CN118192427A - 一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质，本发明能够实现加工部件在x、y以及z轴上的同步运行，且无需进行z轴与xy轴的运行分离；如此，能够在提高生产效率的同时，降低机床震动，从而延长机床寿命；因此，本方法非常适用于在数控机床控制领域的大规模应用与推广。
Description
技术领域
本发明属于数控机床控制技术领域，具体涉及一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质。
背景技术
数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，其是一种装有程序控制***的自动化机床，该控制***能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并经运算处理后可发出各种控制信号，从而控制机床的动作，以便使机床按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来；因此，数控机床是智能化制造产业必不可少的工具之一，已在智能制造领域得到了广泛应用。
目前，现有的数控机床在实现Z轴运动时，往往采取XY插补运动的同时，控制Z轴进行直上直下的运动，也就是当XY轴开始运动时，Z轴提升，当XY轴运动结束时，Z轴下降，这种方式实现简单，但缺陷明显，即XY轴在快速运动前后，需要等Z轴运动到位后才能进行加工，从而使得Z轴不能与XY轴进行同步运动，如此，则会严重降低生产效率；同时，虽然现有技术可将Z轴和XY轴完全独立分开来实现同步运行，但是该种方法会导致机床震动加剧，从而影响机床寿命；基于此，如何提供一种可使Z轴与XY轴进行同步运动，且能够降低震动的数控机床控制方法，已成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质，用以解决现有技术无法中Z轴无法与XY轴进行同步运动所存在的生产效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种基于时间预估的数控机床控制方法，包括：
获取目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，以及所述加工部件在z轴方向上的运动参数；
基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线；
当所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，控制所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工，并基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以使所述目标数控机床的加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点。
基于上述公开的内容，本发明在进行一次轮廓加工前，先获取加工部件在xy轴上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，而要保证z轴运动同步，那么该运动时间也作为加工部件在z轴上的运动时间；如此，本发明则基于该运动时间，并结合加工部件在z轴方向上的运动参数，来生成其在z轴方向上的运动路径曲线；最后，当加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，即可使加工部件在xy轴方向上运动的同时，利用该运动路径曲线，来控制加工部件在z轴方向上的运动，从而使加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点；由此通过前述设计，本发明实现了加工部件在x、y和z轴上的同步运动，提高了生产效率，同时，也无需将z轴与xy轴分开独立运行，因此，降低了机床震动，延长了机床寿命；基于此，本发明非常适用于在数控机床控制领域的大规模应用与推广。
在一个可能的设计中，获取所述目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，包括：
获取在本次轮廓加工时，所述加工部件在x轴和y轴方向上的起点坐标和终点坐标，以及所述加工部件对应的加工运动曲线；
基于所述起点坐标和所述终点坐标，计算出所述加工部件的运动距离；
根据所述加工运动曲线以及所述运动距离，计算出所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间。
在一个可能的设计中，所述运动参数包括：所述加工部件在z轴方向上的最大行程、最大速度、加速度和加加速度，以及在本次轮廓加工时，所述加工部件在z轴方向上的初始位置；
其中，基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线，包括：
获取所述加工部件的加工运动曲线对应的运动方程和约束条件，以及所述加工部件的第一加工位置和第二加工位置，其中，所述第一加工位置为所述加工部件在本次轮廓加工时的加工位置，所述第二加工位置为所述加工部件在下一次轮廓加工时的加工位置；
根据所述第一加工位置和所述第二加工位置，确定出加工部件在z轴上的运动行程类型；
基于所述运动方程、所述约束条件、所述运动行程类型、所述最大行程、所述最大速度、所述加速度、所述加加速度以及所述初始位置，生成所述运动路径曲线。
在一个可能的设计中，在基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动后，所述方法还包括：
检测在本次轮廓加工过程中，所述加工部件在z轴方向上是否存在障碍物；
若是，则获取所述加工部件在z轴方向上与所述障碍物的距离；
基于所述加工部件在z轴方向上与所述障碍物的距离，并调用PID控制组件，确定出所述加工部件在z轴方向上的避障速度；
根据所述避障速度，更新所述加工部件在z轴方向上的运动速度，得到更新后的运动速度；
利用所述更新后的运动速度，更新所述运动路径曲线，得到更新后的运动路径曲线，并基于所述更新后的运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以避开所述障碍物。
在一个可能的设计中，采用如下方法，控制所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置；
获取所述目标数控机床的加工部件在z轴方向上与被加工对象的第一距离；
判断所述第一距离是否等于安全距离；
若否，则判断所述第一距离是否处于高度量程范围内，其中，所述高度量程范围为所述加工部件上的高度传感器的量程范围；
若是，则利用改进的PID控制算法，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度；
基于所述随动速度，控制所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置。
在一个可能的设计中，利用改进的PID控制算法，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度，包括：
按照预设间隔，获取所述加工部件在z轴方向上与被加工对象的第二距离；
根据第二距离在所述高度量程范围内的所处区间，确定出所述第二距离对应的PID参数；
利用所述第二距离对应的PID参数，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度。
在一个可能的设计中，若所述第一距离未处于高度量程范围内，则所述方法还包括：
获取所述加工部件在z轴方向上的最大运动速度，其中，所述最大运动速度为所述加工部件与待加工对象之间的距离处于最大高度量程时对应的运动速度；
控制所述加工部件以所述最大运动速度运动至z轴方向上的标定位置。
第二方面，提供了一种基于时间预估的数控机床控制装置，包括：
获取单元，用于获取目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，以及所述加工部件在z轴方向上的运动参数；
路径规划单元，用于基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线；
加工控制单元，在当所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，用于控制所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工，并基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以使所述目标数控机床的加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点。
第三方面，提供了另一种基于时间预估的数控机床控制装置，以装置为电子设备为例，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述基于时间预估的数控机床控制方法。
第四方面，提供了一种存储介质，存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述基于时间预估的数控机床控制方法。
第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当指令在计算机上运行时，使计算机执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述基于时间预估的数控机床控制方法。
有益效果：
(1)本发明实现了加工部件在x、y和z轴上的同步运动，提高了生产效率，同时，也无需将z轴与xy轴分开独立运行，因此，降低了机床震动，延长了机床寿命；基于此，本发明非常适用于在数控机床控制领域的大规模应用与推广。
(2)本发明采用z轴速度模式来控制加工部件在z轴方向上的运动，如此，提高了z轴的响应速度；同时，本发明在检测到障碍物时，通过调节速度来进行避障，基于此，可更加方便的实现避障功能，从而保证了加工安全。
(3)在随动控制阶段，本发明采用分段PID算法控制加工部件在z轴上的随动速度，因此，可更加平滑的控制加工部件在z轴方向上的随动运动。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于时间预估的数控机床控制方法的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的改进的PID算法的控制流程图；
图3为本发明实施例提供的避障控制流程图；
图4为本发明实施例提供的基于时间预估的数控机床控制装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例：
参见图1所示，本实施例所提供的基于时间预估的数控机床控制方法，能够实现加工部件在x、y以及z轴上的同步运行，且无需进行z轴与xy轴的运行分离；如此，能够在提高生产效率的同时，降低机床震动，从而延长机床寿命；因此，本方法非常适用于在数控机床控制领域的大规模应用与推广；其中，举例本方法可以但不限于在数控机床的控制端侧运行，可以理解的，前述执行主体并不构成对本申请实施例的限定，相应的，本方法的运行步骤可以但不限于如下述步骤S1～S3所示。
S1.获取目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，以及所述加工部件在z轴方向上的运动参数；在本实施例中，举例所述运动参数可以但不限于包括：所述加工部件(如各种刀具)在z轴方向上的最大行程、最大速度、加速度和加加速度，以及在本次轮廓加工时，所述加工部件在z轴方向上的初始位置，其中，初始位置可通过数控机床的控制端读取z轴的坐标信息来获得，而前述最大行程、最大速度、加速度和加加速度，则可作为预设参数，预先设定在数控机床的控制端内；另外，z轴方向则是指数控机床坐标系的z轴，其为数控机床加工的常用坐标系，坐标系中各轴的方向则不再一一赘述。
同时，在本实施例中，举例可以但不限于采用如下步骤S11～S13，来计算出加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间。
S11.获取在本次轮廓加工时，所述加工部件在x轴和y轴方向上的起点坐标和终点坐标，以及所述加工部件对应的加工运动曲线；在本实施例中，举例可以但不限于从控制端内的G代码中获取当前运动的终点坐标(x1，y1)，同理，起点坐标则可通过读取xy轴的位置来获得，因此，基于起点终点和终点坐标，就可以计算出加工部件沿xy轴运动的距离，其计算过程如下述步骤S12所示。
S12.基于所述起点坐标和所述终点坐标，计算出所述加工部件的运动距离；在具体应用时，通过坐标距离计算公式，即可计算出加工部件在xy轴上的运动距离；而在得到运动距离后，结合加工部件设定的运动曲线，即可计算出加工部件在完成本次轮廓加工所对应的运动时间；其中，运动时间的计算过程可以但不限于如下述步骤S13所示。
S13.根据所述加工运动曲线以及所述运动距离，计算出所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间；在本实施例中，数控机床通常会预先设定加工的曲线类型，如梯形、S形、正弦平方曲线等等，因此，根据预先设定的加工运动曲线，结合前述运动距离，即可计算出前述运动时间；更进一步的，举例控制端可以但不限于通过加工运动曲线对应的微分方程(如采用正弦平方运动曲线的微分方程)，并结合运动距离、加工部件在z轴方向上的加速度和加加速度，来计算出运动时间；当然，利用加工运动曲线的微分方程，来求解运动时间为运动时间计算的常用技术，其原理不再赘述。
由此通过前述步骤S11～S13，即可计算出加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间；而本实施例需要z轴与xy轴同步运动并同时到达终点，因此，这个时间就是z轴运动所需的时间；基于此，即可基于该运动时间，来构建加工部件在z轴上的运动路径，其规划过程可以但不限于如下述步骤S2所示。
S2.基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线；在具体应用时，举例可以但不限于采用如下步骤S21～S23，来生成前述运动路径曲线。
S21.获取所述加工部件的加工运动曲线对应的运动方程和约束条件，以及所述加工部件的第一加工位置和第二加工位置，其中，所述第一加工位置为所述加工部件在本次轮廓加工时的加工位置，所述第二加工位置为所述加工部件在下一次轮廓加工时的加工位置；在具体加工时，相当于是根据本次和下次轮廓加工时，加工部件在z轴上与待加工对象之间的距离，来确定出本次轮廓加工所对应的运动行程类型，以便后续根据运动行程类型，并结合前述加工部件的加工运动曲线对应的运动方程和约束条件，来构建出加工部件在z轴方向上的运动路径曲线；其中，加工运动曲线对应的运动方程和约束条件也预先设置在数据机床的控制端内，使用时调用即可。
在得到第一加工位置和第二加工位置后，即可进行运动行程类型的确定，其确定过程可以但不限于如下述步骤S22所示。
S22.根据所述第一加工位置和所述第二加工位置，确定出加工部件在z轴上的运动行程类型；在本实施例中，若第一加工位置(指本次轮廓加工时与待加工对象的距离)与第二加工位置(下次轮廓加工时与待加工对象的距离)相同，那么运动行程类型则为平移；若第一加工位置小于第二加工位置，运动行程类型则为上升和下降；而若第一加工位置大于第二加工位置，那么运动行程类型则为下降；而在基于前述方法确定出加工部件在z轴上的运动行程类型后，即可结合前述运动方程、约束条件以及运动参数，来生成运动路径曲线；其中，运动路径曲线的构建过程可以但不限于如下述步骤S23所示。
S23.基于所述运动方程、所述约束条件、所述运动行程类型、所述最大行程、所述最大速度、所述加速度、所述加加速度以及所述初始位置，生成所述运动路径曲线；在本实施例中，利用加工运动曲线对应的运动方程和约束条件，来进行路径规划，为运动路径构建的常用技术方案，其原理不再赘述。
由此通过前述步骤S21～S23，则可构建出运动时间与xy轴运动时间相同的z轴运动路径曲线；而后，即可在加工部件沿xy轴运动时，以该运动路径曲线，来控制其在z轴方向上的运动，从而实现加工部件在x，y和z轴上的同步运动；其中，同步运动控制过程可以但不限于如下述步骤S3所示。
S3.当所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，控制所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工，并基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以使所述目标数控机床的加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点；在本实施例中，运动路径曲线实质是一个随时间变化的坐标曲线，即不同时刻对应的z轴运动坐标，如此，当加工部件在x轴和y轴方向上运动时，即可基于该运动路径曲线，确定出同时刻时，加工部件在z轴上的运动坐标，从而实现z轴的同步运动；同时，前述就已说明，加工部件的运动行程类型为上升和下降、平移或下降，因此，在整个加工过程中，加工部件在z轴上的运动实质是一种类似抛物线的运动轨迹；如此，采用该路径时间预估算法，来控制加工部件在z轴上的运动，即可实现z轴与xy轴完全同步到达本次轮廓加工的路径终点(即待加工对象的某个位置)，从而提高生产效率。
更进一步的，本实施例在同步运行前，需要在z轴方向上，将加工部件随动运动至标定位置，该标定位置可理解为本次加工前，加工部件需要到达的位置，该位置实质也是在z轴方向上，与待加工对象的距离；同时，该距离可预先设置，通常处于待加工对象之上；其中，举例可以但不限于采用如下步骤来实现z轴在到达相应标定位置时的随动控制。
第一步：获取所述目标数控机床的加工部件在z轴方向上与被加工对象的第一距离。
第二步：判断所述第一距离是否等于安全距离；在本实施例中，安全距离则是设置的最大高度，可根据实际使用而具体设置，在此不作具体限定；同时，若第一距离等于安全距离，那么，则采用加工部件对应的加工运动曲线(如正弦平方曲线)来生成对应的z轴向下运动的速度曲线，而后，基于该速度曲线来控制加工部件运动至标定位置；当然，基于加工运动曲线来生成速度曲线，也为常用技术，其原理不再赘述。
同理，若第一距离不等于安全距离，那么则需要进行进一步的判断，如下述第三步所示。
第三步：若否，则判断所述第一距离是否处于高度量程范围内，其中，所述高度量程范围为所述加工部件上的高度传感器的量程范围；在具体应用时，举例高度量程范围中的最大量程可以为10mm-20mm之间，当然，可根据实际使用而具体设定，在此不限定于前述举例。
第四步：若是，则利用改进的PID控制算法，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度；在具体应用时，改进的PID控制算法为分段PID控制算法，通俗来讲，则是根据加工部件在z轴方向上与待加工对象之间的距离，来调整随动速度；具体的，其调整过程为：先按照预设间隔(如0.1s.0.2s等等，可根据实际使用而预设)，获取所述加工部件在z轴方向上与被加工对象的第二距离；然后，根据第二距离在所述高度量程范围内的所处区间，确定出所述第二距离对应的PID参数；最后，即可利用所述第二距离对应的PID参数，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度；另外，在本实施例中，若所述第一距离未处于高度量程范围内，则获取所述加工部件在z轴方向上的最大运动速度(所述最大运动速度为所述加工部件与待加工对象之间的距离处于最大高度量程时对应的运动速度)；然后，控制所述加工部件以所述最大运动速度运动至z轴方向上的标定位置。
更进一步的，参见图2所示，第二距离在所述高度量程范围内的所处区间不同，其对应的PID参数不同，其中，若第二距离大于等于0.98倍最大量程(如高度量程范围为0-10mm，0.98倍最大量程则是9.8-10mm)，那么则采用第一组PID参数，当第二距离大于等于0.5倍最大量程，且小于0.98倍最大量程时，则采用第二组PID参数；同理，当第二距离大于等于0.25倍最大量程，且小于0.5倍最大量程时，则采用第三组PID参数；当第二距离大于等于0.01倍最大量程，且小于0.25倍最大量程时，则采用第四组PID参数；当第二距离小于0.01倍最大量程时，则采用第五组PID参数。
更进一步的，举例改进的PID控制算法的传递函数可以但不限于如下述公式(1)所示。
上述公式(1)中，GPID(s)表示传递函数，s表示第二距离，Tv,Td,Tn均表示PID参数。
由此基于前述公式(1)，即可计算出加工部件与待加工对象之间的第二距离不同时，所对应管的随动速度，而后，即可基于该分段PID控制算法所计算出随动速度，来控制加工部件运动至标定位置，如下述第五步所示。
第五步：基于所述随动速度，控制所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置。
基于前述随动控制方法，即可使加工部件平滑的运动至标定位置；而后，即可使用前述步骤S1～S3所公开的方法，来实现加工部件在xyz轴上的同步运动。
由此通过前述步骤S1～S3所详细描述的基于时间预估的数控机床控制方法，本发明能够实现加工部件在x、y以及z轴上的同步运行，且无需进行z轴与xy轴的运行分离；如此，能够在提高生产效率的同时，降低机床震动，从而延长机床寿命；因此，本发明非常适用于在数控机床控制领域的大规模应用与推广。
在一个可能的设计中，本实施例第二方面在实施例第一方面的基础上，进行进一步的优化，即为加工部件提供一种避障方法，其运行流程可以但不限于如下述步骤S4～S8所示。
S4.检测在本次轮廓加工过程中，所述加工部件在z轴方向上是否存在障碍物。
S5.若是，则获取所述加工部件在z轴方向上与所述障碍物的距离；在本实施例中，举例可以但不限于采用加工部件上的高度传感器来进行检测其与障碍物的距离，实质为z轴方向上与障碍物的距离；而在得到加工部件与障碍物的距离后，则可进行避障处理，如下述步骤S6～S8所示。
S6.基于所述加工部件在z轴方向上与所述障碍物的距离，并调用PID控制组件，确定出所述加工部件在z轴方向上的避障速度；在本实施例中，利用PID控制组件(即PID控制器)，并依据与障碍物的实际距离以及PID设定距离，来进行避障速度的计算，为避障常用技术，其原理图可参见图3所示，在此不多加赘述；而在得到避障速度后，即可进行z轴方向上的速度的更新，其更新过程如下述步骤S7所示。
S7.根据所述避障速度，更新所述加工部件在z轴方向上的运动速度，得到更新后的运动速度；在本实施例中，可使用z轴方向上的运动速度减去该避障速度或加上避障速度，来得到更新后的运动速度；而在得到更新后的运动速度后，即可进行运动路径曲线的更新，如下述步骤S8所示。
S8.利用所述更新后的运动速度，更新所述运动路径曲线，得到更新后的运动路径曲线，并基于所述更新后的运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以避开所述障碍物；在本实施例中，将该更新后的运动速度叠加在动路径曲线上，即可得到更新后的运动路径曲线；而后，则可基于该更新后的运动路径曲线，来进行加工部件在z轴方向上的运动控制，从而实现避障功能。
由此通过前述步骤S5～S8所详细阐述的避障方法，本发明采用z轴速度模式来控制加工部件在z轴方向上的运动，如此，提高z轴的响应速度，同时，在检测到障碍物时，通过调节速度来进行避障，基于此，可更加方便的实现避障功能，从而保证加工安全。
如图4所示，本实施例第三方面提供了一种实现实施例第一方面和第二方面中所述的基于时间预估的数控机床控制方法的硬件装置，包括：
获取单元，用于获取目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，以及所述加工部件在z轴方向上的运动参数。
路径规划单元，用于基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线。
加工控制单元，在当所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，用于控制所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工，并基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以使所述目标数控机床的加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点。
本实施例提供的装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面和第二方面，于此不再赘述。
如图5所示，本实施例第四方面提供了另一种基于时间预估的数控机床控制装置，以装置为电子设备为例，包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如实施例第一方面和第二方面所述的基于时间预估的数控机床控制方法。
具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(random accessmemory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(First Input First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First In Last Out，FILO)等等；具体地，处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现，同时，处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。
在一些实施例中，处理器可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制，例如，所述处理器可以不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器、精简指令集计算机(reduced instruction setcomputer,RISC)微处理器、X86等架构处理器或集成嵌入式神经网络处理器(neural-network processing units，NPU)的处理器；所述收发器可以但不限于为无线保真(WIFI)无线收发器、蓝牙无线收发器、通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)无线收发器、紫蜂协议(基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，ZigBee)无线收发器、3G收发器、4G收发器和/或5G收发器等。此外，所述装置还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
本实施例提供的电子设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面和第二方面，于此不再赘述。
本实施例第五方面提供了一种存储包含有实施例第一方面和第二方面所述的基于时间预估的数控机床控制方法的指令的存储介质，即所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如实施例第一方面和第二方面所述的基于时间预估的数控机床控制方法。
其中，所述存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
本实施例提供的存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面，于此不再赘述。
本实施例第六方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如实施例第一方面和第二方面所述的基于时间预估的数控机床控制方法，其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于时间预估的数控机床控制方法，其特征在于，包括：
获取目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，以及所述加工部件在z轴方向上的运动参数；
基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线；
当所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，控制所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工，并基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以使所述目标数控机床的加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，包括：
获取在本次轮廓加工时，所述加工部件在x轴和y轴方向上的起点坐标和终点坐标，以及所述加工部件对应的加工运动曲线；
基于所述起点坐标和所述终点坐标，计算出所述加工部件的运动距离；
根据所述加工运动曲线以及所述运动距离，计算出所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动参数包括：所述加工部件在z轴方向上的最大行程、最大速度、加速度和加加速度，以及在本次轮廓加工时，所述加工部件在z轴方向上的初始位置；
其中，基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线，包括：
获取所述加工部件的加工运动曲线对应的运动方程和约束条件，以及所述加工部件的第一加工位置和第二加工位置，其中，所述第一加工位置为所述加工部件在本次轮廓加工时的加工位置，所述第二加工位置为所述加工部件在下一次轮廓加工时的加工位置；
根据所述第一加工位置和所述第二加工位置，确定出加工部件在z轴上的运动行程类型；
基于所述运动方程、所述约束条件、所述运动行程类型、所述最大行程、所述最大速度、所述加速度、所述加加速度以及所述初始位置，生成所述运动路径曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动后，所述方法还包括：
检测在本次轮廓加工过程中，所述加工部件在z轴方向上是否存在障碍物；
若是，则获取所述加工部件在z轴方向上与所述障碍物的距离；
基于所述加工部件在z轴方向上与所述障碍物的距离，并调用PID控制组件，确定出所述加工部件在z轴方向上的避障速度；
根据所述避障速度，更新所述加工部件在z轴方向上的运动速度，得到更新后的运动速度；
利用所述更新后的运动速度，更新所述运动路径曲线，得到更新后的运动路径曲线，并基于所述更新后的运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以避开所述障碍物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用如下方法，控制所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置；
获取所述目标数控机床的加工部件在z轴方向上与被加工对象的第一距离；
判断所述第一距离是否等于安全距离；
若否，则判断所述第一距离是否处于高度量程范围内，其中，所述高度量程范围为所述加工部件上的高度传感器的量程范围；
若是，则利用改进的PID控制算法，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度；
基于所述随动速度，控制所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用改进的PID控制算法，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度，包括：
按照预设间隔，获取所述加工部件在z轴方向上与被加工对象的第二距离；
根据第二距离在所述高度量程范围内的所处区间，确定出所述第二距离对应的PID参数；
利用所述第二距离对应的PID参数，计算出所述加工部件在z轴方向上的随动速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述第一距离未处于高度量程范围内，则所述方法还包括：
获取所述加工部件在z轴方向上的最大运动速度，其中，所述最大运动速度为所述加工部件与待加工对象之间的距离处于最大高度量程时对应的运动速度；
控制所述加工部件以所述最大运动速度运动至z轴方向上的标定位置。
8.一种基于时间预估的数控机床控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取目标数控机床的加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工所对应的运动时间，以及所述加工部件在z轴方向上的运动参数；
路径规划单元，用于基于所述运动参数以及所述运动时间，生成所述加工部件在z轴方向上的运动路径曲线；
加工控制单元，在当所述加工部件运动至z轴方向上的标定位置时，用于控制所述加工部件在x轴和y轴方向上进行本次轮廓加工，并基于所述运动路径曲线，控制所述加工部件在z轴方向上的运动，以使所述目标数控机床的加工部件在x轴、y轴以及z轴方向上同步到达本次轮廓加工的终点。
9.一种基于时间预估的数控机床控制装置，其特征在于，包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1～7任意一项所述的基于时间预估的数控机床控制方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如权利要求1～7任意一项所述的基于时间预估的数控机床控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410147403.2A CN118192427A (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410147403.2A CN118192427A (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118192427A true CN118192427A (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=91400734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410147403.2A Pending CN118192427A (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118192427A (zh) |
-
2024
- 2024-01-31 CN CN202410147403.2A patent/CN118192427A/zh active Pending
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