CN107786138B - 非正交轴联动步进电机直线插补控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非正交轴联动步进电机直线插补控制方法，采用以下步骤：1)偏差判别、进给控制与新偏差计算，2)终点判别，其特征在于：步骤1)中，X轴和Y′轴组成非正交坐标系，X轴步进电机和Y′轴步进电机联动加工，基于倾斜角度和终点坐标计算需要进给的总步数，在偏差判别后，依据偏差值向X轴或Y′轴步进电机进给一个脉冲，基于倾斜角度计算新偏差；步骤2)中，依据已进给步数和需要进给的总步数判别插补控制是否结束。本发明优点是：能用于非正交轴联动步进电机直线插补控制，插补误差小于一个脉冲当量，插补精度高，控制方法简单，输出脉冲均匀。

Description

非正交轴联动步进电机直线插补控制方法
技术领域
本发明涉及一种步进电机插补控制方法，特别是涉及一种非正交轴联动时步进电机的直线插补控制方法。
背景技术
在机械制造领域，经常用到两个步进电机驱动两个进给轴联动进行切削加工。如在数控车床中，X轴步进电机和Z轴步进电机联动实现母线为曲线的旋转体曲面零件加工；在两轴半联动立式数控铣床中，X轴步进电机和Y轴步进电机联动实现复杂平面轮廓零件加工。上述步进电机运动控制场合，两个进给轴都是垂直正交。除此之外，也有的运动场合比较特殊，如用滚剪刀斜切加工中联动的两个进给轴不垂直，这时步进电机插补运动控制较为复杂。
对现有的技术文献检索发现，两正交轴联动步进电机插补方法一般有逐点比较法、数字积分法和比较积分法等。王广炎等在学术期刊《制造技术与机床》（2000，3：37-39）上发表的论文“脉冲均匀化插补方法”中，提出一种脉冲均匀化插补方法，使插补过程中各轴分配的脉冲序列保持均匀，以克服步进电机失步问题。付毅宾等在学术期刊《机床与液压》（2011，39(4)：92-94）上发表的论文“基于PCL-839＋的二维步进电机运动平台控制系统设计”中，采用逐点比较法并提出一种圆弧终点校正方法，设计了二维步进电机运动平台控制系统并应用于激光划片机。游达章等在学术期刊《装备制造技术》（2008，1：41-43）上发表的论文“两轴联动的数字积分插补算法的实现”中，运用数字积分插补方法设计了两轴联动步进电机数控系统。郑振华等在学术期刊《测控技术》（2010，29(6)：59-61）上发表的论文“基于插补算法的二维数控平台研究与设计”中，采用比较积分法插补算法设计了一个二维数控平台，结构简单 、运行平稳、精确度高。上述方法均适用于两正交轴联动时步进电机插补控制场合，但不能用于非正交轴联动时步进电机插补控制。
综上所述，在非正交轴联动加工中，如何实现步进电机的高精度插补控制，具有重要意义，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于非正交轴联动步进电机直线插补控制方法，插补精度高，输出脉冲均匀。其技术方案为：采用以下步骤：1)偏差判别、进给控制与新偏差计算，2)终点判别，步骤1)中，在XY正交坐标系中，将Y轴以原点O为基点逆时针旋转锐角α得到Y′轴，X轴和Y′轴组成非正交坐标系，X轴步进电机和Y′轴步进电机联动加工，设直线运动轨迹在第一象限，起点在原点O，终点E在XY坐标系下坐标为(x e ，y e )，对(y e /cosα+x e +y e ·tanα)四舍五入得到进给总步数m，在运动起点处偏差F=0，已进给步数n=0；当偏差F≥0时向+X方向对X轴步进电机发出一个进给脉冲，进给后新偏差为(F-y e )，已进给步数n增加1；当偏差F＜0时向+Y′方向对Y′轴步进电机发出一个进给脉冲，进给后新偏差为(F+x e ·cosα+y e ·sinα)，已进给步数n增加1；步骤2)中，判别插补是否结束，如果n=m则给X轴和Y′轴上的2个联动控制的步进电机发出停止插补控制指令，插补结束；如果n<m则返回步骤1)继续插补控制，不断重复步骤1)和步骤2)，直到n=m插补控制结束。
本发明与现有技术相比，其优点是：1)可用于非正交轴联动加工中步进电机的直线插补控制；2)插补误差小于一个脉冲当量，插补精度高、计算方法简单，输出脉冲均匀。
附图说明
图1是本发明的非正交轴联动步进电机直线插补控制方法流程图。
图2是本发明的非正交轴联动直线运动轨迹示意图。
图3是本发明的非正交轴联动步进电机直线插补控制程序流程图。
图4是采用本发明的两非正交轴联动滚切加工硬件结构图。
图中：O、坐标原点 Y′、倾斜轴 α、旋转角度 E（x e ，y e ）、终点坐标F、偏差值m、进给总步数n、已进给步数。
具体实施方式
下面结合图1~3对本发明做进一步详细描述。
步骤1)：已知XY正交坐标系，将Y轴以原点O为基点逆时针旋转锐角α得到Y′轴，X轴和Y′轴组成非正交坐标系，X轴步进电机和Y′轴步进电机联动加工。设直线运动轨迹在第一象限，起点在原点O，终点E在XY坐标系下坐标为(x e ，y e )。设在运动起点处偏差F=0，该直线段的进给总步数m为(y e /cosα+x e +y e ·tanα)的四舍五入值，即：
m=round(y e /cosα+x e +y e ·tanα) (1)
设已进给步数n=0。
在XY坐标系下计算偏差，由偏差值控制X轴步进电机和Y′轴步进电机的联动插补，以发送相互协调的进给脉冲，实现运动轨迹控制。
当偏差F≥0时，向+X方向对X轴步进电机发出一个进给脉冲，将(F-y e )作为新偏差，即：
F
Figure 150738DEST_PATH_IMAGE001
F-y e (2)
已进给步数n增加1，即：
n
Figure 965110DEST_PATH_IMAGE001
n+1 (3)
当偏差F＜0时，向+Y′方向对Y′轴步进电机发出一个进给脉冲，将(F+x e ·cosα+y e ·sinα)作为新偏差，即：
F
Figure 849890DEST_PATH_IMAGE001
F+x e ·cosα+y e ·sinα (4)
已进给步数n增加1。
步骤2)：判别插补是否结束，如果n=m则给X轴和Y′轴上的2个联动控制的步进电机发出停止插补控制指令，插补结束；如果n<m则返回步骤1)继续插补控制，不断重复步骤1)和步骤2)，直到n=m插补控制结束。
本发明在图4所示的两非正交轴联动滚切加工控制中获得实现：在仓顶盖板加工中，需要对大型板料进行分条，经常用到滚刀斜切加工。为了提高加工效率和加工精度，设置两个步进电机分别驱动送料辊和滚刀座，实现斜切加工。如图2所示，已知板料分条时要求倾斜角为α，驱动送料辊沿+X轴方向送料，驱动滚刀座沿+Y′轴方向即滚刀轨道运动。由工控机和SEED-DEC2812运动控制卡构成上下位机结构，通过USB2.0实现数据通信。SEED-DEC2812运动控制卡中核心DSP处理芯片为TMS320-F2812，具有USB2.0通讯接口，主频为150MHz，开发环境为CCS2.0。在SEED-DEC2812运动控制卡中实现本发明提出的非正交轴联动步进电机直线插补控制方法，插补误差小于一个脉冲当量，插补精度高，控制方法简单，输出脉冲均匀，可实现板料的高精度滚切分条加工。
该发明可在非正交轴联动步进电机驱动的数控系统和数控装备中应用和推广。

Claims (1)

1.一种非正交轴联动步进电机直线插补控制方法，采用以下步骤：1)偏差判别、进给控制与新偏差计算，2)终点判别，其特征在于：步骤1)中，在XY正交坐标系中，将Y轴以原点O为基点逆时针旋转锐角α得到Y′轴，X轴和Y′轴组成非正交坐标系，X轴步进电机和Y′轴步进电机联动加工，设直线运动轨迹在第一象限，起点在原点O，终点E在XY坐标系下坐标为(x e ，y e )，对(y e /cosα+x e +y e ·tanα)四舍五入得到进给总步数m，在运动起点处偏差F=0，已进给步数n=0；当偏差F≥0时向+X方向对X轴步进电机发出一个进给脉冲，进给后新偏差为(F-y e )，已进给步数n增加1；当偏差F＜0时向+Y′方向对Y′轴步进电机发出一个进给脉冲，进给后新偏差为(F+x e ·cosα+y e ·sinα)，已进给步数n增加1；步骤2)中，判别插补是否结束，如果n=m则给X轴和Y′轴上的2个联动控制的步进电机发出停止插补控制指令，插补结束；如果n<m则返回步骤1)继续插补控制，不断重复步骤1)和步骤2)，直到n=m插补控制结束。
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