CN117444418A - 一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机 - Google Patents

一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机 Download PDF

Info

Publication number
CN117444418A
CN117444418A CN202311489192.2A CN202311489192A CN117444418A CN 117444418 A CN117444418 A CN 117444418A CN 202311489192 A CN202311489192 A CN 202311489192A CN 117444418 A CN117444418 A CN 117444418A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
space
motion
layering
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311489192.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王宇
董大哲
于嘉龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jinan Bodor Laser Co Ltd
Original Assignee
Jinan Bodor Laser Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jinan Bodor Laser Co Ltd filed Critical Jinan Bodor Laser Co Ltd
Priority to CN202311489192.2A priority Critical patent/CN117444418A/zh
Publication of CN117444418A publication Critical patent/CN117444418A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4061—Avoiding collision or forbidden zones

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明提供一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机，属于激光切割技术领域，配置机床运动模块中心点的跟随状态；确定运动模块的运动空间范围；定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理；按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围；判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，完成运动模块的动态空间限制范围。本发明减少了CAM软件的编程工作量，在一定程度上增加了数控的计算工作量，有效提高了编程效率。

Description

一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机
技术领域
本发明属于激光切割技术领域，尤其涉及一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机。
背景技术
五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。
一般在对五轴联动数控机床使用前需要进行校准。传统五轴头校准方法需要专门的技术人员,使用专用的测量工具,如标准检验心棒、千分表、测量探头等等,通过特定的方法测量出旋转轴的机械偏心值。以叉式旋转头(C、A轴)为例,需要校正主轴旋转中心与A轴旋转中心在Y方向的偏心值、A轴旋转中心到主轴鼻端的距离、C轴旋转中心与主轴旋转中心在X、Y方向的偏心值等等。
还有对五轴联动数控机床的校准方式是采用交叉耦合控制方法将经过价差耦合控制器出来的轮廓误差分配到各轴进行补偿控制，而且，基准后传统通过硬限位及软限位保证机床的稳定运行，其软硬限位构成的空间是固定的，为静态空间。但是，对于同时具有平移运动和旋转运动的机床，轮廓误差与平移运动产生的切割喷嘴位置和旋转运动产生的切割轴的方向有关，并且旋转后分配给每个轴的相应极限点是不断变化的。因此，传统的交叉耦合控制无法进行控制标定，又不能满足全角度的极限保护，进而影响了切割的准确性和精准性。
发明内容
本发明提供一种坡口切割动态限位控制方法，方法可以避免传统的交叉耦合控制无法进行控制标定，又不能满足全角度的极限保护的问题。
方法包括：
步骤1：配置机床运动模块中心点的跟随状态；
步骤2：确定运动模块的运动空间范围；
步骤3：定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理；
步骤4：按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围；
步骤5：判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，完成运动模块的动态空间限制范围。
进一步需要说明的是，步骤2中运动空间范围包括：主轴行程空间SJ和机床的可用空间SU;
机床的可用空间SU为机床占用的空间SV和移除固定模块空间后的剩余空间之差。
运动空间范围SMAX通过如下公式进行计算：
SMAX=SJ∩SV
或，SMAX=SJ-SJM
SJM为固定模块空间。
进一步需要说明的是，步骤3中，定义运动模块中切割喷嘴位置作为控制点，或定义转台B轴与主轴水平面之间的交点作为控制点；
将机床的运动模块返回到机械零点，定义为控制点零点；
定义控制点及其零点后，使用机器螺旋行程确定最大控制点距离SCJ，步骤5中的动态空间限制范围以控制点的可运动空间来表示。
进一步需要说明的是，步骤3中的轮廓设定规则包括：
对不发生碰撞，且相邻的运动模块和/或固定模块进行删除或合并成一个规则轮廓模块；
对模块中不发生碰撞的部件进行删除或缩放至相同尺寸。
进一步需要说明的是，步骤4中的预设分层原则包括：
原则1:选择无直线轴运动的方向为分层方向，若X 轴、Y轴、Z轴方向均有直线轴运动，则选择原则2；
原则2：如果运动模块具有旋转轴，分层方向为旋转轴的方向；
原理3：将电机模量和固定模块的轮连接作为子层；
原则4：将控制点投影在每一层上。
进一步需要说明的是，步骤4中，将分层后的Z轴平面和X轴平面沿Y轴方向进行投影展开，形成展开空间，展开空间通过如下方式进行表示：
S=Si1∩Si2…∩Sij…∩Snm
情况类型i的总数为m，Sij为第i种情况下第j层限位区域扩展的空间。
进一步需要说明的是，步骤4中还通过下述公式计算绝对空间：
SA=S1∩S2…∩Si…∩SN，N=3。
本发明还提供一种坡口切割动态限位控制系统，系统包括：运动状态配置模块、最大运动空间设定模块、几何形状简化模块、分层计算模块以及空间限制范围输出模块；
运动状态配置模块用于配置机床运动模块中心点的跟随状态；
最大运动空间设定模块用于确定运动模块的运动空间范围；
几何形状简化模块用于定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理；
分层计算模块用于按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围；
空间限制范围输出模块用于判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，输出运动模块的动态空间限制范围。
本发明还提供一种激光切割机，包括：坡口切割动态限位控制系统。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的坡口切割动态限位控制方法可以以确保机床的运动模块在任何运动情况下不会与固定模块发生碰撞，从而实现动态空间限制。动态极限的实现应用计算空间平面的方法，针对投影范围计算各层界面的展开分层方向，最后对扩展空间进行积分，得到总边界空间。该边界空间包括绝对空间和条件空间，在实际应用中，控制器不需要在控制点到达条件空间之前开始实时坐标计算来进行动态空间边界，进而提升切割数据处理效率，保证切割过程的精度和准度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为坡口切割动态限位控制方法流程图；
图2为简化后的几何模型示意图；
图3为分层示意图；
图4为层面内限位计算示意图。
具体实施方式
本发明提供的坡口切割动态限位控制方法主要针对的是五轴联动数控机床的切割限位空间设定及控制。对于本发明的五轴联动数控机床来讲，是基于CNC数控的X、Y、Z、A、B轴来配置机床运动模块中心点的跟随状态。而且方法还可以基于智能控制技术对关联的数据进行获取和处理。
其中，坡口切割动态限位控制方法利用激光切割机中的数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。
坡口切割动态限位控制方法在执行过程中，既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。硬件一般包括如传感器、专用智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。软件技术主要包括RTCP算法、五轴联动控制程序、计算机视角技术以及机器学习/深度学习等。进一步有效解决了交叉耦合控制无法进行控制标定，又不能满足全角度的极限保护，进而影响了切割的准确性和精准性的问题。
如图1示出了本发明的坡口切割动态限位控制方法的较佳实施例的流程图。坡口切割动态限位控制方法应用于一个或者多个激光切割机中，所述激光切割机是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(Application SpecificIntegratedCircuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、数字处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、嵌入式设备等。
对于本发明涉及的激光切割机来讲，可以使用RTCP算法进行处理，而在坡口切割动态限位进行设定前，先设置控制点，本发明中的控制点可以是机床运动模块中切割头喷嘴处作为控制点，或转台B轴与主轴水平面之间的交点作为控制点。
对于本发明涉及的运动模块可以是激光切割机在执行切割过程中的运动装置，比如切割头、主轴等等，需要根据切割工艺进行移动或运动，本发明中称之为运动模块。固定模块是机床上固定不动的装置，是与运动模块配合使用的固定模块，基于运动模块和固定模块相互配合来执行切割工艺。
本发明的控制点可以通过机床的逆运动学求解，求解切割头的旋转运动导致机床坐标系下切割喷嘴点的空间坐标值变化，而空间坐标值变化是由机床轴的位移引起的。线性轴以保持切割喷嘴的中心与工件表面相对静止，使切割头的中心始终在所需的插补路径上。
在执行切割工艺时，打开和关闭RTCP功能会对切割喷嘴点位置造成影响：如果在加工过程中需要将切割头轴矢量旋转一定角度，则在关闭RTCP功能时，控制器将不考虑切割头长度。切割喷嘴将移出其所在位置，并不再固定。
当RTCP功能打开时，控制器仅改变切割头方向，切割喷嘴的位置保持不变。自动计算 X、Y和Z轴上必要的平衡运动。
执行过程中，在关闭RTCP功能后，将CAM编程软件中的NC代码分为预处理和后处理两部分，得到工件模型的加工切割头位置文件，即切割头位置指令，在后处理中对获得的切割头位置指令进行转码协调，将切割头位置指令转换为切割头枢轴点指令，创建数控程序生成。由此产生的NC程序将指令转换为电机控制指令，对于激光切割机的伺服电机来讲，可以通过CNC系统识别电机控制指令来加工零件。
当RTCP功能打开时，与RTCP功能关闭相反，最初在CAM软件中执行的切割头位置指令后处理到切割头轴指令的工作被放置在数控输入指令的粗略插补指令之后。基于上述方式的改造减少了CAM软件的编程工作量，在一定程度上增加了数控的计算工作量，有效提高了编程效率。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1至3所示，坡口切割动态限位控制方法包括：
S1：配置机床运动模块中心点的跟随状态。
本实施例，对五轴中的A轴、B轴驱动器清零。这是基于A轴和B轴使用绝对值编码，故进行清零工作。
S2：确定运动模块的运动空间范围。
本实施例中，运动空间范围可以是对最大运动空间的确定。这里的运动空间范围是指机床的运动模块在不考虑碰撞的情况下可以达到的运动范围。最大运动空间是运动空间的交点，由主轴行程空间SJ和机床的可用空间SU组成。
根据本申请的实施例，机床的可用空间SU为机床占用的空间SV和移除固定模块空间后的剩余空间之差。位移是运动模块根据主轴行程扩展的空间。
运动空间范围SMAX通过如下公式进行计算：
SMAX=SJ∩SV
或，SMAX=SJ-SJM
SJM为固定模块空间。
对于本发明来讲，机床的可见空间与机床的固定模块空间之和大于主轴行程空间，因此运动空间范围SMAX也可以表示为行程空间S与固定模块空间SJM在位移中的差值，即：SMAX=SJ-SJM
由于三维实体的运动描述复杂，相应的极限算法设计难度大，计算工作量大，因此寻求平面计算方法，即对空间进行分层，每层近似为一个平面，在计算出各层运动安全区域的所有层后进行空间积分，将各层的安全区域划分为： 三维空间，即边界空间。需要说明的是，由于数控机床在坐标方面控制控制点，而其他运动模块使用控制点作为参考运动，因此边界空间最终是控制点的最大运动空间。
S3：定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理。
对于本实施例来讲，控制点可以根据切割工艺，或现场使用环境需要进行设置。而在NC仿真软件中，通常选择切割喷嘴作为控制点，示例性的讲，可以选择转台B轴与主轴S水平面之间的交点作为控制点。
对于控制点位置的设置，是在机床的运动模块返回到机械零点时，定义为控制点零点。定义控制点及其零点后，可以使用机器螺旋行程（或软极限参数）确定最大控制点距离SCJ，最后的限位空间将以控制点的可运动空间表达。
本实施例涉及的简化处理方式是基于机床的实际几何形状较为复杂，在最大运动范围内，一些运动模块和固定模块不会发生碰撞和干扰，因此可以进行一定程度的简化。机床中机械模块可以设置为一个凸多面体，那么经过简化后，可以表示为凸多面体的轮廓。
简化处理截图遵循如下两个原则：
原则1:对于不可能发生碰撞的相邻模块可以删除或合并成一个规则轮廓的模块；
相邻模块可以是两个相邻的固定模块，也可以是运动模块。合并成一个规则轮廓的模块相当于减少了分析控制数据，提示系统处理的效率。
原则2:对于一个模块中不可能发生碰撞的部位可以删除或缩/放至相邻尺寸，以减小模块轮廓的变化。这里的模块可以是固定模块或运动模块。
S4：按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围。
本实施例的分层方式主要是按照一定的方向（分层方向）划分运动模量，除法后，各截面的运动模量和固定模量分布在每层的膨胀和层方向上大致相同，即每一层可以近似为一个平面，称为层。
分层有以下几个原则，以下几个原则需要同时满足。
原则1:选择没有直线轴运动的方向为分层方向，若X 轴、Y轴、Z轴方向均有直线轴运动，则以原则2为选择参考。
原则2：如果运动部件有旋转轴，分层的方向应为旋转轴的方向。
原理3：分层法是一种不均匀分层，其中电机模量和固定模块轮的连接作为子层。
原则4：控制点作为该层的控制点投影在每一层上。
根据上述原则，图3所示的几何模型以Y向为分层方向，因Y向运动模块的存在，导致在分层方向上该运动模块与最大运动空间内的固定模块之间的位置关系变化，分层因此存在着不确定性。
对此本实施例可根据以下的条件进行判断，如图4所示，假设固定模块由三个模块组成(即本实施例中的几何模型，C为切割面)，在分层方向上的Y轴坐标范围分别为[yA1,yA2]，[yB1,yB2]，[yC1,yC2]。运动模块位于机械零点时坐标范围为[yA1,yA2]，其运动行程ya ∈[yA1,yA2]，则:
1)若存在ym ∈[Yal，Ya2]，使得当ya>ym时，ya1>yA2，则[ym，yA2]之间的各层需要分析有无该运动模块的两种情况。ym为超过固定区域行程的点。ya为Y区域任意值。
2)若存在yN ∈[Yal，Ya2]，使得当ya<yN时，ya2<yA1，则[YA2，yN]之间的层需要分析有无该运动模块的两种情况。
需要说明的是，由于Y向运动模块的零点和主轴轴线在同一水平面，因此前两种情况是相关的，即出现第一种就会出现第二种，反之亦然。
3）如果以上两个条件都不存在，则可以忽略运动模块在Y方向上的运动，即只考虑模块其他轴的运动。
4）如果至少存在上述一种情况，则以相同的方式分析固定模块中的其他模块，依此类推。
本实施例中，由于工件(<ɸ25)和切割头的尺寸(ɸ0.5-ɸ7)变化不定，且切割头尺寸很小，因此切割头部分不再进行上述情况的判断，而仅以零位计算。对于主轴，由于其外径尺寸(ɸ80)大干行程(±30)，属于第三种情况。因此该简化模型中延分层方向的运动即可忽略。
在一个示例性实施例中，平面内的边界计算可以描述为控制点最大运动范围的解，可以获悉到运动范围是否与某个平面内的静止区域相交，进而完成运动模块的动态空间限制范围。
由于在层方向上存在模块运动，而运动模块在平面内具有旋转运动，因此每个平面内运动模块的形状是模糊的。从上面的分析可以看出，在机床的简化模型中，延伸层方向的运动被忽略了，平面上只存在旋转运动，根据机床的实际情况，在这些层中需要考虑三种情况:1) 0° ; 2) 90°; 3) 0°-90°。其中第三种情况的旋转运动以其旋转包络的最大区域作其运动区域。
对于本实施例来讲，空间整合是基于每一层的接口计算完毕后，需要将层统一到一个空间中，即需要空间的整合。由于在上述层次内有三种运动情况，因此也有三种融入空间的情况。在每种情况下，每层的界面（ZX平面）沿分层方向（Y）的投影展开，形成展开空间，然后与各层的展开空间相交。设情况类型i的总数为m，层的总数为n，计算空间表示如下：
S=Si1∩Si2…∩Sij…∩Snm
其中，S为第i种情况下的整合空间，S为第i种情况下第j层限位区域扩展的空间。
当控制器实时检查时，计算速度会受到在任何给定时刻必须执行的大量计算的影响。对于三种情况下积分后要切割的部分空间，绝对空间是，如果控制点在这个空间中，机床不需要计算，如果超过绝对空间，将根据运动情况实时计算。绝对空间表示如下：
SA=S1∩S2…∩Si…∩SN，此处N=3。
S5：判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，完成运动模块的动态空间限制范围。
基于上述实施方式可以看出，实现动态软极限的核心部分在于平面内控制点安全面积的计算。在分层之后，找出运动模块在运动范围内不相干扰的固定模块，进行设置，使运动模式与不相干扰的固定模块不相交。平面中的形状被划分为点集，以便可以简化两个不规则图形是否在平面中相交，以确定两个图形中的点集是否具有相同坐标的点。
通过坡口切割动态限位控制方法可以以确保机床的运动模块在任何运动情况下不会与固定模块发生碰撞，从而实现动态空间限制。动态极限的实现应用计算空间平面的方法，针对投影范围计算各层界面的展开分层方向，最后对扩展空间进行积分，得到总边界空间。该边界空间包括绝对空间和条件空间，在实际应用中，控制器不需要在控制点到达条件空间之前开始实时坐标计算来进行动态空间边界，进而提升切割数据处理效率，保证切割过程的精度和准度。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本发明的一种实施例中，基于步骤1来讲，以下将给出一种可能的实施例对其具体的实施方案进行非限制性阐述。
对于本实施例中的RTCP调节步骤来讲，是在使用坡口切割时，控制器获悉切割精度跟不上或者机床刚开始使用RTCP功能时，需要对五轴机床进行RTCP调节。
具体来讲，首先将Z轴垂直摆正，然后使用百分表进行前后和左右检测。首先打A轴的垂直度，打垂直之前先把A轴的偏移量补偿值设置为预设补偿值。这里的预设补偿值可以根据机床的型号，切割工艺等实际状态来进行设置。
然后将A轴检测出来的角度偏差数值设置到A轴的偏移量补偿值中。对此值可以由操作人员进行预设，检查操作界面的A的坐标是否为0即可。垂直精度在保证2丝以内的前提下越小越好。同样B轴使用球杆仪检测出B轴的偏移量，也进行偏移量的参数设置即可。
设置好参数之后，将顶针与切割头垂直，调整完成之后，此时记录界面上各个轴的机械坐标，便于接下来进行计算多角度的运动偏移值。
之后，继续进行RTCP调试，将顶针与切割头垂直，然后将B轴旋转45°。然后记录一下各个轴的机械坐标。然后将B轴旋转到-45°，然后记录一下各个轴的机械坐标。
将记录的值做成表格举例说明如下所示。
上边第一行是A轴和B轴都为0的时候记录的各个轴的坐标值，以此类推。
这里的，a、b、c、d、e、f、k、i均为具体的坐标参数。
它的计算方式如下：
X方向运动偏移值为：[（i）-（f）]/ √2=-g
本实施例的-XY 为平面坐标系 Z为三维坐标系的竖轴，A轴和B轴为摆动轴。-g是负向补偿值。
最终输入的是-g*10000=h。h为相位补偿值。
本实施例还可以以同样的方式，然后将A轴旋转45°，然后记录一下各个轴的机械坐标。然后将A轴旋转到-45°，然后记录一下各个轴的机械坐标。
本实施例将记录的值做成表格如下所示。
上边第一行是A轴和B轴都为0的时候记录的各个轴的坐标值，以此类推。
计算方式如下：
B轴为±45°时Z方向运动偏移值：（j-d）/√2=-x得出的值取绝对值，
B轴为±45°时Z方向运动偏移值：（k-e）/√2=y
得出的值取绝对值，将x和y取平均值，（x+y）/2=z
由于换算问题，最终输入的是z*10000=q
Y方向运动偏移值为：（i-f）/√2=q
在上述的切割喷嘴跟随功能设置完成之后，对于结构复杂的机床，如可重构，存在所有运动模块安全移动的空间区域，本实施例将其定义为绝对空间。
作为一个示例，还可以设置一绝对空间，保证所有运动模块的运动是有条件的，该条件包括运动模块的运动模式、运动模块的运动坐标和尺寸变化（例如，切割头尺寸）等，绝对空间被定义为相对空间Sc（也称为条件空间）。因此，在此类机床中，仅固定的硬边界或软边界不足以确定运动范围：如果固定的硬边界或软边界保证了机床中的所有运动模块安全移动，即仅限于绝对空间，则会导致运动空间的浪费。如果运动模块的安全运动受到限制，则会发生与其他组件的碰撞。根据上述分析，构造一个动态空间，其是绝对空间和相对空间的总和，保证所有运动模块能够稳定运行。
以下是本公开实施例提供的坡口切割动态限位控制系统的实施例，该系统与上述各实施例的坡口切割动态限位控制方法属于同一个发明构思，在坡口切割动态限位控制系统的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述坡口切割动态限位控制方法的实施例。
系统包括：运动状态配置模块、最大运动空间设定模块、几何形状简化模块、分层计算模块以及空间限制范围输出模块；
运动状态配置模块用于配置机床运动模块中心点的跟随状态；
最大运动空间设定模块用于确定运动模块的运动空间范围；
几何形状简化模块用于定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理；
分层计算模块用于按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围；
空间限制范围输出模块用于判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，输出运动模块的动态空间限制范围。这样，减少了CAM软件的编程工作量，在一定程度上增加了数控的计算工作量，有效提高了编程效率。提高坡口切割动态限位控制效率，从而实现激光切割坡口动态管理和控制的及时性和科学性。
本发明提供的坡口切割动态限位控制方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明提供的坡口切割动态限位控制系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明的实施例中，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，方法包括：
步骤1：配置机床运动模块中心点的跟随状态；
步骤2：确定运动模块的运动空间范围；
步骤3：定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理；
步骤4：按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围；
步骤5：判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，完成运动模块的动态空间限制范围。
2.根据权利要求1所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
步骤2中运动空间范围包括：主轴行程空间SJ和机床的可用空间SU;
机床的可用空间SU为机床占用的空间SV和移除固定模块空间后的剩余空间之差。
3.根据权利要求2所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
运动空间范围SMAX通过如下公式进行计算：
SMAX=SJ∩SV
或，SMAX=SJ-SJM
SJM为固定模块空间。
4.根据权利要求1或2所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
步骤3中，定义运动模块中切割头尖点作为控制点，或定义转台B轴与主轴水平面之间的交点作为控制点；
将机床的运动模块返回到机械零点，定义为控制点零点；
定义控制点及其零点后，使用机器螺旋行程确定最大控制点距离SCJ，步骤5中的动态空间限制范围以控制点的可运动空间来表示。
5.根据权利要求1或2所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
步骤3中的轮廓设定规则包括：
对不发生碰撞，且相邻的运动模块和/或固定模块进行删除或合并成一个规则轮廓模块；
对模块中不发生碰撞的部件进行删除或缩放至相同尺寸。
6.根据权利要求1或2所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
步骤4中的预设分层原则包括：
原则1:选择无直线轴运动的方向为分层方向，若X 轴、Y轴、Z轴方向均有直线轴运动，则选择原则2；
原则2：如果运动模块具有旋转轴，分层方向为旋转轴的方向；
原理3：将电机模量和固定模块的轮连接作为子层；
原则4：将控制点投影在每一层上。
7.根据权利要求1或2所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
步骤4中，将分层后的Z轴平面和X轴平面沿Y轴方向进行投影展开，形成展开空间，展开空间通过如下方式进行表示：
S=Si1∩Si2…∩Sij…∩Snm
情况类型i的总数为m，Sij为第i种情况下第j层限位区域扩展的空间。
8.根据权利要求1或2所述的坡口切割动态限位控制方法，其特征在于，
步骤4中还通过下述公式计算绝对空间：
SA=S1∩S2…∩Si…∩SN，N=3。
9.一种坡口切割动态限位控制系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至8任一项所述坡口切割动态限位控制方法的步骤；
系统包括：运动状态配置模块、最大运动空间设定模块、几何形状简化模块、分层计算模块以及空间限制范围输出模块；
运动状态配置模块用于配置机床运动模块中心点的跟随状态；
最大运动空间设定模块用于确定运动模块的运动空间范围；
几何形状简化模块用于定义运动模块的控制点，并基于轮廓设定规则对运动模块的几何形状和固定模块的几何形状分别进行简化处理；
分层计算模块用于按照预设分层原则执行分层进程，计算分层后各平面内的边界，并描述控制点在各平面内的最大运动范围；
空间限制范围输出模块用于判断运动模块分层后的平面与固定模块分层后的平面是否有相交，如不相交，输出运动模块的动态空间限制范围。
10.一种激光切割机，其特征在于，包括：如权利要求9所述坡口切割动态限位控制系统。
CN202311489192.2A 2023-11-09 2023-11-09 一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机 Pending CN117444418A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311489192.2A CN117444418A (zh) 2023-11-09 2023-11-09 一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311489192.2A CN117444418A (zh) 2023-11-09 2023-11-09 一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117444418A true CN117444418A (zh) 2024-01-26

Family

ID=89588985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311489192.2A Pending CN117444418A (zh) 2023-11-09 2023-11-09 一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117444418A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Calleja et al. Highly accurate 5-axis flank CNC machining with conical tools
Jensen et al. Tool selection for five-axis curvature matched machining
Yang et al. A solid trimming method to extract cutter–workpiece engagement maps for multi-axis milling
Warkentin et al. Computer aided 5-axis machining
US20030083773A1 (en) Visualization of workpieces during simulation of milling processes
Jiang et al. Modeling and simulation of surface morphology abnormality of ‘S’test piece machined by five-axis CNC machine tool
WO2015041027A1 (en) Simulation system and method for determining feedrates of tool
Zhu et al. Formulating the swept envelope of rotary cutter undergoing general spatial motion for multi-axis NC machining
US10684609B2 (en) Program code generating method for tilted plane machining by multi-axis machine tool and device thereof
She et al. Postprocessor development of a five-axis machine tool with nutating head and table configuration
Makhanov et al. Advanced numerical methods to optimize cutting operations of five axis milling machines
CN114402266A (zh) 用于在精密坐标磨削过程期间校正机加工误差的系统和方法
Yu et al. Post-processing algorithm of a five-axis machine tool with dual rotary tables based on the TCS method
Chang et al. An accurate and efficient approach to geometric modeling of undeformed chips in five-axis CNC milling
Duvedi et al. The edge–torus tangency problem in multipoint machining of triangulated surface models
Liu et al. Direct 5-axis tool posture local collision-free area generation for point clouds
Sarma An assessment of geometric methods in trajectory synthesis for shape-creating manufacturing operations
CN117444418A (zh) 一种坡口切割动态限位控制方法、系统及激光切割机
Ihara et al. Effect of CAD/CAM post process on S-shaped machining test for five-axis machining center
Zhang et al. A next generation NC machining system based on NC feature unit and real-time tool-path generation
CN111061218B (zh) 一种基于acis的复杂曲面加工切削力预测方法及设备
Karunakaran et al. Swept volume of a generic cutter
Yeo et al. Development of a feature-recognition and measurement path generation system based on NURBS surfaces for 5-axis on-machine measurement
Pateloup et al. Process parameter definition with respect to the behaviour of complex kinematic machine tools
Aras et al. State-of-the-art in geometric modeling for virtual machining

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination