一种基于arm+fpga双处理器的数控插补系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机电一体化的数控插补系统，更具体的说，涉及一种基于ARM+FPGA双处理器的数控插补系统。
【背景技术】
[0002]伴随着科技发展和社会进步，人类对机械制造技术提出了新的和更高的要求，计算机数字控制技术(Computer Numerical Control)随之高速发展，数控机床的性能日趋完善，其应用领域也日益扩大，它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产业结构、管理方式带来了深刻的变化。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代CAD/CAM、FMS、(HMS等也都是以数控技术为基础。因此数控水平的高低己成为衡量一个国家工业自动化的重要标志。
[0003]在航空、航天、船舶、汽车电子消费品等加工领域，具有复杂曲面(曲线)的产品是广泛存在的，如飞行器外壳、发动机叶片等一些重要零部件，根据其实现的功能及特殊的力学原理，往往由多张复杂、自由型的曲面(曲线)拼合而成。另外，刀具、模具、汽车车身覆盖件等的生产中，也需要对一些复杂曲面进行加工。含有复杂曲面的产品或零件在现代制造业中所占的比例越来越大，同时对加工的精度和效率的要求也越来越高。数控(NumericalContro lied, NC)加工技术特别是计算机数控(Computer Numerical Control led, CNC)技术的迅速发展，在大幅度地缩短产品制造周期的同时、极大地提高了产品的加工质量。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。可实现极其复杂的零件的快速成形和小批量生产，特别是打样可快速交货且精度高。所有这些问题的出现，要求数控机床必须具有高速、高精度的加工能力，同时也要求数控机床具有良好插补处理功能。
[0004]插补技术是数控系统的核心，在CNC装置所要实现的各项功能中实时性要求最高、插补速度的快慢，直接影响到整个数控系统控制功能的实现，如进给速度、加工精度、劳动生产率等因素。在数控插补技术中研究一种很好的插补算法对整个CNC系统的性能指标至关重要，所采用的插补算法的好坏直接决定着数控系统的插补功能强弱和运动控制的好坏，可以说插补是整个CNC系统控制软件的核心。长期以来人们致力于设计精巧的插补算法:插补数据少、算法简单、插补精度高、便于控制进给速度。
[0005]根据现有的文献:张万军等作者在中文核心、科技核心期刊《制造技术与机床》2015年8期期刊发表《高档数控机床B样条曲线高速实时插补研究》的文章；
[0006]根据现有的文献:张万军等作者在中文核心、科技核心期刊《制造技术与机床》2015年4期期刊发表《NURBS曲线定时/中断插补算法的研究》的文章；
[0007]根据现有的文献:张万军等作者在中文核心、科技核心期刊《制造技术与机床》2013年2期期刊发表《三次B样条曲线修正算法的研究》的文章；
[0008]根据现有的文献:张万军等作者在中文核心、科技核心期刊《制造技术与机床》2012年8期期刊发表《珩磨机运动控制卡的三次B样条曲线插补算法的研究》的文章；
[0009]根据现有的文献:张万军等作者在中文核心、科技核心期刊《制造业自动化》2011年11期期刊发表《NURBS曲线修正算法的研究》的文章；
[0010]根据现有的文献:ZhangWanjun(张万军)，Zhang Feng and Zhang Guohua作者在《Applied Mechanics and Mater ial s》2014年 12期国际期刊发表《Resear ch onmodificat1n algorithm of Cubic B-spline curve interpolat1n technology〉〉((国际工程索引EI(JA):20152801018693)的文章；
[0011 ]根据现有的文献:Zhang Wan jun(张万军)，Zhang Feng and Zhao Junhai作者在《Applied Mechanics and Mater ial s》2014年 12期国际期刊发表《Research on aalgorithm of adaptive interpolat1n for NURBS curve》((国际工程索弓|EI (JA):20152801018372)的文章等所述:数控加工经常会遇到如飞机机翼、飞机叶轮等许多具有复杂外形轮廓的零件，通常用NURBS曲线表示。
[0012]随着嵌入式的数控系统发展，以前的数控插补系统在体系和结构上存在很大的局限性，主要表现在:
[0013](1)、以前的数控插补系统没采用模块化的结构，数控系统组成结构复杂、数控插补功能复杂，其结构不包括人机一体化的对话装置、嵌入式工业PC机、数控运动控制卡、1/0接口卡、驱动装置、执行机构，而且数控系统的互换性、通用性较差；
[0014](2)、键盘、显示器、存储器以前的数控插补系统没有人机一体化的对话装置如键盘、显示器、存储器，这样没有专门的显示器显示结果有限，也没有专门的存储器使得存储容量有限，给用户增加不必要经济负担；
[0015](3)、以前的数控插补系统很少采用ARM、FPGA及插补器，在NURBS曲线插补运算中，增加了 NURBS曲线插补运算的计算量和插补误差、不能能产生很好的经济和社会效益。
[0016]另外，现有技术中，利用专门的数控插补系统实现曲线的技术已日益成熟，请参考申请人张万军的专利ZL 2015200430828的中国申请实用新型专利，发明名称为:一种Newton-Rapson迭代的数控插补系统，该专利包括人机交互的数控界面、数控PC、数控运动控制卡、插补装置、数控执行装置、位置/速度检测装置。该专利详细介绍了 Newton-Rapson迭代的插补算法和NURBS曲线的插补器，同时，该专利完全可以实现NURBS的插补，提高了插补系统的插补精度，减少了 NURBS曲线插补运算的计算量和插补误差、降低了成本低，能产生很好的经济和社会效益;但没有详细地叙述ARM+FPGA双处理器的数控插补系统的组成及工作原理等问题。
[0017]另外，现有技术中，利用曲线实现专门数控系统插补的技术已日益成熟，请参考申请人(专利权人)张万军的专利ZL2015209653554的中国申请专利，发明名称为:一种基于ARM处理器控制的数控插补系统，该专利包括外设装置、1/0接口装置、工业PC机、数控运动控制卡、执行装置、检测装置;所述的数控运动控制卡包括时钟及定时模块、电源模块、微处理器S3C2410、存储器，所述的微处理器S3C2410采用ARM920T的ARM9系列微处理器，所述的ARM920T的ARM9系列微处理器包括IXD控制器、3个UART通道、16KB指令Cache，用于完成复杂曲线曲面的插补计算;所述的数控运动控制卡，左端分别与外设装置、1/0接口装置、工业PC机相连，所述的工业PC机，主频1200Hz，用于调试数控插补运算;右端与执行装置相连，完成数控插补的控制。该专利详细介绍了本发明的数控系统结构简单、各要件相对独立，能提高插补效率，降低了成本低，能产生很好的经济和社会效益;但没有详细地叙述ARM+FPGA双处理器的数控插补系统的组成及工作原理等问题。
[0018]另外，现有技术中，利用专门的数控插补系统实现曲线的技术已日益成熟，请参考申请人张万军的专利ZL 2015200690026的中国申请实用新型专利，发明名称为:一种基于B样条曲线高速实时插补的数控系统，该专利包括人机交互对话装置、数控PC机CPU、数控运动控制卡、驱动及执行装置、数控机床、检测装置;所述的人机交互对话装置由LCD