一种数控系统的刀补控制方法及装置

摘要

本发明实施例公开了一种数控系统的刀补控制方法及装置，用于在刀补处理阶段检测是否需要进行刀具干涉检查，防止过切，提高加工处理的精度。本发明实施例方法包括：读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2和第三理想运动轨迹L3，对所述第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补运动轨迹L1’，对所述第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹L2’；判断所述第一理想运动轨迹L1和所述第二理想运动轨迹L2的转接类型是否为缩短型；若所述转接类型为缩短型，则根据所述第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补运动轨迹L2’和所述第三理想运动轨迹L3的位置关系，判断是否会产生刀具干涉。

说明书

技术领域

本发明涉及数控技术领域，具体涉及一种数控系统的刀补控制方法及装 置。

背景技术

在数控系统中，零件程序给出理想的零件轮廓信息，然后刀补处理程序 根据零件轮廓信息和实际所使用的刀具半径参数计算出补偿后的刀具的刀补 运动轨迹，使得刀具的刀补运动轨迹尽量接近理想的零件轮廓，然后将刀补 运动轨迹送到数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)进行插补 处理，进而由控制驱动单元完成对刀具或工件移动控制的加工处理。其中刀 补包括刀具的长度补偿和半径补偿，长度补偿用来实现刀具圆弧中心与刀架 中心轨迹之间的转换，是一个简单的坐标平移过程；刀具的半径补偿用来补 偿刀具圆弧中心与理想的零件轮廓之间的偏差，它使刀具沿着工件轮廓的法 向偏移一个刀具半径从而来补偿这一偏差，数控系统需要根据理想的零件轮 廓及实际所使用的刀具半径参数计算出补偿后的刀具加工轨迹，这一偏差恰 好能加工出要求的零件轮廓。

按照补偿类型可以将刀具的半径补偿分为B功能刀补和C功能刀补，B 功能刀补仅仅根据当前理想运动轨迹计算出半径补偿值，其适用于圆角过渡 的零件轮廓的加工，这种刀补方式在加工尖角时效果较差，且不能预知半径 补偿所造成的下一段刀补运动轨迹对本段刀补运动轨迹的影响。为了解决下 一段刀补运动轨迹对本段刀补运动轨迹的影响，大部分数控系统都采用C功 能刀补。数控系统的轮廓控制多为直线及圆弧两类，若零件轮廓是直线时， 刀补后刀具的运动轨迹与原来的理想运动轨迹平行，若零件轮廓是圆弧时， 刀补后刀具的刀补运动轨迹与原来的理想运动轨迹同一个圆心，并且前后两 段运动轨迹间共有4种连接方式即直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线、 圆弧接圆弧。其中，C功能刀补的处理流程具体包括：

步骤1、从缓冲区读入第1程序段和第2程序段，计算第1理想运动轨迹 和第2理想运动轨迹；

步骤2、根据第1理想运动轨迹和第2理想运动轨迹的转接类型，对第1 理想运动轨迹进行刀补处理得到第1刀补运动轨迹，将第1刀补运动轨迹送 入插补处理程序；

步骤3、执行步骤1～2直至刀补处理结束。

发明人在实现上述刀补处理时发现，采用上述C功能刀补时，若出现如 图1所示情况则会出现过切。在图1中，虚线为刀补前的理想运动轨迹，分 别有1、2和3共三条理想运动轨迹，实线为1、2和3共三条理想运动轨迹 分别刀补后的刀补运动轨迹，分别为1’、2’和3’三条刀补运动轨迹。由于刀 补后的刀补运动轨迹1’和刀补运动轨迹2’的转接角A较小，若理想运动轨迹 3的终点设置错误，就有可能出现刀具干涉的情况，即刀具沿着当前所使用的 刀具半径等参数修正后的加工轨迹运行到转接角A时，可能会切入被加工表 面或直接与工件碰撞，导致误伤刀补后的刀补运动轨迹3’。

另外，在上述C功能刀补的缓冲区存储的程序段中包括有零件程序和指 令程序，其中，零件程序是有理想运动轨迹的，指令程序仅是类似刀具切换 的指令，不包括理想运动轨迹。在采用C刀补时数控系统读取两条零件程序 段用于计算刀补，因此，当前部分数控系统在使用刀补指令编程时，会限制 用户不能连续指令两个或多个没有刀具的理想运动轨迹的程序段。由于这种 局限存在，当理想运动轨迹的零件程序段前后可能存在着很多个指令程序， 可能会造成刀补缓冲区中无移动轨迹的情况，在读取到一段零件程序段时， 可能已经无法在刀补缓冲区找到上一段零件程序段，即先前的运动轨迹程序 丢失，导致刀补处理出错，甚至在实际加工时会附加一个方向垂直于前一个 运动轨迹移动方向的长度向量进而导致过切。

发明内容

针对上述存在的缺陷，本发明实施例提供了一种数控系统的刀补控制方 法及装置，用于在刀补处理阶段，及时检测是否存在刀具干涉，防止过切， 提高处理精确度。

本发明一方面提供了一种数控系统的刀补控制方法，可包括：

读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2和第三理想运动轨迹 L3，对所述第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补运动轨迹L1’， 对所述第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹L2’；

判断所述第一理想运动轨迹L1和所述第二理想运动轨迹L2的转接类型 是否为缩短型；

若所述转接类型为缩短型，则根据所述第一刀补运动轨迹L1’、所述第二 刀补运动轨迹L2’和所述第三理想运动轨迹L3的位置关系，判断是否会产生 刀具干涉。

本发明另一方面提供了一种数控系统的刀补控制装置，可包括：

刀补处理单元，用于读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2 和第三理想运动轨迹L3，对所述第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第 一刀补运动轨迹L1’，对所述第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀 补运动轨迹L2’；

第一判断单元，用于判断所述第一理想运动轨迹L1和所述第二理想运动 轨迹L2的转接类型是否为缩短型；

第二判断单元，用于在所述第一判断单元确定所述转接类型为缩短型时， 根据所述第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补运动轨迹L2’和所述第三理想 运动轨迹L3的位置关系，判断是否会产生刀具干涉。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种数控系统的刀补控 制方法与现有技术相比具有以下优点：能够在刀补处理阶段进行刀具干涉检 查，能够有效地防止刀具过切导致的误伤工件或损坏刀具。尤其是针对两段 运动轨迹的转接类型为缩短型时，进行刀具干涉检查，提高了加工处理的精 确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中 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为现有技术中的应用示意图；

图2为本发明实施例提供的数控系统的刀补控制方法的流程示意图；

图3a为本发明另一实施例提供的数控系统的刀补控制方法的流程示意 图；

图3b为本发明实施例提供的应用示意图；

图4a为本发明另一实施例提供的数控系统的刀补控制方法的流程示意 图；

图4b为本发明另一实施例提供的应用示意图；

图5为本发明实施例提供的数控系统的刀补控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，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。

本发明实施例提供了一种数控系统的刀补控制方法，用于在刀补处理阶 段及时检测是否存在刀具干涉，防止刀具过切。本发明实施例还提供了一种 数控系统的刀补控制方法对应的装置。

本发明实施例应用在数控系统中，尤其在C功能刀补使用中。本发明所 提及的刀具干涉具体是指刀具刀刃切入被加工曲面内和刀杆与相邻加工表面 以及相邻约束表面之间的碰撞。

下面将以具体实施例，详细地介绍本发明的技术方案：

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种数控系统的刀补控制方法的 流程示意图；如图2所示，一种数控系统的刀补控制方法可包括：

S201、读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2和第三理想运 动轨迹L3，对所述第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补运动轨 迹L1’，对所述第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹 L2’；

调用刀补处理程序，从刀补缓冲区中依次读取第一理想运动轨迹L1、第 二理想运动轨迹L2和第三理想运动轨迹L3，对第一理想运动轨迹进行刀补 处理得到第一刀补运动轨迹L1’，对第二理想运动轨迹进行刀补处理得到第二 刀补运动轨迹L2’。

S202、判断所述第一理想运动轨迹L1和所述第二理想运动轨迹L2的转 接类型是否为缩短型；

其中，在相邻的两段理想运动轨迹转接时，根据刀补方向、转接角的大 小可以确定相邻的两段理想运动轨迹的转接类型，其中，转接类型包括缩短 型、插入型和伸长型。刀补方向包括G41左刀补和G42右刀补，其中，在 G41左刀补中，缩短型对应的转接角a在0-180度之间，对应第一象限和第二 象限。在G42右刀补时，缩短型对应的转接角a在180-270度之间，对应第 三象限。具体关系如下表1所示：

表1

其中，在第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的转接类型是缩 短型时，也就是第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的刀补方向是 左刀补时，转接角a在0-180度之间；第一理想运动轨迹L1和第二理想运动 轨迹L2的刀补方向是右刀补时，转接角a在180-270度之间，因此，可以通 过第一理想运动轨迹L1与第二理想运动轨迹L2的刀补方向和转接角a来判 断转接类型是否为缩短型。

在上述第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的转接类型为缩短 型时，转向步骤S203。在上述第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2 的转接类型不是缩短型时，则继续对下一段运动轨迹第二理想运动轨迹L2进 行刀补处理。

S203、根据所述第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补运动轨迹L2’和所 述第三理想运动轨迹L3的位置关系，判断是否会产生刀具干涉。

在第一理想运动轨迹L1与第二理想运动轨迹L2的转接类型为缩短型时， 若第三理想运动轨迹L3的终点设置错误，可能存在过切进而出现刀具干涉的 情况，即如果在出现缩短型而不读入第三段理想运动轨迹进行判断，而只是 对第一理想运动轨迹L1与第二理想运动轨迹L2进行处理，第一刀补运动轨 迹L1’的终点就有可能在计算后设置成错误的值，对于程序计算而言这个值是 对的，对于实际加工而言，这个值是错误的，从而导致过切。因此，进一步 根据第一刀补运动轨迹L1’、第二刀补运动轨迹L2’和第三理想运动轨迹L3 的位置关系进行刀具干涉判断。

本发明实施例中，读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2和 第三理想运动轨迹L3，对第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补 运动轨迹L1’，对第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹 L2’，首先通过确定第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的转接类型 为缩短型时，再根据第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补运动轨迹L2’和所 述第三理想运动轨迹L3的位置关系判断是否产生刀具干涉。本发明实施例中， 能够在刀补处理阶段及时进行刀具干涉检查，能够有效地防止刀具过切导致 的误伤工件或损坏刀具，还提高了加工处理的精确度。

在一种应用场景中，若上述第三理想运动轨迹L3为直线时，结合图3b， 上述步骤S203具体包括如图3a所示的步骤：

S31、获取所述第一刀补运动轨迹L1’和所述第二刀补运动轨迹L2’的交 点C；

S32、计算所述交点C到所述第三理想运动轨迹L3的距离CD；

S33、当所述距离CD小于刀具半径时，则判断会产生刀具干涉。

请参阅图3b，为左刀补示意图，其中虚线为理想运动轨迹，L1为第一理 想运动轨迹，L2为第二理想运动轨迹，L3为第三理想运动轨迹，该第三理想 运动轨迹L3为直线。实线为刀补后的刀补运动轨迹，L1’是第一理想运动轨 迹L1刀补后的第一刀补运动轨迹，L2’是第二理想运动轨迹L2刀补后的第二 刀补运动轨迹，L3’是第三理想运动轨迹L3刀补后的第三刀补运动轨迹，C 点为第一刀补运动轨迹L1’与第二刀补运动轨迹L2’的交点。由于图3b所示为 左刀补，当第一刀补运动轨迹L1’和第二刀补运动轨迹L2’的转接类型为缩短 型时，也就转接角在0-180度之间时，计算C点到第三理想运动轨迹L3的距 离CD，所述距离CD与第三理想运动轨迹L3垂直相交于D点，若CD大于 或等于刀具半径R_刀具，则不会产生刀具干涉，若CD小于刀具半径R_刀具时， 则产生刀具干涉。

在另一种应用场景中，若上述第三理想运动轨迹L3是圆弧时，结合图4b， 上述步骤S203具体包括如图4a所示的步骤：

S41、获取所述第一刀补运动轨迹L1’和所述第二刀补运动轨迹L2’的交 点E，并计算所述交点E到所述第三理想运动轨迹L3圆心O的距离EO；

S42、获取所述第三理想运动轨迹L3的半径R_L3；

S43、若所述距离EO小于所述半径R_L3与刀具半径R_刀具之和时，则判断 会产生刀具干涉。

其中，所述第三理想运动轨迹L3的半径R_L3可以通过计算第三理想运动 轨迹L3的终点F到圆心O的距离FO得到，或者是直接由第三理想运动轨迹 L3的指令中得到。

请参阅图4b，其中虚线为理想运动轨迹，L1为第一理想运动轨迹，L2 为第二理想运动轨迹，L3为第三理想运动轨迹，所述第三理想运动轨迹L3 为圆弧。F点为第三理想运动轨迹的终点，O点为第三理想运动轨迹的圆心， 第三理想运动轨迹L3的半径R_L3等于FO。L1’是第一理想运动轨迹L1刀补 后的第一刀补运动轨迹，L2’是第二理想运动轨迹L2刀补后的第二刀补运动 轨迹，L3’是第三理想运动轨迹L3刀补后的第三刀补运动轨迹，E点为第一 刀补运动轨迹L1’和第二刀补运动轨迹L2’的交点。当第一理想运动轨迹L1 和第二理想运动轨迹L2的转接类型为缩短型时，如果EO≥R_L3+R_刀具，不会 产生刀具干涉，反之若EO＜R_L3+R_刀具，则会产生刀具干涉，其中，上述EO 为所述E点到所述O点的长度，R_刀具为刀具的半径。

通过上述判断确定产生刀具干涉时，通知系统停止执行刀补处理并报警 提示，以进行刀具干涉处理。

在本发明实施例中，启动数控系统后，译码程序先对零件程序进行译码 得到刀补前的理想运动轨迹，然后将理想运动轨迹存储到刀补缓冲区，再对 理想运动轨迹刀补以得到刀补运动轨迹，在确认不产生刀具干涉时，将第一 刀补运动轨迹L1’存储到插补缓冲区；译码程序对于指令程序进行译码后直 接存储到插补缓冲区。

在本实施例中，对零件程序译码后得到的理想运动轨迹存储到刀补缓冲 区中，刀补处理程序从刀补缓冲区中读取理想运动轨迹进行刀补处理。在对 第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补运动轨迹L1’和对第二理想 运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹L2’后，再将第一刀补运动 轨迹L1’和第二刀补运动轨迹L2’存储到刀补缓冲区中。其中，将刀补后的运 动轨迹再存储到刀补缓冲区中，可以在进行后面的刀补处理时参考前面的刀 补运动轨迹。

在确认不产生刀具干涉时，将第一刀补运动轨迹L1’存储到插补缓冲区， 具体是指，如果第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的转接类型不 是缩短型，则将第一刀补运动轨迹L1’存储到插补缓冲区；如果第一理想运 动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的转接类型是缩短型，则读取第三理想运 动轨迹L3，并分析判断是否会产生刀具干涉，如果不会产生刀具干涉，则将 第一刀补运动轨迹L1’存储在插补缓冲区；如果会产生刀具干涉，则通知系 统停止执行刀补处理并报警提示。

上述刀补缓冲区仅存储有运动轨迹的零件程序，如理想运动轨迹L1～L3， 及刀补处理后的刀补运动轨迹L1’～L2’，译码后的指令程序直接送到插补缓冲 区，而不是存储到刀补缓冲区；这样可以确保刀补缓冲区中存储有刀补所需 的有运动轨迹的程序，在进行刀补处理时，从刀补缓冲区依次读取到三条理 想运动轨迹进行刀补处理，而不会出现现有技术中出现的先前的运动轨迹程 序丢失的问题，避免了刀补处理出错。

请参阅图5，本发明实施例还提供了一种数控系统的刀补控制方法对应的 装置，如图5所示，可包括：

刀补处理单元510，用于读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹 L2和第三理想运动轨迹L3，对所述第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到 第一刀补运动轨迹L1’，对所述第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二 刀补运动轨迹L2’；

第一判断单元520，用于判断所述第一理想运动轨迹L1和所述第二理想 运动轨迹L2的转接类型是否为缩短型；

第二判断单元530，用于在所述第一判断单元确定所述转接类型为缩短型 时，根据所述第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补运动轨迹L2’和所述第三 理想运动轨迹L3的位置关系，判断是否会产生刀具干涉。

启动数控系统后，进入相关处理程序，刀补处理单元510读取第一理想 运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2和第三理想运动轨迹L3，然后对所述第 一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补运动轨迹L1’，对所述第二理 想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹L2’；第一判断单元520 判断所述第一理想运动轨迹L1和所述第二理想运动轨迹L2的转接类型是否 为缩短型，第二判断单元530根据所述第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补 运动轨迹L2’和所述第三理想运动轨迹L3，判断是否会产生刀具干涉，能够 在刀补处理阶段对进行刀具干涉检查，提高加工精确度。

在一种应用场景中，若所述第三理想运动轨迹L3为直线时，上述第二判 断单元530具体用于：获取所述第一刀补运动轨迹L1’和所述第二刀补运动轨 迹L2’的交点C；计算所述交点C到所述第三理想运动轨迹L3的距离CD； 当所述距离CD小于刀具半径时，则判断会产生刀具干涉。

在另一种应用场景中，若所述第三理想运动轨迹L3为圆弧时，上述第二 判断单元530具体用于：获取所述第一刀补运动轨迹L1’和所述第二刀补运动 轨迹L2’的交点E；并计算所述交点E到所述第三理想运动轨迹L3圆心O的 距离EO，获取所述第三理想运动轨迹L3的半径R_L3；当所述距离EO小于所 述半径R_L3与刀具半径之和时，则判断会产生刀具干涉。

详细内容可以参阅上述方法实施例，在此不再赘述。

本发明实施例中，读取第一理想运动轨迹L1、第二理想运动轨迹L2和 第三理想运动轨迹L3，对第一理想运动轨迹L1进行刀补处理得到第一刀补 运动轨迹L1’，对第二理想运动轨迹L2进行刀补处理得到第二刀补运动轨迹 L2’，首先通过确定第一理想运动轨迹L1和第二理想运动轨迹L2的转接类型 为缩短型时，再根据第一刀补运动轨迹L1’、所述第二刀补运动轨迹L2’和所 述第三理想运动轨迹L3判断是否产生刀具干涉，能够在刀补处理阶段进行刀 具干涉检查，防止刀具过切。尤其是针对两段运动轨迹的转接类型为缩短型 时，进行刀具干涉检查，提高了加工处理的精确度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有 详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描 述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应 过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法， 可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的， 例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外 的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或 一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或 直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连 接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或 者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单 元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单 元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售 或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本 发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个 存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机， 服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步 骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only  Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘 等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明所提供的一种数控系统的刀补控制方法及装置进行了详细 介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，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。