终点的正弦相位值sinθ1、sinθ2和余弦相位值cosθ1、cosθ2；步骤三：FPGA模块的串口通信模块将相位值赋值给圆弧插补器；步骤四：圆弧插补器调用插补程序对X轴、Y轴进行插补；步骤五：根据圆弧插补器计算后的结果输出驱动脉冲f
x
和f
y
，进而驱动插补轴X轴和插补轴Y轴的电机；步骤六：判断插补是否结束，若未结束，返回步骤四。2.根据权利要求1所述的一种FPGA实现圆弧插补的方法，其特征在于：所述步骤一中，还向FPGA模块输入速度控制信号和圆弧插补方向信号。3.根据权利要求1所述的一种FPGA实现圆弧插补的方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亿智，
申请(专利权)人：深圳市太控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：