CN117226193B - 一种电火花线切割硬件插补方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特种加工技术领域,尤其是指一种电火花线切割硬件插补方法、装置、设备及计算机存储介质。本发明公开了一种电火花线切割硬件插补方法。通过对等分直线和圆弧的等分点位置关系进行几何分析,推导了沿曲线切向方向进给的等弧长递推插补方法,通过对等弧长递推方程中变量和运算方式进行优化,实现了该插补方法的硬件化,提高电火花线切割机床插补计算。
Description
技术领域
本发明涉及特种加工技术领域,尤其是指一种电火花线切割硬件插补方法、装置、设备及计算机存储介质。
背景技术
电火花线切割是一种利用工件和电极丝之间高频脉冲火花放电过程中产生的瞬时高温去除金属材料的非接触式电加工方法,与传统的机加工相比,电火花线切割技术拥有不受工件强度、硬度和脆性影响的特点,擅长加工高精度和复杂形状的工件,因此广泛应用在航天航空和模具加工等领域。
图1展示了电火花线切割机床数控***组成结构,电火花线切割机床由于在成本、体积和作业环境等方面的限制和要求,一般基于工控机设计嵌入式数控***,这造成了数控***的计算和存储能力非常有限,目前线切割机床中复杂的运动控制主要由工控机完成,随着对功能多样化的需求,工控机的性能不足以支撑运动控制任务,继续将复杂的运动控制算法部署在工控机中,将会对运动控制***的实时处理和正常运行带来隐患。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中电火花线切割机床使用PC插补时过度消耗性能和存储等,影响机床数控***的正常运行的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种电火花线切割硬件插补方法,包括:
获取等弧长递推方程,并将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程;
将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算;
将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算;
根据所述整数部分递推方程和转换后的小数部分递推方程进行递推运算,并对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲。
优选地,所述获取等弧长递推方程包括:
通过对圆弧上的第一和第二等分点位置关系进行几何分析,以递推方式求解后续所有等分点,得到所述等弧长递推方程:
其中,为第i个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-1个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-2个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,式中/>中的为/>或/>,表示等弧长横坐标递推方程或等弧长纵坐标递推方程,/>为比例常量。
优选地,所述整数部分递推方程为:
其中,为/>的整数部分,/>为/>的整数部分,/>为/>的整数部分。
优选地,所述小数部分递推方程为:
其中,为/>的小数部分,/>为/>的小数部分,/>为/>的小数部分。
优选地,所述将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算包括:
将K设为,其中,n为正整数。
优选地,所述将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算包括:
将所述小数部分递推方程中的每项按照预设倍数放大。
优选地,所述对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲包括:
步骤a:当等分圆弧的等分弧长不大于预设阈值时,对所述递推过程中x轴和y轴方向的递推增量进行累加,得到x轴和y轴方向的累积量;
步骤b:当x轴或y轴方向的累积量超过所述预设阈值时,则向该方向进给一个单位;
步骤c:循环步骤a-b,生成插补脉冲。
本发明还提供了一种电火花线切割硬件插补装置,包括:
递推方程构建模块,用于获取等弧长递推方程,并将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程;
递推方程转换模块,用于将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算,并将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算;
插补脉冲生成模块,用于根据所述整数部分递推方程和转换后的小数部分递推方程进行递推运算,并对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲。
本发明还提供了一种电火花线切割硬件插补设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
硬件微处理器,用于执行所述计算机程序时实现上述一种电火花线切割硬件插补方法步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被硬件微处理器执行时实现上述一种电火花线切割硬件插补方法的步骤。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明所述的电火花线切割硬件插补方法,在等弧长递推插补方法的基础上,将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程,通过对小数部分递推方程的变量和运算方式优化,解决了方程中浮点数乘法和浮点数加减运算的难题,实现了插补的硬件化,最终提高了中走丝机床性能。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中:
图1是电火花线切割机床数控***结构示意图;
图2是为本发明所提供的一种电火花线切割硬件插补方法的实现流程图;
图3是等分圆弧示意图;
图4是n取值变化曲线示意图;
图5为等弧长递推插补原理示意图;
图6是等弧长递推插补方法过程示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电火花线切割硬件插补方法、装置、设备及计算机存储介质,解决了方程中浮点数乘法和浮点数加减运算的难题,实现了插补的硬件化,最终提高了中走丝机床性能。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参考图 2,图2为本发明所提供的一种电火花线切割硬件插补方法的实现流程图;具体操作步骤如下:
S101:获取等弧长递推方程,并将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程;
S102:将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算;
S103:将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算;
S104:根据所述整数部分递推方程和转换后的小数部分递推方程进行递推运算,并对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲。
基于以上实施例,本实施例对步骤S101进行详细说明:
图3所示为一个等分圆弧,通过对圆弧上的等分点位置关系进行几何分析,可以得到由第一、二等分点为条件,以递推方式求解后续所有等分点的等弧长递推方程:
其中,为第i个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-1个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-2个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,式中/>中的为/>或/>,表示等弧长横坐标递推方程或等弧长纵坐标递推方程,/>为比例常量:
其中,为每段弧长长度,/>为圆弧半径。
如果曲线为直线,那么只需把。
所述整数部分递推方程为:
其中,为上述/>的整数部分,/>为上述/>的整数部分,/>为上所述/>的整数部分。
所述小数部分递推方程为:
其中,为上述/>的小数部分,/>为上述/>的小数部分,/>为上述/>的小数部分。
为了将等弧长递推插补方程应用在FPGA等硬件微处理器中,必须对其进行硬件化,硬件化的难度主要体现在方程中浮点数乘法和浮点数加减运算。
基于以上实施例,本实施例对步骤S102进行详细说明:
将设为/>,其中,/>为正整数;为根据满足加工条件的要求,图4中给出不同半径圆弧的/>取值,这样一来,可以将递推方程中浮点数的乘法转化为移位运算,避免了乘法运算带来的问题。
基于以上实施例,本实施例对步骤S103进行详细说明:
对于浮点数加减来讲,硬件虽然不能直接进行浮点数层面的加减,但是容易实现整型运算,因此通过将等弧长递推方程中的小数部分方程的各项进行某倍数(在一种实施例中,为)放大,使浮点数近似转换为整型就可解决浮点数加减问题,这样就可通过整型运算进行递推公式的计算。
基于以上实施例,本实施例对步骤S104进行详细说明:
图5展示了等弧长递推方程应用于插补的原理,在等分圆弧的等分弧长小于等于预设阈值(在一种实施例中,为1)的条件下,将递推公式递推过程中方向递推增量进行累加,当累积量超过1时,即可向该方向进给一个单位,循环此操作,就能完成曲线的插补。
表1给出了其他象限内的直线或圆弧的插补通过映射方法在第一象限内实现的图形映射方式。
表1 图形映射方式
基于以上实施例,本发明应用于中走丝机床实际加工步骤如图6所示,整体可分为7个主要步骤,其中第2、3、4步为本发明的关键步骤:
第一步,等待插补被触发。
第二步,进行整数递推方程运算。
所述整数部分递推方程为:
其中,为上述/>的整数部分,/>为上述/>的整数部分,/>为上所述/>的整数部分。
第三步,变量K乘法运算,即根据的大小进行相应的移位运算。
将设为/>,其中,/>为正整数;为根据满足加工条件的要求,图3中给出不同半径圆弧的/>取值,这样一来,可以将递推方程中浮点数的乘法转化为移位运算,避免了乘法运算带来的问题。
第四步,进行小数递推方程运算。
所述小数部分递推方程为:
其中, 为上述/>的小数部分,/>为上述/>的小数部分,/>为上述/>的小数部分。
对于浮点数加减来讲,硬件虽然不能直接进行浮点数层面的加减,但是容易实现整型运算,因此通过将等弧长递推方程中的小数部分方程的各项进行某倍数(在一种实施例中,为)放大,使浮点数近似转换为整型就可解决浮点数加减问题,这样就可通过整型运算进行递推公式的计算。
第五步,对递推过程中的增量进行累积,并根据累积是否溢出结果进行插补脉冲生成。所述对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲包括:
当等分圆弧的等分弧长不大于预设阈值时,对所述递推过程中x轴和y轴方向的递推增量进行累加,得到x轴和y轴方向的累积量;
当x轴或y轴方向的累积量超过所述预设阈值时,则向该方向进给一个单位;
循环上述操作,生成插补脉冲。
第六、七步,对递推方程中的变量进行迭代更新。
本发明公开了一种电火花线切割硬件插补方法。通过对等分直线和圆弧的等分点位置关系进行几何分析,推导了沿曲线切向方向进给的等弧长递推插补方法,通过对等弧长递推方程中变量和运算方式进行优化,实现了该插补方法的硬件化,提高电火花线切割机床插补计算。
本发明实施例还提供了一种电火花线切割硬件插补装置;具体装置可以包括:
递推方程构建模块,用于获取等弧长递推方程,并将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程;
递推方程转换模块,用于将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算,并将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算;
插补脉冲生成模块,用于根据所述整数部分递推方程和转换后的小数部分递推方程进行递推运算,并对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲。
本实施例的电火花线切割硬件插补装置用于实现前述的电火花线切割硬件插补方法,因此电火花线切割硬件插补装置中的具体实施方式可见前文电火花线切割硬件插补方法的实施例部分,例如,递推方程构建模块,递推方程转换模块,插补脉冲生成模块,用于实现上述电火花线切割硬件插补方法中步骤S101,S102,S103,S104,所以,其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述,在此不再赘述。
本发明具体实施例还提供了一种电火花线切割硬件插补设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
硬件微处理器(FPGA等),用于执行所述计算机程序时实现上述一种电火花线切割硬件插补方法的步骤。
本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被硬件微处理器执行时实现上述一种电火花线切割硬件插补方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的硬件微处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的硬件微处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种电火花线切割硬件插补设备,其特征在于,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
硬件微处理器,用于执行所述计算机程序,包括:
获取等弧长递推方程,并将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程,所述获取等弧长递推方程包括:
通过对圆弧上的第一和第二等分点位置关系进行几何分析,以递推方式求解后续所有等分点,得到所述等弧长递推方程:
其中,为第i个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-1个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-2个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,式中/>中的/>为/>或/>,表示等弧长横坐标递推方程或等弧长纵坐标递推方程,/>为比例常量;
所述整数部分递推方程为:
其中,为/>的整数部分,/>为/>的整数部分,/>为/>的整数部分;
所述小数部分递推方程为:
其中,为/>的小数部分,/>为/>的小数部分,/>为/>的小数部分;
将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算:
将设为/>,其中,n为正整数;
将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算:
将所述小数部分递推方程中的每项按照预设倍数放大;
根据所述整数部分递推方程和转换后的小数部分递推方程进行递推运算,并对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲:
步骤a:当等分圆弧的等分弧长不大于预设阈值时,对所述递推过程中x轴和y轴方向的递推增量进行累加,得到x轴和y轴方向的累积量;
步骤b:当x轴或y轴方向的累积量超过所述预设阈值时,则向该方向进给一个单位;
步骤c:循环步骤a-b,生成插补脉冲。
2.一种电火花线切割硬件插补装置,其特征在于,包括:
递推方程构建模块,用于获取等弧长递推方程,并将所述等弧长递推方程分解为整数部分递推方程和小数部分递推方程,所述获取等弧长递推方程包括:
通过对圆弧上的第一和第二等分点位置关系进行几何分析,以递推方式求解后续所有等分点,得到所述等弧长递推方程:
其中,为第i个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-1个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,/>为第i-2个圆弧等分点/>的横、纵坐标记号,式中/>中的/>为/>或/>,表示等弧长横坐标递推方程或等弧长纵坐标递推方程,/>为比例常量;
所述整数部分递推方程为:
其中,为/>的整数部分,/>为/>的整数部分,/>为/>的整数部分;
所述小数部分递推方程为:
其中,为/>的小数部分,/>为/>的小数部分,/>为/>的小数部分;
递推方程转换模块,用于将所述小数部分递推方程中的浮点数乘法运算转换为移位运算,即将设为/>,其中,n为正整数,并将所述小数部分递推方程中的浮点数加减运算转换为整形加减运算,即将所述小数部分递推方程中的每项按照预设倍数放大;
插补脉冲生成模块,用于根据所述整数部分递推方程和转换后的小数部分递推方程进行递推运算,并对递推过程中的增量进行累积,根据累积结果生成插补脉冲:
步骤a:当等分圆弧的等分弧长不大于预设阈值时,对所述递推过程中x轴和y轴方向的递推增量进行累加,得到x轴和y轴方向的累积量;
步骤b:当x轴或y轴方向的累积量超过所述预设阈值时,则向该方向进给一个单位;
步骤c:循环步骤a-b,生成插补脉冲。
3.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被权利要求1所述的硬件微处理器执行。
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