专利名称：机床工作区限制方法
技术领域：
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VR的参考时间tR。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。
图4B的曲线表示相对于反映的预定加速/减速时间常数的驱动速度VD的驱动时间td。在图4B中应当注意，加速和减速校正值被分别加到从起点t0到t1以及从t2到终点t3的传送部分上。如图4B的曲线所示，中断程序7周期性地将位置数据传送给伺服控制器8。例如，当在一个CNC车床中传送一个缓进(jog)时，它首先以一个恒定的速率从一个起点向该较高的驱动速度加速，而后，再以一个恒定的速率从一个预定的制动点到余留点(rest point)减速。这里，由于图4A所示曲线下的矩形区域与图4B所示曲线下的梯形(trapezoidal)区域相同，所以，由用户所设置的余留点和实际停止点相同。
图5的流程图示出了图3所示中断程序的算法。首先，在步骤51，主控器5检查来自图3所示伺服控制器8的中断信号。当中断信号被输入时，在步骤52中计算目标传输位置数据Input(t)，即，在相应的中断周期内传送刀具，然后，在步骤53，通过将目标传送位置数据Input(t)乘以相应中断周期的加速/减速时间常数AD(t)而获得输出位置数据output(t)。接着，在步骤54，从传输目标位置数据的累加值∑Input(t)中减去输出位置数据的累加值∑output(t)，并将减法结果∑Input(t)－∑output(t)的值加到当前位置数据X(t)上以获得停止位置数据Y(t)，即Y(t)＝∑Input(t)－∑output(t)＋X(t)。在步骤55中，停止位置数据Y(t)和预定的边界位置数据Pb进行比较。如果Y(t)不大于预定Pb，在步骤56将output(t)传送给图3的伺服控制器8。如果Y(t)被证明是大于预定Pb，那么就要产生一个预定的报警信号，同时在步骤57向伺服控制器8传送一个预定的校正数据。这样，可以通过执行中断程序的算法利用软件来控制机床的工作区。由此，可以持续执行精确的数字控制而不会引起对系统的碰撞。
本发明不受限于上述实施例。例如，上述用于获得停止位置数据Y(t)的算法Y(t)＝∑Input(t)－∑output(t)＋x(t)也适用于CNC车床的缓进(jog)传送。在手轮(handwheel)传送过程中，可以应用增量传送或返回到最初位置的传送，即，表示为Y(t)＝f(Y(θ))，Y(θ)＝∑θInput(t)－∑θoutput(t)＋X(θ)的算法。这里，Y(t)是停止位置数据；Y(θ)是由预定参数反射的停止位置数据；θInout(t)是用于在相应中断周期内传送刀具并一直由所述参数反射的目标位置数据；θInput(t)是用于在相应中断周期内传送刀具并一直由所述参数反射的目标位置数据；θoutput(t)是通过将θinput(t)乘以相应中断周期的加速/减速时间常数而获得的输出位置数据；X(θ)是一直由所述参数反映的当前位置数据。
如上所述，在依据本发明的用于限制机床工作区域的方法中，可以利用软件对机床的工作区域进行控制，从而可以持续地执行精确的数字控制，而不会引起对系统的碰撞。
权利要求
1.一种用于对机床工作区进行限制的方法，在该方法中，根据一个机内中断程序的算法，一个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制器，所述主控制器周期性地将位置数据传送给所述伺服控制器，其中，所述中断程序的算法包括如下步骤当从所述的伺服控制器输入所述的中断信号时，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∑Inptut(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)-∑output(t)加到所述当前位置数据X(t)上来获得停止位置数据；和在将所述的停止位置数据Y(t)和预定的边界位置数据进行比较以后，传送预定的控制数据。
2.如权利要求1所述的用于对机床工作区进行限制的方法，其中，所述停止位置数据获得步骤包括如下步骤当从所述伺服控制器输入所述中断信号时，获得所述目标位置数据Input(t)；通过将所述的目标位置数据Input(t)乘以加速/减速时间常数获得所述输出位置数据Output(t)；和通过从所述目标位置数据Input(t)的累加值∑Input(t)中减去所述输出位置数据Output(t)的累加值∑output(t)并将减法结果∑Input(t)-∑output(t)加到所述当前位置数据X(t)上来获得所述停止位置数据Y(t)。
3.如权利要求1所述的用于对机床工作区进行限制的方法，其中，所述的控制数据传送步骤包括如下步骤把所述的停止位置数据Y(t)和所述的边界位置数据进行比较；如果所述的Y(t)小于或等于所述的边界位置数据，把所述的Output(t)传送给所述伺服控制器；和如果所述的Y(t)大于所述的边界位置数据，产生预定的报警信号，同时向所述的伺服控制器传送校正数据。
全文摘要
机床工作区限制方法，使用一个传送刀具的伺服控制器，根据机内中断程序算法周期性地产生一个中断信号给主控器，其周期性地传送位置数据给伺服控制器，中断程序的算法包括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的累加值中减去反映预定加速/减速时间常数的输出位置数据的累加值，并把结果加到当前位置数据来获得停止位置数据和在把停止位置数据与预定边界位置数据比较后传送预定控制数据。
文档编号G05B19/19GK1147990SQ96111908
公开日1997年4月23日 申请日期1996年8月21日 优先权日1995年8月24日
发明者朴埈弘 申请人:三星电子株式会社