一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法技术

本发明专利技术机涉及床限位保护领域，特别涉及一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法，包括：根据机床参数分别计算出加工运动的左极限位置和右极限位置，加工运动的左极限位置和右极限位置允许的最大速度以及限位预检测的左位置和右位置，并将计算结果设置于FPGA中；启动FPGA进行实时监测保护，监测轴位置与轴速度是否满足各极限位置及最高速度要求，若超出要求范围需要进行报警急停，并取消实时监测保护。本发明专利技术算法简单，系统资源占用少，并且充分考虑了运行速度的影响，准确率高，保护效果好。果好。果好。

【技术实现步骤摘要】
一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法


[0001]本专利技术涉及机床限位保护领域，特别涉及一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法。

技术介绍

[0002]限位保护是机床运行安全性和可靠性的保证，数控机床通常采用挡块、行程开关或接近开关等硬件传感器来实现限位保护，直线轴运动到特定位置时引发传感器信号，数控系统接收到信号进行急停停止控制。为了保证机床运行安全性，通常需要丝杆预留一定的减速距离，该减速距离与机床运行速度成正比，与加速度成反比。在数控机床运行速度较高情况下、如果减速加速度较低，则需要预留的减速距离会很大，降低了丝杆的有效使用长度，如果提高减速加速度，则容易引起机床振动，不能满足高精度机床的控制要求，而且该方法无法根据机床运行速度灵活修改限制范围。为此，国际一些数控厂家提出了软限位保护方法，即利用数控系统参数存储行程极限值的方法来进行超程限制，数控系统判断机床运行位置超过软限位参数值时控制机床减速停止，软限位参数值可以根据情况灵活修改，软限位在绝对轴控制的机床上可起到很好的保护作用。但是，目前高档数控系统的软限位保护在实现方法上都是边加工边计算运动路径覆盖的包围盒并进行实时判断，计算过程非常复杂，特别是针对圆弧、螺旋线等非直线路径，而且非常消耗系统的运算资源；一些普通数控系统的软限位计算方法虽然简单，但是由于未考虑运行速度的影响，运动停止时超出的行程值不容易确定，无法准确控制。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种算法简单，准确性高，系统资源占用少，保护范围改动灵活，保护效果好的机床软限位实现方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法，包括以下步骤：A．根据各轴的丝杆总长度、加工运动行程、丝杆左极限位置和右极限位置，分别计算各轴加工运动的左极限位置和右极限位置；B．分别根据丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离、丝杆右极限位置与加工运动的右极限位置的距离、急停减速参数、机床轴最大运行速度、机床轴启动速度，计算机床各轴加工运动的左极限位置和右极限位置允许的最大速度以及限位预检测的左位置和右位置；C．将步骤A和步骤B中的计算结果设置于FPGA（Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列）中，并启动FPGA进行实时监测保护；D、判断轴位置以及轴速度是否正常，如果正常则执行步骤E，不正常执行步骤F；E、继续进行监测保护并返回步骤D；F．报警急停，并取消实时监测保护。
[0005]优选地，步骤A中所述加工运动的左极限位置和右极限位置以丝杆两端对称原则确定，即：其中为丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离，为丝杆右极限位置与加工运动的右极限位置的距离，为丝杆总长度，为加工运动行程；加工运动的左极限位置和右极限位置为：加工运动的左极限位置和右极限位置为：其中，为加工运动的左极限位置，为加工运动的右极限位置，为丝杆左极限位置，为丝杆右极限位置。
[0006]优选地，步骤B中对于限位预检测的左位置和右位置的计算采用S曲线加减速算法，减速过程包括加加速度段、匀加速度段、减加速度段三个阶段，或者包括加加速度段和减加速度段两个阶段，通过计算加加速度段和减加速度段两个阶段最高速度的阈值进行判断：其中，为加加速度段和减加速度段两个阶段的最高速度，为启动速度，为急停加速度，为急停加加速度；若轴最大运行速度，则该轴的减速过程只包含加加速度段和减加速度段两个阶段，其最大急停减速距离为：其中，为最大急停减速距离，为最大运行速度，为启动速度，为急停加加速度；计算限位预检测的左位置和右位置分别为：计算限位预检测的左位置和右位置分别为：其中，为限位预检测的左位置，为限位预检测的右位置，为丝杆左极限位置，为丝杆右极限位置，为最大急停减速距离，为最大运行速度，为启动速度，为急停加加速度；若轴最大运行速度，则该轴的减速过程包含加加速度段、匀加速度段、减加速度段三个阶段，其最大急停减速距离为：其中，为最大急停减速距离，为最大运行速度，为启动速度，为急停加速
度，为急停加加速度；计算限位预检测的左位置和右位置分别为：计算限位预检测的左位置和右位置分别为：其中，为限位预检测的左位置，为限位预检测的右位置，为丝杆左极限位置，为丝杆右极限位置，为最大急停减速距离，为最大运行速度，为启动速度，为急停加速度，为急停加加速度。
[0007]优选地，步骤B中对于加工运动的左极限位置和右极限位置允许的最大速度的计算采用S曲线加减速算法，减速过程包括加加速度段、匀加速度段、减加速度段三个阶段，或者包括加加速度段和减加速度段两个阶段，通过计算加加速度段和减加速度段两个阶段最大减速距离的阈值进行判断：其中，为加加速度段和减加速度段两个阶段的最大减速距离之和，为启动速度，为急停加速度，为急停加加速度；若丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离，则该轴的减速过程只包含加加速度段和减加速度段两个阶段，其加工运动的左极限位置和右极限位置允许的最大速度为：其中，为加工运动的左极限位置允许的最大速度，加工运动的右极限位置允许的最大速度，为丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离，为急停加加速度；若丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离，则该轴的减速过程包含加加速度段、匀加速度段、减加速度段三个阶段，其加工运动的左极限位置和右极限位置允许的最大速度为：其中，为加工运动的左极限位置允许的最大速度，加工运动的右极限位置允许的最大速度，为丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离，为急停加速度，为急停加加速度。
[0008]优选地，步骤D中所述对轴位置和轴速度的判断包含数控机床全部运动轴，其中一个运动轴出现不正常，判定结果即为不正常，全部运动轴均正常时才判定为正常；各运动轴的具体判断方法包括：D1．判断轴位置是否小于该轴加工运动的左极限位置，若是，则判断为不正常；若否则执行步骤D2；D2．判断轴位置是否小于等于该轴限位预检测的左位置，若是，则执行步骤D3；若否，
则执行步骤D4；D3．判断轴速度是否超过该轴加工运动的左极限位置允许的最大速度，且速度方向为负向，若是，则判断为不正常；若否则执行步骤D4；D4．判断轴位置是否大于该轴加工运动的右极限位置，若是，则判断为不正常；若否则执行步骤D5；D5．判断轴位置是否大于等于该轴限位预检测的右位置，若是，则执行步骤D6；若否，则判断结果为正常；D6．判断轴速度是否超过该轴加工运动的右极限位置允许的最大速度，且速度方向为正向，若是，则判断为不正常；若否则判断为正常。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术算法简单，系统资源占用少，并且充分考虑了运行速度的影响，准确率高，保护效果好。本专利技术可以根据每台机床装机情况、最大速度规划情况，自动合理设置限位参数，使机床在丝杆总长度不变的情况下，增大丝杆的有效行程；在丝杆总长度、丝杆有效行程、机床减速参数不变的情况下，安全地提高机床最大运行速度；在丝杆有效行程、机床最大运行速度不变的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法，其特征在于，包括以下步骤：A．根据各轴的丝杆总长度、加工运动行程、丝杆左极限位置和右极限位置，分别计算各轴加工运动的左极限位置和右极限位置；B．分别根据丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离、丝杆右极限位置与加工运动的右极限位置的距离、急停减速参数、机床轴最大运行速度、机床轴启动速度，计算机床各轴加工运动的左极限位置和右极限位置允许的最大速度以及限位预检测的左位置和右位置；C．将步骤A和步骤B中的计算结果设置于FPGA（Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列）中，并启动FPGA进行实时监测保护；D、判断轴位置以及轴速度是否正常，如果正常则执行步骤E，不正常执行步骤F；E、继续进行监测保护并返回步骤D；F．报警急停，并取消实时监测保护。2.根据权利要求1所述的一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法，其特征在于，步骤D中所述对轴位置和轴速度的判断包含数控机床全部运动轴，其中一个运动轴出现不正常，判定结果即为不正常，全部运动轴均正常时才判定为正常；各运动轴的具体判断方法包括：D1．判断轴位置是否小于该轴加工运动的左极限位置，若是，则判断为不正常；若否则执行步骤D2；D2．判断轴位置是否小于等于该轴限位预检测的左位置，若是，则执行步骤D3；若否，则执行步骤D4；D3．判断轴速度是否超过该轴加工运动的左极限位置允许的最大速度，且速度方向为负向，若是，则判断为不正常；若否则执行步骤D4；D4．判断轴位置是否大于该轴加工运动的右极限位置，若是，则判断为不正常；若否则执行步骤D5；D5．判断轴位置是否大于等于该轴限位预检测的右位置，若是，则执行步骤D6；若否，则判断结果为正常；D6．判断轴速度是否超过该轴加工运动的右极限位置允许的最大速度，且速度方向为正向，若是，则判断为不正常；若否则判断为正常。3.根据权利要求1或2所述的一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法，其特征在于，步骤A中所述加工运动的左极限位置和右极限位置以丝杆两端对称原则确定，即：其中为丝杆左极限位置与加工运动的左极限位置的距离，为丝杆右极限位置与加工运动的右极限位置的距离，为丝杆总长度，为加工运动行程；加工运动的左极限位置和右极限位置为：加工运动的左极限位置和右极限位置为：其中，为加工运动的左极限位置，为加工运动的右极限位置，为丝杆左极限位置，为丝杆右极限位置。4.根据权利要求3所述的一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法，其特征
在于，步骤B中对于限位预检测的左位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，朱艳菊，
申请(专利权)人：北京精雕科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：