机床点动控制系统、机床点动控制方法及数控机床.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110254639.9

申请日:

2011.08.31

公开号:

CN102354153A

公开日:

2012.02.15

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

专利实施许可合同备案的生效IPC(主分类):G05B 19/19合同备案号:2016990000487让与人:北京配天技术有限公司受让人:安徽省配天机器人技术有限公司发明名称:机床点动控制系统、机床点动控制方法及数控机床申请日:20110831申请公布日:20120215授权公告日:20140604许可种类:排他许可备案日期:20161125|||专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):G05B 19/19变更事项:专利权人变更前:北京配天大富精密机械有限公司变更后:北京配天技术有限公司变更事项:地址变更前:100085 北京市海淀区信息路7号18号楼数字传媒大厦二层201室变更后:100085 北京市海淀区信息路7号18号楼数字传媒大厦二层201室|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G05B 19/19申请日:20110831|||公开

IPC分类号:

G05B19/19

主分类号:

G05B19/19

申请人:

北京配天大富精密机械有限公司

发明人:

叶根

地址:

100085 北京市海淀区信息路7号18号楼数字传媒大厦二层201室

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明公开了一种机床点动控制系统、使用该系统对机床进行点动控制的方法及一种具有该机床点动控制系统的数控机床,所述机床点动控制系统包括操作头、辅助机械结构、位置检测装置和控制部件;操作头在辅助机械结构的支撑下进行三维空间的移动和定位;辅助机械结构与所述操作头连接,提供所述操作头在三维空间的移动支撑;位置检测装置实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件;控制部件按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。本发明的机床点动控制系统可以方便快捷地控制机床主轴的点动,而且可以简单地同时控制两个或两个以上的驱动轴带动主轴运动,还可以方便地调节点动速度,并可以对点动速度进行连续调节。

权利要求书

1: 一种机床点动控制系统, 其特征在于, 包括 : 操作头、 辅助机械结构、 位置检测装置 和控制部件 ; 所述操作头在辅助机械结构的支撑下进行三维空间的移动和定位 ; 所述辅助 机械结构与所述操作头连接, 提供所述操作头在三维空间的移动支撑 ; 所述位置检测装置 实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件 ; 所述控制部件接收位置 检测装置反馈的所述操作头的位置信息, 并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。
2: 如权利要求 1 所述的机床点动控制系统, 其特征在于 : 所述辅助机械结构包括滑杆 和滑轨, 所述操作头设置在滑杆上, 所述操作头可沿所述滑杆轴向运动, 所述滑轨包括垂直 交叉设置的第一轨道和第二轨道, 所述滑杆垂直设置在第一轨道和第二轨道上, 所述操作 头带动滑杆可沿所述第一轨道和第二轨道运动, 所述第一轨道、 第二轨道和滑杆分别形成 三维空间中的三个直角坐标轴。
3: 如权利要求 2 所述的机床点动控制系统, 其特征在于 : 所述辅助机械结构还包括滑 片, 所述滑片包括设置在所述第一轨道上的第一滑片、 设置在所述第二轨道上的第二滑片 和设置在所述滑杆上可跟随所述操作头沿滑杆轴向运动的第三滑片, 所述位置检测装置实 时检测所述第一滑片、 第二滑片和第三滑片的位置信息, 用于确定所述操作头在三维空间 中的位置并反馈给所述控制部件。
4: 如权利要求 2 所述的机床点动控制系统, 其特征在于 : 所述第一轨道和第二轨道上 分别设置有用于将所述滑杆恢复到初始位置的复位装置。
5: 如权利要求 1 所述的机床点动控制系统, 其特征在于 : 所述机床点动控制系统还包 括轴模式选择单元, 并配有轴模式选择按钮, 所述轴模式选择单元用于选择所述驱动轴的 运动的方式为单轴驱动、 双轴联动或三轴联动。
6: 如权利要求 1 所述的机床点动控制系统, 其特征在于 : 所述机床点动控制系统还包 括点动模式选择单元, 并配有点动模式选择按钮, 所述点动模式选择单元用于选择所述驱 动轴的运动的方式为连续模式或单步模式。
7: 一种数控机床, 包括机床, 所述机床具有至少三个驱动轴, 其特征在于 : 所述数控机 床还包括如权利要求 1 ~ 6 任一项中所述的机床点动控制系统, 用于控制所述机床的驱动 轴运动。
8: 如权利要求 7 所述的数控机床, 其特征在于 : 所述机床点动控制系统与机床之间为 无线连接。
9: 如权利要求 7 或 8 所述的数控机床, 其特征在于 : 所述机床点动控制系统中, 所述操 纵头与控制部件之间为无线连接。
10: 一种机床点动控制方法, 其特征在于, 包括以下步骤 : 位置检测装置实时检测在辅助机械结构支撑下的操作头在三维空间中的位置信息并 反馈给所述控制部件 ; 控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息, 并按照接收的位置信息控 制机床操作设备运动。
11: 如权利要求 10 所述的控制方法, 其特征在于, 所述辅助机械结构包括滑杆和滑轨, 所述操作头设置滑杆上, 所述操作头可沿所述滑杆轴向运动, 所述滑轨包括垂直交叉设置 的第一轨道和第二轨道, 所述滑杆垂直设置在第一轨道和第二轨道上, 所述操作头带动滑 杆可沿所述第一轨道和第二轨道运动, 所述第一轨道、 第二轨道和滑杆分别形成三维空间 2 中的三个直角坐标轴。
12: 如权利要求 11 所述的控制方法, 其特征在于, 所述辅助机械结构还包括滑片, 所述 滑片包括设置在所述第一轨道上的第一滑片、 设置在所述第二轨道上的第二滑片和设置在 所述滑杆上可跟随所述操作头沿滑杆轴向运动的第三滑片, 所述位置检测装置实时检测所 述第一滑片、 第二滑片和第三滑片的位置信息, 用于确定所述操作头在三维空间中的位置 并反馈给所述控制部件。
13: 如权利要求 10 所述的控制方法, 其特征在于, 在所述控制部件接收位置检测装置 反馈的所述操作头的位置信息的步骤前, 还包括步骤 : 选择驱动轴运动的方式为单轴驱动、 双轴联动或三轴联动。
14: 如权利要求 10 所述的控制方法, 其特征在于, 在所述控制部件接收位置检测装置 反馈的所述操作头的位置信息的步骤前, 还包括步骤 : 选择驱动轴运动的方式为连续模式或单步模式。
15: 如权利要求 10 所述的控制方法, 其特征在于, 所述控制部件接收位置检测装置反 馈的所述操作头的位置信息的步骤中, 包括步骤 : 当所述操作头滑动的位移小于预定值时, 则所述驱动轴不动作。
16: 如权利要求 10 所述的控制方法, 其特征在于, 所述控制部件接收位置检测装置反 馈的所述操作头的位置信息的步骤中, 还包括步骤 : 当操作头移动的位移大于预定值时, 根据预定的映射关系将该位移动作映射到相应的 驱动轴, 使驱动主轴沿所述位移方向移动。
17: 如权利要求 13 所述的控制方法, 其特征在于, 还包括步骤 : 在单轴驱动模式下, 若操作头位移的方向与所述映射关系中所指定的方向不重合, 则 将该位移的方向角加上一个修正值, 使其满足所述映射关系。
18: 如权利要求 17 所述的控制方法, 其特征在于, 所述修正值为 θ, 第一轨道轴线为 X 轴, 第二轨道轴线为 Y 轴, 滑杆轴线为 Z 轴, 第一轨道和第二轨道的中间交叉点为坐标原点, 当前操作头所处坐标点为 (x, y, z), 当 x2+z2-tg2θ·y2 ≤ 0 并且 y > 0 时, 认为当前滑动方向为 Y 轴正向 ; 当 x2+z2-tg2θ·y2 ≤ 0 并且 y < 0 时, 认为当前滑动方 向是 Y 轴负向。
19: 如权利要求 17 所述的控制方法, 其特征在于, 所述 X 轴正半轴与 Y 轴负半轴之间设 有与 X 轴正半轴成夹角 45 度的 A 轴正半轴, 所述 X 轴正半轴与 Y 轴正半轴之间设有与 X 轴 正半轴成夹角 45 度的 B 轴正半轴, 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*tgθ) <= 0、 x > 0 和 y > 0 时, 沿 B 轴正向运动 ; 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*tgθ) <= 0、 x < 0 和 y < 0 时, 沿 B 轴负向运动 ; 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*t gθ) <= 0、 x > 0 和 y < 0 时, 沿 A 轴正向运动 ; 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tg θ*tgθ) <= 0、 x < 0 和 y > 0 时, 沿 A 轴负向运动。
20: 如权利要求 17 所述的控制方法, 其特征在于, 操作头沿各轴向能够滑动的最大距 离为 Rmax, 设定最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大速度为 Vmax, 预定值为 Rmin, 则操作头速 度为 V = (R-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin)。
21: 如权利要求 13 所述的控制方法, 其特征在于, 在双轴驱动模式下, 当在 X 轴和 Y 轴 3 内运动时, 当前操作头所处坐标点为 (x, y), 位移 操作头沿各轴向能 够滑动的最大距离为 Rmax, 设定最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大速度为 Vmax, 预定值为 Rmin, 则操作头速度为 V = (R1-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin), 其中 X 轴方向速度 Vx = V*x/R1, Y 轴方向速度 Vy = V*y/R1, 速度的方向由 Vx, Vy 的正负号决定。
22: 如权利要求 13 所述的控制方法, 其特征在于, 在三轴驱动模式下, 第一轨道轴线为 X 轴, 第二轨道轴线为 Y 轴, 滑杆轴线为 Z 轴, 第一轨道和第二轨道的中间交叉点为坐标原 点, 当前操作头所处坐标点为 (x, y, z), 操作头沿各轴向能够滑动的最大 距离为 Rmax, 设定最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大速度为 Vmax, 预定值为 Rmin, 则操作头 速度为 V = (R-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin), 其中 X 轴方向速度 Vx = V*x/R, Y 轴方向速度 Vy = V*y/R, Z 轴方向速度 Vz = V*z/R, 速度的方向由 Vx, Vy, Vz 的正负号决定。

说明书


机床点动控制系统、 机床点动控制方法及数控机床

    技术领域 本发明涉及控制技术领域, 特别涉及一种机床点动控制系统、 数控机床及机床点 动控制方法。
     背景技术 机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器, 它是制造机器的机器, 所以又称为” 工 作母机” 或” 工具机” , 习惯上简称机床。目前在工业控制领域中, 对机床的控制通常分为几 种模式, 如自动模式 (AUTO), 手动模式 (MANUAL), 手动数据输入模式 (MDI) 等。其中在手动 模式下, 通常的做法是通过控制面板选择手动模式, 选择某一个驱动轴, 选择点动 (JOG) 速 度倍率, 最后按 JOG+ 或者 JOG- 键来完成某个驱动轴的正向或者负向的运动, 从而将主轴移 动到目标位置。
     上述现有技术中, 存在以下缺陷 :
     第一, 控制过程繁琐, 需要通过按一系列的按键来完成某个轴正向或者负向的 JOG 运动。
     第二, 同一时间只能对某一个驱动轴进行手动控制, 无法完成多个轴的同时 JOG 动作, 或者即使能实现多个轴的同时 JOG 动作也需要事先进行复杂的参数设置。
     第三, JOG 速度只有几档倍率可选, 无法实现 JOG 速度的连续调节。
     因此, 有必要研究一种在手动 JOG 模式下可以方便快速地移动机床主轴的装置或 方法, 以满足市场需求。
     发明内容
     本发明的主要目的在于, 针对上述现有技术中的缺陷, 提供一种可方便快速地移 动机床主轴的机床点动控制系统、 机床点动控制方法及数控机床。
     为实现上述发明目的, 本发明采用以下技术方案。
     本发明提供的机床点动控制系统, 包括 : 操作头、 辅助机械结构、 位置检测装置和 控制部件 ; 所述操作头在辅助机械结构的支撑下进行三维空间的移动和定位 ; 所述辅助机 械结构与所述操作头连接, 提供所述操作头在三维空间的移动支撑 ; 所述位置检测装置实 时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件 ; 所述控制部件接收位置检 测装置反馈的所述操作头的位置信息, 并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。
     本发明提供的机床点动控制方法包括以下步骤 :
     位置检测装置实时检测在辅助机械结构支撑下的操作头在三维空间中的位置信 息并反馈给所述控制部件 ;
     控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息, 并按照接收的位置信 息控制机床操作设备运动。
     本发明还提供一种数控机床, 包括机床, 所述机床具有至少三个驱动轴, 所述数控 机床还包括上述的机床点动控制系统, 用于控制所述机床的驱动轴运动。本发明相对于上述现有技术, 其有益效果在于 :
     1、 方便快速。只需滑动操作头即可使驱动轴带动机床主轴运动, 省去了通过多个 按键来操作的繁琐性。
     2、 可以简单地同时控制两个或两个以上的驱动轴, 而不需要经过复杂的参数设置 或程序编制。
     3、 速度可连续调节, 只需改变操作头滑动的幅度, 即可实现主轴运动速度的连续 调节。
     4、 本发明的点动控制系统中, 操纵部件与控制部件之间可以通过无线连接, 从而 可以实现点动操作的远程控制。 同样, 在本发明的数控机床中, 点动控制系统与机床之间也 可通过无线连接实现远程控制, 因而还可满足一些用户的特殊需求。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案, 下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍。
     图 1 是本发明实施例的机床点动控制系统中辅助机械结构示意图 ;
     图 2 是本发明实施例的机床点动控制系统中辅助机械结构的俯视图 ; 图 3 是本发明实施例的机床点动控制系统中滑杆的结构示意图 ; 图 4 是本发明实施例的机床点动控制系统中控制部件的结构示意图 ; 图 5 是本发明实施例中映射关系示意图。具体实施方式
     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。
     本发明旨在提供一种手动 JOG 模式下使机床主轴快速移动到目标位置附近的机 床点动控制系统、 机床点动控制方法以及具有该机床点动控制系统的数控机床, 以下结合 附图详细说明本发明的功能、 原理及其实现方案。
     实施例一 :
     本实施例首先提供一种机床点动控制系统, 具体方案如下。
     参照图 1、 图 2 和图 3 所示, 本实施例提供的机床点动控制系统包括操作头 1、 辅助 机械结构、 位置检测装置和控制部件 ; 所述操作头 1 在辅助机械结构的支撑下进行三维空 间的移动和定位 ; 所述辅助机械结构与所述操作头连接, 提供所述操作头在三维空间的移 动支撑 ; 所述位置检测装置实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部 件; 所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息, 并按照接收的位置信 息控制机床操作设备运动。
     所述辅助机械结构包括滑杆 10 和滑轨, 所述操作头 1 设置在滑杆 10 上, 所述操作 头 1 可沿所述滑杆 10 轴向运动, 所述滑轨包括垂直交叉设置的第一轨道 201 和第二轨道 202, 所述滑杆 10 垂直设置在第一轨道 201 和第二轨道 202 上, 所述操作头 1 带动滑杆 10可沿所述第一轨道 201 和第二轨道 202 运动, 所述第一轨道 201、 第二轨道 202 和滑杆 10 分 别形成三维空间中的三个直角坐标轴。
     所述辅助机械结构还包括滑片, 所述滑片包括设置在所述第一轨道 201 上的第一 滑片 31、 设置在所述第二轨道 202 上的第二滑片 32 和设置在所述滑杆 10 上可跟随所述操 作头 1 沿滑杆 10 轴向运动的第三滑片 33, 所述位置检测装置实时检测所述第一滑片 31、 第 二滑片 32 和第三滑片 33 的位置信息, 用于确定所述操作头在三维空间中的位置并反馈给 所述控制部件。本实施例设计为, 当第一滑片 31 或第二滑片 32 相对于滑轨 20 滑动时, 其 分别根据自身位置 ( 相对于滑轨 ) 形成一坐标值, 当操作头 1 相对于第三滑片 33 滑动时, 第三滑片 33 根据其自身位置 ( 相对于滑杆 10) 也形成一坐标值。第一轨道 201 和第二轨 道 202 上设置有用于将所述滑杆 10 恢复到初始位置的复位装置, 该复位装置可以是两端分 别固定在滑轨和滑杆 10 上的弹簧, 当外力消除时, 该复位装置 40 将滑杆 10 带回初始位置, 所述滑杆 10 内设有弹簧 11, 弹簧上设有连接杆 12, 连接杆 12 上设有操作头 1, 所述操作头 1 可在弹簧 11 的作用下沿滑杆轴向做往复运动。
     根据机床上的坐标系建立规则, 也为了便于更清楚地描述本发明的技术方案, 本 实施例暂定为, 第一滑片 31 形成坐标值 x, 第二滑片 32 形成坐标值 y, 第三滑片 33 形成坐 标值 z, 这三个坐标值组合后的坐标 (x, y, z) 便形成了操作头 1 在滑轨上的模拟位置, 上述 模拟位置以电信号形式存在, 也即模拟位置信号。 所述位置检测装置用于获取、 处理上述模拟位置信号, 以确定所述操作头在三维 空间中的位置并反馈给所述控制部件, 所述位置检测装置为位置传感器, 所述控制部件接 收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息, 并按照接收的位置信息控制机床操作设备 运动, 其具体包括 :
     信号获取单元 21, 与位置检测装置连接, 用于获取操作头 1 的模拟位置信号 ;
     信号处理单元 22, 将所述模拟位置信号根据预设规则转换成机床的控制信号 ;
     信号输出单元 23, 输出所述控制信号, 控制驱动轴带动机床的主轴运动。
     此外, 控制部件 2 还包括轴模式选择单元 24, 并配有轴模式选择按钮, 所述轴模式 选择单元 24 用于选择控制机床主轴点动的方式为单轴驱动、 双轴联动或三轴联动 ; 以及
     点动模式选择单元 25, 并配有点动模式选择按钮, 所述点动模式选择单元 205 用 于选择控制机床主轴点动的方式为连续模式或单步模式。
     其中, 信号处理单元 22 还包括防抖模块 221, 当滑片 31、 32 或 33 滑动的位移小于 预定值时, 则机床主轴不动作。
     信号处理单元 22 还包括动作映射模块 222, 当操作头 1 移动一个位移时, 该动作映 射模块 222 用于根据预定的映射关系将此位移动作映射到相应的驱动轴, 以驱动机床主轴 沿所述位移方向移动。
     上述动作映射模块 222 还包括有角度校准模块 2221, 在单轴驱动模式下, 当操作 头 1 移动一个位移时, 若该位移的方向与上述映射关系中所指定的方向不重合, 则将该位 移的方向角加上一个修正值, 该修正值根据需要确定, 一般在 -10°~ 10°的范围内。
     以下以五轴联动机床为例进一步说明本发明机床点动控制系统的原理, 可以理解 的是, 本发明不仅可以用于五轴联动机床, 也可以应用于四轴、 三轴甚至两轴机床。
     所述五轴是指在机床三维空间定义三个直线驱动轴 X、 Y、 Z 和绕其中两个直线驱
     动轴旋转的旋转驱动轴 A、 B, 通常五轴联动是指 X、 Y、 Z、 A、 B、 5 个驱动轴的线性插补运动, 各驱动轴的运动可由工作台, 也可以由刀具的运动来实现, 且均由相应的伺服电机所驱动。
     首先设定映射关系, 如图 4 所示。当向 X+ 方向滑动操作头 1 时, 表示控制 X 轴电 机正向运动 ; 向 X- 方向滑动操作头 1 时, 表示控制 X 轴电机负向运动 ; 向 Y+ 方向滑动操作 头 1 时, 表示控制 Y 轴电机正向运动 ; 向 Y- 方向滑动操作头 1 时, 表示控制 Y 轴电机负向运 动; 沿 Z+ 方向拉动操作头 1 时, 表示控制 Z 轴电机正向运动 ; 沿 Z- 方向按动操作头 1 时, 表 示控制 Z 轴电机负向运动 ; 向 X- 与 Y+ 中间方向滑动操作头 1 时, 表示控制 A 轴电机正向运 动; 向 X+ 与 Y- 中间方向滑动操作头 1 时, 表示控制 A 轴电机负向运动 ; 向 X+ 与 Y+ 中间方 向滑动操作头 1 时, 表示控制 B 轴电机正向运动 ; 向 X- 与 Y- 中间方向滑动操作头 1 时, 表示 控制 B 轴电机负向运动。这样即可实现 X、 Y、 Z、 A、 B 五个轴的单轴正向或者负向的 JOG( 点 动 ) 运动。
     但由于操作头 1 移动的方向是任意的, 通常情况下当用手推动操作头 1 时, 所产生 的位移方向与上述映射关系中所指定的方向并不重合, 而是有一定的偏差, 且偏差量是随 机变化的。因此, 为了避免机床的误动作, 必须对所产生的位移进行校准。从图 5 中可以看 出, 在单轴驱动模式下, 为了保证各驱动轴的响应范围不重叠, 允许的偏差角度值需要小于 ±22.5 度, 但在实际操作中, 可选择设置为 -10°~ 10°的范围, 当偏差大于该范围内时, 即视为该动作不在该驱动轴的控制区域内, 系统不予响应, 若此时有某个驱动轴在运动, 则 减速, 直到该轴停止。
     在单轴驱动模式下, 当控制机床主轴点动的方式为连续模式时 : 假设操作头 1 在一定时间内滑动的位移为 R, 防抖模块 221 中的预定值为 Rmin, 则 其中, x、 y 和 z 分别为第一滑片 31、 第二滑片 32 和第三滑片 33 根据自身位置所产生的坐标值。设操作头 1 各方向能够滑动的最大距离为 Rmax, 这里可以设定 JOG 速度与操作头 1 滑动的幅度成线性关系并且最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大 JOG 速度 为 Vmax。
     以 Y 轴正方向的滑动操作为例。设允许的偏差角度为 θ(-10°≤ θ ≤ 10° ), 则 2 2 2 2 当 R 值大于 Rmin, 并且 x +z -tg θ·y ≤ 0 时, 预设规则认为当前滑动方向为 Y 轴正向 ; 否 2 2 2 2 则, 当 x +z -tg θ·y > 0 时, 认为当前滑动方向不是 Y 轴正向。
     操作头 1 不处于任何一个轴的控制角度范围内, 如果当前有驱动轴在运动, 则减 速。 操作头 1 处于控制界限位移 Rmin 以内, 如果当前有驱动轴在运动, 则减速。
     当控制机床主轴点动的方式为单步模式时, 预设规则同连续模式的相似, 区别在 于当操作头 1 落在控制区内时, 该方向对应的控制轴只单步 JOG 一个模式设定的距离便不 再移动。只有在操作头 1 离开了控制区域并再次滑入控制区域时, 对应的驱动轴才会再次 作出响应。单步模式主要用于各轴的精确定位。
     在双轴驱动模式下 :
     双轴驱动模式下, X、 Y、 Z 三个驱动轴中最多只能有两个轴可以同时运动。当希望 机床的主轴在一个面内运动而不希望第三个轴有移动时, 可以用这种模式。
     以 X, Y 轴所组成的平面内的运动为例。设当前操作头 1 所处坐标点为 (x, y, z),
     仍然设定某方向坐标值超过一个界限值 Rmin 时驱动轴才做出反应, 操 作头 1 各方向能够滑动的最大距离为 Rmax, 设定 JOG 速度与操作头 1 滑动的幅度成线性关系 并且最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大 JOG 速度为 Vmax。则当 R 值大于 Rmin, 并且 min(x, y, z) = z 时, 表示当前控制主轴在 X, Y 平面内运动, 位移 R1 = sqrt(x*x+y*y), 则操作头 1 速度 为 V = (R1-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin) ; 其中 X 轴方向速度 Vx = V*x/R1 ; Y 轴方向速度 Vy = V*y/ R1 ; Vz = 0 ; 其中, 各轴速度的方向由 Vx, Vy 的正负号决定。
     在三轴驱动模式下 :
     三轴运动模式下, X、 Y、 Z 三个驱动轴可以同时进行 JOG 运动。当希望机床的主轴 在空间内运动到某个大概位置时, 可以用这种模式实现主轴快速 JOG 运动。
     设当前操作头 1 所处坐标点为 (x, y, z),仍然设定某方向坐标值超过一个预定值 Rmin 时驱动轴才做出反应, 操作头 1 各方向能够滑动的最大距离为 Rmax, 设定 JOG 速度与操作头 1 滑动的幅度成线性关系并且最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大 JOG 速度为 Vmax, 操作头 1 速度为 V = (R-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin) ; 其中 X 轴方向速度 Vx = V*x/ R, Y 轴方向速度 Vy = V*y/R, Z 轴方向速度 Vz = V*z/R ; 各轴速度的方向由 Vx, Vy, Vz 的正负 号决定。
     以上描述了实现单轴、 双轴和三轴驱动时, 上述得到的各轴 JOG 速度 Vx、 Vy 和 Vz 便 是各轴 JOG 运动的速度, 控制部件 2 的信号输出单元 23 将包含上述速度的控制信号输出到 相应的驱动轴, 使主轴以相应的速度运动, 从而实现主轴的 JOG 速度控制。
     应该说明的是, 可以针对不同的要求进行更改, 故只要是能实现上述 JOG 功能, 即 应视为本发明所述预设规则的涵盖范围。 此外, 上述预设规则也可以包含同时控制四轴、 五 轴联动的 JOG 运动, 其原理与三轴联动的相似, 在此不再赘述。
     综上所述, 本实施例的机床点动控制系统采用上述实现方案, 不仅可以简单方便 地实现机床主轴的 JOG 控制, 而且可以同时控制多个驱动轴, 达到快速移动主轴到目标位 置的效果。同时, JOG 运动的速度调节非常方便, 只需调节操作头 1 的幅度便可改变主轴的 JOG 速度, 既快捷又直观。
     实施例二 :
     本实施例提供一种机床点动控制的方法, 本方法可以利用实施例一中所述的机床 点动控制系统实现, 当然, 也可采用类似结构的装置, 以下详细说明本实施例的机床点动控 制方法。
     本实施例的机床点动控制方法包括以下步骤 :
     S10 : 位置检测装置实时检测辅助机械结构的支撑下的操作头在三维空间中的位 置信息并反馈给所述控制部件 ;
     S20 : 控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息 ;
     S30 : 选择控制驱动轴运动的方式为单轴驱动、 双轴联动或三轴联动 ;
     S40 : 控制部件根据预设规则将所述位置信息转换成机床的控制信号 ;
     S50 : 控制部件输出所述控制信号, 控制驱动轴带动机床的主轴运动。
     上述方法中, 还可在步骤 S40 前、 S30 后增加以下步骤 :
     S35 : 选择驱动轴运动的方式为连续模式或单步模式。当然, 该步骤也可设置在在 S30 前、 S20 后, 执行结果并无区别。
     上述方法中, 步骤 S40 还进一步包括以下步骤 :
     S41 : 当操作头 1 滑动的位移小于预定值时, 则所述驱动轴不动作。
     上述方法中, 步骤 S40 还进一步包括以下步骤 :
     S42 : 当操作头 1 移动一个位移时, 根据预定的映射关系将该位移动作映射到相应 的驱动轴, 以驱动主轴沿所述位移方向移动。
     上述方法中, 在步骤 S42 后还包括以下步骤 :
     S43 : 在单轴驱动模式下, 若该位移的方向与所述映射关系中所指定的方向不重 合, 则将该位移的方向角加上一个修正值, 使其满足所述映射关系。
     以下采用实施例一中所述的操纵部件 1 和控制部件 2 来实施本方法, 并进一步详 细说明各步骤的动作细节。操纵部件 1 和控制部件 2 的结构及原理见实施例一, 此处不再 赘述。假设预将主轴 JOG 到目标位置为机床坐标点 (X、 Y、 Z) 处, 以下具体说明其实现方法, 上述机床以三轴联动机床为例。
     首先, 选择轴模式。当坐标值 X、 Y、 Z 中只有一个不为零时, 轴模式选择为单轴驱 动模式 ; 当坐标值 X、 Y、 Z 中有两个不为零时, 轴模式选择为双轴联动模式 ; 当坐标值 X、 Y、 Z 中有都不为零时, 轴模式选择为三轴联动模式。 一、 在单轴驱动模式下。
     1、 点动模式为连续模式。 此时, 驱动轴将带动机床主轴向目标位置附近连续运动, 只能用作主轴的粗略定位。
     在单轴驱动模式下, X、 Y、 Z 中不为零的坐标值对应的驱动轴为该模式下需控制的 驱动轴, 例如, X 不为零, 则单轴驱动模式只需控制机床 X 轴运动即可。 如何控制操作头 1 滑 动才能使主轴移动到目标位置才是关键。控制部件 2 中的预设规则设置了操作头 1 滑动的 幅度与主轴 JOG 移动的速度之间的关系 : 假设操作头 1 能滑动的最大幅度为 Rmax, 步骤 S41 中设定的预定值为 Rmin, 主轴 JOG 速度与操作头 1 滑动的幅度成线性关系且最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大 JOG 速度为 Vmax。因此, 控制操作头 1 滑动的位移或幅度即控制了主轴 JOG 的速度。根据图 4 所示的映射关系, 结合步骤 S43, 假设操作头 1 移动的位移方向偏离 X 轴 ( 此时, 可根据目标位置中的坐标值 X 的正负判断是 X+ 轴还是 X- 轴 ) 的角度为 θ, 则将该 位移方向修正一个 θ 角, 使其满足上述映射关系。设此时第一滑片 31 的坐标值为 x, 则可 以得到实际 JOG 速度 V = (x-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin)。同理, 其它驱动轴的 JOG 速度可以此类 推。
     在单轴驱动模式下, 若操作头位移的方向与所述映射关系中所指定的方向不重 合, 则将该位移的方向角加上一个修正值, 使其满足所述映射关系。所述修正值为 θ, 第一 轨道轴线为 X 轴, 第二轨道轴线为 Y 轴, 滑杆轴线为 Z 轴, 第一轨道和第二轨道的中间交叉
     点为坐标原点, 当前操作头所处坐标点为 (x, y, z),当 x2+z2-tg2θ· y2 ≤ 0并且 y > 0 时, 认为当前滑动方向为 Y 轴正向 ; 当 x2+z2-tg2θ·y2 ≤ 0 并且 y < 0 时, 认为 当前滑动方向是 Y 轴负向。所述 X 轴正半轴与 Y 轴负半轴之间设有与 X 轴正半轴成夹角 45 度的 A 轴正半轴, 所述 X 轴正半轴与 Y 轴正半轴之间设有与 X 轴正半轴成夹角 45 度的 B 轴 正半轴, 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*tgθ) <= 0、 x > 0 和 y > 0 时, 沿B 轴正向运动 ; 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*tgθ) <= 0、 x < 0 和 y < 0 时,沿 B 轴负向运动 ; 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*t gθ) <= 0、 x>0和y<0 时, 沿 A 轴正向运动 ; 当 (x-y)*(x-y)+2*z*z-(x+y)*(x+y)*tgθ*tgθ) <= 0、 x<0和y > 0 时, 沿 A 轴负向运动。
     操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为 Rmax, 设定最大的滑动幅度 Rmax 对应的 最大速度为 Vmax, 预定值为 Rmin, 则操作头速度为 V = (R-Rmin)*Vmax/(Rmax-Rmin)。
     2、 点动模式为单步模式。此时, 驱动轴的确定和 JOG 速度控制同连续模式一样, 区 别在于当操作头 1 落在控制区内时, 该方向对应的控制轴只单步 JOG 一个模式设定的距离 便不再移动, 该距离已事先固设在控制部件 2 内。只有在操作头 1 离开了控制区域并再次 滑入其控制区域时, 对应的驱动轴才会再次作出响应, 单步 JOG 模式主要用于各驱动轴的 精确定位。
     二、 在双轴联动模式下。
     此模式下, 需要同时控制两个驱动轴动作, 该两个轴为目标位置 (X、 Y、 Z) 中, 坐标 值不为零所对应的驱动轴。
     在双轴驱动模式下, 当在 X 轴和 Y 轴内运动时, 当前操作头所处坐标点为 (x, y), 位移 操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为 Rmax, 设定最大的滑动 幅度 Rmax 对应的最大速度为 Vmax, 预定值为 Rmin, 则操作头速度为 V = (R1-Rmin)*Vmax/ (Rmax-Rmin), 其中 X 轴方向速度 Vx = V*x/R1, Y 轴方向速度 Vy = V*y/R1, 速度的方向由 Vx, Vy 的正负号决定。
     三、 在三轴联动模式下。
     此模式下, 需要同时控制三个驱动轴作 JOG 动作。
     在三轴驱动模式下, 第一轨道轴线为 X 轴, 第二轨道轴线为 Y 轴, 滑杆轴线为 Z 轴, 第一轨道和第二轨道的中间交叉点为坐标原点, 当前操作头所处坐标点为 (x, y, z), 操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为 Rmax, 设定最大的滑动幅度 Rmax 对应的最大速度为 Vmax, 预定值为 Rmin, 则操作头速度为 V = (R-Rmin)*Vmax/ (Rmax-Rmin), 其中 X 轴方向速度 Vx = V*x/R, Y 轴方向速度 Vy = V*y/R, Z 轴方向速度 Vz = V*z/R, 速度的方向由 Vx, Vy, Vz 的正负号决定。
     综上所述, 本实施例的机床点动控制方法, 通过简单的结构设置和预设规则, 将操 作头 1 滑动的幅度和方向都一一映射到相应的驱动轴, 使主轴由单轴驱动、 双轴联动或三 轴联动的方式产生 JOG 运动, 并可方便地调节 JOG 速度, 而不必进行复杂的按键操作和参数 设定, 非常简便易用。
     实施例三 :
     本实施例提供一种数控机床, 其包括具有至少三个驱动轴的机床, 该机床设置有 机床点动控制系统, 该机床点动控制系统的结构和功能原理与实施例一中所述的相同或相 似, 用以手动控制机床主轴的 JOG 运动。该 JOG 运动由相应的驱动轴实现, 可以选择单轴驱 动, 双轴联动和三轴联动等方式进行。
     此外, 上述机床点动控制系统可与机床之间采用无线连接, 从而实现数控机床的 远程控制。另外, 机床点动控制系统中, 操纵部件 1 与控制部件 2 之间也可采用无线连接。
     本实施例的数控机床采用上述结构, 不仅能方便快捷地实现主轴的 JOG 控制, 而 且 JOG 速度的调节也非常方便, 还可对 JOG 速度进行连续调节, 只需改变操作头 1 滑动的幅度即可。 机床与机床点动控制系统之间采用无线连接, 或者机床点动控制系统的操纵部件 1 与控制部件 2 之间采用无线连接, 可方便实现机床操作的远程控制, 满足各种实际需求, 很 大程度上方便了使用者, 使得本实施例的数控机床及其机床点动控制系统非常易于广泛推 广应用。
     本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述, 以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想 ; 同时, 对于本领域的普通技术人员, 依据 本发明的思想, 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处, 综上所述, 本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。

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1、10申请公布号CN102354153A43申请公布日20120215CN102354153ACN102354153A21申请号201110254639922申请日20110831G05B19/1920060171申请人北京配天大富精密机械有限公司地址100085北京市海淀区信息路7号18号楼数字传媒大厦二层201室72发明人叶根54发明名称机床点动控制系统、机床点动控制方法及数控机床57摘要本发明公开了一种机床点动控制系统、使用该系统对机床进行点动控制的方法及一种具有该机床点动控制系统的数控机床,所述机床点动控制系统包括操作头、辅助机械结构、位置检测装置和控制部件;操作头在辅助机械结构的支撑下。

2、进行三维空间的移动和定位;辅助机械结构与所述操作头连接,提供所述操作头在三维空间的移动支撑;位置检测装置实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件;控制部件按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。本发明的机床点动控制系统可以方便快捷地控制机床主轴的点动,而且可以简单地同时控制两个或两个以上的驱动轴带动主轴运动,还可以方便地调节点动速度,并可以对点动速度进行连续调节。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书8页附图3页CN102354162A1/3页21一种机床点动控制系统,其特征在于,包括操作头、辅助机械结构、位置检测装置和控制部件;所述。

3、操作头在辅助机械结构的支撑下进行三维空间的移动和定位;所述辅助机械结构与所述操作头连接,提供所述操作头在三维空间的移动支撑;所述位置检测装置实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件;所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息,并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。2如权利要求1所述的机床点动控制系统,其特征在于所述辅助机械结构包括滑杆和滑轨,所述操作头设置在滑杆上,所述操作头可沿所述滑杆轴向运动,所述滑轨包括垂直交叉设置的第一轨道和第二轨道,所述滑杆垂直设置在第一轨道和第二轨道上,所述操作头带动滑杆可沿所述第一轨道和第二轨道运动,所述第一轨道、第二轨道和滑杆分别。

4、形成三维空间中的三个直角坐标轴。3如权利要求2所述的机床点动控制系统,其特征在于所述辅助机械结构还包括滑片,所述滑片包括设置在所述第一轨道上的第一滑片、设置在所述第二轨道上的第二滑片和设置在所述滑杆上可跟随所述操作头沿滑杆轴向运动的第三滑片,所述位置检测装置实时检测所述第一滑片、第二滑片和第三滑片的位置信息,用于确定所述操作头在三维空间中的位置并反馈给所述控制部件。4如权利要求2所述的机床点动控制系统,其特征在于所述第一轨道和第二轨道上分别设置有用于将所述滑杆恢复到初始位置的复位装置。5如权利要求1所述的机床点动控制系统,其特征在于所述机床点动控制系统还包括轴模式选择单元,并配有轴模式选择按钮。

5、,所述轴模式选择单元用于选择所述驱动轴的运动的方式为单轴驱动、双轴联动或三轴联动。6如权利要求1所述的机床点动控制系统,其特征在于所述机床点动控制系统还包括点动模式选择单元,并配有点动模式选择按钮,所述点动模式选择单元用于选择所述驱动轴的运动的方式为连续模式或单步模式。7一种数控机床,包括机床,所述机床具有至少三个驱动轴,其特征在于所述数控机床还包括如权利要求16任一项中所述的机床点动控制系统,用于控制所述机床的驱动轴运动。8如权利要求7所述的数控机床,其特征在于所述机床点动控制系统与机床之间为无线连接。9如权利要求7或8所述的数控机床,其特征在于所述机床点动控制系统中,所述操纵头与控制部件之。

6、间为无线连接。10一种机床点动控制方法,其特征在于,包括以下步骤位置检测装置实时检测在辅助机械结构支撑下的操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件;控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息,并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。11如权利要求10所述的控制方法,其特征在于,所述辅助机械结构包括滑杆和滑轨,所述操作头设置滑杆上,所述操作头可沿所述滑杆轴向运动,所述滑轨包括垂直交叉设置的第一轨道和第二轨道,所述滑杆垂直设置在第一轨道和第二轨道上,所述操作头带动滑杆可沿所述第一轨道和第二轨道运动,所述第一轨道、第二轨道和滑杆分别形成三维空间权利要求书CN102354153ACN。

7、102354162A2/3页3中的三个直角坐标轴。12如权利要求11所述的控制方法,其特征在于,所述辅助机械结构还包括滑片,所述滑片包括设置在所述第一轨道上的第一滑片、设置在所述第二轨道上的第二滑片和设置在所述滑杆上可跟随所述操作头沿滑杆轴向运动的第三滑片,所述位置检测装置实时检测所述第一滑片、第二滑片和第三滑片的位置信息,用于确定所述操作头在三维空间中的位置并反馈给所述控制部件。13如权利要求10所述的控制方法,其特征在于,在所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息的步骤前,还包括步骤选择驱动轴运动的方式为单轴驱动、双轴联动或三轴联动。14如权利要求10所述的控制方法,其特征在。

8、于,在所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息的步骤前,还包括步骤选择驱动轴运动的方式为连续模式或单步模式。15如权利要求10所述的控制方法,其特征在于,所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息的步骤中,包括步骤当所述操作头滑动的位移小于预定值时,则所述驱动轴不动作。16如权利要求10所述的控制方法,其特征在于,所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息的步骤中,还包括步骤当操作头移动的位移大于预定值时,根据预定的映射关系将该位移动作映射到相应的驱动轴,使驱动主轴沿所述位移方向移动。17如权利要求13所述的控制方法,其特征在于,还包括步骤在单轴驱动模式下。

9、,若操作头位移的方向与所述映射关系中所指定的方向不重合,则将该位移的方向角加上一个修正值,使其满足所述映射关系。18如权利要求17所述的控制方法,其特征在于,所述修正值为,第一轨道轴线为X轴,第二轨道轴线为Y轴,滑杆轴线为Z轴,第一轨道和第二轨道的中间交叉点为坐标原点,当前操作头所处坐标点为X,Y,Z,当X2Z2TG2Y20并且Y0时,认为当前滑动方向为Y轴正向;当X2Z2TG2Y20并且Y0时,认为当前滑动方向是Y轴负向。19如权利要求17所述的控制方法,其特征在于,所述X轴正半轴与Y轴负半轴之间设有与X轴正半轴成夹角45度的A轴正半轴,所述X轴正半轴与Y轴正半轴之间设有与X轴正半轴成夹角4。

10、5度的B轴正半轴,当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿B轴正向运动;当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿B轴负向运动;当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿A轴正向运动;当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿A轴负向运动。20如权利要求17所述的控制方法,其特征在于,操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为RMAX,设定最大的滑动幅度RMAX对应的最大速度为VMAX,预定值为RMIN,则操作头速度为VRRMINVMAX/RMAXRMIN。21如权利要求13所述的控制方法,其特征在于,在双轴驱动模式下,当在X轴和Y轴权利要求书CN102354。

11、153ACN102354162A3/3页4内运动时,当前操作头所处坐标点为X,Y,位移操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为RMAX,设定最大的滑动幅度RMAX对应的最大速度为VMAX,预定值为RMIN,则操作头速度为VR1RMINVMAX/RMAXRMIN,其中X轴方向速度VXVX/R1,Y轴方向速度VYVY/R1,速度的方向由VX,VY的正负号决定。22如权利要求13所述的控制方法,其特征在于,在三轴驱动模式下,第一轨道轴线为X轴,第二轨道轴线为Y轴,滑杆轴线为Z轴,第一轨道和第二轨道的中间交叉点为坐标原点,当前操作头所处坐标点为X,Y,Z,操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为RMAX,设定最大。

12、的滑动幅度RMAX对应的最大速度为VMAX,预定值为RMIN,则操作头速度为VRRMINVMAX/RMAXRMIN,其中X轴方向速度VXVX/R,Y轴方向速度VYVY/R,Z轴方向速度VZVZ/R,速度的方向由VX,VY,VZ的正负号决定。权利要求书CN102354153ACN102354162A1/8页5机床点动控制系统、机床点动控制方法及数控机床技术领域0001本发明涉及控制技术领域,特别涉及一种机床点动控制系统、数控机床及机床点动控制方法。背景技术0002机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器,所以又称为”工作母机”或”工具机”,习惯上简称机床。目前在工业控制领域中,对。

13、机床的控制通常分为几种模式,如自动模式AUTO,手动模式MANUAL,手动数据输入模式MDI等。其中在手动模式下,通常的做法是通过控制面板选择手动模式,选择某一个驱动轴,选择点动JOG速度倍率,最后按JOG或者JOG键来完成某个驱动轴的正向或者负向的运动,从而将主轴移动到目标位置。0003上述现有技术中,存在以下缺陷0004第一,控制过程繁琐,需要通过按一系列的按键来完成某个轴正向或者负向的JOG运动。0005第二,同一时间只能对某一个驱动轴进行手动控制,无法完成多个轴的同时JOG动作,或者即使能实现多个轴的同时JOG动作也需要事先进行复杂的参数设置。0006第三,JOG速度只有几档倍率可选,。

14、无法实现JOG速度的连续调节。0007因此,有必要研究一种在手动JOG模式下可以方便快速地移动机床主轴的装置或方法,以满足市场需求。发明内容0008本发明的主要目的在于,针对上述现有技术中的缺陷,提供一种可方便快速地移动机床主轴的机床点动控制系统、机床点动控制方法及数控机床。0009为实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案。0010本发明提供的机床点动控制系统,包括操作头、辅助机械结构、位置检测装置和控制部件;所述操作头在辅助机械结构的支撑下进行三维空间的移动和定位;所述辅助机械结构与所述操作头连接,提供所述操作头在三维空间的移动支撑;所述位置检测装置实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反。

15、馈给所述控制部件;所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息,并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。0011本发明提供的机床点动控制方法包括以下步骤0012位置检测装置实时检测在辅助机械结构支撑下的操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件;0013控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息,并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。0014本发明还提供一种数控机床,包括机床,所述机床具有至少三个驱动轴,所述数控机床还包括上述的机床点动控制系统,用于控制所述机床的驱动轴运动。说明书CN102354153ACN102354162A2/8页60015本发明相对于上述现。

16、有技术,其有益效果在于00161、方便快速。只需滑动操作头即可使驱动轴带动机床主轴运动,省去了通过多个按键来操作的繁琐性。00172、可以简单地同时控制两个或两个以上的驱动轴,而不需要经过复杂的参数设置或程序编制。00183、速度可连续调节,只需改变操作头滑动的幅度,即可实现主轴运动速度的连续调节。00194、本发明的点动控制系统中,操纵部件与控制部件之间可以通过无线连接,从而可以实现点动操作的远程控制。同样,在本发明的数控机床中,点动控制系统与机床之间也可通过无线连接实现远程控制,因而还可满足一些用户的特殊需求。附图说明0020为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所。

17、需要使用的附图作简单地介绍。0021图1是本发明实施例的机床点动控制系统中辅助机械结构示意图;0022图2是本发明实施例的机床点动控制系统中辅助机械结构的俯视图;0023图3是本发明实施例的机床点动控制系统中滑杆的结构示意图;0024图4是本发明实施例的机床点动控制系统中控制部件的结构示意图;0025图5是本发明实施例中映射关系示意图。具体实施方式0026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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于。

18、本发明保护的范围。0027本发明旨在提供一种手动JOG模式下使机床主轴快速移动到目标位置附近的机床点动控制系统、机床点动控制方法以及具有该机床点动控制系统的数控机床,以下结合附图详细说明本发明的功能、原理及其实现方案。0028实施例一0029本实施例首先提供一种机床点动控制系统,具体方案如下。0030参照图1、图2和图3所示,本实施例提供的机床点动控制系统包括操作头1、辅助机械结构、位置检测装置和控制部件;所述操作头1在辅助机械结构的支撑下进行三维空间的移动和定位;所述辅助机械结构与所述操作头连接,提供所述操作头在三维空间的移动支撑;所述位置检测装置实时检测操作头在三维空间中的位置信息并反馈给。

19、所述控制部件;所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息,并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动。0031所述辅助机械结构包括滑杆10和滑轨,所述操作头1设置在滑杆10上,所述操作头1可沿所述滑杆10轴向运动,所述滑轨包括垂直交叉设置的第一轨道201和第二轨道202,所述滑杆10垂直设置在第一轨道201和第二轨道202上,所述操作头1带动滑杆10说明书CN102354153ACN102354162A3/8页7可沿所述第一轨道201和第二轨道202运动,所述第一轨道201、第二轨道202和滑杆10分别形成三维空间中的三个直角坐标轴。0032所述辅助机械结构还包括滑片,所述滑片包括设。

20、置在所述第一轨道201上的第一滑片31、设置在所述第二轨道202上的第二滑片32和设置在所述滑杆10上可跟随所述操作头1沿滑杆10轴向运动的第三滑片33,所述位置检测装置实时检测所述第一滑片31、第二滑片32和第三滑片33的位置信息,用于确定所述操作头在三维空间中的位置并反馈给所述控制部件。本实施例设计为,当第一滑片31或第二滑片32相对于滑轨20滑动时,其分别根据自身位置相对于滑轨形成一坐标值,当操作头1相对于第三滑片33滑动时,第三滑片33根据其自身位置相对于滑杆10也形成一坐标值。第一轨道201和第二轨道202上设置有用于将所述滑杆10恢复到初始位置的复位装置,该复位装置可以是两端分别固。

21、定在滑轨和滑杆10上的弹簧,当外力消除时,该复位装置40将滑杆10带回初始位置,所述滑杆10内设有弹簧11,弹簧上设有连接杆12,连接杆12上设有操作头1,所述操作头1可在弹簧11的作用下沿滑杆轴向做往复运动。0033根据机床上的坐标系建立规则,也为了便于更清楚地描述本发明的技术方案,本实施例暂定为,第一滑片31形成坐标值X,第二滑片32形成坐标值Y,第三滑片33形成坐标值Z,这三个坐标值组合后的坐标X,Y,Z便形成了操作头1在滑轨上的模拟位置,上述模拟位置以电信号形式存在,也即模拟位置信号。0034所述位置检测装置用于获取、处理上述模拟位置信号,以确定所述操作头在三维空间中的位置并反馈给所述。

22、控制部件,所述位置检测装置为位置传感器,所述控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息,并按照接收的位置信息控制机床操作设备运动,其具体包括0035信号获取单元21,与位置检测装置连接,用于获取操作头1的模拟位置信号;0036信号处理单元22,将所述模拟位置信号根据预设规则转换成机床的控制信号;0037信号输出单元23,输出所述控制信号,控制驱动轴带动机床的主轴运动。0038此外,控制部件2还包括轴模式选择单元24,并配有轴模式选择按钮,所述轴模式选择单元24用于选择控制机床主轴点动的方式为单轴驱动、双轴联动或三轴联动;以及0039点动模式选择单元25,并配有点动模式选择按钮,所述点动。

23、模式选择单元205用于选择控制机床主轴点动的方式为连续模式或单步模式。0040其中,信号处理单元22还包括防抖模块221,当滑片31、32或33滑动的位移小于预定值时,则机床主轴不动作。0041信号处理单元22还包括动作映射模块222,当操作头1移动一个位移时,该动作映射模块222用于根据预定的映射关系将此位移动作映射到相应的驱动轴,以驱动机床主轴沿所述位移方向移动。0042上述动作映射模块222还包括有角度校准模块2221,在单轴驱动模式下,当操作头1移动一个位移时,若该位移的方向与上述映射关系中所指定的方向不重合,则将该位移的方向角加上一个修正值,该修正值根据需要确定,一般在1010的范围。

24、内。0043以下以五轴联动机床为例进一步说明本发明机床点动控制系统的原理,可以理解的是,本发明不仅可以用于五轴联动机床,也可以应用于四轴、三轴甚至两轴机床。0044所述五轴是指在机床三维空间定义三个直线驱动轴X、Y、Z和绕其中两个直线驱说明书CN102354153ACN102354162A4/8页8动轴旋转的旋转驱动轴A、B,通常五轴联动是指X、Y、Z、A、B、5个驱动轴的线性插补运动,各驱动轴的运动可由工作台,也可以由刀具的运动来实现,且均由相应的伺服电机所驱动。0045首先设定映射关系,如图4所示。当向X方向滑动操作头1时,表示控制X轴电机正向运动;向X方向滑动操作头1时,表示控制X轴电机。

25、负向运动;向Y方向滑动操作头1时,表示控制Y轴电机正向运动;向Y方向滑动操作头1时,表示控制Y轴电机负向运动;沿Z方向拉动操作头1时,表示控制Z轴电机正向运动;沿Z方向按动操作头1时,表示控制Z轴电机负向运动;向X与Y中间方向滑动操作头1时,表示控制A轴电机正向运动;向X与Y中间方向滑动操作头1时,表示控制A轴电机负向运动;向X与Y中间方向滑动操作头1时,表示控制B轴电机正向运动;向X与Y中间方向滑动操作头1时,表示控制B轴电机负向运动。这样即可实现X、Y、Z、A、B五个轴的单轴正向或者负向的JOG点动运动。0046但由于操作头1移动的方向是任意的,通常情况下当用手推动操作头1时,所产生的位移。

26、方向与上述映射关系中所指定的方向并不重合,而是有一定的偏差,且偏差量是随机变化的。因此,为了避免机床的误动作,必须对所产生的位移进行校准。从图5中可以看出,在单轴驱动模式下,为了保证各驱动轴的响应范围不重叠,允许的偏差角度值需要小于225度,但在实际操作中,可选择设置为1010的范围,当偏差大于该范围内时,即视为该动作不在该驱动轴的控制区域内,系统不予响应,若此时有某个驱动轴在运动,则减速,直到该轴停止。0047在单轴驱动模式下,当控制机床主轴点动的方式为连续模式时0048假设操作头1在一定时间内滑动的位移为R,防抖模块221中的预定值为RMIN,则其中,X、Y和Z分别为第一滑片31、第二滑片。

27、32和第三滑片33根据自身位置所产生的坐标值。设操作头1各方向能够滑动的最大距离为RMAX,这里可以设定JOG速度与操作头1滑动的幅度成线性关系并且最大的滑动幅度RMAX对应的最大JOG速度为VMAX。0049以Y轴正方向的滑动操作为例。设允许的偏差角度为1010,则当R值大于RMIN,并且X2Z2TG2Y20时,预设规则认为当前滑动方向为Y轴正向;否则,当X2Z2TG2Y20时,认为当前滑动方向不是Y轴正向。0050操作头1不处于任何一个轴的控制角度范围内,如果当前有驱动轴在运动,则减速。0051操作头1处于控制界限位移RMIN以内,如果当前有驱动轴在运动,则减速。0052当控制机床主轴点动。

28、的方式为单步模式时,预设规则同连续模式的相似,区别在于当操作头1落在控制区内时,该方向对应的控制轴只单步JOG一个模式设定的距离便不再移动。只有在操作头1离开了控制区域并再次滑入控制区域时,对应的驱动轴才会再次作出响应。单步模式主要用于各轴的精确定位。0053在双轴驱动模式下0054双轴驱动模式下,X、Y、Z三个驱动轴中最多只能有两个轴可以同时运动。当希望机床的主轴在一个面内运动而不希望第三个轴有移动时,可以用这种模式。0055以X,Y轴所组成的平面内的运动为例。设当前操作头1所处坐标点为X,Y,Z,说明书CN102354153ACN102354162A5/8页9仍然设定某方向坐标值超过一个界。

29、限值RMIN时驱动轴才做出反应,操作头1各方向能够滑动的最大距离为RMAX,设定JOG速度与操作头1滑动的幅度成线性关系并且最大的滑动幅度RMAX对应的最大JOG速度为VMAX。则当R值大于RMIN,并且MINX,Y,ZZ时,表示当前控制主轴在X,Y平面内运动,位移R1SQRTXXYY,则操作头1速度为VR1RMINVMAX/RMAXRMIN;其中X轴方向速度VXVX/R1;Y轴方向速度VYVY/R1;VZ0;其中,各轴速度的方向由VX,VY的正负号决定。0056在三轴驱动模式下0057三轴运动模式下,X、Y、Z三个驱动轴可以同时进行JOG运动。当希望机床的主轴在空间内运动到某个大概位置时,可。

30、以用这种模式实现主轴快速JOG运动。0058设当前操作头1所处坐标点为X,Y,Z,仍然设定某方向坐标值超过一个预定值RMIN时驱动轴才做出反应,操作头1各方向能够滑动的最大距离为RMAX,设定JOG速度与操作头1滑动的幅度成线性关系并且最大的滑动幅度RMAX对应的最大JOG速度为VMAX,操作头1速度为VRRMINVMAX/RMAXRMIN;其中X轴方向速度VXVX/R,Y轴方向速度VYVY/R,Z轴方向速度VZVZ/R;各轴速度的方向由VX,VY,VZ的正负号决定。0059以上描述了实现单轴、双轴和三轴驱动时,上述得到的各轴JOG速度VX、VY和VZ便是各轴JOG运动的速度,控制部件2的信号。

31、输出单元23将包含上述速度的控制信号输出到相应的驱动轴,使主轴以相应的速度运动,从而实现主轴的JOG速度控制。0060应该说明的是,可以针对不同的要求进行更改,故只要是能实现上述JOG功能,即应视为本发明所述预设规则的涵盖范围。此外,上述预设规则也可以包含同时控制四轴、五轴联动的JOG运动,其原理与三轴联动的相似,在此不再赘述。0061综上所述,本实施例的机床点动控制系统采用上述实现方案,不仅可以简单方便地实现机床主轴的JOG控制,而且可以同时控制多个驱动轴,达到快速移动主轴到目标位置的效果。同时,JOG运动的速度调节非常方便,只需调节操作头1的幅度便可改变主轴的JOG速度,既快捷又直观。00。

32、62实施例二0063本实施例提供一种机床点动控制的方法,本方法可以利用实施例一中所述的机床点动控制系统实现,当然,也可采用类似结构的装置,以下详细说明本实施例的机床点动控制方法。0064本实施例的机床点动控制方法包括以下步骤0065S10位置检测装置实时检测辅助机械结构的支撑下的操作头在三维空间中的位置信息并反馈给所述控制部件;0066S20控制部件接收位置检测装置反馈的所述操作头的位置信息;0067S30选择控制驱动轴运动的方式为单轴驱动、双轴联动或三轴联动;0068S40控制部件根据预设规则将所述位置信息转换成机床的控制信号;0069S50控制部件输出所述控制信号,控制驱动轴带动机床的主轴。

33、运动。0070上述方法中,还可在步骤S40前、S30后增加以下步骤0071S35选择驱动轴运动的方式为连续模式或单步模式。说明书CN102354153ACN102354162A6/8页100072当然,该步骤也可设置在在S30前、S20后,执行结果并无区别。0073上述方法中,步骤S40还进一步包括以下步骤0074S41当操作头1滑动的位移小于预定值时,则所述驱动轴不动作。0075上述方法中,步骤S40还进一步包括以下步骤0076S42当操作头1移动一个位移时,根据预定的映射关系将该位移动作映射到相应的驱动轴,以驱动主轴沿所述位移方向移动。0077上述方法中,在步骤S42后还包括以下步骤007。

34、8S43在单轴驱动模式下,若该位移的方向与所述映射关系中所指定的方向不重合,则将该位移的方向角加上一个修正值,使其满足所述映射关系。0079以下采用实施例一中所述的操纵部件1和控制部件2来实施本方法,并进一步详细说明各步骤的动作细节。操纵部件1和控制部件2的结构及原理见实施例一,此处不再赘述。假设预将主轴JOG到目标位置为机床坐标点X、Y、Z处,以下具体说明其实现方法,上述机床以三轴联动机床为例。0080首先,选择轴模式。当坐标值X、Y、Z中只有一个不为零时,轴模式选择为单轴驱动模式;当坐标值X、Y、Z中有两个不为零时,轴模式选择为双轴联动模式;当坐标值X、Y、Z中有都不为零时,轴模式选择为三。

35、轴联动模式。0081一、在单轴驱动模式下。00821、点动模式为连续模式。此时,驱动轴将带动机床主轴向目标位置附近连续运动,只能用作主轴的粗略定位。0083在单轴驱动模式下,X、Y、Z中不为零的坐标值对应的驱动轴为该模式下需控制的驱动轴,例如,X不为零,则单轴驱动模式只需控制机床X轴运动即可。如何控制操作头1滑动才能使主轴移动到目标位置才是关键。控制部件2中的预设规则设置了操作头1滑动的幅度与主轴JOG移动的速度之间的关系假设操作头1能滑动的最大幅度为RMAX,步骤S41中设定的预定值为RMIN,主轴JOG速度与操作头1滑动的幅度成线性关系且最大的滑动幅度RMAX对应的最大JOG速度为VMAX。

36、。因此,控制操作头1滑动的位移或幅度即控制了主轴JOG的速度。根据图4所示的映射关系,结合步骤S43,假设操作头1移动的位移方向偏离X轴此时,可根据目标位置中的坐标值X的正负判断是X轴还是X轴的角度为,则将该位移方向修正一个角,使其满足上述映射关系。设此时第一滑片31的坐标值为X,则可以得到实际JOG速度VXRMINVMAX/RMAXRMIN。同理,其它驱动轴的JOG速度可以此类推。0084在单轴驱动模式下,若操作头位移的方向与所述映射关系中所指定的方向不重合,则将该位移的方向角加上一个修正值,使其满足所述映射关系。所述修正值为,第一轨道轴线为X轴,第二轨道轴线为Y轴,滑杆轴线为Z轴,第一轨道。

37、和第二轨道的中间交叉点为坐标原点,当前操作头所处坐标点为X,Y,Z,当X2Z2TG2Y20并且Y0时,认为当前滑动方向为Y轴正向;当X2Z2TG2Y20并且Y0时,认为当前滑动方向是Y轴负向。所述X轴正半轴与Y轴负半轴之间设有与X轴正半轴成夹角45度的A轴正半轴,所述X轴正半轴与Y轴正半轴之间设有与X轴正半轴成夹角45度的B轴正半轴,当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿B轴正向运动;当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,说明书CN102354153ACN102354162A7/8页11沿B轴负向运动;当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿A轴正向运动;。

38、当XYXY2ZZXYXYTGTG0、X0和Y0时,沿A轴负向运动。0085操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为RMAX,设定最大的滑动幅度RMAX对应的最大速度为VMAX,预定值为RMIN,则操作头速度为VRRMINVMAX/RMAXRMIN。00862、点动模式为单步模式。此时,驱动轴的确定和JOG速度控制同连续模式一样,区别在于当操作头1落在控制区内时,该方向对应的控制轴只单步JOG一个模式设定的距离便不再移动,该距离已事先固设在控制部件2内。只有在操作头1离开了控制区域并再次滑入其控制区域时,对应的驱动轴才会再次作出响应,单步JOG模式主要用于各驱动轴的精确定位。0087二、在双轴联动模式。

39、下。0088此模式下,需要同时控制两个驱动轴动作,该两个轴为目标位置X、Y、Z中,坐标值不为零所对应的驱动轴。0089在双轴驱动模式下,当在X轴和Y轴内运动时,当前操作头所处坐标点为X,Y,位移操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为RMAX,设定最大的滑动幅度RMAX对应的最大速度为VMAX,预定值为RMIN,则操作头速度为VR1RMINVMAX/RMAXRMIN,其中X轴方向速度VXVX/R1,Y轴方向速度VYVY/R1,速度的方向由VX,VY的正负号决定。0090三、在三轴联动模式下。0091此模式下,需要同时控制三个驱动轴作JOG动作。0092在三轴驱动模式下,第一轨道轴线为X轴,第二轨道轴。

40、线为Y轴,滑杆轴线为Z轴,第一轨道和第二轨道的中间交叉点为坐标原点,当前操作头所处坐标点为X,Y,Z,操作头沿各轴向能够滑动的最大距离为RMAX,设定最大的滑动幅度RMAX对应的最大速度为VMAX,预定值为RMIN,则操作头速度为VRRMINVMAX/RMAXRMIN,其中X轴方向速度VXVX/R,Y轴方向速度VYVY/R,Z轴方向速度VZVZ/R,速度的方向由VX,VY,VZ的正负号决定。0093综上所述,本实施例的机床点动控制方法,通过简单的结构设置和预设规则,将操作头1滑动的幅度和方向都一一映射到相应的驱动轴,使主轴由单轴驱动、双轴联动或三轴联动的方式产生JOG运动,并可方便地调节JOG。

41、速度,而不必进行复杂的按键操作和参数设定,非常简便易用。0094实施例三0095本实施例提供一种数控机床,其包括具有至少三个驱动轴的机床,该机床设置有机床点动控制系统,该机床点动控制系统的结构和功能原理与实施例一中所述的相同或相似,用以手动控制机床主轴的JOG运动。该JOG运动由相应的驱动轴实现,可以选择单轴驱动,双轴联动和三轴联动等方式进行。0096此外,上述机床点动控制系统可与机床之间采用无线连接,从而实现数控机床的远程控制。另外,机床点动控制系统中,操纵部件1与控制部件2之间也可采用无线连接。0097本实施例的数控机床采用上述结构,不仅能方便快捷地实现主轴的JOG控制,而且JOG速度的调。

42、节也非常方便,还可对JOG速度进行连续调节,只需改变操作头1滑动的幅说明书CN102354153ACN102354162A8/8页12度即可。机床与机床点动控制系统之间采用无线连接,或者机床点动控制系统的操纵部件1与控制部件2之间采用无线连接,可方便实现机床操作的远程控制,满足各种实际需求,很大程度上方便了使用者,使得本实施例的数控机床及其机床点动控制系统非常易于广泛推广应用。0098本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。说明书CN102354153ACN102354162A1/3页13图1图2说明书附图CN102354153ACN102354162A2/3页14图3图4说明书附图CN102354153ACN102354162A3/3页15图5说明书附图CN102354153A。

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