基于IPC和FPGA的滾齒加工運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中的重要組件，特別是非圓齒輪，能夠?qū)崿F(xiàn)普通齒輪無(wú)法替代的功能。然而傳統(tǒng)的滾齒機(jī)床對(duì)于非圓齒輪的加工，存在加工困難，精度和效率低的問(wèn)題，另外，目前齒輪加工的數(shù)控系統(tǒng)大部分是在機(jī)床的配套數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)，但是不能嵌入自主研發(fā)的控制算法，從而限制了系統(tǒng)的控制精度。為解決這些問(wèn)題，現(xiàn)研究并設(shè)計(jì)一款用于數(shù)控滾切加工非圓齒輪的基于IPC、以PCIE總線(xiàn)連接上下位機(jī)、將FPGA作為主控單元的專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其中，F(xiàn)PGA運(yùn)動(dòng)

2、控制卡是連接上位機(jī)與伺服機(jī)構(gòu)的重要組成部分，發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，論文分析了滾齒機(jī)床的運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)關(guān)系以及建立了滾齒需要的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型研究了非圓齒輪在滾切加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性，為非圓齒輪在設(shè)計(jì)階段對(duì)階數(shù)和偏心率的選取提供參考。此外，分析了分齒運(yùn)動(dòng)方式，采用了滾刀角速度恒定，工件角速度變化的方案，為電子齒輪箱的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
　　其次，論文采用FPGA運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)電子齒輪箱功能。在電子齒輪箱

3、的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用主從式結(jié)構(gòu)；為提高齒輪箱的響應(yīng)精度，采用鎖相環(huán)和脈沖分頻技術(shù)；為實(shí)現(xiàn)速度、位置等控制精度，采用前饋+PID控制。此外，為緩解FPGA運(yùn)動(dòng)控制卡的壓力，達(dá)到高速、高精度運(yùn)動(dòng)控制，在工控機(jī)IPC上設(shè)計(jì)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)速度、位移等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的預(yù)處理（粗插補(bǔ)）。
　　最后，根據(jù)功能目標(biāo)，規(guī)劃了運(yùn)動(dòng)控制卡總體方案，選取了FPGA開(kāi)發(fā)板的型號(hào)，并給出了電子齒輪箱部分功能模塊的時(shí)序仿真；采用了PCIE作為通訊接口總線(xiàn)插入IPC卡槽內(nèi)