一种基于时间预估的数控机床控制方法、装置及存储介质与流程

本发明属于数控机床控制，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：

1、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系统的自动化机床，该控制系统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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、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：

4、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；

5、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；

6、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。

7、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。

8、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：

9、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；

10、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；

11、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。

12、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；

13、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：

14、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；

15、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；

16、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。

17、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：

18、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；

19、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；

20、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；

21、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；

22、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。

23、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；

24、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；

25、判断所述第一距离是否等于安全距离；

26、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；

27、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；

28、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。

29、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：

30、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；

31、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；

32、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。

33、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：

34、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；

35、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。

36、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：

37、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；

38、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；

39、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。

40、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。

41、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。

42、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。

43、有益效果：

44、(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。

45、(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。

46、(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。