CN113146325B - 一种数控机床主轴准停方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床主轴准停方法，包括：PLC系统接收准停指令，并将所述准停指令发送至数控系统；所述数控系统判断所述主轴是否为首次准停，若为首次准停，则根据所述零点检测装置的触发位置计算所述零点检测装置的触发位置间隙，并将所述零点检测装置的触发位置进行锁存、所述触发位置间隙进行存储，若不为首次准停，则根据所述零点检测装置的触发位置和所述触发位置间隙进行主轴准停。本发明选用零点检测装置的两个方向触发存在的间隙，实现了每次主轴准停无需从预设方向运动至零点检测装置进行零点位置触发的前提下，提高准停精度的同时，提高了加工效率。

Description

一种数控机床主轴准停方法

技术领域

本发明涉及主轴控制技术领域，尤其涉及一种数控机床主轴准停方法。

背景技术

齿轮传动的机械主轴的机床在工作过程中，对镗孔等加工方式或者更换刀具时，需要主轴停止转动。现有技术中的主轴准停方法，主轴端安装有与主轴1：1同步旋转的带有Z脉冲标志的增量编码器，当执行M19SX指令时，主轴伺服接收到数控系统发来的准停信号ORT，主轴速度变为预先设置的准停速度，通过查找编码器Z脉冲位置，然后切换主轴的闭环控制，并以Z脉冲为基准按预设的参数方向和角度准停。

该种主轴准停的方法精度加工效率不能满足高精度加工的需求，提高准停精度需要在伺服系统或者PLC中实现较复杂的算法或者为主轴生产特定型号的伺服系统，增加了系统的成本。

发明内容

本发明提供一种数控机床主轴准停方法，以克服上述技术问题。

本发明基于数控系统和接近开关的主轴准停方法，包括：

PLC系统接收准停指令，并将所述准停指令发送至数控系统；

所述数控系统判断所述主轴是否为首次准停，若为首次准停，则根据所述零点检测装置的首次触发位置计算所述零点检测装置的触发位置间隙，根据所述首次触发位置进行主轴准停，并将所述零点检测装置的首次触发位置进行锁存、所述触发位置间隙进行存储；

若不为首次准停，则根据所述零点检测装置的当前触发位置和所述触发位置间隙进行主轴准停。

进一步地，所述若为首次准停，则根据所述零点检测装置的触发位置计算所述零点检测装置的触发位置间隙，包括：

将所述主轴分别按照预设正向旋转触发角度和预设反向旋转触发角度，并将正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置和反向旋转触发角度过程中零点检测装置的反向触发位置锁存，所述触发角度大于361°小于362°；

根据所述正向触发位置和所述反向触发位置获得零点检测装置的触发位置间隙；

准停参考位置为正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置。

进一步地，所述则根据所述触发位置间隙进行主轴准停，包括：

判断主轴的零点检测装置的触发方向，若所述触发方向为预设正向，则准停参考位置为零点检测装置的正向触发位置；若所述触发方向为预设反向，则准停参考位置为零点检测装置的反向触发位置与触发位置间隙之差。

进一步地，所述所述将所述主轴分别按照预设正向旋转触发角度和预设反向旋转触发角度，并将正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置和反向旋转触发角度过程中零点检测装置的反向触发位置锁存之后，还包括：

数控系统判断预设正向的触发位置是否锁存成功，若否，主轴按照预设正向旋转360°再次锁存所述预设正向触发位置；

判断所述预设正向触发位置锁存是否成功的次数，若超过预先设置的锁存检测次数，则系统提示准停报错。

本发明选用零点检测装置的正向和反向两个方向触发计算零点检测装置存在的间隙，实现了每次主轴准停无需从预设方向运动至零点检测装置进行零点位置触发的前提下，提高准停精度的同时，提高了加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明数控机床主轴准停方法流程图；

图2是本发明基数控机床主轴准停方法整体流程图；

图3是本发明获取主轴首次准停触发位置间隙示意图；

图4是本发明获取主轴非首次准停参考位置示意图；

图5是本发明数控机床主轴准停方法另一实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明数控机床主轴准停方法流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、PLC系统接收准停指令，并将所述准停指令发送至数控系统；

具体而言，本实施例准停指令为M19SX代码，PLC接收该准停指令后，调用准停功能块，并将该准停指令发送至数控系统。主轴停止转动，并切换至闭环模式。

步骤102、所述数控系统判断所述主轴是否为首次准停，若为首次准停，则根据所述零点检测装置的触发位置计算所述零点检测装置的触发位置间隙，并将所述零点检测装置的触发位置进行锁存、所述触发位置间隙进行存储，若不为首次准停，则根据所述零点检测装置的触发位置和所述触发位置间隙进行主轴准停。

具体而言，现有技术中选用增量编码器Z脉冲从两个方向触发都存在间隙，导致每次准停都需要旋转一定距离，从预设方向触发Z脉冲，降低了加工效率。如果不重新触发，会由于间隙导致准停精度降低。如果使用的增量编码器没有Z脉冲，甚至无法进行准停。

本申请的准停控制全部在数控系统中实现。零点检测装置可以为接近开关或者编码器的Z脉冲，对应的可选的准停信号源可以为锁存的编码器Z脉冲或者接近开关信号锁存的触发位置。当使用接近开关时，开关触发的上升沿通过伺服系统的快速I/O点传入伺服器，伺服器锁存当前编码器值并通过总线传送至数控系统，与编码器Z脉冲锁存起到相同的作用。本实施例的准停方法区分为首次准停和非首次准停两种情况。两种情况对应的流程图如图2所示。

如图3所示，进一步地，所述若为首次准停，则根据所述编码器Z脉冲或者接近开关101的触发位置计算所述编码器Z脉冲或者接近开关的触发位置间隙，包括：

将所述主轴分别按照预设正向旋转触发角度和预设反向旋转触发角度，并将正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置和反向旋转触发角度过程中零点检测装置的反向触发位置锁存，所述触发角度大于361°小于362°；

根据所述正向触发位置和所述反向触发位置获得零点检测装置的触发位置间隙；

准停参考位置为正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置。

进一步地，所述则根据所述触发位置间隙进行主轴准停，包括：

判断主轴的零点检测装置的触发方向，若所述触发方向为预设正向，则准停参考位置为零点检测装置的正向触发位置；若所述触发方向为预设反向，则准停参考位置为零点检测装置的反向触发位置与触发位置间隙之差。

具体而言，首次准停之后的每次触发编码器Z脉冲或者接近开关，都会判断触发方向，并根据正向触发的锁存值进行准停。如图4所示，顺时针为预设正向，正向触发接近开关101为ZL，触发位置间隙DeltaZ。逆时针为预设反向，反向触发为ZR。如果从反向ZR触发，则计算得到ZL值为：ZL＝ZR–DeltaZ。

具体而言，举例说明，24位(16777216线)增量式编码器，上电时编码器值140。执行的具体步骤为：

S1、预设正向，PLC系统接收准停指令M19S40。即相对零点位置旋转40°。

S2、主轴顺时针转361°后，Z锁存值为4654478，也即ZL＝4654478。

S3、主轴逆时针转361°后，Z锁存值为4659954，也即ZR＝4659954。

S4、触发位置间隙值为4659954-4654478＝5476，也即DeltaZ＝5476。该间隙值对应的角度为5476÷16777216×360°＝0.117°。

S5、准停参考位置为正向旋转361°过程中零Z锁存值为4654478。主轴执行M19S40准停指令后停在编码器值为6518750对应的位置。

对上述准停位置进行验证：根据ZL＝4654478。当前位置是6518750。准停后的位置对应的角度为1864272÷16777216×360°＝40.0029°，该误差角度0.0029°，角度误差即10″，该误差值可以忽略。该角度与准停指令所对应的角度相同。完成了首次准停。(划分细步)

触发方向为预设正向，则准停参考位置为零点检测装置的正向触发位置；

完成上述首次准停后，使用M03先让主轴从正向触发Z锁存，ZL值为38208990，当前位置的编码器为38932194。使用M19S30，以本次触发的ZL值作为准停参考值。准停到编码器位置值为39607097。

若所述触发方向为预设反向，则准停参考位置为零点检测装置的反向触发位置与触发位置间隙之差。

使用M04让主轴从反向触发Z锁存，ZR值为21437210，根据该ZR值计算ZL值为21437210-5476＝21431734。当前编码值为18761372。使用M19S10，以本次计算的ZL值作为准停参考值。准停到编码器位置值为21897700。

使用ZL为参考准停会存在一定误差，举例说明：使用M04让主轴与预设正向反向旋转，停下后Z锁存反向触发位置ZR值为-45671122，计算的ZL值为-45676598，当前编码器值是-48984188，这里就能看到计算的ZL值与首次触发的ZL值4654478相比，(-45676598-4654478)÷16777216×360°＝1079.998°去除整圈数后差出了0.012°，角度误差即43″，该误差与编码器的位数相关，由编码器的精度造成的。

所以考虑采用计数器存储当前位置，编码器值以int保存，超过int正上限即变负。因此，本实施例计数器采用64位计数。

首次准停成功后，以当前ZL的锁存值初始化64位计数器零点，64位计数器每周期累加编码器反馈，累加相同的值。非首次的主轴准停，用当前位置的计数值与计数器零点值做差，去除整数圈数获得准停需要的角度，实现64位计数器为参考位置的准停。

举例说明，首次准停成功后初始化计数器，零点位置ZL＝4654478，主轴对应的当前编码器值为-48984188。64位计数存储当前编码器为-48984188。非首次准停的情况：使用计数器存储的编码器零点位置作为参考准停。在首次准停之后，PLC系统接收准停指令M19S90。即相对零点位置旋转90°。根据零点位置ZL＝4654478，(-48984188–4654478)÷16777216×360°＝-1156.961°。去除整数圈数获得准停需要的角度为-70.961°。直接发送正转160.961°，即可实现90°准停，无需再找到零点位置。因此，本实施例还可以根据64位计数器的值进行准停。相比于ZL值准停，就避免了机械触发，使用64位计数器进行准停的可靠性更高。

上述两种方式不论采用哪一种，都不必按预设方向再次触发零点位置。主轴按照预设方向直接到位置即可实现准停。

进一步地，所述将所述主轴分别按照预设正向旋转触发角度和预设反向旋转触发角度，并将正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置和反向旋转触发角度过程中零点检测装置的反向触发位置锁存之后，还包括：

数控系统判断预设正向的触发位置是否锁存成功，若否，主轴按照预设正向旋转360°再次锁存所述预设正向触发位置；

判断所述预设正向触发位置锁存是否成功的次数，若超过预先设置的锁存检测次数，则系统提示准停报错。

具体而言，如图5所示，根据第一次触发零点位置的锁存值ZL为参考进行准停的情况。首先系统会判断ZL是否锁存成功，也即是否有位置值，如果没有位置值，则锁存失败，正转360°尝试重新锁存。直至锁存成功。若超过预先设置的尝试次数后，系统提示准停故障报错，需要对编码器/接近开关进行检查。

本发明提出了基于数控系统和零点检测装置的主轴准停方法，相对于传统的准停方案，只需要在主轴箱上安装接近开关并连接到伺服的快速IO，并在数控系统中略改算法即可。使得主轴准停不再需要特定型号的伺服，方便实现复杂算法且易于修改；不需要编码器有Z脉冲，节约了成本。由于准停过程由系统控制，比伺服内部控制更易于修改算法。且无需为主轴准停功能设计特定的伺服型号。由于计算了从不同方向触发接近开关(或Z脉冲)的位置间隙，无论哪边触发开关都能获取ZL位置的值，所以除了首次准停无须重新按预设方向触发开关，大幅提高加工效率。并且首次准停后，不需要每次准停都重新触发开关，极大地提高了加工效率。实现过程方便快捷，成本低，效果明显。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种数控机床主轴准停方法，其特征在于，包括：

PLC系统接收准停指令，并将所述准停指令发送至数控系统；

所述数控系统判断所述主轴是否为首次准停，若为首次准停，则根据零点检测装置的首次触发位置计算所述零点检测装置的触发位置间隙，根据所述首次触发位置进行主轴准停，并将所述零点检测装置的首次触发位置进行锁存、所述触发位置间隙进行存储；

若不为首次准停，则根据所述零点检测装置的当前触发位置和所述触发位置间隙进行主轴准停；

所述若为首次准停，则根据所述零点检测装置的触发位置计算所述零点检测装置的触发位置间隙，包括：

将所述主轴分别按照预设正向旋转触发角度和预设反向旋转触发角度，并将正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置和反向旋转触发角度过程中零点检测装置的反向触发位置锁存，所述触发角度大于361°小于362°；

根据所述正向触发位置和所述反向触发位置获得零点检测装置的触发位置间隙；

准停参考位置为正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述则根据所述触发位置间隙进行主轴准停，包括：

判断主轴的零点检测装置的触发方向，若所述触发方向为预设正向，则准停参考位置为零点检测装置的正向触发位置；若所述触发方向为预设反向，则准停参考位置为零点检测装置的反向触发位置与触发位置间隙之差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述主轴分别按照预设正向旋转触发角度和预设反向旋转触发角度，并将正向旋转触发角度过程中零点检测装置的正向触发位置和反向旋转触发角度过程中零点检测装置的反向触发位置锁存之后，还包括：

数控系统判断预设正向的触发位置是否锁存成功，若否，主轴按照预设正向旋转360°再次锁存所述预设正向触发位置；

判断所述预设正向触发位置锁存是否成功的次数，若超过预先设置的锁存检测次数，则系统提示准停报错。

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