[发明专利]数控系统中攻丝打孔功能的实现方法

说明书

技术领域：

本技术涉及到数控机床控制领域，提出了一种在FPGA中实现攻丝打孔功 能的控制方法。

背景技术：

进入21世纪，中国已经成为世界的制造业中心，数控机床质量水平的高 低，关系着国家制造业水平的高低。数控机床能完成很多功能，也经常会使用 攻丝打孔功能，但是攻丝打孔功能实现起来比较复杂，市场上带攻丝打孔功能 的数控机床一般都是外国品牌。为了增强民族产业的竞争力，我们设计了一种 数控机床上攻丝打孔功能的实现方法。基于FPGA可编程芯片来实现功能，控 制机床Z轴水平转动和垂直进给。

发明内容：

本发明的目的是用FPGA芯片替代专用的攻丝打孔控制芯片，自己订制通 用功能的攻丝打孔控制器。本系统的攻丝打孔控制器具有闭环负反馈、转速自 动优化、脉冲发送均匀、回原点准确、紧停等功能。用户设定简单，只需输入 四个数据：最大速度、初始速度、攻丝深度和攻丝比例。

为实现上述目的，本发明的FPGA电路设计方法如下：

如图1所示，根据功能实现的需要，将FPGA划分为六个模块。

AB相编码反馈输入信号是电机的转速反馈值，用户数据和控制信号由上 位机提供。脉冲控制模块输出相应的脉冲信号，转速控制模块输出由SPI模块 转化的串行数据。

各个模块的设计原理如下：

(1)AB相转化模块：首先要处理电机的AB相编码反馈输入信号。电机的 AB相编码是两根线，而在内部只需要一根脉冲线。该模块通过AB相编码反 馈输入信号相位变化的信息产生AB相脉冲。

(2)定时模块：根据AB相编码反馈输入信号确定当前的主轴转速和计算得 出加计数脉冲，并发送给转速控制模块和脉冲控制模块。加计数脉冲是脉冲控 制模块实现发送小数个脉冲算法必须的控制信号。

(3)所述数据扩展模块：处理用户数据和上位机计算得出的数据，并发送给 脉冲控制模块和转速控制模块，这样不会占用太多的输入端口，并锁存上位机 输入的数据；

(4)转速控制模块：主要功能是自动调节主轴转速。根据AB相反馈确定现 在的转速，通过和脉冲控制模块通信确定现在的攻丝深度，从而根据加速模型 调节当前的转速。

(5)脉冲控制模块：主要功能是处理控制信号和数据扩展模块计算得出的数 据、接受定时模块发出的加计数脉冲并发送主轴进给脉冲；与转速控制模块通 信，获得当前的转速以发送相应的脉冲，并指示转速控制模块现在的攻丝深度； 攻丝结束自动回到原点；

(6)SPI模块：所述SPI模块将转速输出并行数据转化为串行数据，并通过 SPI协议发送到外部芯片。

另外，下列参数：

①V_MAX：最大速度

②V_INIT：初始速度

③DEPTH：脉冲深度

④RATIO：攻丝比例

⑤DPT_DEC：减速脉冲

上位机根据用户输入的前①～④组数据计算得出第⑤组数据——减速脉 冲，也就是抽象出了加速模型。加速模型分为水平模型、三角形模型和梯形模 型(分别参见图2-图4)，计算方法如下：

用户设定了四个参数，软件首先根据脉冲深度和攻丝比的关系判断是否是 水平速度模型。若

8*RATIO＞＝DEPTH

则是水平速度模型，无论用户的最大速度是多少，软件都会屏蔽，而把最 大速度设为用户设定的初始速度，即

DPT_DEC＝DEPTH

若不是水平速度模型，软件要根据这四个参数抽象出加速模型。如果下式：

((V_MAX-V_INIT)/V_INIT+1)*RATIO*2+5*RATIO＜＝DEPTH

成立，则是梯形加速模型。减速深度：

DPT_DEC＝DEPTH-5*RATIO-((V_MAX-V_INIT)/V_INIT+1)*RATIO

否则是三角形加速模型，即

DPT_DEC＝(DEPTH-5*RATIO)/2