CN103376773A - 一种控制每转进给量的控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制每转进给量的控制方法和设备。本发明提供的控制每转进给量的控制方法和设备，将主轴转速、每齿进给量作为关注对象，并保证在主轴转速变化时，每齿进给倍率不变，从而保证进给速度与主轴转速保持同步变化。实施本发明所述的控制每转进给量的控制方法和设备，具有如下有益效果：在主轴转速变换的过程中保持进给量不变，保证进给速度与主轴转速同时变换，从而避免产生巨大波动而造成刀具的损坏。同时配合每齿进给量的倍率控制，来实现多种加工策略。

Description

一种控制每转进给量的控制方法和设备

技术领域

本发明涉及数控机床领域，更具体地说，涉及一种控制每转进给量的控制方法和设备。

背景技术

数控机床领域的数控切削加工是机械制造领域中的重要生产方式。在数控切削加工过程中，为了获得最终加工工件，操作者需要根据实际加工情况设定加工参数(主轴转速、进给速度和进给深度)，并且在加工过程中需要根据不同的加工需求改变加工参数。

在现有数控切削技术中，人们主要关注的参数对象是主轴转速、进给速度。控制方式为：用户通过数控操作面板来实现加工参数的多种选择，一般利用按键或选择开关(例如波段开关)分别对进给速度和主轴转速进行控制；然后主要采用PLC来实现I/O逻辑控制，接收来自操作面板的操作信息来实现对加工参数的控制。将主轴转速和进给速度作为参数关注对象，当采用铣刀切削加工时，不将每齿进给量作为最终关注对象，而仅将进给量作为最终关注对象，存在控制不精确致使最终加工产品质量不高的缺陷。同时，对各参数分别单独进行控制，还存在下列缺陷：当主轴转速单次调整范围过大，进给速度未及时作出相应调整时，可能出现因为每齿进给量过小而造成刀具磨损加剧或发生颤振等后果；当进给速度单次调整范围过大，主轴转速未及时作出相应调整时，可能出现因为每齿进给量fz过大而可能造成刀具的破损等后果。例如，将主轴转速调节为零值，而不对进给速度进行调节时，将造成刀具严重破损的后果。

因此，将主轴转速和进给速度作为参数关注对象且对二者分别单独控制，并不能直观反映出每齿进给量的实际调整情况，控制不精确，容易造成事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对将主轴转速和进给速度作为参数关注对象，且对各参数进行分别单独控制容易造成事故的技术缺陷，提供一种控制每转进给量的控制方法和设备。本发明提供的控制每转进给量的控制方法和设备，将主轴转速、每齿进给量作为关注对象，并保证在主轴转速变化时，每齿进给倍率不变，从而保证进给速度与主轴转速保持同步变化。

本发明提供一种控制每转进给量的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、PLC模块获取当前主轴转速n、当前进给速度vf；

b、控制面板根据用户的选择输入，将主轴转速倍率信号和每齿进给倍率信号转换为相应的信息发送至PLC模块；

c、PLC模块对接收到的信息进行判定：如果单独调节主轴转速倍率，那么保证每齿进给量不变，此时主轴转速倍率＝Ks，进给速度倍率＝Ks；如果同时调节主轴转速倍率和每齿进给倍率，此时主轴转速倍率＝Ks，进给倍率Kf＝Ks*Ka；然后将主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块；

d、CNC模块计算求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf＝Ks*Ka*vf；

e、CNC模块将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出。

优选地，主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka由用户根据需求输入，并通过PLC模块控制执行。

优选地，步骤d还包括：在计算求取主轴转速n′和进给速度vf′之后，通过插补器对进给速度做插补运算。

优选地，插补器内部设置有主轴指令同步器，对进给速度和主轴转速做同步插补。

优选地，步骤d还包括：进给倍率处理模块，接收来自于插补器的轨迹密化点序列和PLC模块处理得到的倍率调整需求，对密化点序列进行再次插值密化，调整进给倍率。

本发明还提供一种控制每转进给量的控制设备，其特征在于，该设备包括：

接收主轴转速倍率信号和每齿进给量倍率信号，并将接收到的信号转换为相应信息发送至PLC模块的控制面板；

电连接控制面板，根据接收到的信息进行判定：如果单独调节主轴转速倍率，那么保证每齿进给量不变，此时主轴转速倍率＝Ks，进给速度倍率＝Ks；如果同时调节主轴转速倍率和每齿进给倍率，此时主轴转速倍率＝Ks，进给倍率Kf＝Ks*Ka；然后将主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块的PLC模块；

电连接PLC模块，求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf＝Ks*Ka*vf，并将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出的CNC模块。

优选地，CNC模块内部还包括对进给速度做插补运算的插补器。

优选地，插补器内部设置有主轴指令同步器，对进给速度和主轴转速做同步插补。

优选地，CNC模块内部还包括：连接插补器，接收来自插补器的轨迹密化点序列和PLC模块处理得到的倍率调整需求，对密化点序列进行再次插值密化，调整进给倍率的进给倍率处理模块。

实施本发明所述的控制每转进给量的控制方法和设备，具有如下有益效果：在主轴转速变换的过程中保持进给量不变，保证进给速度与主轴转速同时变换，从而避免产生巨大波动而造成刀具的损坏。同时配合每齿进给量的倍率控制，来实现多种加工策略。

附图说明

图1是现有技术数控切削加工进给倍率开关和主轴转速倍率开关的示意图；

图2是本发明控制每转进给量的控制方法的流程图；

图3是主轴转速倍率开关的示意图；

图4是每齿进给倍率开关的示意图；

图5是主轴转速与每齿进给倍率的控制流程图；

图6是每齿进给倍率的控制流程图；

图7是本发明控制每转进给量的控制设备的结构示意图；

图8是本发明控制每转进给量的控制设备的一实施例的结构图。

具体实施方式

图1是现有技术数控切削加工进给倍率开关和主轴转速倍率开关的示意图，左边为进给倍率开关，右边为主轴转速倍率开关。如图所示，加工参数被预先设定，主要包括两种，分别为进给倍率和主轴倍率，采用进给倍率开关和主轴转速倍率开关来选择输入的进给倍率和主轴倍率。进给倍率和主轴倍率各自具有多个档位可供选择，但该预先设定的多个档位的数值一般不再变化，用户只能在该预先设定的档位范围内选择某一档位。进给倍率和主轴倍率二者相互独立，在加工过程中，只能单独调整进给倍率或者主轴倍率。现有技术的单独调整进给速度和主轴转速可能造成实际刀具每齿进给量产生巨大波动，每齿进给量过大可能造成刀具的破损，每齿进给量过小则可能造成刀具磨损加剧或发生颤振。且利用现有技术调整进给倍率和主轴倍率时，不能一次调整的幅度过大，否则，也会产生每齿进给量过大可能造成刀具的破损，每齿进给量过小则可能造成刀具磨损加剧或发生颤振。因此，传统加工参数调整方法并不能直观反映每齿进给量的实际调整情况，容易造成事故。

本发明提供一种控制每转进给量的控制方法，图2是本发明控制每转进给量的控制方法的流程图。如图所示，该控制方法包括如下步骤：a、PLC模块获取当前主轴转速n、当前进给速度vf；b、控制面板根据用户的选择输入，将主轴转速倍率信号和每齿进给倍率信号转换为相应的信息发送至PLC模块；c、PLC模块对接收到的信息进行判定：如果单独调节主轴转速倍率，那么保证每齿进给量不变，此时主轴转速倍率＝Ks，进给速度倍率＝Ks；如果同时调节主轴转速倍率和每齿进给倍率，此时主轴转速倍率＝Ks，进给倍率Kf＝Ks*Ka；然后将主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块；d、CNC模块计算求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf＝Ks*Ka*vf；e、CNC模块将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出。

在数控机床领域，可以利用多种方式生产倍率控制的输入信号，例如按键或者选择开关。现有技术中，主要关注的参数对象是主轴转速和进给速度，因此，现有技术中，仅存在主轴转速倍率开关和进给倍率开关。本发明采用专门的主轴转速倍率开关和每齿进给倍率开关。图3是主轴转速倍率开关的示意图，图4是每齿进给倍率开关的示意图。初始状态时，主轴转速倍率开关和每齿进给倍率开关上的指针均指向各自表盘中心线，此时的主轴转速倍率和每齿进给倍率均为100％，表盘中心线左边的倍率数值小于100％，且沿中心线向左数值逐渐变小，表盘中心线右边的倍率数值大于100％，且沿中心线向右数值逐渐变大。在主轴转速变化的过程中保持每齿进给倍率不变，即不同时调整主轴转速倍率开关和每齿进给量倍率开关的档位。根据公式进给倍率Kf＝Ks*Ka，当主轴转速倍率Ks增大，每齿进给量倍率Ka不变时，进给倍率Kf与主轴转速倍率Ks同倍数增加，反之，进给倍率Kf与主轴转速倍率Ks同倍数减小，此时，每齿进给量保持不变；当主轴转速倍率Ks不变，每齿进给量倍率Ka增大时，进给倍率Kf与每齿进给量倍率同倍数增加，反之，进给倍率Kf与每齿进给量倍率同倍数减小，通过调节进给倍率来改变每齿进给量。

图5是主轴转速与每齿进给倍率的控制流程图。如图所示，用户根据加工需求预先设定档位数值，通过主轴转速倍率开关E调节主轴转速倍率Ks档位，通过每齿进给倍率开关F调节每齿进给倍率Ka档位；PLC模块在接收到主轴转速倍率波段开关档位信号或每齿进给倍率波段开关档位信号后，选定主轴转速倍率Ks和每齿进给倍率Ka，根据公式Kf＝Ks*Ka算得进给倍率Kf，PLC模块将得到的主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块；CNC模块根据接收到的主轴转速倍率Ks以及获取的当前主轴转速n求取主轴转速n′，进给倍率处理模块根据接收到的进给倍率Kf以及获取的当前进给速度vf求取进给速度vf′，然后将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出，通过速度环控制驱动伺服电机工作。

图6是每齿进给倍率的控制流程图。如图所示，用户将预设档位倍率数值设置为PLC模块执行程序全局变量；通过主轴转速倍率开关调节主轴转速倍率Ks档位，通过每齿进给倍率开关调节每齿进给倍率Ka档位；PLC模块在接收到主轴转速倍率波段开关档位信号或每齿进给倍率波段开关档位信号后，作出档位判定，然后从预先设定的档位倍率数值中取得主轴转速倍率Ks和每齿进给倍率Ka，根据公式Kf＝Ks*Ka算得进给倍率Kf，PLC模块将得到的主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块中的主轴倍率处理模块和进给倍率处理模块；主轴倍率处理模块根据接收到的主轴转速倍率Ks以及获取的当前主轴转速n求取主轴转速n′，进给倍率处理模块根据接收到的进给倍率Kf以及获取的当前进给速度vf求取进给速度vf′，然后由CNC模块将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出，从而驱动主轴伺服电机和进给伺服电机工作。当用户将倍率数值作为全局变量写入到PLC程序中时，可以使用ST语言的定义波段开关地址，也可以采用其他变量定义形式。一种使用ST语言的定义波段开关地址的方法如下所示(其中“Ks_Adr_1”表示地址名称，“IX1018.1”表示接口地址，“BOOL”表示类型)：

Ks_Adr_1  AT％IX1018.1：BOOL；(*主轴倍率1号档位地址*)

Ks_Adr_2  AT％IX1018.2：BOOL；(*主轴倍率2号档位地址*)

……

Ks_Adr_11 AT％IX1018.11：BOOL；(*主轴倍率11号档位地址*)

Ka_Adr_1  AT％IX1019.1：BOOL；(*每齿进给倍率1号档位地址*)

Ka_Adr_2  AT％IX1019.2：BOOL；(*每齿进给倍率2号档位地址*)

……

Ka_Adr_4  AT％IX1019.4：BOOL；(*每齿进给倍率4号档位地址*)

……

Ka_Adr_7  AT％IX1019.7：BOOL；(*每齿进给倍率7号档位地址*)

PLC编程语言有IL、ST、LD等，这里用ST语言举例说明用户逻辑的(也可以用其他语言)实现。在内部建立函数“Ks_Control”完成主轴转速倍率、同步进给速度控制：

(*局部变量定义*)

STEP       ：INT：＝0；(*执行步骤*)

R_Ks_Rate_1：R_TRIG；(*波段开关信号沿定义*)

R_Ks_Rate_2：R_TRIG；

……

R_Ks_Rate_11：R_TRIG；

(*函数体*)

R_Ks_Rate_1(CLK：＝Ks_Adr_1)；(*沿信号关联地址*)

R_Ks_Rate_2(CLK：＝Ks_Adr_2)；

……

R_Ks_Rate_11(CLK：＝Ks_Adr_11)；

(*倍率选定*)

IF R_Ks_Rate_1.Q AND STEP＝0 THEN

Ks_Rate：＝Ks_Rate_1；

Ka_Rate：＝Ks_Ka_Rate_1；

STEP：＝1；

ELSIF R_Ks_Rate_2.Q AND STEP＝0 THEN

Ks_Rate：＝Ks_Rate_2；

Ka_Rate：＝Ks_Ka_Rate_2；

STEP：＝1；

……

ELSIF R_Ks_Rate_11.Q AND STEP＝0 THEN

Ks_Rate：＝Ks_Rate_11；

Ka_Rate：＝Ks_Ka_Rate_11；

STEP：＝1；

END_IF；

(*执行过程*)

CASE STEP OF

1：

Kf_Rate：＝Ks_Rate*Ka_Rate/100；

Set_SpindleRate(1，Ks_Rate)；(*设定主轴速度*)

Set_FeedRate(1，Kf_Rate)；(*设定进给速度*)

STEP：＝0；

0：

；

END_CASE

用户也可以预先设定包含主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka的倍率调整表。当用户预先设定包含主轴转速倍率Ks和每齿进给倍率Ka的倍率调整表时，PLC模块根据接收到的主轴转速倍率信号和每齿进给量倍率信号，到倍率调整表中调取主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka，然后求得进给倍率Kf＝Ks*Ka。用户也可以通过控制面板直接输入主轴转速倍率Ks或者每齿进给量倍率Ka，然后送入PLC模块，PLC模块计算求取进给倍率Kf。

为了控制加工精度，可以在d步骤中计算求取主轴转速n′和进给速度vf′之后，通过插补器对进给速度运算。为了保证进给轴与主轴的协同工作，可以在插补器中设置主轴指令同步器，负责向PLC模块发送主轴指令，等待PLC模块返回主轴转速数值后，对进给速度和主轴转速做同步插补。为了进一步控制加工精度，步骤d还包括：进给倍率处理模块，接收来自于插补器的轨迹密化点序列和PLC模块处理得到的倍率调整需求，对密化点序列进行再次插值密化，调整进给倍率。

本发明还提供一种控制每转进给量的控制设备，图7是本发明控制每转进给量的控制设备的结构示意图。如图所示，该设备包括：控制面板、PLC模块和CNC模块。控制面板，接收主轴转速倍率信号和每齿进给量倍率信号，并将接收到的信号转换为相应信息发送至PLC模块；PLC模块，根据接收到的信息，获取主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka，并计算进给倍率Kf＝Ks*Ka，然后将主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块；CNC模块，求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf＝Ks*Ka*vf，并将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出的；当主轴转速n′变化时，保持每齿进给倍率Ka不变。PLC模块可以利用硬件或软件形式实现，主要负责对用户输入的信号进行处理，通过判断输入信号，在内部进行分析、运算，最终将运算结果发送至CNC模块进一步处理。

图8是本发明控制每转进给量的控制设备的一实施例的结构图。如图所示，该控制设备主要包括以下部分：主轴转速倍率开关、每齿进给倍率开关、数控机床操作面板、伺服驱动装置、数控系统。数控系统由数控系统硬件、实时操作系统和数控系统软件三大部分构成。

在数控机床领域，可以利用多种方式生产倍率控制的输入信号，例如按键或者选择开关。现有技术中，主要关注的参数对象是主轴转速和进给速度，因此，现有技术中，仅存在主轴转速倍率开关和进给倍率开关。本发明采用专门的主轴转速倍率开关和每齿进给倍率开关。

数控系统硬件包括伺服及I/O设备接口、实时钟、文件系统存储介质、中央处理器CPU、显示设备及输入设备，它们通过内部总线实现数据交换。I/O设备接口，用于与外部设备连接，实现与外部设备间的数据传输；实时钟，用于触发各部件周期性工作；文件系统存储介质，用于存储操作文件。数控系统硬件，可以有多种计算机系统构成，例如X86PC构架、ARM处理器构架、DSP处理器构架、单片机构架以及多个上述处理器构成的多CPU构架。采用X86PC构架的硬件系统可以用机内8253或其兼容时钟体系作实时钟；可通过PCI总线或ISA总线接口模拟量输出卡和数字量输入输出卡实现伺服及I/O设备接口，对于现场总线接口的伺服及I/O设备，可采用相应现场总线通讯接口卡实现伺服及I/O设备接口；可采用硬盘或SD卡、CF卡作为文件系统存储介质。

实时操作系统包括数控设备驱动、实时任务调度子系统、图形用户接口GUI和文件管理及存储设备驱动。实时任务调度子系统，用于确保在指定或确定的时间内完成系统功能。实时操作系统可以选用VxWorks，RTLinux等专业的实时操作系统，也可以选用Windows结合实时扩展RTX，或在系统性能要求较低时选择Windows CE等具有一定软实时特征的操作系统。实时操作系统中除了支持常规的文件管理及存储介质驱动和图形用户接口GUI，主要通过实时钟定时中断处理程序作为实现周期性地实时任务调度。数控设备驱动可以采用实时操作系统提供的标准驱动程序开发框架，封装对伺服及I/O设备接口的数据操作，这些数据包括对伺服的指令及对I/O的指令，也包括采集来自伺服的反馈数据及I/O的数据。

数控系统软件包括PLC子系统、PLC程序文件操作器、数控加工程序文件操作器、程序代码解析器、插补器、数控人机交互子系统、主轴服务器、进给倍率处理模块和主轴倍率处理模块。

PLC子系统包括ST语言编译器和用户逻辑执行器。当使用其他语言编写文件程序时，采用其他语言编译器。用户逻辑执行器中包括S指令逻辑函数和每转进给量控制功能函数。PLC子系统，负责根据用户编写的PLC程序逻辑处理数控机床外设和附件的逻辑控制，包括但不限于主轴转速，刀库换刀，冷却，润滑，排屑等。S指令逻辑函数指主轴转速指令逻辑函数。PLC子系统通过设备驱动建立外设输入输出的内存映像，并在内存映像上完成用户既定的逻辑操作。通常用户可以采用IEC61131-3标准约定的PLC编程语言描述所需的控制逻辑，包括梯形图语言，ST语言，IL语言等。PLC子系统中首先由编译器将用户梯形图逻辑、ST语言逻辑或IL语言逻辑转化为可以被数控系统硬件处理器可直接识别的处理器基本指令构成的用户逻辑指令序列。PLC子系统在实时任务调度子系统的管理下，周期性地由用户逻辑执行器运行用户逻辑指令序列。

PLC程序文件操作器，负责从数控系统的文件系统存储介质中加载用户编写包含机床控制逻辑的PLC文件，如使用ST语言编写包含机床控制逻辑的PLC文件；使用ST语言编写包含机床控制逻辑的PLC文件大多以回车换行字符作为行结束的标志；通常数控加工程序文件操作器处于被调用的运行方式，不具备自主运行的要求，即可以一组服务函数的形式实现，也可以具有一组服务接口的对象实现。

数控加工程序文件操作器，负责从从数控系统的文件系统存储介质中加载数控加工程序。

程序代码解析器，主要负责调用数控加工程序文件操作器服务接口，为插补器提供宏观数据，具有一定的实时输出的需求，通常程序代码解析器以优先级较低的实时线程或实时任务的形式，纳入实时任务调度。程序代码解析器以行为单位获取数控加工程序；将字符串型的数控加工程序行经过词法分析(可以选用Lex)。指令类别甄别器在语法分析(可以选用Yacc)的基础上，针对每个解析出的关键字进行分类处理，例如对G代码的逐一处理，对坐标点的逐一处理，对M代码的逐一处理，也包括本法明涉及的描述主轴转速的S指令，即启动主轴的M03，M04，M05指令。根据G代码表征的运动请求结合坐标信息，转化为与插补器约定的数据结构，通过插补器对程序代码解析器的接口调用送入插补器。作为主动运行的子系统，程序代码解析器具有一定的实时性要求，通常可以纳入到实时任务调度中，以较低的优先级参与任务调度。

插补器，包括直线、圆弧等常规几何轨迹插补器和主轴指令同步器，负责对来自程序代码解析器和界面手动操作的运动服务请求。这些运动服务请求包括：直线、圆弧等常规几何轨迹，也包括对主轴转速的S指令，即启动主轴的M03，M04，M05指令等主轴服务请求。插补器本身仅处理进给轴几何指令的插值密化，对于直线插补和圆弧插补可以采用“逐点比较法”、“数值计分法”，以及其他参数方程形式的插补方法。由于插补器不负责主轴运动控制，为了保证进给轴与主轴的协同工作，插补器中设计有主轴指令同步器，负责向PLC系统发送主轴指令，并等待PLC系统的返回，同步插补器的工作。插补器作为主动运行的子系统，插补器具有较高的实时性要求，通常纳入到实时任务调度中，被严格周期性地执行。执行进度服务器也在插补器运行周期内运行。

进给倍率处理模块，具有插补点缓冲，负责接收来自于插补器的轨迹密化点序列，同时接收来自PLC用户逻辑中加工策略功能函数处理的得到的倍率调整需求，在密化点序列的基础上再次插值密化，通过调整增量输出的密化点实现进给倍率的调整。可行的调整算法举例如下：

来自插补器的增量坐向序列如下：

(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)；

(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)；

……

(ΔXN，ΔYN，ΔZN)；

(ΔXN+1，ΔY N+1，ΔZ N+1)；

……

实际输出的向量(ΔX0N，ΔY0N，ΔZ0N)，当倍率小于100％时，实际输出向量小于插补器计算得到的增量向量；当倍率大于100％时，实际输出向量大于插补器计算得到的增量向量。可行的处理办法如下：

当倍率小于100％时，设进给倍率为A％，则有：

(ΔX01，ΔY01，ΔZ01)＝(A％*ΔX1，A％*ΔY1，A％*ΔZ1)；

于是对于(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)向量有剩余向量((1-A％)*ΔX1，(1-A％)*ΔY1，(1-A％)*ΔZ1)未输出，累计到(ΔX02，ΔY02，ΔZ02)下次输出。

如果剩余向量((1-A％)*ΔX1，(1-A％)*ΔY1，(1-A％)*ΔZ1)仍然比(A％*ΔX1，A％*ΔY1，A％*ΔZ1)大，则：

(ΔX02，ΔY02，ΔZ02)＝(A％*ΔX1，A％*ΔY1，A％*ΔZ1)；

则剩余((1-A％-A％)*ΔX1，(1-A％-A％)*ΔY1，(1-A％-A％)*ΔZ1)

……

依次类推，直到剩余段((1-n*A％)*ΔX1，(1-n*A％)*ΔY1，(1-n*A％)*ΔZ1)＜(A％*ΔX1，A％*ΔY1，A％*ΔZ1)，则需要借助插补器计算得到的下一段，可行的输出策略如下：

对于向量(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)，需要计算向量方向余弦

$L2=\sqrt{{\mathrm{\ΔX}}_2^2+{\mathrm{\ΔY}}_2^2+{\mathrm{\ΔZ}}_2^2}$

Cos(αX)＝ΔX₂/L₂

Cos(αY)＝ΔY₂/L₂

Cos(αZ)＝ΔZ₂/L₂

则有：

ΔX0n＝(1-n*A％)*ΔX1+[A％-(1-n*A％)]*ΔX1*Cos(αX)；

ΔY0n＝(1-n*A％)*ΔY1+[A％-(1-n*A％)]*ΔY1*Cos(αY)；

ΔZ0n＝(1-n*A％)*ΔZ1+[A％-(1-n*A％)]*ΔZ1*Cos(αX)；

此后用(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)替换(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)，用(ΔX3，ΔY3，ΔZ3)替换(ΔX3，ΔY3，ΔZ3)重复上述过程，即可得到每个进给调整后的输出向量。

当进给倍率大于100％时，设进给倍率为B％，则经常会有本次插补器计算数据长度不足以输出，需要借用下一段的情况。

对于借用向量(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)，需要计算向量方向余弦：

$L2=\sqrt{{\mathrm{\ΔX}}_2^2+{\mathrm{\ΔY}}_2^2+{\mathrm{\ΔZ}}_2^2}$

Cos(αX2)＝ΔX₂/L₂

Cos(αY2)＝ΔY₂/L₂

Cos(αZ2)＝ΔZ₂/L₂则有：

当L2＞(B％-1)*L1，则说明L2能满足第一段变速剩余路径需求，则：

ΔX01＝ΔX1+(ΔX1*B％-ΔX1)*Cos(αX2)；

ΔY01＝ΔY1+(ΔY1*B％-ΔY1)*Cos(αY2)；

ΔZ01＝ΔZ1+(ΔZ1*B％-ΔZ1)*Cos(αZ2)；

当L2＜(B％-1)*L1，则说明L2不能满足第一段变速剩余路径需求，则需要借用(ΔX3，ΔY3，ΔZ3)，当(L1+L2+L3)＞B％*L1则说明(ΔX3，ΔY3，ΔZ3)可以满足变速需要，否则一直向下借段。设在第N段才满足(L1+L2+...+Ln)＞B％*L1，则有：

ΔX01＝ΔX1+ΔX2+...+ΔXn-1+(ΔX1*B％-ΔX1-ΔX2-...-ΔXn-1)*Cos(αXn)；

ΔY01＝ΔY1+ΔY2+...+ΔYn-1+(ΔY1*B％-ΔY1-ΔY2-...-ΔYn-1)*Cos(αYn)；

ΔZ01＝ΔZ1+ΔZ2+...+ΔZn-1+(ΔZ1*B％-ΔZ1-ΔZ2-...-ΔZn-1)*Cos(αZn)；

依次类推，可以以依次得到输出向量(ΔX0n，ΔY0n，ΔZ0n)

主轴倍率处理模块，负责接收来自PLC用户逻辑中加工策略功能函数处理的得到的主轴倍率调整需求，在原主轴指令的基础上修改主轴速度指令，并直接送数控设备驱动，将该指令送达主轴驱动器。可行的调整算法举例如下：原主轴指令S，来自PLC的主轴倍率调整要求K％，则实际输出主轴指令S0＝S*K％。

具体工作原理如下：数控机床操作面板接收用户调节主轴转速倍率开关档位信息或者每齿进给倍率开关档位信息，并将档位信息通过伺服及I/O设备接口和数控设备驱动发送至PLC子系统，中央处理器CPU和实时钟实时控制该程序的执行。PLC子系统根据档位信息，判定档位，通过PLC程序文件操作器获取文件系统存储介质中的相应档位的主轴转速倍率Ks的数值或者每齿进给倍率Ka的数值，进而根据公式Kf＝Ks*Ka计算求取进给倍率Kf的数值，并将主轴转速倍率Ks的数值和进给速率Kf的数值发送至文件系统存储介质。通过数控加工程序文件操作器从文件系统存储介质中读取当前主轴转速n的数值和当前进给速度vf的数值，计算求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf，并将计算求取的主轴转速n′和进给速度vf′发送至插补器。由于插补器不负责主轴运动控制，为了保证进给轴与主轴的协同工作，插补器中设计有主轴指令同步器。主轴指令同步器，向PLC系统发送主轴指令，并等待PLC系统的返回同步指令(例如系统发出指令指示主轴转速调整为100r/min，为了确认主轴转速达到了系统所指示的速度，则系统返回主轴转速达到100r/min的确认信息)，实现同步插补器的工作。插补器作为主动运行的子系统，插补器具有较高的实时性要求，实时任务调度子系统保证其按照严格周期性地执行。执行进度服务器也在插补器运行周期内运行。插补器在完成对主轴转速和进给速度的同步插补后，将轨迹密化点序列发送至进给倍率处理模块。进给倍率处理模块中设置有插补点缓冲，同时接收来自PLC逻辑执行器处理得到的倍率调整需求，在密化点序列的基础上再次插值密化，通过调整增量输出的密化点实现进给速度的调整。主轴倍率处理模块，接收来自PLC逻辑执行器发送的主轴倍率调整需求，在主轴指令的基础上修改主轴转速指令。进给倍率处理模块和主轴倍率处理模块将处理后的结果通过数控设备驱动和伺服及I/O设备接口发送至伺服驱动装置驱动伺服电机M工作。在主轴转速变化的过程中保持每齿进给倍率不变，即不同时调整主轴转速倍率开关和每齿进给量倍率开关的档位。根据公式进给倍率Kf＝Ks*Ka，当主轴转速倍率Ks增大，每齿进给量倍率Ka不变时，进给倍率Kf与主轴转速倍率Ks同倍数增加，反之，进给倍率Kf与主轴转速倍率Ks同倍数减小，此时，每齿进给量保持不变；当主轴转速倍率Ks不变，每齿进给量倍率Ka增大时，进给倍率Kf与每齿进给量倍率同倍数增加，反之，进给倍率Kf与每齿进给量倍率同倍数减小，通过调节进给倍率来改变每齿进给量。但不管调节主轴转速倍率Ks还是调节每齿进给量倍率Ka为0时，主轴转速与进给速度都同时为0。从而避免产生巨大波动而造成刀具的损坏。

用户也可以预先设定包含主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka的倍率调整表。当用户预先设定包含主轴转速倍率Ks和每齿进给倍率Ka的倍率调整表时，PLC子系统根据接收到的主轴转速倍率信号和每齿进给量倍率信号，到倍率调整表中调取主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka，然后求得进给倍率Kf＝Ks*Ka。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制每转进给量的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、PLC模块获取当前主轴转速n、当前进给速度vf；

b、控制面板根据用户的选择输入，将主轴转速倍率信号和每齿进给倍率信号转换为相应的信息发送至PLC模块；

c、PLC模块对接收到的信息进行判定：如果单独调节主轴转速倍率，那么保证每齿进给量不变，此时主轴转速倍率＝Ks，进给速度倍率＝Ks；如果同时调节主轴转速倍率和每齿进给倍率，此时主轴转速倍率＝Ks，进给倍率Kf＝Ks*Ka；然后将主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块；

d、CNC模块计算求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf＝Ks*Ka*vf；

e、CNC模块将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出。

2.根据权利要求1所述的控制每转进给量的控制方法，其特征在于，主轴转速倍率Ks和每齿进给量倍率Ka由用户根据需求输入，并通过PLC模块控制执行。

3.根据权利要求1或2所述的控制每转进给量的控制方法，其特征在于，步骤d还包括：在计算求取主轴转速n′和进给速度vf′之后，通过插补器对进给速度做插补运算。

4.根据权利要求3所述的控制每转进给量的控制方法，其特征在于，插补器内部设置有主轴指令同步器，对进给速度和主轴转速做同步插补。

5.根据权利要求4所述的控制每转进给量的控制方法，其特征在于，步骤d还包括：进给倍率处理模块，接收来自于插补器的轨迹密化点序列和PLC模块处理得到的倍率调整需求，对密化点序列进行再次插值密化，调整进给倍率。

6.一种控制每转进给量的控制设备，其特征在于，该设备包括：

接收主轴转速倍率信号和每齿进给量倍率信号，并将接收到的信号转换为相应信息发送至PLC模块的控制面板；

电连接控制面板，根据接收到的信息进行判定：如果单独调节主轴转速倍率，那么保证每齿进给量不变，此时主轴转速倍率＝Ks，进给速度倍率＝Ks；如果同时调节主轴转速倍率和每齿进给倍率，此时主轴转速倍率＝Ks，进给倍率Kf＝Ks*Ka；然后将主轴转速倍率Ks和进给倍率Kf发送至CNC模块的PLC模块；

电连接PLC模块，求取主轴转速n′＝Ks*n，进给速度vf′＝Kf*vf＝Ks*Ka*vf，并将主轴转速n′和进给速度vf′转化为伺服驱动指令输出的CNC模块。

7.根据权利要求6所述的控制每转进给量的控制设备，其特征在于，CNC模块内部还包括对进给速度做插补运算的插补器。

8.根据权利要求7所述的控制每转进给量的控制设备，其特征在于，插补器内部设置有主轴指令同步器，对进给速度和主轴转速做同步插补。

9.根据权利要求8所述的控制每转进给量的控制设备，其特征在于，CNC模块内部还包括：连接插补器，接收来自插补器的轨迹密化点序列和PLC模块处理得到的倍率调整需求，对密化点序列进行再次插值密化，调整进给倍率的进给倍率处理模块。

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