专利名称：数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法
技术领域：
本发明涉及数控机床控制技术领域，特别涉及数控机床流水线应用控制技术领域，具体是指一种数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法。
背景技术：
在数控机床的流水线自动加工过程中，一个加工工件完成之后，需要将加工刀具移动到另一个工作台上进行下一个工件的加工工作，同时会通过弹出待交换工作台的形式，将已经加工好的加工工件导出。现有的数控机床控制系统中，缺乏高效的工作台交换控制模型，也没有提供适合应用于流水线自动加工的工作台交换控制方法，从而对将数控机床应用于流水线的自动加工形成了障碍。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够实现数控机床的工作台的自动交换，从而方便将数控机床应用于流水线，且结构简单，应用简便的数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法。为了实现上述的目的，本发明的数控机床的工作台交换控制模型系统具有如下构成该系统的模块包括加工状态控制单元，用以监控当前工作台的加工状态，并发送当前工作台的状态信息；硬件端口单元，用以监控待交换工作台的端口信号，并发送待交换工作台的端口信号信息；交换控制单元，用以交换待交换工作台和当前工作台，交换成功后，当前工作台成为待交换工作台，待交换工作台成为当前工作台；循环线程单元，循环读取当前工作台的加工状态信息和待交换工作台的端口信号，并基于设定的逻辑线程对待交换工工作台执行预设的运动指令和端口操作，其中，所述的加工状态控制单元和硬件端口单元均分别连接所述的线程循环单元和交换控制单元。该数控机床的工作台交换控制模型系统中，所述的硬件端口单元包括待交换工作台“准备端口”和“推入端口”。本发明还提供一种利用所述的系统实现的数控机床工作台交换控制的方法，其包括加工状态监控操作、硬件端口监控操作、交换控制操作和循环线程操作，其中，所述的加工状态监控操作包括以下步骤(al)加工状态控制单元实时监控当前工作台的加工状态；(a2)在当前工作台的加工状态改变时，加工状态控制单元将当前工作台的加工状态信息发送至所述的交换控制单元和循环线程单元，所述的硬件端口监控操作包括以下步骤(bl)硬件端口单元实时监控待交换工作台的端口信号；(b2)在待交换工作台的端口信号改变时，硬件端口单元将待交换工作台的端口信息发送至所述的交换控制单元和循环线程单元，
所述的交换控制操作包括以下步骤(cl)交换控制单元根据所获得的当前工作台状态信息和待交换工作台端口信号判断是否满足预设的交换条件，若满足交换条件，则进入步骤(c2)，若不满足交换条件，则进入步骤(c3)；(c2)交换控制单元控制待交换工作台替换当前工作台，并将当前工作台作为新的待交换工作台；(c3)交换控制单元忽略收到的状态消息，所述的循环线程操作包括以下步骤(dl)循环线程单元在预设的时间点访问当前工作台状态信息或待交换工作台端口信号；(d2)循环线程单元在当前工作台状态信息或待交换工作台端口信号不满足预设条件的情况下进入等待状态，在满足预设条件的情况下进入步骤(d3)；(d3)循环线程单元在执行完当前的循环逻辑后会进入下一个循环。该数控机床工作台交换控制的方法中，所述的当前工作台的状态为“正在加工”或 “加工结束”。所述的步骤(a2)具体是指在当前工作台的状态改变时，加工控制单元向所述的循环线程单元和交换控制单元发送“正在加工”状态信息或“加工结束”状态信息。该数控机床工作台交换控制的方法中，所述的检测待交换工作台的端口信号状态包括准备端口信号和推入端口信号。所述的准备端口信号为“准备完毕”或“未准备完毕”， 所述的推入端口信号为“无效”或“推入”。该数控机床工作台交换控制的方法中，所述的步骤(Cl)中的交换条件，具体是指当前工作台的状态为“加工结束”，且待交换工作台的准备状态为“准备完毕”。该数控机床工作台交换控制的方法中，所述的步骤(c2)具体包括以下步骤(c2-l)交换控制单元控制数控机床的刀具从当前工作台移至待交换工作台；(c2-2)交换控制单元根据预设值重置当前工作台的加工状态参数。该数控机床工作台交换控制的方法中，所述的步骤(d2)具体包括以下步骤(d2-l)循环线程单元进入等待状态，直到当前工作台的加工状态变为“正在加工” 时，进入步骤(d2-2)；(d2-2)循环线程单元设定待交换工作台的准备端口信号为“未准备完毕”；(d2-3)循环线程单元向待交换工作台发送弹出指令，控制待交换工作台弹出；(d2-4)循环线程单元进入等待状态，直到推入端口信号为“推入”时进入步骤 (d2-5)；(d2-5)循环线程单元向待交换工作台发送推入指令，控制待交换工作台推入；(d2-6)循环线程单元设定待交换工作台准备端口信号为“准备完毕”；(d2-7)循环线程单元进入等待状态，直到当前工作台的加工状态变为“加工结束” 时，进入步骤(d2-8)；(d2-8)循环线程单元返回步骤(d2-l)。采用了该发明的数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法，由于其控制模型系统包括加工状态控制单元、硬件端口单元、交换控制单元和循环线程单元，其中，加工状态控制单元和硬件端口单元均分别连接循环线程单元和交换控制单元；其交换控制的方法包括加工状态监控操作、硬件端口监控操作、交换控制操作和循环线程操作的步骤，从而构建了一个完整的双工作台交换模型，支持在系统加工过程中实时监测当前工作台的加工状态和待交换的工作台状态，并在满足交换条件的情况下，实现工作台的交换， 进而有效解决了数控机床在流水线应用中的工作台自动交换问题，大幅度提高流水线加工工作的效率。本发明的数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法不仅支持连接硬件的真实加工环境，还支持通过软件进行仿真控制，可以借由软件界面仿真外部信号， 进行工作台交换的模拟实验，为数控机床流水线应用的进一步发展提供重要的数据基础。
图1为本发明的数控机床的工作台交换控制模型系统的功能单元结构图。图2为本发明的数控机床工作台交换控制的方法在实际应用中的工作流程交换序列图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图1所示，为本发明的数控机床的工作台交换控制模型系统的功能单元结构图。在一种实施方式中，该数控机床的工作台交换控制模型系统包括用以监控当前工作台的状态，并发送当前工作台的状态信息的加工状态控制单元；用以监控待交换工作台的状态，并发送待交换工作台的状态信息的硬件端口单元；用以控制待交换工作台替换当前工作台的交换控制单元；以及，用以控制待交换工作台的运动和状态的循环线程单元。 其中，所述的加工状态控制单元和硬件端口单元均分别连接所述的循环线程单元和交换控制单元。在一种优选的实施方式中，所述的硬件端口单元包括待交换工作台准备端口和待交换工作台推入端口。本发明还提供了一种利用所述的系统实现的数控机床工作台交换控制的方法，该方法包括加工状态监控操作、硬件端口监控操作、交换控制操作和循环线程操作。其中，所述的加工状态监控操作包括以下步骤(al)加工状态控制单元实时监控当前工作台的状态；(a2)在当前工作台的状态改变时，加工状态控制单元将当前工作台的状态信息发送至所述的交换控制单元和循环线程单元，所述的硬件端口监控操作包括以下步骤(bl)硬件端口单元实时监控待交换工作台的端口信号；(b2)在待交换工作台的端口信号改变时，硬件端口单元将待交换工作台的端口信号发送至所述的交换控制单元和循环线程单元，所述的交换控制操作包括以下步骤(cl)交换控制单元根据所获得的当前工作台状态信息和待交换工作台端口信号判断是否满足预设的交换条件，若满足交换条件，则进入步骤(c2)，若不满足交换条件，则进入步骤(c3)；
(c2)交换控制单元控制待交换工作台替换当前工作台，并将当前工作台作为新的待交换工作台；(c3)交换控制单元忽略收到的状态消息，所述的循环线程操作包括以下步骤(dl)循环线程单元在预设的时间点访问当前工作台状态信息或待交换工作台端口信号；(d2)循环线程单元在当前工作台状态信息或待交换工作台端口信号不满足预设条件的情况下进入等待状态，在满足预设条件的情况下进入步骤(d3)；(d3)循环线程单元在执行完当前的循环逻辑后会进入下一个循环。在一种较优选的实施方式中，所述的当前工作台的状态为“正在加工”或“加工结束”。所述的步骤(a2)具体是指在当前工作台的状态改变时，加工控制单元向所述的循环线程单元和交换控制单元发送“正在加工”状态信息或“加工结束”状态信息。在另一种较优选的实施方式中，所述的待交换工作台的端口包括“准备端口”和 “推入端口 ”。所述的准备端口有“ 1，，和“0”两个值，分别代表待交换工作台的“准备完毕” 和“未准备完毕”两种状态，所述的推入端口有“ 1，，和“0”两个值，分别代表待交换工作台的“推入”和“无效”两个执行命令，其中“准备端口，，是交换模块系统内部定义并设定用来控制待交换工作台是否对交换做好准备的状态信号量；“推入端口”是交换模型系统内部定义的由外部人为控制的状态信号量，交换模型系统会接收此信号量的改变并做出响应。在一种进一步优选的实施方式中，所述的步骤(Cl)中的交换条件，具体是指当前工作台的状态为“加工结束”，且待交换工作台的准备状态为“准备完毕”。在另一种较优选的实施方式中，所述的步骤(c2)具体包括以下步骤(c2-l)交换控制单元控制数控机床的刀具从当前工作台移至待交换工作台；(c2-2)交换控制单元根据预设值重置当前工作台的参数。在一种更优选的实施方式中，所述的步骤(d2)具体包括以下步骤(d2-l)循环线程单元进入等待状态，直到当前工作台的加工状态变为“正在加工” 时，进入步骤(d2-2)；(d2-2)循环线程单元设定待交换工作台的准备端口信号为“未准备完毕”；(d2-3)循环线程单元向待交换工作台发送弹出指令，控制待交换工作台弹出；(d2-4)循环线程单元进入等待状态，直到推入端口信号为“推入”时进入步骤 (d2-5)；(d2-5)循环线程单元向待交换工作台发送推入指令，控制待交换工作台推入；(d2-6)循环线程单元设定待交换工作台准备端口信号为“准备完毕”；(d2-7)循环线程单元进入等待状态，直到当前工作台的加工状态变为“加工结束” 时，进入步骤(d2-8)；(d2-8)循环线程单元返回步骤(d2-l)。在本发明的应用中，所述的数控机床的工作台交换控制模型系统是基于双Y轴系统双工作台的交换模型。该模型提供一种高效严格的工作台交换控制策略。该交换模型，如图1所示，包括硬件端口控制单元、加工状态控制单元、循环线程单元和交换控制单元。上述各控制单元的功能如下
1、硬件端口控制单元，抽象了一组硬件端口，用来接收待交换工作台提供的硬件端口信号。硬件端口包括=ReadyPort (待交换工作台准备端口)和PushPort (待交换工作台推入端口)，其中ReadyPort端口信号包括O信号表示当前待交换工作台工件尚未准备好，不可以执行工作台交换动作；1信号表示当前待交换工作台工件已经准备好，可以执行工作台交换动作。PushPort 端口 信号包括O信号表示无效状态。1信号表示用户发起将弹出的待交换工作台推入信号，运动系统必须捕获此信号将待交换工作台推入。2、加工状态控制单元，控制两个加工状态的改变Working(正在加工)状态表示当前加工工作台加工正在执行，不可以执行工作台交换动作。Ending(加工结束)状态表示当前加工工作台加工结束，可以执行工作台交换动作。3、循环线程单元，主要作用于待交换工作台。其启动一个循环线程对硬件端口控制单元和加工状态控制单元进行监控，并根据监控结果执行以下动作。1)循环线程监视加工状态控制单元直到状态为“Working” ；2)循环线程设置ReadyPort端口为“ O ”，3)循环线程向运动模块发送消息执行待交换工作台弹出动作。4)循环线程监听PushPort端口直到端口值为“ 1 ” ；5)用户对待交换工作台完成工件的装换工作，按下推入按钮时，PushPort端口变为“1”；6)循环线程监视到PushPort为“ 1”后，循环线程向运动模块发送消息执行待交换工作台推入动作； 7)循环线程在推入完成后设定ReadyPort端口为“ 1 ”。8)循环线程监视加工状态控制单元直到其状态为“Ending” ；9)当线程监视到“Ending”状态时说明加工已经完成，交换单元应该开始执行交换工作动作了，此时循环线程会返回步骤1)继续下一次循环。4、交换控制单元，是工作台交换的主要控制单元，负责两个工作台的交换动作，并在交换成功后调用系统其它模块对两个工作台的加工状态和加工参数等数控信息进行交换或者重置。交换控制单元只提供基本的交换算法，交换的过程是基于事件的触发来驱动的。 即当前ReadyPort端口状态改变或者加工状态改变时都会发送一个“事件”，该“事件”相当于一个带有参数的状态消息。消息传递到交换单元时交换单元会执行一个交换条件检查。只有当ReadyPort端口为“1信号”，且加工状态为“Ending”时，交换检查才能通过。当检查没有通过时，该状态消息作废；当检查通过时，交换单元会执行工作台的交换逻辑进行工作台交换。如图2所示，为本发明的数控机床工作台交换控制的方法在实际应用中的工作流程交换序列图。其工作流程如下
1、启动加工任务时，交换模块会启动循环线程001 ；2、加工任务启动成功后，加工状态单元接收working状态002。将状态发送到交换单元003和循环线程单元004 ；3、循环线程接收working状态，将ReadyPort端口置0并通过发送运动指令的形式弹出待交换工作台005，并进入等待状态，直到PushPort端口置为“1” ；4、交换控制单元接收到working状态，开始执行交换条件检查逻辑，发现不符合交换条件会忽略掉。5、用户切换加工工件，并按下待交换工作台推入按钮启动待交换工作台推入操作 007，PushPort 端口被置为 “ 1” ；6、端口控制单元将待交换工作台的PushPort端口的信号传递到循环线程008。7、循环线程单元检测到PushPort为“1”时通过发送运动指令的形式执行推入待交换工作台动作009 ；推入动作执行完毕后，硬件端口 ReadyPort被置“1”010 ；8、端口控制单元将ReadyPort为“ 1 ”的信号发送到交换单元。9、交换单元忽略此次信号改变011。10、加工结束，加工状态单元接收ending状态013。并将ending状态发送到交换单元014和循环线程单元015。11、交换单元执行交换条件检查逻辑代码。检查到ReadyPort为“1”和ending状态，交换条件成立开始启动交换动作。与此同时循环线程接收到ending状态后进入下一次循环并等待交换完成016。12、交换单元完成工作台交换工作后会通知加工任务交换完成019。13、收到交换完成通知后加工任务会在交换后的工作台上执行下一轮流水线加工任务。采用了该发明的数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法，由于其控制模型系统包括加工状态控制单元、硬件端口单元、交换控制单元和循环线程单元，其中，加工状态控制单元和硬件端口单元均分别连接循环线程单元和交换控制单元；其交换控制的方法包括加工状态监控操作、硬件端口监控操作、交换控制操作和循环线程操作的步骤，从而构建了一个完整的双工作台交换模型，支持在系统加工过程中实时监测当前工作台的加工状态和待交换的工作台状态，并在满足交换条件的情况下，实现工作台的交换， 进而有效解决了数控机床在流水线应用中的工作台自动交换问题，大幅度提高流水线加工工作的效率。本发明的数控机床的工作台交换控制模型系统及交换控制的方法不仅支持连接硬件的真实加工环境，还支持通过软件进行仿真控制，可以借由软件界面仿真外部信号， 进行工作台交换的模拟实验，为数控机床流水线应用的进一步发展提供重要的数据基础。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不会背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种数控机床的工作台交换控制模型系统，其特征在于，所述的系统包括 加工状态控制单元，用以监控当前工作台的状态，并发送当前工作台的状态信息； 硬件端口单元，用以监控待交换工作台的状态，并发送待交换工作台的状态信息； 交换控制单元，用以控制待交换工作台替换当前工作台；循环线程单元，用以控制待交换工作台的运动和状态，所述的加工状态控制单元和硬件端口单元均分别连接所述的循环线程单元和交换控制单元。
2.根据权利要求1所述的数控机床的工作台交换控制模型系统，其特征在于，所述的硬件端口单元包括待交换工作台准备端口和待交换工作台推入端口。
3.一种利用权利要求1所述的系统实现的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的方法包括加工状态监控操作、硬件端口监控操作、交换控制操作和循环线程操作，其中，所述的加工状态监控操作包括以下步骤(al)加工状态控制单元实时监控当前工作台的加工状态；(a2)在当前工作台的加工状态改变时，加工状态控制单元将当前工作台的加工状态信息发送至所述的交换控制单元和循环线程单元， 所述的硬件端口监控操作包括以下步骤 (bl)硬件端口单元实时监控待交换工作台的端口信号；(b2)在待交换工作台的端口信号改变时，硬件端口单元将待交换工作台的端口信息发送至所述的交换控制单元和循环线程单元， 所述的交换控制操作包括以下步骤(cl)交换控制单元根据所获得的当前工作台状态信息和待交换工作台端口信号判断是否满足预设的交换条件，若满足交换条件，则进入步骤(^)，若不满足交换条件，则进入步骤(c3)；(c2)交换控制单元控制待交换工作台替换当前工作台，并将当前工作台作为新的待交换工作台；(c3)交换控制单元忽略收到的状态消息， 所述的循环线程操作包括以下步骤(dl)循环线程单元在预设的时间点访问当前工作台状态信息或待交换工作台端口信号；(d2)循环线程单元在当前工作台状态信息或待交换工作台端口信号不满足预设条件的情况下进入等待状态，在满足预设条件的情况下进入步骤(d3)；(d3)循环线程单元在执行完当前的循环逻辑后会进入下一个循环。
4.根据权利要求3所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的当前工作台的状态为“正在加工”或“加工结束”。
5.根据权利要求4所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的步骤 (a2)具体是指在当前工作台的状态改变时，加工控制单元向所述的循环线程单元和交换控制单元发送“正在加工”状态信息或“加工结束”状态信息。
6.根据权利要求3所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的检测待交换工作台的端口信号状态包括准备端口信号和推入端口信号。
7.根据权利要求6所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的准备端口信号为“准备完毕”或“未准备完毕”，所述的推入端口信号为“无效”或“推入”。
8.根据权利要求3所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的步骤 (cl)中的交换条件，具体是指当前工作台的状态为“加工结束”，且待交换工作台的准备状态为“准备完毕”。
9.根据权利要求3所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的步骤 (c2)具体包括以下步骤(c2-l)交换控制单元控制数控机床的刀具从当前工作台移至待交换工作台； (c2-2)交换控制单元根据预设值重置当前工作台的加工状态参数。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的数控机床工作台交换控制的方法，其特征在于，所述的步骤(d2)具体包括以下步骤(d2-l)循环线程单元进入等待状态，直到当前工作台的加工状态变为“正在加工”时， 进入步骤(d2-2)；(d2-2)循环线程单元设定待交换工作台的准备端口信号为“未准备完毕”； (d2-3)循环线程单元向待交换工作台发送弹出指令，控制待交换工作台弹出； (d2-4)循环线程单元进入等待状态，直到推入端口信号为“推入”时进入步骤(d2-5)； (d2-5)循环线程单元向待交换工作台发送推入指令，控制待交换工作台推入； (d2-6)循环线程单元设定待交换工作台准备端口信号为“准备完毕”； (d2-7)循环线程单元进入等待状态，直到当前工作台的加工状态变为“加工结束”时， 进入步骤(d2-8)；(d2-8)循环线程单元返回步骤(d2-l)。
全文摘要
本发明涉及一种数控机床的工作台交换控制模型系统，该系统包括加工状态控制单元、硬件端口单元、交换控制单元和循环线程单元，其中，加工状态控制单元和硬件端口单元均分别连接循环线程单元和交换控制单元。本发明还涉及一种利用所述系统的交换控制的方法，该方法包括加工状态监控操作、硬件端口监控操作、交换控制操作和循环线程操作的步骤。本发明的工作台交换控制模型系统构建了一个完整的双工作台交换模型，支持在系统加工过程中实时监测当前工作台的加工状态和待交换的工作台状态，并在满足交换条件的情况下，实现工作台的交换，进而有效解决了数控机床在流水线应用中的工作台自动交换问题，大幅度提高流水线加工工作的效率。
文档编号G05B19/18GK102176134SQ20111004915
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者孔令磊, 李清涛, 郑之开 申请人:上海奈凯电子科技有限公司, 上海维宏电子科技有限公司