一种判定机床限位的方法及装置与流程
本申请涉及机床控制领域，尤其涉及到一种判定机床限位的方法及装置。
背景技术：
立柱式水平工作台五轴机床在加工过程中可能存在立柱与工作台发生干涉的可能性，当立柱与工作台发生干涉时，设备会由于限位而停止运行，造成经济损失。故在加工过程中，对限位情况进行及时判断是十分必要的。
目前，这种机床限位只能通过仿真软件进行观测，发现限位后利用编程软件调整参数，重新计算刀位文件，然后后置处理数控程序，再进行仿真，直到不出现限位情况。
然而，上述这种通过仿真软件判断立柱式水平工作台五轴机床是否发生限位的方法，非常费时费力，且工作效率较低。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供了一种判定机床限位的方法及装置，主要目的在于解决在利用仿真软件判断立柱式水平工作台五轴机床是否限位时，费时费力，且工作效率较低的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种判定机床限位的方法，该方法包括：
获取待检测机床数控加工的刀位文件及工作参数信息；
从所述刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息；
利用所述位置信息及所述工作参数信息计算各个所述刀具动作下的刀具长度；
通过所述刀具长度判定所述待检测机床的限位状态。
根据本申请的另一个方面，提供了一种判定机床限位的装置，该装置包括：
获取模块，用于获取待检测机床数控加工的刀位文件及工作参数信息；
提取模块，用于从所述刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息；
计算模块，用于利用所述位置信息及所述工作参数信息计算各个所述刀具动作下的刀具长度；
判定模块，用于通过所述刀具长度判定所述待检测机床的限位状态。
根据本申请的又一个方面，提供了一种判定机床限位的装置，包括限位判定设备、存储设备、处理器及存储在存储设备上并可在处理器上运行的可读指令，其特征在于，所述处理器执行所述可读指令时控制所述限位判定设备实现上述判定机床限位的方法。
借由上述技术方案，本申请提供的判定机床限位的方法及装置，与目前基于仿真软件判断的方式相比，本申请可在后置处理过程中，先获取待检测机床数控加工的刀位文件及工作参数信息，之后从刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息，进而利用位置信息及工作参数信息计算出各个刀具动作下的刀具长度。通过将刀具长度与机床设定的预设阈值进行比较，进而可判定出待检测机床在各个刀具动作下的限位状态。本方案通过在后置处理过程中添加机床限位检测的环节，可简化加工流程，降低操作时间，提高工作效率的同时，也能保证机床加工的安全性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种判定机床限位的方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种判定机床限位的方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的一种判定机床限位的操作流程图；
图4示出了本申请实施例提供的一种判定机床限位的装置的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的另一种判定机床限位的装置的结构示意图。
具体实施方式
下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
针对目前在利用仿真软件判断立柱式水平工作台五轴机床是否限位时，费时费力，且工作效率较低的问题，本实施例提供了一种判定机床限位的方法，如图1所示，该方法包括：
101、获取待检测机床数控加工的刀位文件及工作参数信息。
其中，待检测机床为需要进行限位检测的加工中心，本方案针对的待检测机床类型为立柱式水平工作台五轴机床，是指工作台呈水平放置，可绕中心进行旋转的机床形式，其中，主轴设置在立柱上，而非设置在横梁上，主轴可绕某一轴进行旋转。在此种情况下，存在立柱与工作台干涉，发生限位的可能性。
对于本实施例的执行主体可为用于判定待检测机床限位的限位检测装置。可通过该限位检测装置对刀位文件中各个刀位动作进行排查检测，用于预先判定待检测机床在执行刀位文件时是否存在限位。
102、从刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息。
其中，刀位文件中包含各个刀具动作的坐标位置以及运行轨迹方向；工件坐标系是在编制零件加工程序时使用的坐标系，可根据零件图纸自行设置，用于确定在各个刀具动作中刀尖点所处的位置坐标；刀具动作的位置信息可包括刀具动作在工件坐标系中的坐标点位置以及方向矢量。
103、利用位置信息及工作参数信息计算各个刀具动作下的刀具长度。
对于本实施例，在具体的应用场景中，可在后置处理过程中，不断对每个刀具动作中的刀具长度进行求解，将求取的刀具长度作为机床限位的判定依据。
104、通过刀具长度判定待检测机床的限位状态。
对于本实施例，相应的，可通过推导公式计算出各个刀具动作对应的刀具长度，将刀具长度与预设阈值进行对比，进而判定待检测机床在执行刀位文件时是否存在限位。
本实施例提供的一种判定机床限位的方法，与目前基于仿真软件判断的方式相比，本申请可在后置处理过程中，先获取待检测机床的刀位文件及工作参数信息，之后从刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息，进而利用位置信息及工作参数信息计算出各个刀具动作下的刀具长度。通过将刀具长度与机床设定的预设阈值进行比较，进而可判定出待检测机床在各个刀具动作下的限位状态。本方案通过在后置处理过程中添加机床限位检测的环节，可简化加工流程，降低操作时间，提高工作效率的同时，也能保证机床加工的安全性。
进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了说明上述实施例的具体实施过程，本实施例提供了另一种判定机床限位的方法，如图2所示，该方法包括：
201、获取待检测机床数控加工的刀位文件及工作参数信息。
其中，工作参数信息包括刀具夹持点距摆动轴回转中心的距离及限位时摆动轴回转中心距工作台中心的距离。
202、从刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息。
例如，若获取到刀具文件a，且确定刀具文件a中包含a、b、c三个刀具动作，则需要分别提取出a、b、c这三个刀具动作中刀尖点在工件坐标系中坐标点位置及方向矢量。
203、利用位置信息中的坐标矢量值计算待检测机床的摆动轴角度及工作台旋转角度。
对于本实施例，计算待检测机床的摆动轴角度的公式可为：a＝-arccosj，计算待检测机床的工作台旋转角度的公式可为：
204、通过工作台旋转角度及位置信息中的坐标值计算刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值。
对于本实施例，计算刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值的计算公式可为：zt＝x×sin(b)+z×cos(b)，其中，zt为刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值，b为工作台旋转角度，x、z分别为工件坐标系下刀尖点在x轴和z轴的坐标值。
205、利用刀具夹持点距摆动轴回转中心的距离、限位时摆动轴回转中心距工作台中心的距离、刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值及待检测机床的摆动轴角度计算各个刀具动作下的刀具长度。
相应的，对于本实施例，计算各个刀具动作下的刀具长度的公式可为：
其中，各个刀具动作下刀具长度的计算公式可通过机床坐标系中计算限位时摆动轴回转中心距工作台中心距离的公式导出，限位时摆动轴回转中心距工作台中心的坐标值s的计算公式为：s＝zt+(l1+l2)×cosa。在具体的应用场景中，当限位时摆动轴回转中心距工作台中心坐标值大于或等于预设限位阈值时，该机床不会出现限位情况，具体可通过设备参数或实际测量来确定预设限位阈值的大小，并根据实际需求设置大于或等于该预设限位阈值的s值，之后将赋值后的s值作为已知数值，求解出各个刀具动作下的刀具长度，进而利用刀具长度来判定机床是否限位，例如，以stc1250水平工作台为例，由设备参数可知，当stc1250的摆动轴回转中心距工作台中心坐标值小于-50mm时，即发生限位。则可将s值设定为-50mm或大于-50mm的具体数值。
206、检测并提取各个刀具动作中的刀具长度最大值。
对于本实施例，在具体的应用场景中，实施例步骤206具体可以包括：按照刀具文件中的数据排列顺序检测各个刀具动作并更新检测状态，其中，检测状态包括已检测及待检测；确定已检测刀具动作中的刀具长度最大值；将刀具长度最大值与待检测刀具动作对应的待检测刀具长度进行对比，若判定待检测刀具长度大于刀具长度最大值，则将待检测刀具长度确定为刀具长度最大值。
对于本实施例，在后置处理过程中，是按照不同刀具动作进行数据录入的，在对刀位文件进行后置处理时，需要预先读取刀位文件，依次检测各个刀具动作是否会导致机床限位，具体可通过循环检测刀具动作中的刀具长度最大值，实时利用刀具长度最大值进行限位检测，当检测结果判定未发生限位时，也可同时判定在刀具长度小于或等于刀具长度最大值的刀具动作中必然不存在限位，故可简化检测流程，进而能够提高检测效率。其中，刀具长度最大值不是固定不变的，它会在已检测刀具动作更新时进行实时对比，当确定当前检测的刀具长度大于刀具长度最大值时，将当前刀具长度确定为刀具长度最大值，并重新进行限位检测；当确定当前检测的刀具长度小于或等于刀具长度最大值时，可将刀具长度最大值的限位检测结果确定为当前刀具长度对应的判定结果，即可免于进行限位检测。
例如，确定刀具文件中依次包含a、b、c、d四个刀具动作，并计算得出四个刀具动作对应的刀具长度分别为：a、b、c、d。则按照刀具文件的动作读取顺序，依次识别检测a、b、c、d四个刀具动作，当未进行检测时，a、b、c、d的检测状态均为待检测；开始检测时，预先将首个检测的刀具长度a确定为刀具长度最大值并进行限位状态的判定，若判定在刀具动作a处不存在限位，则将刀具动作a的检测状态标记为已检测，并进一步进行对刀具长度b的检测，若确定b小于或等于a，则判定在刀具动作b处不存在限位；若确定b大于a，则将刀具长度b替换作为刀具长度最大值，进而以刀具长度b为基础重新进行限位状态判定；若判定在刀具动作b处不存在限位，则将刀具动作b的检测状态标记为已检测，并继续进行刀具动作c的限位状态检测，将刀具长度c与刀具长度a、刀具长度b中的刀具长度最大值进行对比，若确定c小于或等于刀具长度最大值，则判定在刀具动作c处不存在限位；若确定c大于刀具长度最大值，则将刀具长度c替换作为刀具长度最大值，进而以刀具长度c为基础重新进行限位状态判定；相应的，若判定在刀具动作c处不存在限位，则将刀具动作c的检测状态标记为已检测，并继续进行刀具动作d的限位状态检测，将刀具长度d与刀具长度a、刀具长度b、刀具长度c中的刀具长度最大值进行对比，若确定d小于或等于刀具长度最大值，则判定在刀具动作d处不存在限位；若确定d大于刀具长度最大值，则将刀具长度d替换作为刀具长度最大值。
207、利用刀具长度最大值判定待检测机床的限位状态。
对于本实施例，相应的，实施例步骤207具体可包括：获取刀具长度最大值及刀具长度最大值对应的目标刀具动作；若确定刀具长度最大值小于限位阈值，则判定待检测机床在目标刀具动作处不存在限位；若确定刀具长度最大值大于或等于限位阈值，则判定待检测机床在目标刀具动作处存在限位。
其中，机床限位的预设阈值为人为根据加工中使用的刀具长度进行设定，即能判定出机床限位的最小数值，当确定刀具长度小于该预设阈值时，则可判定出待检测机床在目标刀具动作处不存在限位，反之则存在限位。
例如，基于实施例步骤206的实例，在筛选出刀具长度最大值后，如确定刀具长度a为刀具长度最大值，则将刀具长度a与限位阈值进行对比，并将对应的刀具动作a定义为目标刀具长度，若确定a小于限位阈值，则判定待检测机床在刀具动作a处不存在限位；若确定a大于或等于限位阈值，则判定待检测机床在刀具动作a处存在限位。同理，在依次检测刀具动作的过程中，若实现刀具长度最大值的更新，则需要按照上述方法，重新进行限位状态的检测，进一步确定出待检测机床在刀具动作b、c、d下的限位状态。
208、若判定待检测机床在目标刀具动作处不存在限位，则将目标刀具动作对应的位置信息输出到数控程序。
在具体的应用场景中，若判定在目标刀具动作处不存在机床限位，则可确定该刀具文件执行的安全性，进而可输入到具体的操作场景中，响应加工工序。
209、若判定待检测机床在目标刀具动作处存在限位，则输出机床限位的提示信息，提示信息中包含目标刀具动作对应的位置信息。
其中，提示信息可包括文字提示信息、图片提示信息、音频提示信息、视频提示信息、灯光提示信息、震动提示信息等。可通过音频、视频、或文字等多种形式，将机床限位的检测结果输出。
在本实施例中，在利用刀位文件预先判定机床限位时，如图3所示，可先读取刀位文件中的各个刀位动作，并计算出各个刀位动作对应的工作机床的摆动轴角度a、工作台旋转角度b、刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值zt，进而求解出各个刀具动作对应的刀具长度，通过判断框的检测判定，可从各个刀具长度中循环筛选出刀具长度最大值，每当确定出一个新的刀具长度最大值时，都需要重新判定该刀具长度最大值对应的刀具动作是否会导致机床限位。在判定刀具长度最大值小于限位阈值或当前刀具动作的刀具长度小于刀具长度最大值时，均可判定机床在当前刀具动作下不存在限位，进而继续进行后置处理过程。
通过上述判定机床限位的方法，可在刀位文件后置处理的过程中，添加限位检测环节，即预先计算出刀位文件中各个刀位动作分别对应的待检测机床的摆动轴角度、工作台旋转角度、刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值，进而结合已知设定好的工作参数信息，计算出各个刀位动作对应的刀具长度，通过将刀具长度与限位阈值进行比较，确定待检测机床在对应刀具动作中是否存在机床限位情况，若判定不存在机床限位，则将排除机床限位的刀位文件输出数控程序，继续进行数控程序加工；若判定存在机床限位，则停止后置处理操作，输出包含刀位文件中限位位置的提示信息，进一步提示排除限位状态，直至检测不出机床限位状态。通过上述方法，可在机床运行刀位文件之前，预先排查限位状态，能有效提高机床加工的安全性、可靠性。另外，作为一种优选方式，在利用刀具长度判定机床限位状态时，可采用筛选刀具长度最大值，利用刀具长度最大值进行替代性检测的方法，进而可简化检测步骤，提高工作效率。
进一步的，作为图1和图2所示方法的具体体现，本申请实施例提供了一种判定机床限位的装置，如图4所示，该装置包括：获取模块31、提取模块32、计算模块33、判定模块34。
获取模块31，可用于获取待检测机床数控加工的刀位文件及工作参数信息；
提取模块32，可用于从刀位文件中提取出工件坐标系下刀尖点对应各个刀具动作的位置信息；
计算模块33，可用于利用位置信息及工作参数信息计算各个刀具动作下的刀具长度；
判定模块34，可用于通过刀具长度判定待检测机床的限位状态。
在具体的应用场景中，为了利用位置信息及工作参数信息计算各个刀具动作下的刀具长度，计算模块33，具体可用于利用位置信息中的坐标矢量值计算待检测机床的摆动轴角度及工作台旋转角度；通过工作台旋转角度及位置信息中的坐标值计算刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值；利用刀具夹持点距摆动轴回转中心的距离、限位时摆动轴回转中心距工作台中心的距离、刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值及待检测机床的摆动轴角度计算各个刀具动作下的刀具长度。
在具体的应用场景中，利用位置信息中的坐标矢量值计算待检测机床的摆动轴角度及工作台旋转角度的计算公式可为：a＝-arccosj，
相应的，通过工作台旋转角度及位置信息中的坐标值计算刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值的计算公式可为：zt＝x×sin(b)+z×cos(b)，其中，zt为刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值，b为工作台旋转角度，x、z分别为工件坐标系下刀尖点在x轴和z轴的坐标值。
在具体的应用场景中，利用刀具夹持点距摆动轴回转中心的距离、限位时摆动轴回转中心距工作台中心的距离、刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值及待检测机床的摆动轴角度计算各个刀具动作下的刀具长度的计算公式可为：
在具体的应用场景中，为了通过刀具长度判定待检测机床的限位状态，判定模块34，具体可用于检测并提取各个刀具动作中的刀具长度最大值；利用刀具长度最大值判定待检测机床的限位状态。
相应的，为了检测并更新各个刀具动作中的刀具长度最大值，判定模块34，具体可用于按照刀具文件中的数据排列顺序检测各个刀具动作并获取检测状态，其中，检测状态包括已检测及待检测；确定已检测刀具动作中的刀具长度最大值；将刀具长度最大值与待检测刀具动作对应的待检测刀具长度进行对比，若判定待检测刀具长度大于刀具长度最大值，则将待检测刀具长度确定为刀具长度最大值。
在具体的应用场景中，为了利用刀具长度最大值判定待检测机床的限位状态，判定模块34，具体可用于获取刀具长度最大值及刀具长度最大值对应的目标刀具动作；若确定刀具长度最大值小于限位阈值，则判定待检测机床在目标刀具动作处不存在限位；若确定刀具长度最大值大于或等于限位阈值，则判定待检测机床在目标刀具动作处存在限位。
在具体的应用场景中，为了在判定出机床限位后，输出待检测机床的限位状态，如图5所示，本装置还包括：输出模块35。
输出模块35，可用于若判定在目标刀具动作处不存在机床限位，则将目标刀具动作对应的位置信息输出到数控程序；
输出模块35，还可用于若判定在目标刀具动作处存在机床限位，则输出机床限位的提示信息，提示信息中包含目标刀具动作对应的位置信息。
需要说明的是，本实施例提供的一种判定机床限位的装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1至图2中的对应描述，在此不再赘述。
基于上述如图1、图2所示的方法，以及图4、图5所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本申请实施例还提供了判定机床限位的装置，包括限位判定设备、存储设备、处理器及存储在存储设备上并可在处理器上运行的可读指令，其特征在于，所述处理器执行所述可读指令时控制所述限位判定设备实现上述如图1和图2所示的判定机床限位的方法。
本领域技术人员可以理解，本实施例提供的判定机床限位的装置结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本申请可在刀位文件后置处理的过程中，添加限位检测环节，即预先计算出刀位文件中各个刀具动作分别对应的待检测机床的摆动轴角度、工作台旋转角度、刀尖点在机床坐标系中的z轴坐标值，进而结合已知设定好的工作参数信息，计算出各个刀位动作对应的刀具长度，通过将刀具长度与限位阈值进行比较，确定待检测机床在对应刀位动作中是否存在机床限位情况，若判定不存在机床限位，则将排除机床限位的刀位文件输出数控程序，继续进行数控程序加工；若判定存在机床限位，则停止后置处理操作，输出包含刀位文件中限位位置的提示信息，进一步提示排除限位状态，直至检测不出机床限位状态。通过上述方法，可在机床运行刀位文件之前，预先排查限位状态，能有效提高机床加工的安全性、可靠性。另外，作为一种优选方式，在利用刀具长度判定机床限位状态时，可采用筛选刀具长度最大值，利用刀具长度最大值进行替代性检测的方法，进而可简化检测步骤，提高工作效率。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。
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