CN108334031B - 自动调整r轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法 - Google Patents

自动调整r轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法，本方法将R轴零位分为实际零位和虚拟零位，利用虚拟零位固定不变的特点，通过判断当前程序的下模具模高来自动调整R轴实际零位，同时将挡指的运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四，根据挡指的目标位置或当前位置给出相应的后续控制指令。在本方法中提出了R轴虚拟零位的概念，无论下模具怎样变化都不会影响R轴虚拟零位，R轴位置则是建立在R轴虚拟零位基础上的一个位置，它可随着下模具模高的变化做出相应的调整，有效解决了用户在更换下模具后重新寻找R轴零位的问题，提高了工作效率。

Description

自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法
技术领域
本发明涉及一种扭轴折弯机控制方法，尤其是一种自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法。
背景技术
R轴为控制后挡料上下运动的轴，X轴为控制后挡料前后运动的轴。在扭轴折弯机中对R轴控制的现有技术方案一般包含以下几个步骤：
1)对当前机床的R轴位置进行示教，此示教位置为机床安装的下模顶端与后挡料挡指下平面的垂直距离，此时下模顶端为零位；2)切换到当前程序，根据折弯工序设置R轴目标位置，机床按照设定参数进行定位和加工；3)根据折弯要求更换下模具，此时下模具模高产生变化，则当前程序中的R轴目标位置失效，需要重新按照步骤1进行示教。4)在机床折弯过程中，控制后挡料的X、R轴之间运动是相互独立，出现X、R轴定位过程中与模具碰撞影响后挡料挡指定位时，则需要重新调整各轴的目标位置。
以上方案中能看出更换下模具后由于其外形参数的变化会导致R轴零位相应变化，那么之前示教的R轴位置就会失效，导致用户不得不重新寻找新的R轴零位以及对应的R轴位置，降低了工作效率。同时在R轴与其它各轴联动过程中，出现与下模具的碰撞导致定位失败，则需要重新调整各轴的位置以避免在后挡料与下模的碰撞，降低了折弯效率，甚至可能会损坏机床。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中用户在更换模具后重新寻找R轴零位以及R轴定位过程中的后挡料与模具碰撞缺陷，以提高工作效率和折弯效率。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法，包括如下步骤：
步骤1，示教R轴位置，将机床下工作台作为R轴虚拟零位，使用测量仪器测量下工作台上平面与后挡料挡指下平面的垂直距离，此距离即为R轴示教位置；
步骤2，判断折弯程序中是否设置有下模具，若设置有下模具，则R轴当前位置需要在R轴示教位置去除下模高，示教完成后当前折弯程序对应的R轴当前位置计算公式为：
Figure BDA0001532216700000011
式中，Pc为当前折弯程序对应的R轴当前位置，Zf为机床的R轴虚拟零位，Zt为当前折弯程序对应的R轴实际零位，Pt为R轴示教位置，Hc为当前折弯程序中设置的下模模高，在当前折弯程序中将当前下模更换为新下模时，其对应的R轴当前位置会根据R轴实际零位变化而改变，其计算公式为：
Figure BDA0001532216700000021
式中，Pc'为当前折弯程序更换下模自动调整后的R轴当前位置，Zt'为新下模对应的R轴实际零位，Hc'为当前折弯程序中设置的新下模模高，在更换折弯程序时，其对应的R轴实际零位以及R轴当前位置的计算公式为：
Figure BDA0001532216700000022
式中，Pn'为第n个程序自动调整后的R轴当前位置，Δn为第n个程序的R轴零位差值，Zn为第n个程序对应的R轴实际零位，Zb为前一个程序的R轴实际零位；
若没有设置下模具，则R轴当前位置即为R轴示教位置，其计算公式为：
Figure BDA0001532216700000023
步骤3，在R轴当前位置根据R轴零位以及下模模高自动调整完成后，对当前程序的后挡料中R轴进行运动轨迹规划，将挡指的运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四，根据挡指的目标位置或当前位置给出相应的后续四个控制指令：
控制指令1，若挡指的目标位置在模具安全区内，则无论对R轴运行规划进行何种运行轨迹，挡指都会与模具产生碰撞，因此根据轨迹预判能力在后挡料挡指运行前系统给出报警来提示运行后产生的不利结果；
控制指令2，若挡指的目标位置在过渡区内，则获取挡指的当前位置，再根据挡指当前位置给出四个运行控制：
运行控制a，若挡指当前位置在过渡区或区域一内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行；
运行控制b，若挡指当前位置在区域二内，则运动轨迹为先运行R轴下行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置；
运行控制c，若挡指当前位置在区域三内，则运动轨迹为先运行R轴上行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置；
运行控制d，若挡指当前位置在区域四内，则运动轨迹为先运行R轴上行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置；
控制指令3，若挡指的目标位置不在过渡区内且当前位置在过渡区内，则要根据挡指的目标位置给出两个运行控制：
运行控制e，若挡指目标位置在过渡区、区域一、区域二或区域三内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行；
运行控制f，若挡指目标位置在区域四内，则运动轨迹为先控制X轴退出过渡区到达X轴目标位置，然后再运行R轴定位到达其目标位置；
控制指令4，若挡指的目标位置不在过渡区内且当前位置也不在过渡区内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行。
进一步地，步骤3中，运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四的划分规则为：
模具安全区，位于下模具上平面下方，同时处于模具设定的安全区范围内；
过渡区，位于下模具上平面上方，处于用户设定的过渡位置范围内，同时处于模具设定的安全区范围内；
区域一，位于过渡区上方，同时处于模具设定的安全区范围内；
区域三，位于过渡区上方，同时处于模具设定的安全区范围外；
区域三，位于下模具上平面上方，处于用户设定的过渡位置范围内，同时处于模具设定的安全区范围外；
区域四，位于下模具上平面下方，同时处于模具设定的安全区范围外。
进一步地，安全区范围为模具V开口中间位置至下模具靠近挡指一侧平面的X轴方向的位置区间，模具V开口中间位置即为挡指在X轴方向上的基准0点位置。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过R轴虚拟零位的设定，通过折弯程序的下模高，计算出R轴实际零位，进而推导出R轴当前位置，即使机床多次更换下模或是切换折弯程序，R轴实际零位及其R轴当前位置都会根据程序中的下模模高自动调整，不会因为人为疏忽没有重新示教R轴位置，而导致后挡料挡指定位不准确情况出现。
2、本发明通过模具安全区和过渡区的设定，会预先对后挡料的运行轨迹进行规划，将后挡料挡指位置控制中的X、R轴进行联动运行，而不仅仅是常规的同步运行，以达到路径的优化管理，同时若R轴运行轨迹中出现与下模具碰撞情况时，系统会提前产生一个提示并停止后挡料的运行，直到解决此问题后才能继续执行折弯操作。
附图说明
图1为本发明中带模具的R轴零位调整示意图；
图2为本发明中更换下模具时的R轴零位调整示意图；
图3为本发明中不带模具的R轴零位调整示意图；
图4为本发明中R轴运行轨迹规划流程图；
图5为本发明中同步运行示意图；
图6为本发明中进入过渡区轨迹规划示意图；
图7为本发明中退出过渡区的轨迹规划示意图。
具体实施方式
如图1所示，由于机床的下工作台是固定的，所以在本发明中将机床的下工作台作为R轴虚拟零位，R轴位置示教时根据R轴虚拟零位测量出当前R轴的位置，此位置即为R轴示教位置。当用户进入折弯程序界面时，若折弯程序中不设置下模具，则R轴实际零位与R轴虚拟零位相等，R轴示教位置即为R轴当前位置，若设置了下模具，则需要根据下模具以及R轴虚拟零位自动计算R轴实际零位值，同时调整R轴当前位置。本发明在后挡料挡指定位前，系统会根据挡指的当前位置，目标位置是否处于模具安全区或是过渡区对R轴运行轨迹进行规划，以避免在R轴运行过程中造成后挡料挡指与下模具的碰撞。
本发明公开的自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法，在此方法中提出了R轴虚拟零位的概念，无论下模具怎样变化都不会影响R轴虚拟零位，R轴位置则是建立在R轴虚拟零位基础上的一个位置，它可随下着模具模高的变化做出相应的调整，有效解决了用户在更换下模具后重新寻找R轴零位的问题，提高了工作效率，在R轴定位过程中又加入了模具安全区和过渡区的概念，并在后挡料挡指运动前对R轴进行轨迹规划，结合后挡料的X轴，共同完成对后挡料挡指的定位，具体包括如下步骤：
步骤1，示教R轴位置，将机床下工作台作为R轴虚拟零位，使用测量仪器测量下工作台上平面与后挡料挡指下平面的垂直距离，此距离即为R轴示教位置，如图1所示；
步骤2，判断折弯程序中是否设置有下模具，若设置有下模具，则R轴当前位置需要在R轴示教位置去除下模高，如图1所示，示教完成后当前折弯程序对应的R轴当前位置计算公式为：
Figure BDA0001532216700000051
式中，Pc为当前折弯程序对应的R轴当前位置，Zf为机床的R轴虚拟零位，Zt为当前折弯程序对应的R轴实际零位，Pt为R轴示教位置，Hc为当前折弯程序中设置的下模模高，在当前折弯程序中将当前下模更换为新下模时，其对应的R轴当前位置会根据R轴实际零位变化而改变，如图2所示，其计算公式为：
Figure BDA0001532216700000052
式中，Pc'为当前折弯程序更换下模自动调整后的R轴当前位置，Zt'为新下模对应的R轴实际零位，Hc'为当前折弯程序中设置的新下模模高，在更换折弯程序时，其对应的R轴实际零位以及R轴当前位置的计算公式为：
Figure BDA0001532216700000053
式中，Pn'为第n个程序自动调整后的R轴当前位置，Δn为第n个程序的R轴零位差值，Zn为第n个程序对应的R轴实际零位，Zb为前一个程序的R轴实际零位；
若没有设置下模具，则R轴当前位置即为R轴示教位置，如图3所示，其计算公式为：
Figure BDA0001532216700000054
步骤3，在R轴当前位置根据R轴零位以及下模模高自动调整完成后，对当前程序的后挡料中R轴进行运动轨迹规划，将挡指的运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四，如图4所示，根据挡指的目标位置或当前位置给出相应的后续四个控制指令：
控制指令1，若挡指的目标位置在模具安全区内，则无论对R轴运行规划进行何种运行轨迹，挡指都会与模具产生碰撞，因此根据轨迹预判能力在后挡料挡指运行前系统给出报警来提示运行后产生的不利结果；
控制指令2，若挡指的目标位置在过渡区内，则获取挡指的当前位置，再根据挡指当前位置给出四个运行控制：
运行控制a，若挡指当前位置在过渡区或区域一内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行；
运行控制b，若挡指当前位置在区域二内，为消除后挡料结构变形带来的影响，需要对其进行轨迹规划，使其运动轨迹能预知并提前判断风险，则运动轨迹为先运行R轴下行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置，此种轨迹不会产生模具碰撞问题；
运行控制c，若挡指当前位置在区域三内，为消除后挡料结构变形带来的影响，需要对其进行轨迹规划，使其运动轨迹能预知并提前判断风险，则运动轨迹为先运行R轴上行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置，此种轨迹不会产生模具碰撞问题；
运行控制d，若挡指当前位置在区域四内，此时如果X、R轴同步运行其运动轨迹很难预知，会有经过模具安全区与模具碰撞的可能，为避免后挡料挡指与模具的碰撞，同时也为消除后挡料结构变形带来的影响，需要对其进行轨迹规划，使其运动轨迹能预知并提前判断风险，则运动轨迹为先运行R轴上行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置，此种轨迹不会产生模具碰撞问题；
控制指令3，若挡指的目标位置不在过渡区内且当前位置在过渡区内，则要根据挡指的目标位置给出两个运行控制：
运行控制e，若挡指目标位置在过渡区、区域一、区域二或区域三内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行；
运行控制f，若挡指目标位置在区域四内，此时如果X、R轴同步运行其运动轨迹很难预知，会有经过模具安全区与模具碰撞的可能，为避免后挡料挡指与模具的碰撞，需要对其进行轨迹规划，使其运动轨迹能预知并提前判断风险，则运动轨迹为先控制X轴退出过渡区到达X轴目标位置，然后再运行R轴定位到达其目标位置，此种轨迹不会产生模具碰撞问题；
控制指令4，若挡指的目标位置不在过渡区内且当前位置也不在过渡区内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行。
如图4所示，步骤3中，运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四的划分规则为：
模具安全区，位于下模具上平面下方，同时处于模具设定的安全区范围内；
过渡区，位于下模具上平面上方，处于用户设定的过渡位置范围内，同时处于模具设定的安全区范围内；
区域一，位于过渡区上方，同时处于模具设定的安全区范围内；
区域三，位于过渡区上方，同时处于模具设定的安全区范围外；
区域三，位于下模具上平面上方，处于用户设定的过渡位置范围内，同时处于模具设定的安全区范围外；
区域四，位于下模具上平面下方，同时处于模具设定的安全区范围外。
进一步地，安全区范围为安全区参数，包含在下模具参数中，此参数值范围为[下模具V开口中间位置(此为挡指在X轴方向上的基准0点位置)，下模具靠近挡指一侧平面的X轴方向的位置]，如图5所示的安全区在X轴方向上的范围。
下面举例说明本发明的具体实施方式：
(1)当前机床安装的下模具，其外形参数：下模高50mm，模具安全区90mm；
(2)测量R轴虚拟零位即下工作台上平面与后挡料挡指距离为60mm，此为R轴示教位置；
(3)切换到折弯程序页面，当前程序下模具模高50mm，则R轴零位自动调整为下模具上平面，根据公式(1)计算出R轴当前位置为10mm；
(4)在当前折弯程序下，更换机床下模具，其下模具模高80mm，则R轴零位自动调整为下模具上平面，根据公式(2)计算出R轴当前位置为-20mm；
(5)切换折弯程序，程序内设置的下模具模高60mm，则R轴零位自动调整为此下模具上平面，根据公式(3)计算出R轴当前位置为0mm；
(6)在当前折弯程序中，程序内不设置下模具，则R轴零位即为R轴虚拟零位，根据公式(4)计算出R轴当前位置为60mm；
(7)示教机床的X轴当前位置为150mm，在折弯程序中设置X轴目标位置为100mm，R轴过渡距离为15mm，R轴目标位置为5mm，启动系统，系统根据运行轨迹判断X、R轴可同步定位，X轴定位到100mm处，R轴定位到5mm处；
(8)示教机床的X轴当前位置为150mm，在折弯程序中设置X轴目标位置为80mm，R轴过渡距离为15mm，R轴目标位置为5mm，启动系统，系统根据运行轨迹确定R轴先定位到R轴过渡距离15mm，R轴定位结束后，X轴开始定位至80mm，X轴定位结束后，R轴定位到R轴目标位置5mm处。
(9)示教机床的X轴当前位置为150mm，在折弯程序中设置X轴目标位置为80mm，R轴过渡距离为15mm，R轴目标位置为-10mm，启动系统，系统根据运行轨迹判断后挡料挡指会与模具碰撞，所以X、R轴不定位，系统有提示。
(10)示教机床的X轴当前位置为50mm，在折弯程序中设置X轴目标位置为100mm，R轴过渡距离为15mm，R轴目标位置为-10mm，启动系统，系统根据运行轨迹确定X轴先定位到100mm，然后R轴开始定位到-10mm。
(11)示教机床的X轴当前位置为50mm，在折弯程序中设置X轴目标位置为80mm，R轴过渡距离为15mm，R轴目标位置为-10mm，启动系统，系统根据运行轨迹判断后挡料挡指会与模具碰撞，所以X、R轴不定位，系统有提示。
(12)示教机床的X轴当前位置为50mm，在折弯程序中设置X轴目标位置为80mm，R轴过渡距离为15mm，R轴目标位置为10mm，启动系统，系统根据运行轨迹判断X、R轴可同步定位，X轴定位到80mm处，R轴定位到10mm处。
本发明的优点：1、本发明通过R轴虚拟零位的设定，通过折弯程序的下模高，计算出R轴实际零位，进而推导出R轴当前位置，即使机床多次更换下模或是切换折弯程序，R轴实际零位及其R轴当前位置都会根据程序中的下模模高自动调整，不会因为人为疏忽没有重新示教R轴位置，而导致后挡料挡指定位不准确情况出现；2、本发明通过模具安全区和过渡区的设定，会预先对后挡料的运行轨迹进行规划，将后挡料挡指位置控制中的X、R轴进行联动运行，而不仅仅是常规的同步运行，以达到路径的优化管理，同时若R轴运行轨迹中出现与下模具碰撞情况时，系统会提前产生一个提示并停止后挡料的运行，直到解决此问题后才能继续执行折弯操作；3、用户只需在机床中对R轴虚拟零位以及R轴示教位置进行一次操作，之后在折弯程序中更换下模具或是直接切换程序时无需再重新寻找R轴零位和R轴当前位置，系统会根据R轴虚拟零位和R轴示教位置自动调整，提高了用户的工作效率。同时由于系统也对R轴定位过程中的运行轨迹预先规划，这样就能避免在定位过程产生与模具碰撞情况出现，即提高了折弯效率也提高了机床使用的安全性。
R轴零位可自动调整的扭轴折弯机，任意更换下模具或是切换程序，系统都会根据当前折弯程序中的下模具模高自动调整R轴零位以及对应的R轴当前位置。能对后挡料挡指的R轴运动轨迹进行预先规划的扭轴折弯机。预先判断在后挡料挡指定位过程中与模具安全区路径重合情况，提前预判此风险，并在执行过程中重新规划路径避开模具安全区，无法避开的则提前预警告知用户。

Claims (3)

1.自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，示教R轴位置，将机床下工作台作为R轴虚拟零位，使用测量仪器测量下工作台上平面与后挡料挡指下平面的垂直距离，此距离即为R轴示教位置；
步骤2，判断折弯程序中是否设置有下模具，若设置有下模具，则R轴当前位置需要在R轴示教位置去除下模高，示教完成后当前折弯程序对应的R轴当前位置计算公式为：
Figure FDA0002422781930000011
式中，Pc为当前折弯程序对应的R轴当前位置，Zf为机床的R轴虚拟零位，Zt为当前折弯程序对应的R轴实际零位，Pt为R轴示教位置，Hc为当前折弯程序中设置的下模模高，在当前折弯程序中将当前下模更换为新下模时，其对应的R轴当前位置会根据R轴实际零位变化而改变，其计算公式为：
Figure FDA0002422781930000012
式中，Pc'为当前折弯程序更换下模自动调整后的R轴当前位置，Zt'为新下模对应的R轴实际零位，H′c为当前折弯程序中设置的新下模模高，在更换折弯程序时，其对应的R轴实际零位以及R轴当前位置的计算公式为：
Figure FDA0002422781930000013
式中，P′n为第n个程序自动调整后的R轴当前位置，Δn为第n个程序的R轴零位差值，Zn为第n个程序对应的R轴实际零位，Zb为前一个程序的R轴实际零位；
若没有设置下模具，则R轴当前位置即为R轴示教位置，其计算公式为：
Figure FDA0002422781930000014
步骤3，在R轴当前位置根据R轴零位以及下模模高自动调整完成后，对当前程序的后挡料中R轴进行运动轨迹规划，将挡指的运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四，根据挡指的目标位置或当前位置给出相应的后续四个控制指令：
控制指令1，若挡指的目标位置在模具安全区内，则无论对R轴运行规划进行何种运行轨迹，挡指都会与模具产生碰撞，因此根据轨迹预判能力在后挡料挡指运行前系统给出报警来提示运行后产生的不利结果；
控制指令2，若挡指的目标位置在过渡区内，则获取挡指的当前位置，再根据挡指当前位置给出四个运行控制：
运行控制a，若挡指当前位置在过渡区或区域一内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行；
运行控制b，若挡指当前位置在区域二内，则运动轨迹为先运行R轴下行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置；
运行控制c，若挡指当前位置在区域三内，则运动轨迹为先运行R轴上行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置；
运行控制d，若挡指当前位置在区域四内，则运动轨迹为先运行R轴上行到区域一与过渡区的交界处，再让X轴进入过渡区到达X轴的目标位置，再定位R轴到目标位置；
控制指令3，若挡指的目标位置不在过渡区内且当前位置在过渡区内，则要根据挡指的目标位置给出两个运行控制：
运行控制e，若挡指目标位置在过渡区、区域一、区域二或区域三内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行；
运行控制f，若挡指目标位置在区域四内，则运动轨迹为先控制X轴退出过渡区到达X轴目标位置，然后再运行R轴定位到达其目标位置；
控制指令4，若挡指的目标位置不在过渡区内且当前位置也不在过渡区内，则根据轨迹预判，挡指和模具不会产生碰撞，为提高运行效率，X、R轴同步运行。
2.根据权利要求1所述的自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法，其特征在于，步骤3中，运行区域划分为模具安全区、过渡区、区域一、区域二、区域三以及区域四的划分规则为：
模具安全区，位于下模具上平面下方，同时处于模具设定的安全区范围内；
过渡区，位于下模具上平面上方，处于用户设定的过渡位置范围内，同时处于模具设定的安全区范围内；
区域一，位于过渡区上方，同时处于模具设定的安全区范围内；
区域二，位于过渡区上方，同时处于模具设定的安全区范围外；
区域三，位于下模具上平面上方，处于用户设定的过渡位置范围内，同时处于模具设定的安全区范围外；
区域四，位于下模具上平面下方，同时处于模具设定的安全区范围外。
3.根据权利要求2所述的自动调整R轴零位及其运动轨迹的扭轴折弯机控制方法，其特征在于，安全区范围为模具V开口中间位置至下模具靠近挡指一侧平面的X轴方向的位置区间，模具V开口中间位置即为挡指在X轴方向上的基准0点位置。
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