[发明专利]一种位置和速度保护相结合的机床软限位实现方法

权利要求书

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：

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：

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：

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。

5.根据权利要求4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。