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前言：

目前在CNC系統(tǒng)加工技術中的螺紋插補加工技術多數(shù)采用的是主軸編碼器跟蹤技術，即加工刀具所在軸的電機跟隨主軸編碼器的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，也就是說電機驅(qū)動器的脈沖源來自主軸編碼器信號。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)加工一個螺距的話，其可最大加工1.024mm(對應1024線/轉(zhuǎn)編碼器）和1.2mm(對應1200線/轉(zhuǎn)編碼器）螺距的螺紋，這遠遠達不到螺紋螺距加工的要求，解決不了大螺紋加工問題，所以必須對主軸編碼器信號進行倍頻處理。

傳統(tǒng)的主軸編碼器倍頻技術解決方案是用軟件技術進行倍頻:通過軟件計算主軸編碼器的轉(zhuǎn)速，計算在一個編碼器脈沖周期中產(chǎn)生多個脈沖（例如：100倍頻就產(chǎn)生100個脈沖）給刀具電機驅(qū)動器，從而實現(xiàn)大螺距螺紋加工。這個算法的主要問題是:軟件算法占用大量的系統(tǒng)資源，實時性差、有累計誤差、脈沖不均勻時加工振動大、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考慮了脈沖的頻率，同時考慮了脈沖的數(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第一個輸入脈沖，然后記錄與下一個輸入脈沖之間的時間間隔來確定倍頻脈沖輸出序列的脈沖間隔時間。所以此法最后的輸出脈沖相對于輸入脈沖是
延遲一個時間間隔輸出的。圖1為輸入脈沖四倍頻的示意圖，兩條實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，所對應的輸出脈沖為A、B、C、D、E。由圖可知，輸出脈沖輸出相對于輸入脈沖整體延遲一個時間間隔，而此時間間隔為開始倍頻的第一個和第二個脈沖之間的時間間隔。

1.2倍頻輸出脈沖間隔時間的確定

由于主軸在啟動階段做加速運動，停止階段做減數(shù)運動，同時在加工過程中轉(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間確定倍頻后輸出脈沖的脈沖間隔時間，即輸出脈沖的間隔時間為輸入脈沖間隔時間的倍頻數(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絕對均勻分布的。如圖1所示，以四倍頻為例，在定位首脈沖的時候，同時對當前脈沖和下一脈沖到來的時間間隔計時；當確認當前脈沖為首脈沖之后，在下一脈沖到來時立即輸出倍頻后脈沖序列。圖中a為首脈沖，在b脈沖到來后，立即開始輸出對應于a的以A為起始倍頻后脈沖序列；之后以此類推。同時需要注意的是，要做到脈沖均勻分布，輸出脈沖間隔時間的小數(shù)部分也是需要做處理的。這里的辦法就是保留并且累計小數(shù)部分。

假設編碼器為1024線/轉(zhuǎn)，主軸最大轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分，則輸入脈沖時間間隔為5.859|xs，對輸入脈沖之間的時間間隔計時是以FPGA內(nèi)部系統(tǒng)時鐘為基準計數(shù)實現(xiàn)的。所使用的系統(tǒng)時鐘周期為20ns。所以使用的系統(tǒng)時鐘可以達到實際使用需求。

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結(jié)束語：

基于FPGA的“變頻脈沖均勻倍頻法”通過檢測輸入脈沖邊沿、記錄存儲時間數(shù)據(jù)、生成新脈沖時間間隔到最后的輸出倍頻后脈沖序列，不僅保證了倍頻后輸出脈沖個數(shù)準確，而且所生成的脈沖均勻分布，完全符合CNC加工過程中準確及穩(wěn)定的要求。

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