CN104635624A - 用于控制四轴加工设备的数控***控制方法及其控制*** - Google Patents

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郑飂默
王品
黄艳
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Abstract

本发明涉及一种用于控制四轴加工设备的数控***控制方法及其控制***。本发明包括任务控制模块、指令解析处理模块、运动学转换处理模块，针对控制具有两个线性轴和两个旋转轴的四轴加工设备，用于执行控制以通过设置特定的参数来实现高精度加工，该特定的参数依赖于具体的机床构成和控制功能设计，由此将刀具中心点位置移动到正确的位置。通过本发明，数控***可以直接使用CAM生成的四轴加工程序（位置坐标XYZ，刀轴方向B）驱动四轴机床（两个线性轴XZ和两个旋转轴BC）进行多轴联动加工。基于五轴转换相关参数可以对机床机械误差进行有效的补偿，提高加工精度和稳定性。

Description

用于控制四轴加工设备的数控***控制方法及其控制***
技术领域
本发明涉及一种四轴数控***控制方法，用于控制具有两个线性轴和两个旋转轴的四轴加工设备的数控***控制方法及其控制***。
背景技术
CN102566511B、US Patent6775586和JP特开2003-195917披露了一类技术，控制具有三个线性轴和两个旋转轴的五轴机床，以实现刀具中心点按照指令移动到正确位置。这个披露的技术实现对标准五轴机床(含全部三个线性轴X、Y、Z和两个旋转轴)的刀具中心点控制，通过使用三个线性轴对两个旋转轴的平移补偿，以实现刀具中心点的位置控制。
Lee在论文Developing a postprocessor for three types of five-axis machinetools中，披露了一类技术，实现了标准五轴机床(含全部三个线性轴X、Y、Z和两个旋转轴)的运动学转换关系，基于该转换关系可以实现刀具中心点与机床各轴的位置对应关系。
上述技术的主要特点是，基于标准五轴机床(必须包含三个线性轴X、Y、Z和两个对应的旋转轴)的运动学转换关系，实现该类机床的刀具中心点的位置控制。但是对于只含有X和Z两个线性轴和两个旋转轴的四轴机床，上述技术则不能实现该类机床的刀具中心点位置控制。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种能够控制四轴加工设备的刀具中心点的数控***控制方法及控制***。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于控制四轴加工设备的数控***控制方法，包括以下步骤：
指令解析：判断刀具中心点控制模式开启和相应四轴机床结构参数，并在任务控制器和运动控制器中设置相应的控制信号。确定工件坐标系内编程指令信息到机床坐标系下轴位置信息的转换关系；
插补：根据XZCB轴转换后的刀具中心点坐标XYZB进行加减速计算出WCS坐标下的插补位置；
坐标转换：将在WCS坐标下的插补位置XYZB转换为各轴控制点信息XCZB。
所述坐标转换包括以下步骤：
用RTCP五轴转换方法将XYZB轴在WCS坐标下的插补位置转换为MCS坐标下的插补位置；
通过极坐标转换将MCS坐标下的插补位置转换为各轴控制点信息XCZB。
一种用于控制四轴加工设备的数控***控制***，包括：
任务控制模块，用于对需要进行刀具中心点控制的数控机床进行参数配置；
指令解析处理模块，用于判断刀具中心点控制模式开启和相应结构参数，并在任务控制器和运动控制器中设置相应的控制信号；
运动学转换处理模块，用于根据机床参数将刀具中心点命令数据转换为轴运动命令数据。
所述参数配置中的参数包括：机床类型参数、第一旋转轴第二旋转轴配置参数，第一和第二旋转轴是否为假想轴参数、第一和第二旋转轴为假想轴时角度参数等；
所述指令解析处理模块中，判断刀具中心点控制模式开启后通过相应参数确定调用的XZBC四轴机床转换关系并设置相应的刀具中心点控制状态信号emcmotDebug->rtcp_flag_4=1；
所述运动学转换处理模块中，当emcmotDebug->rtcp_flag_XZBC=1时，则首先调用摆头运动学转换关系，进行XYZB转换，然后调用极坐标转换将XY转换为XC。
本发明的优点和有益效果为：
1.通过本发明，数控***可以直接使用CAM生成的四轴加工程序（位置坐标XYZ，刀轴方向B）驱动四轴机床（两个线性轴XZ和两个旋转轴BC）进行多轴联动加工。
2.基于五轴转换相关参数可以对机床机械误差进行有效的补偿，提高加工精度和稳定性。
附图说明
图1为本发明所应用的机床结构图；
图2为实施本发明方法的数控***结构图；
图3为本发明方法的数据流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明提供一种用于控制四轴加工设备的数控***控制方法，根据加工程序指令来控制具有两个线性轴(X、Z)和两个旋转轴(B、C)的四轴加工设备以相对于装配在工作台上的工件移动刀具。该控制方法主要包括任务控制模块，针对四轴加工设备的特点，设置机床轴名及其它控制参数；指令解析处理模块，判断刀具中心点控制模式开启后通过相应参数确定调用的四轴(XZBC)机床转换关系并设置相应的刀具中心点控制状态信号emcmotDebug->rtcp_flag_4=1；运动学转换处理模块，根据机床参数将刀具中心点命令数据转换为轴运动命令数据；以及将两个线性轴和两个旋转轴驱动到轴运动命令位置的装置。
在任务控制模块中，机床轴名配置设置为XYZB，其中XZ分别控制X轴(第一轴)和Z轴(第三轴)线性运动，Y控制C轴(第二轴)工作台旋转，B控制B轴(第四轴)摆头旋转。在五轴RTCP参数中设置机床结构为双摆头结果，第一旋转轴为B轴，第二旋转轴为A轴，同时设置第二旋转轴为假想轴，假象角度为0度。工件坐标系(G54/G55)原点必须设置在工作台旋转中心。
在指令解析处理模块中，判断刀具中心点控制模式开启后通过任务控制模块中相应参数确定调用的四轴(XZBC)机床转换关系并在任务控制器中设置相应的刀具中心点控制状态信号emcmotDebug->rtcp_flag_XZBC=1，同时在运动控制器中的插补后RTCP转换信号tpSetRtcpType_XZBC设置成on(tpSetRtcpType_XZBC=1)。
在运动学转换处理模块中，当emcmotDebug->rtcp_flag_XZBC=1时，则首先调用摆头运动学转换关系，进行XYZB转换，然后调用极坐标转换将XY转换为XC。
轴驱动处理模块（这是本发明所说的***中的一个独立的模块吗），将两个线性轴和两个旋转轴驱动到插补转换后的轴运动命令位置。
图2是适用本发明参数配置方式的数控***10结构图。基于组件模型，用总线将数控***结构包含了人机接口组件21、任务控制器组件22、PLC组件24、运动控制器组件23和控制总线25组件连接到数控***10中。
人机接口组件21：负责用户管理、数据采集、发送新数据到控制器以及为各种设备提供一致的用户接口，同时还需要显示用户所需要的各种信息，如加工程序、目前机床状态、正在处理的数据等。
任务控制器组件22：负责解释和执行加工指令序列、加工时工艺顺序控制以及对于错误的检测诊断和处理功能。依据零件加工程序，任务控制器控制运动控制器和I/O控制器完成加工任务。
PLC组件24：负责传感器和执行器的I/O控制，主要包括机床上下电、急停开关、冷却开关等。
运动控制器组件23：负责检测各运动轴当前位置、计算下一个运动位置以及将计算结果以命令形式发送到控制总线组件以控制执行等。
控制总线组件25：负责从运动控制器组件和PLC组件中接收命令，并将命令发送到总线驱动卡中以驱动数字伺服26，同时将伺服状态反馈给运动控制器组件23和PLC组件24。
在本实施方式中，用数控***10控制多轴机床，具有两个线性轴的X轴、Z轴和B轴、C轴2个旋转轴。各个轴的轴控制结构来自控制总线25的轴运动指令，将各轴指令输出到伺服26。伺服26结构指令，驱动各轴的伺服马达34。同时伺服马达34内置有速度/位置检测器，将来自该速度/位置检测器的速度/位置反馈信号反馈会伺服26中，进行速度/位置的反馈控制。
从数据输入装置31通过人机界面（HMI）21输入包含使用CAD/CAM***或者仿形数据直接进行四轴加工的加工程序。设数控***10所控制的四轴机床（图1）各轴为线性轴X轴、Z轴，旋转轴为B轴（控制摆头旋转）和Y轴（控制工作台旋转）。
首先根据数控***所控制的具体机床配置情况，设置机床轴名为XYZB，其中XZ为图1所示的X轴和Z轴，Y控制驱动工作台旋转的C轴，B控制摆头旋转的B轴。并设置五轴转换的类型为双摆头机构XYZB，把第二旋转轴设置成假想轴，并设置假象角度为0。同时根据实际加工情况设置刀长值，坐标系原点在转台中心。
如图3所示，当指令确认开启图1所示机床的RTCP功能时，任务控制器将状态信号emcmotDebug->rtcp_flag_XZBC置成1，同时将运动控制器中的插补后转换信号tpSetRtcpType_XZBC置成1。解释器将读到的运动命令XYZB，发送给运动控制器进行各轴的加减速插补处理，运动控制器中的运动队列中存储每周期各轴的插补位置XYZB。然后根据tpSetRtcpType_XZBC=1确定，首先调用摆头转换关系将XYZB(wcs)转换成XYZB(mcs),然后将XY(mcs)通过极坐标转换计算出XC(mcs)，此时将两次转换所得到的各轴控制点信息XCZB进行三次样条平滑后发给伺服26。

Claims (6)

1.一种用于控制四轴加工设备的数控***控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
指令解析：判断刀具中心点控制模式开启和相应四轴机床结构参数，并在任务控制器和运动控制器中设置相应的控制信号。确定工件坐标系内编程指令信息到机床坐标系下轴位置信息的转换关系；
插补：根据XZCB轴转换后的刀具中心点坐标XYZB进行加减速计算出WCS坐标下的插补位置；
坐标转换：将在WCS坐标下的插补位置XYZB转换为各轴控制点信息XCZB。
2.根据权利要求1所述的用于控制四轴加工设备的数控***控制方法，其特征在于，所述坐标转换包括以下步骤：
用RTCP五轴转换方法将XYZB轴在WCS坐标下的插补位置转换为MCS坐标下的插补位置；
通过极坐标转换将MCS坐标下的插补位置转换为各轴控制点信息XCZB。
3.一种用于控制四轴加工设备的数控***控制***，其特征在于，包括：
任务控制模块，用于对需要进行刀具中心点控制的数控机床进行参数配置；
指令解析处理模块，用于判断刀具中心点控制模式开启和相应结构参数，并在任务控制器和运动控制器中设置相应的控制信号；
运动学转换处理模块，用于根据机床参数将刀具中心点命令数据转换为轴运动命令数据。
4.根据权利要求3所述的用于控制四轴加工设备的数控***控制***，其特征在于，所述参数配置中的参数包括：机床类型参数、第一旋转轴第二旋转轴配置参数，第一和第二旋转轴是否为假想轴参数、第一和第二旋转轴为假想轴时角度参数等；
5.根据权利要求3所述的用于控制四轴加工设备的数控***控制***，其特征在于，所述指令解析处理模块中，判断刀具中心点控制模式开启后通过相应参数确定调用的XZBC四轴机床转换关系并设置相应的刀具中心点控制状态信号emcmotDebug->rtcp_flag_4=1；
6.根据权利要求3所述的用于控制四轴加工设备的数控***控制***，其特征在于，所述运动学转换处理模块中，当emcmotDebug->rtcp_flag_XZBC=1时，则首先调用摆头运动学转换关系，进行XYZB转换，然后调用极坐标转换将XY转换为XC。
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