基于FPGA实现的多轴数控雕铣机系统

众所周知电机有起动频率和运行频率两个参数,要使步进电机能够正常起动又能够达到设计要求的运行速度,以提高加工效率,就要有电机加速、恒速、减速的过程。传统的利用单片机来控制步进电机,由于单片机资源有限,通常选用查表法。查表法就是将相邻脉冲之间的时间间隔放入一张表中,每发一个脉冲就依次从表中取出相应的延时数据,从而使步进电机实现变速。查表法控制简单,但控制不够灵活,在最大速度或者加速度改变以后都要修改延时数据表,工作量很大。

在数控雕铣机系统中,还常常涉及到平面上两轴(x,y)连动和空间的三轴(x,y,z)连动的问题,传统的做法大多是找到三轴中的长轴,对长轴进行调速,然后用数字积分法(DDA)完成空间直线的插补,以实现多轴连动。直线插补法在该领域应用广泛,为了方便起见,在很多雕刻文件中各种圆弧或弧线都用很短的一段直线来拟和,但是用传统的单片机来完成雕刻直线拟和的圆弧或弧线时,在编程中涉及到长短轴的频繁切换,较难实现三轴连动的整体速度控制,以至于在雕刻过程中存在运动不流畅,加工效率不高,噪声大等问题。

而基于FPGA来完成的空间直线插补的速度控制算法,可以任意的改变初速度、加速度和最大速度,并且很容易的控制三轴连动时的整体速度,在圆弧或弧线加工、字体沟边时,雕刻动作连续,提高了加工效率,降低了噪声。