[发明专利]机床工作区限制方法

说明书

本发明涉及一种用于限制计算机数字控制(CNC)机床工作区的方法。

通常，CNC机床的工作区是由机床的规格确定的。当机床的刀具处于机床工作区以外时，就会由于碰撞到例如工作台的滚珠丝扛而引起机械损坏，因此，工作区的边界就变得非常重要。为了限制工作区域，在工作区的边界安置了限位开关(limit switches)。

图1的简图用于解释一种传统的用于限制一个机床工作区的方法。如图所示，围绕着工作台1的工作区的周界安置了多个限位开关S1、S2、S3和S4。这些限位开关用于检测依据刀具(未示出)的运动而运动的挡块2。当利用限位开关S1、S2、S3或S4检测到挡块2时，主控制器(未示出)控制一个伺服控制器(未示出)，从而使脉宽调制信号(PWM)被中止，同时一个动态制动器(未示出)开始工作。因此，由于用于传送刀具的伺服马达停止运行，所以，刀具也停止下来。这里，由于刀具的制动距离短于挡块2的长度D1，所以，刀具可以安全地停止下来。在挡块2运动方向上的长度D1通常在30-100毫米之间。

但是，这种传统的限制工作区的方法存在着如下问题：

首先，由于工作区域是根据限位开关S1、S2、S3和S4的安装位置确定的，所以，改变该工作区的周界是非常困难的。图2示出了一个由硬件设置的工作区4的例子，该工作区4不同于实际所需的工作区3。根据传统的工作区限制方法，由于硬件设置的工作区4改变起来非常困难，所以，硬件设置的工作区4要比实际需要的工作区3大。因此，传统的CNC机床不能执行更加快速和精确的控制。

其次，当利用开关S1、S2、S3或S4检测到多个挡块2中的一个时，动态制动器使刀具突然停止，所以，机床系统可能会受到一个冲击。

为了解决上述问题，本发明的一个目的就是要提供一种利用软件对CNC机床工作区域进行限制的方法。

因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种用于限制机床工作区域的方法，在该方法中，根据机内中断程序的算法，用于传送刀具的伺服控制器周期性地产生一个中断信号给主控器，主控器周期性地传送位置数据给伺服控制器，其中，中断程序的算法包括如下步骤：

当从伺服控制器输入中断信号时，通过从与每个相应中断周期相关的目标位置数据Input(t)的累加值∑Input(t)中减去反映预定加速/减速时间常数的输出位置数据output(t)的累加值∑output(t)并将减法结果∑Input(t)-∑ouput(t)加到当前位置数据X(t)上来获得余留位置数据Y(t)；和在把停止位置数据Y(t)与预定的边界位置数据进行比较以后传送预定的控制数据。

通过参照附图对本发明最佳实施例的详述，本发明的上述目的和优点将变得更加明显。其中：

图1是一种用于限制机床工作区的传统方法示意图；

图2是表示由硬件设定的工作区不同于实际所需工作区的情况；

图3是为了解释根据本发明的用于限制机床工作区的一种方法的一个CNC控制系统简要方框图；

图4A-4B是用于说明包括如图3所示中断程序中的加速/减速功能的示意图；

图5是用于解释图3所示中断程序的算法流程图。

在图3所示的CNC系统中，主控制器5由中断器6和固化(firmware)中断程序(interrupt routine)7组成。诸如工作区边界、刀具的余留位置以及参考速度等由机床用户设置的各种参数被中断器6转换成预定数据并输入给中断程序7。在位置控制步骤，伺服控制器8周期性地把一个中断信号传送给主控制器5。通常，中断信号是以8微秒到16微秒范围内的间隔进行传送的。因此，主控制器5中的中断程序被执行，并且，主控制器5将来自中断程序7的目标位置数据周期地传送给伺服控制器8。伺服控制器8控制伺服马达(未示出)并借此将刀具传送到预定的余留位置。

图4A和4B包括如图3中所示的中断程序中的加速/减速功能。图4A中的曲线用于表示相对于用户输入的参考速度V_R的参考时间t_R。这里曲线下的矩形区域、即所设置参考速度V₁和相应的参考时间t₂的乘积表示了由用户设置的从该刀具到余留位置的运动距离。当图3所示的中断程序根据图4A所示曲线周期性地向图3所示的伺服控制器8传送目标位置数据时，可能会产生对机床机构的碰撞。因此，为了避免这种任意突然的碰撞，图3所示的中断程序7将一个预定的加速/减速时间常数反映到图4A所示的曲线，从而使得图3的伺服控制器8能够周期性地传送位置数据。