一种数控系统中进给倍率的控制方法及数控系统与流程

1.本发明涉及数控系统领域，尤其涉及一种数控系统中进给倍率的控制方法及数控系统。


背景技术：

2.运动控制是数控系统核心部分，其中实时调节进给倍率是运动控制关键技术之一。在实际生产加工过程中，进给速度的变化影响着加工的精度以及加工质量；为达到理想加工的效果，数控系统必须提供实时调节进给速度的功能。一般情况下，加工的进给速度值由给定的进给速度以及用户输入的进给倍率共同决定，实时调节进给速度由实时调节进给倍率值实现；实时调整进给倍率过程中速度变化平稳度以及实时响应度是衡量数控系统优劣的指标之一。
3.现有技术中进给倍率调整的方法包括：在调节进给倍率时根据当前的速度、当前的位置、最大速度以及终点的位置等条件对剩余的加工段重新速度规划，从而达到速度调节的目的；每次改变倍率就需要重新进行速度规划，这会增加数控系统运算负载，并且影响数控系统速度修调响应的实时性；并且重新规划的加工段可能会导致速度突变，影响加工效果。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种数控系统中进给倍率的控制方法及数控系统。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
8.第一方面，本发明实施例提供一种数控系统中进给倍率的控制方法，包括：
9.s10、数控系统接收到用户输入的目标进给倍率；
10.s20、所述数控系统在确定当前时刻的进给倍率与所述目标进给倍率不同且数控系统处于非停止状态时，根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点，所述位置点为待加工图案中解析的当前运动段内各节点的位置坐标，以使所述数控系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作；
11.所述预先定义的倍率更新策略包括：采用分段多项式方式获取进给倍率曲线并计算插补累积时间信息，进而结合规划插补信息中的插补函数获得所述位置点。
12.可选地，所述s20包括：
13.s201、所述数控系统基于所述数控系统的状态标识确定所述数控系统是否处于非停止状态，若是，则执行s202；
14.s202、所述数控系统获取当前运动段的规划插补信息，并判断所述目标进给倍率
与所述规划插补信息中当前时刻的进给倍率是否相同，若相同，则忽略所述目标进给倍率；否则，执行s203；
15.s203、所述数控系统根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点。
16.可选地，所述s203包括：
17.采用分段多项式方式获取进给倍率曲线并计算插补累积时间信息，进而结合规划插补信息中的插补函数获得所述位置点
18.s203-1、采用公式(1)的分段多项式获取进给倍率曲线；
19.公式(1)
20.其中，r0为起始进给倍率，vm为当进给倍率为1时的速率，v0为起始速度；js为给定参数，t1,t2,t3为进给倍率曲线分段各阶段调节历经时间，τi,i＝1,2,3为局部时间坐标，表示以各个阶段的起始点作为时间零点的调节时间，r1,r2分别为τ1＝t1、τ2＝t2处的进给倍率值；t表示以初始调节进给倍率开始的起始点作为时间零点的调节时间累计；n为正负符号判定值，当r0≥ra时，n＝1，r0＜ra时，n＝2，ra为目标进给倍率；
21.s203-2、根据所述进给倍率曲线，所述规划插补信息中的进给倍率调节累计时间t，获取当前的插补时间增量δt；
22.s203-3、根据所述插补时间增量δt，获取插补累积时间信息t+δt；
23.s203-4、根据所述插补累积时间信息t+δt和所述插补函数，获取所述位置点。
24.可选地，所述s203-2包括：插补时间增量为δt＝ts*r(t)，其中，ts为规划插补信息中的插补周期；
25.本发明中，在每个插补周期插补时进给倍率调节累计时间累加一个插补周期；上述的进给倍率累计时间为以调节进给倍率开始的起始点作为时间零点的调节时间累计。
26.可选地，所述s203-4包括：
27.在二维坐标系中，根据公式(2)获取所述位置点；
28.公式(2)
29.其中，(xi,yi)为笛卡尔坐标系下的插补位置，f
x
分别为x插补轴插补函数，fy分别为y插补轴插补函数，t为前一个插补周期插补累计时间。
30.可选地，所述控制方法还包括：
31.s30、所述数控系统将所述位置点发送伺服系统，以使所述伺服系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作。伺服系统与所述数控系统电连接。
32.可选地，所述控制方法还包括：
33.s40、若所述数控系统处于停止状态，则记录所述目标进给倍率，并使所述数控系统启动后以目标进给倍率获取所述位置点。
34.第二方面，本发明实施例还提供一种数控系统，其包括：
35.目标进给倍率获取模块，用于接收到用户输入的目标进给倍率；
36.状态信号获取模块，用于获取数控系统的状态；
37.处理模块，用于在确定当前时刻的进给倍率与所述目标进给倍率不同且数控系统处于非停止状态时，根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点，所述位置点为待加工图案中解析的当前运动段内各节点的位置坐标，以使所述数控系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作；
38.所述预先定义的倍率更新策略包括：采用分段多项式方式获取进给倍率曲线并计算插补累积时间信息，进而结合规划插补信息中的插补函数获得所述位置点。
39.可选地，数控系统还包括：
40.发送模块，用于将所述位置点发送伺服系统，以使所述伺服系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作。
41.第三方面，本发明实施例还提供一种控制装置，其包括上述第二方面所述的数控系统。
42.第四方面，本发明实施例还提供一种控制装置，其包括：存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序并执行上述第一方面任一所述的数控系统中进给倍率的控制方法的步骤。
43.(三)有益效果
44.本发明实施例的方法在加工过程中调节进给倍率时，通过对运动段未加工的位置点进行更新或调整，使得数控系统不需要重新进行速度规划，进而使得倍率调节实时性得到保证，并且速度变化平稳。
45.本发明的数控系统可以通过调节给定参数对倍率曲线调整，使得进给倍率的控制调节过程可适用于不同板材的切割加工场景。
附图说明
46.图1为本发明一实施例提供的数控系统中进给倍率的控制方法的流程图；
47.图2为本发明一实施例中进给倍率控制速度曲线图；
48.图3为本发明一实施例中进给倍率控制加速曲线图；
49.图4为本发明一实施例中进给倍率由100％调整为200％时进给倍率调节曲线图；
50.图5为本发明一实施例中进给倍率由200％调整为0.01％时进给倍率调节曲线图；
51.图6为本发明一实施例中进给倍率由0.01％调整为100％时进给倍率调节曲线图；
52.图7为本发明另一实施例提供的数控系统中进给倍率的控制方法的流程图；
53.图8为本发明一实施例中数控系统的结构示意图。
具体实施方式
54.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
55.本实施例的方法用于对数控系统中运动段内各节点的位置坐标的确定，运动段是指板材加工过程中按给定运动形式运动的某个连续的加工路径段，具体在控制装置界面展示的图形中可表现为一段圆弧或直线。
56.本发明实施例中，不同的加减速算法决定了不同的运动形式，确定了加减速算法以及运动段路径之后，就可以对路径进行速度规划。通过速度规划后的信息可以获取对应的插补函数，插补函数是对应于插补累计时间的值，每个插补周期插补累计时间都会累计一个时间增量，然后通过插补累计时间求得相应的插补函数值作为最终输出的位置坐标。
57.实施例一
58.如图1和图7所示，本发明实施例提供一种数控系统中进给倍率的控制方法，本实施例的方法的执行主体可为承载数控系统的电子设备/控制装置，具体方法包括下述步骤：
59.s10、数控系统接收到用户输入的目标进给倍率；
60.s20、所述数控系统在确定当前时刻的进给倍率与所述目标进给倍率不同且数控系统处于非停止状态时，根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点，所述位置点为待加工图案中解析的当前运动段内各节点的位置坐标，以使所述数控系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作，进而保证进给倍率实时调节时速度变化的平稳性以及快速响应性。
61.上述的预先定义的倍率更新策略包括：采用分段多项式方式获取进给倍率曲线并计算插补累积时间信息，进而结合规划插补信息中的插补函数获得所述位置点。
62.举例来说，上述s20可包括下述的子步骤：
63.s201、所述数控系统基于所述数控系统的状态标识确定所述数控系统是否处于非停止状态，若是，则执行s202；
64.s202、所述数控系统获取当前运动段的规划插补信息，并判断所述目标进给倍率与所述规划插补信息中当前时刻的进给倍率是否相同，若相同，则忽略所述目标进给倍率(即通过当前进给倍率计算插补时间增量，按照现有执行方式执行)；否则，执行s203；
65.s203、所述数控系统根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点。
66.本发明实施例的方法在加工过程中调节进给倍率时，通过对运动段未加工的位置点进行更新或调整，使得数控系统不需要重新进行速度规划，使得倍率调节实时性得到保证，并且速度变化平稳，同时使用该数控系统可以通过调节给定参数对倍率曲线调整，使得进给倍率调节适用于不同加工场景。
67.实施例二
68.结合图1至图6所示，本实施例对上述实施例的步骤进行详细的说明。本实施例的方法的执行主体是集成在某一电子设备中的数控系统，该数控系统具有一操作界面，用户可基于该操作界面输入进给速度、进给倍率或其他进给信息等，实际操作中的数控系统还连接伺服系统，以使确定的位置点输出至伺服系统以执行后续的加工操作。
69.a10、数控系统接收到用户输入的目标进给倍率；
70.a20、所述数控系统基于所述数控系统的状态标识确定所述数控系统是否处于非停止状态，若是，执行a30，否则执行a50。
71.a30、所述数控系统获取当前运动段的规划插补信息，并判断所述目标进给倍率与所述规划插补信息中当前时刻的进给倍率是否相同，若相同，则忽略所述目标进给倍率；否则，执行a31；
72.a31、在确定当前时刻的进给倍率与所述目标进给倍率不同且数控系统处于非停止状态时，数控系统根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点即位置坐标。
73.a40、数控系统将所述位置点发送伺服系统，以使所述伺服系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作。
74.a50、若所述数控系统处于停止状态，则记录所述目标进给倍率，并使所述数控系统启动后以目标进给倍率获取所述位置点。可理解的是，此时，不修改目标进给倍率，备份目标进给倍率，即在停止过程中不更新进给倍率曲线。
75.为更好的理解上述步骤a31，对步骤a31的过程进行详细说明：
76.a31-1、采用公式(1)的分段多项式获取进给倍率曲线。
77.需要说明的是，该处可为更新原有的进给倍率曲线的过程，如图4至图6所示的曲线图。
78.公式(1)
79.其中，r0为起始进给倍率，vm为当进给倍率为1时的速率，v0为起始速度；js为给定参数，t1,t2,t3为进给倍率曲线分段各阶段调节历经时间，τi,i＝1,2,3为局部时间坐标，表示以各个阶段的起始点作为时间零点的调节时间，r1,r2分别为τ1＝t1、τ2＝t2处的进给倍率值；t表示以初始调节进给倍率开始的起始点作为时间零点的调节时间累计；n为正负符号判定值，当r0≥ra时，n＝1，r0＜ra时，n＝2，ra为目标进给倍率；
80.本实施例中可通过调节js的值可以满足不同板材的加工，当js较大时，总体的调节倍率过程所用时间较短，此时适合于需要快速改变倍率的加工动作，如停止以及急停等。当js较小时，总体的调节倍率过程所用时间较长，但速度曲线变化更为平缓，此时适合于需要更加平稳改变倍率时的加工场景。
81.a31-2、根据t即所述规划插补信息中的进给倍率调节累计时间以及进给倍率曲线，获取当前的插补时间增量δt；
82.例如，插补时间增量为δt＝ts*r(t)，其中ts为规划插补信息中的插补周期；
83.本实施例中，进给倍率累计时间为以调节进给倍率开始的起始点作为时间零点的
调节时间累计。
84.a31-3、根据所述插补时间增量δt，获取插补累积时间信息t+δt。即，在每个插补周期插补时进给倍率调节累计时间累加一个插补周期。
85.关于插补时间增量δt可理解如下：
86.插补过程是通过插补函数计算值的过程，插补函数的自变量为插补累计时间t，在每个规划插补周期插补时累加一个δt的增量，接着再计算一次插补函数的值。如插补函数为y＝2t(单位：mm)，当t＝5(单位：s)时，位置坐标y＝10(单位：mm)，下一个插补周期假设有插补时间增量δt＝0.1(单位：s)，则插补累计时间t累加δt得到5.1(单位：s)，于是根据插补函数计算，下一个插补周期位置坐标为y＝10.2(单位：mm)。
87.a31-4、根据所述插补累积时间信息t+δt和所述插补函数，获取所述位置点。
88.举例来说，在二维坐标系中，根据公式(2)获取所述位置点；
89.公式(2)
90.其中，(xi,yi)为笛卡尔坐标系下的插补位置，f
x
分别为x插补轴插补函数，fy分别为y插补轴插补函数，t为前一个插补周期插补累计时间。
91.本实施例的数控系统不需要重新进行速度规划并且计算量小，使得倍率调节的实时响应得到保证，并且速度变化平稳，通过调节输入参数最大加速度以及最大加减速时间对倍率曲线做出相应调整，使得进给倍率的调节适用于不同加工场景。
92.为更好的理解，本实施例通过一个具体的实例对上述的控制方法进行说明：
93.给定g代码如下：
94.g00 x0 y0
95.g01 x100 y0 f12000。
96.即加工长度为100mm,进给速度为200mm/s，其他参数设置为倍率调节给定最大加速度a
max
＝10000mm/s2，倍率调节参数最大加减速时间ta＝0.05s，插补周期ts＝0.001s，加工段使用七段s型加减速。结合图2和图3所示，直线起始为七段加减速的加速阶段，在0.06s附近进入匀速运动，并保持在200mm/s，此时进给倍率为100％。在0.14s附近，倍率变化由100％调整为200％，如图2所示，速度由200mm/s平滑过渡到400mm/s,在图3中，对应的加速度曲线连续。在0.25s附近倍率速度降为0.01％，此时对应的图2中速度曲线平滑降为2mm/s，加速度平滑变化，0.92s附近倍率又由0.01％调整为100％，对应图2中速度由2mm/s变为200mm/s并稳定，此时图3中0.92s附近加速度连续，1.2s附近为该段加减速的减速过程；整个倍率调节过程速度平滑过渡，加速度变化连续，并且不需要重新速度规划调整。
97.图4为该实例中进给倍率由100％调整为200％时进给倍率曲线图，图5为进给倍率由200％调整为0.01％时进给倍率曲线图，图6为进给倍率由0.01％调整为100％时进给倍率曲线图。从图4至图6中可知，进给倍率曲线为分段多项式曲线，并且在整个倍率调节区间平滑。
98.实施例三
99.如图8所示，本实施例还提供一种数控系统，包括：存储器和处理器；所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以实现执行上述实施例一和实施例二任意所述的
数控系统中进给倍率的控制方法的步骤。
100.目标进给倍率获取模块，用于接收到用户输入的目标进给倍率；
101.状态信号获取模块，用于获取数控系统的状态；
102.处理模块，用于在确定当前时刻的进给倍率与所述目标进给倍率不同且数控系统处于非停止状态时，根据规划插补信息中当前插补周期的基本参数和所述目标进给倍率，按照预先定义的倍率更新策略获取规划插补信息中更新后的位置点，所述位置点为待加工图案中解析的当前运动段内各节点的位置坐标，以使所述数控系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作；
103.其中，预先定义的倍率更新策略包括：采用分段多项式方式获取进给倍率曲线并计算插补累积时间信息，进而结合规划插补信息中的插补函数获得所述位置点。
104.在实际应用中，上述的数控系统还包括：
105.发送模块，用于将所述位置点发送所述伺服系统，以使所述伺服系统的伺服驱动装置根据所述位置点执行切割操作。
106.具体地，处理模块可用于：采用分段多项式方式获取进给倍率曲线并计算插补累积时间信息，进而结合规划插补信息中的插补函数获得所述位置点：例如，采用公式(1)的分段多项式获取进给倍率曲线；
107.公式(1)
108.根据所述进给倍率曲线，所述规划插补信息中的进给倍率调节累计时间t，获取当前的插补时间增量δt＝ts*r(t)；并根据所述插补时间增量δt，获取插补累积时间信息t+δt；以及根据所述插补累积时间信息t+δt和所述插补函数，获取所述位置点。
109.本实施例中的进给倍率累计时间为以调节进给倍率开始的起始点作为时间零点的调节时间累计；在每个插补周期插补时进给倍率调节累计时间累加一个插补周期。
110.上述的数控系统在加工过程中调节进给倍率时，该数控系统不需要重新进行速度规划，使得倍率调节实时性得到保证，并且速度变化平稳，即通过调节给定参数对倍率曲线调整，使得进给倍率调节适用于不同加工场景。
111.实施例四
112.本实施例还提供一种控制装置，包括：存储器和处理器；所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以实现执行上述实施例一和实施例二任意所述的数控系统中进给倍率的控制方法的步骤。
113.具体地，控制装置可包括：至少一个处理器、至少一个存储器、至少一个网络接口和/或其他的用户接口。电子设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。
114.另一方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其用于存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例的数控系统中进给倍率的控制方法的步骤。
115.应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
116.此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
117.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
118.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。