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前言：

目前在CNC系統(tǒng)加工技術(shù)中的螺紋插補(bǔ)加工技術(shù)多數(shù)采用的是主軸編碼器跟蹤技術(shù)，即加工刀具所在軸的電機(jī)跟隨主軸編碼器的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，也就是說電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖源來(lái)自主軸編碼器信號(hào)。常用主軸編碼器的線數(shù)主要有1024線/轉(zhuǎn)和1200線/轉(zhuǎn)，目前CNC系統(tǒng)的精度是〇.〇〇1mm，如果主軸編碼器轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)加工一個(gè)螺距的話，其可大加工1.024mm(對(duì)應(yīng)1024線/轉(zhuǎn)編碼器）和1.2mm(對(duì)應(yīng)1200線/轉(zhuǎn)編碼器）螺距的螺紋，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到螺紋螺距加工的要求，解決不了大螺紋加工問題，所以必須對(duì)主軸編碼器信號(hào)進(jìn)行倍頻處理。

傳統(tǒng)的主軸編碼器倍頻技術(shù)解決方案是用軟件技術(shù)進(jìn)行倍頻:通過軟件計(jì)算主軸編碼器的轉(zhuǎn)速，計(jì)算在一個(gè)編碼器脈沖周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖（例如：100倍頻就產(chǎn)生100個(gè)脈沖）給刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)大螺距螺紋加工。這個(gè)算法的主要問題是:軟件算法占用大量的系統(tǒng)資源，實(shí)時(shí)性差、有累計(jì)誤差、脈沖不均勻時(shí)加工振動(dòng)大、光潔度不好。

鑒于軟件倍頻方法的不足，提出了 “變頻脈沖均勻倍頻法”。所提出的方法不僅同時(shí)考慮了脈沖的頻率，同時(shí)考慮了脈沖的數(shù)量，而且使所倍頻后的脈沖均勻分布在原有脈沖上。

1變頻脈沖均勻倍頻法原理1.1變頻脈沖均勻倍頻法原理

變頻脈沖均勻倍頻法是通過檢測(cè)第一個(gè)輸入脈沖，然后記錄與下一個(gè)輸入脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)確定倍頻脈沖輸出序列的脈沖間隔時(shí)間。所以此法后的輸出脈沖相對(duì)于輸入脈沖是
延遲一個(gè)時(shí)間間隔輸出的。圖1為輸入脈沖四倍頻的示意圖，兩條實(shí)線分別表示輸入脈沖串和輸出脈沖串。a、b、c、d、e為輸入脈沖，所對(duì)應(yīng)的輸出脈沖為A、B、C、D、E。由圖可知，輸出脈沖輸出相對(duì)于輸入脈沖整體延遲一個(gè)時(shí)間間隔，而此時(shí)間間隔為開始倍頻的第一個(gè)和第二個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔。

1.2倍頻輸出脈沖間隔時(shí)間的確定

由于主軸在啟動(dòng)階段做加速運(yùn)動(dòng)，停止階段做減數(shù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在加工過程中轉(zhuǎn)速也不是穩(wěn)定的；所以倍頻處理需要根據(jù)兩輸入脈沖之間的間隔時(shí)間確定倍頻后輸出脈沖的脈沖間隔時(shí)間，即輸出脈沖的間隔時(shí)間為輸入脈沖間隔時(shí)間的倍頻數(shù)份之一。所以此法的輸出脈沖是跟隨輸入脈沖并且脈沖輸出是均勻分布的。如圖1所示，以四倍頻為例，在定位首脈沖的時(shí)候，同時(shí)對(duì)當(dāng)前脈沖和下一脈沖到來(lái)的時(shí)間間隔計(jì)時(shí)；當(dāng)確認(rèn)當(dāng)前脈沖為首脈沖之后，在下一脈沖到來(lái)時(shí)立即輸出倍頻后脈沖序列。圖中a為首脈沖，在b脈沖到來(lái)后，立即開始輸出對(duì)應(yīng)于a的以A為起始倍頻后脈沖序列；之后以此類推。同時(shí)需要注意的是，要做到脈沖均勻分布，輸出脈沖間隔時(shí)間的小數(shù)部分也是需要做處理的。這里的辦法就是保留并且累計(jì)小數(shù)部分。

假設(shè)編碼器為1024線/轉(zhuǎn)，主軸大轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分，則輸入脈沖時(shí)間間隔為5.859|xs，對(duì)輸入脈沖之間的時(shí)間間隔計(jì)時(shí)是以FPGA內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘為基準(zhǔn)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。所使用的系統(tǒng)時(shí)鐘周期為20ns。所以使用的系統(tǒng)時(shí)鐘可以達(dá)到實(shí)際使用需求。