CN111857049A - 数控机床的控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控机床的控制方法和装置。其中，该方法包括：在每个采样周期内判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿；如果确定对反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值；基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值；基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿。本发明解决了相关技术中数控机床的伺服轴传动环节产生反向间隙，导致数控机床的误差较大的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床领域，具体而言，涉及一种数控机床的控制方法和装置。
背景技术
对于数控机床，传动机构的反向间隙和弹性形变等所产生的机床定位误差占整个加工误差的50％～60％。为了减少上述误差，在机械方面，可以通过使用高精度的滚珠丝杠以及丝杠安装时加入预紧力的方法，在一定程度上降低反向间隙的影响。但是，丝杠总是存在制造误差，加之长期使用会产生磨损。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种数控机床的控制方法和装置，以至少解决相关技术中数控机床的伺服轴传动环节产生反向间隙，导致数控机床的误差较大的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种数控机床的控制方法，包括：在每个采样周期内判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿；如果确定对反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值；基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值；基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿。
可选地，在基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值之前，该方法还包括：获取数控机床的输入信号的变化率；如果变化率大于第一预设值，则基于预设加速度值和反向间隙值，按照正向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值；如果变化率小于第一预设值，则基于预设加速度值和反向间隙值，按照负向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值。
可选地，基于预设加速度值和反向间隙值，按照正向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值包括：基于反向间隙值，确定第一目标补偿值；获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；将上一采样周期的反向间隙补偿值与第一目标补偿值进行比较，得到第一比较结果；基于第一比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；获取上一采样周期的反向间隙补偿值与当前采样周期的进给位移周期增量之和，得到当前采样周期的反向间隙补偿值。
可选地，基于第一比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量包括：获取预设加速度值与当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；在第一比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值小于第一目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之和，得到当前采样周期的进给位移周期增量；在第一比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值大于或等于第一目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之差，得到当前采样周期的进给位移周期增量。
可选地，在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，该方法还包括：判断上一采样周期的反向间隙补偿值是否大于反向间隙值，或上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；如果上一采样周期的反向间隙补偿值大于反向间隙值，或上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿。
可选地，基于预设加速度值和反向间隙值，按照负向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值包括：基于反向间隙值，确定第二目标补偿值；获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；将上一采样周期的反向间隙补偿值与第二目标补偿值进行比较，得到第二比较结果；基于第二比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；获取上一采样周期的反向间隙补偿值与当前采样周期的进给位移周期增量之差，得到当前采样周期的反向间隙补偿值。
可选地，基于第二比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量包括：获取预设加速度值与当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；在第二比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值大于第二目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之和，得到当前采样周期的进给位移周期增量；在第二比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值小于或等于第二目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之差，得到当前采样周期的进给位移周期增量。
可选地，在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，该方法还包括：判断上一采样周期的反向间隙补偿值是否小于反向间隙值的相反数，或上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；如果上一采样周期的反向间隙补偿值小于相反数，或上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿。
可选地，反向间隙补偿值的初始值为第三预设值，且进给位移周期增量的初始值基于预设加速度值和当前采样周期确定。
可选地，判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿包括：获取数控机床的当前运动方向；将数控机床的输入信号的变化率与第四预设值进行比较；如果当前运动方向是正方向，且变化率小于第四预设值，当前运动方向是负方向，且变化率大于第四预设值，则确定对反向间隙进行补偿；如果当前运动方向是正方向，且变化率大于或等于第四预设值，或，当前运动方向是负方向，且变化率小于或等于第四预设值，则确定禁止对反向间隙进行补偿。
可选地，在确定对反向间隙进行补偿的情况下，确定补偿标志位为第五预设值；在确定禁止对反向间隙进行补偿的情况下，确定补偿标志位为第六预设值。
可选地，预设加速度值小于数控机床的伺服电机驱动力矩的启动加速度，且小于或等于伺服电机的最大加速度与正常加速运动时的加速度之差。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种数控机床的控制装置，包括：判断模块，用于在每个采样周期内判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿；获取模块，用于如果确定对反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值；确定模块，用于基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值；补偿模块，用于基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述的数控机床的控制方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的数控机床的控制方法。
在本发明实施例中，在当前采样周期内确定对数控机床的反向间隙进行补偿的情况下，可以基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值，并基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿，从而实现了基于加减速控制的阶跃式反向间隙补偿，容易注意到的是，通过将加减速控制方法引入反向间隙补偿中，可在满足执行电机动态性能要求的同时，实现最短的反向间隙补偿时间，达到提升机床加工精度、降低成本的技术效果，进而解决了相关技术中数控机床的伺服轴传动环节产生反向间隙，导致数控机床的误差较大的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据现有技术的一种数控机床x轴系统结构的示意图；
图2是根据现有技术的一种位置伺服系统的动态模型的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种数控机床的控制方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的直线加减速曲线的示意图；
图5是根据本发明实施例的一种可选的实现反向间隙补偿加减速曲线的示意图；以及
图6是根据本发明实施例的一种数控机床的控制装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了提高加工精度、降低成本，可以采用带反向间隙补偿功能的数控机床。如图1所示，数控机床伺服进给系统由交流伺服电机1和滚珠丝杠2实现位置伺服进给，丝杠螺母3实现电机的旋转运动到工作台4直线平动之间的转换。由电机1自带的旋转编码器5检测电机1的实际运动角度。为了计算方便，将传动机构简化为一个比例环节和一个反向间隙环节，对于使用的交流伺服驱动单元，可以采用速度闭环调速结构。
如图2所示，P为位置控制器；V为速度控制器；ωi为速度回路输入信号；ωo为速度回路输出信号；Td为系统的干扰力矩，主要由摩擦转矩和电机本身的转矩波动引起；KT为力矩常数；J为转动惯量，为电机本身转动惯量和机械传动环节所折算的转动惯量之和；Kω为滚珠丝杠传动环节螺距系数；D为滚珠丝杠的反向间隙；R为输入信号；x'和x分别为考虑反向间隙环节前后工作台位置输出，其中，x'为电机转角位置θ与丝杠螺距Kω之积，x可由外部激光干涉仪检测得到。
图2中的工作台实际位置x是x'和时间的函数，由于反向间隙的影响，x并不能在每一时刻都随x'而线性变化。当伺服轴运动换向时，x'与x之间的位置偏差在0和D之间变动，当偏差到达反向间隙D以后，x又开始随x'线性变化。为抵消由于反向间隙引起的误差，当伺服轴换向时，可将反向间隙补偿信号Rc反向加到系统的反馈位置输入上，Rc的幅度等于反向间隙D，Rc的符号由输入信号R的变化率决定，具体关系如下公式所示：
此时，伺服系统的实际反馈等于编码器的测量值x'与反向间隙补偿值Rc之差，这种保持补偿信号的幅度、而只改变补偿信号符号的反向间隙补偿方法被称为阶跃式反向间隙补偿。
在实现反向间隙补偿时，需要保证伺服系统运动平衡性，避免发生冲击和振荡，因此，在加入反向间隙补偿时，需要考虑伺服电机驱动能力的限制，例如，反向间隙补偿值不能在一个采样周期内一次性加入，否则将引起执行器输出饱和，产生很大的跟随误差。同时，加入反向间隙补偿时所引起的电机加减速度要满足伺服电机驱动力矩所限定的启动和停止加减速度的限制。而另一方面，对于换向频繁的快速运动系统，要求反向间隙补偿能在最短的时间内完成，以保证系统的定位精度。为满足以上的各方面限制条件，本发明可以将加减速控制方法引入反向间隙补偿中，实现一种基于加减速控制的阶跃式反向间隙补偿算法，通过该算法可以使系统在满足过渡过程加减速控制的前提下，以最短的时间完成反向间隙补偿。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种数控机床的控制方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图3是根据本发明实施例的一种数控机床的控制方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S302，在每个采样周期内判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿。
上述步骤中的采样周期可以是数控机床在运行过程预先设置的需要进行反向补偿判定的周期。
在一种可选的实施例中，可以通过判断伺服轴运动方向是否需要进行反向间隙补偿，如果运动方向发生变换，则确定需要进行反向间隙补偿；如果运动方向未发生变换，则确定不需要进行反向间隙补偿。进一步地，伺服轴运动方向是否发生变换可以通过判断当前运动方向和输入信号的变化率是否匹配，例如，当前运动方向是正向，输入信号的变化率小于0，也即，输入信号的变化率是负向，因此，当前运动方向和输入信号的变化率不匹配，确定伺服轴运动方向发生变换；又例如，当前运动方向是正向，输入信号的变化率大于0，也即，输入信号的变化率是正向，因此，当前运动方向和输入信号的变化率匹配，确定伺服轴运动方向未发生变换；又例如，当前运动方向是负向，输入信号的变化率大于0，也即，输入信号的变化率是正向，因此，当前运动方向和输入信号的变化率不匹配，确定伺服轴运动方向发生变换；又例如，当前运动方向是负向，输入信号的变化率小于0，也即，输入信号的变化率是负向，因此，当前运动方向和输入信号的变化率匹配，确定伺服轴运动方向未发生变换。
可选地，在确定对反向间隙进行补偿的情况下，确定补偿标志位为第五预设值；在确定禁止对反向间隙进行补偿的情况下，确定补偿标志位为第六预设值。
上述的补偿标志位可以是补偿完成标志Done，第五预设值可以是用于表征需要进行反向间隙补偿的取值，第六预设值可以是用于表征不需要进行反向间隙补偿的取值，例如，第五预设值可以是0，第六预设值可以是1，但不仅限于此。
步骤S304，如果确定对反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值。
可选地，预设加速度值小于数控机床的伺服电机驱动力矩的启动加速度，且小于或等于伺服电机的最大加速度与正常加速运动时的加速度之差。
上述的预设加速度值可以是设定的常量值。加减速控制过程中速度相对于时间的函数关系式v＝f(t)。它应满足以下几个约束条件：(1)加速过程的加速度应在小于由伺服电机驱动力矩所限定的启动加速度的前提下尽量地大，以保证启动时不失步，又有较快的响应速度；(2)减速过程的速度变化率应在到位前缓减至零，以保证停止时不超程；(3)在加减速过程结束时，应使实际位置与指令位置一致，以保证位置精度。
步骤S306，基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值。
直线加减速曲线如图4所示，加速度a小于等于伺服电机驱动力矩所限定的启动加速度。其中，vc为轴平均进给速度，t1为加速时间，S为加速、恒速和减速等3个过程的位移和。实现反向间隙补偿加减速曲线如图5所示，整个补偿过程由加速段和减速段两个过程构成，两个阶段所围的面积为反向间隙补偿距离D。其中，加速度a不但要求小于伺服电机驱动力矩所限定的启动加速度，还需满足a小于等于电机限定的最大加速度与正常加速运动时设定的加速度之差。由于将图5中恒速运动时间设计为零，这样在满足加减速控制的同时，实现了最短的反向间隙补偿时间。
步骤S308，基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿。
在一种可选的实施例中，如果确定需要进行反向间隙补偿，也即，Done＝0，则数控机床的最终反馈值＝实际编码器反馈x'-反向间隙补偿Rc，将加入反向间隙补偿后的位置反馈值代入控制算法计算控制输出，即可实现反向间隙补偿。如果确定不需要进行反向间隙补偿，也即，Done＝1，则直接将实际编码器反馈的x'代入控制算法计算控制输出。
通过本发明上述实施例，在每个采样周期内确定对数控机床的反向间隙进行补偿的情况下，可以基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值，并基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿，从而实现了基于加减速控制的阶跃式反向间隙补偿，容易注意到的是，通过将加减速控制方法引入反向间隙补偿中，可在满足执行电机动态性能要求的同时，实现最短的反向间隙补偿时间，达到提升机床加工精度、降低成本的技术效果，进而解决了相关技术中数控机床的伺服轴传动环节产生反向间隙，导致数控机床的误差较大的技术问题。
可选地，在基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值之前，该方法还包括：获取数控机床的输入信号的变化率；如果变化率大于第一预设值，则基于预设加速度值和反向间隙值，按照正向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值；如果变化率小于第一预设值，则基于预设加速度值和反向间隙值，按照负向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值。
上述步骤中的第一预设值可以是0，但不仅限于此，可以根据实际需要进行设定。
在一种可选的实施例中，在每个采样周期内判断是否需要反向间隙补偿，而且，由于加减速控制方法，反向间隙补偿可以具体划分为正向补偿和反向补偿。如果输入信号变化率R>0，则确定为正向补偿，如果输入信号变化率R<0，则确定为负向补偿。
可选地，基于预设加速度值和反向间隙值，按照正向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值包括：基于反向间隙值，确定第一目标补偿值；获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；将上一采样周期的反向间隙补偿值与第一目标补偿值进行比较，得到第一比较结果；基于第一比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；获取上一采样周期的反向间隙补偿值与当前采样周期的进给位移周期增量之和，得到当前采样周期的反向间隙补偿值。
如图5所示，加速过程OA段：t＝KT时刻(T为采样周期)，所补偿的位置Sk满足：
Sk＝1/2a(KT)2＝1/2a[(K-1)T]2+1/2aT2+(K-1)aT2，
其中，t＝(K-1)T时刻，
Sk-1＝1/2a[(K-1)T]2，
由上述两个公式相减得到加速过程进给位移周期增量为：
ΔSk＝Sk-Sk-1＝KaT2-1/2aT2，
ΔSk的变化率为：dΔSk＝ΔSk-ΔSk-1＝aT2，
从上述公式可以确定加速过程每个采样周期面积变化增量ΔSk与前一采样周期的ΔSk-1相比，是以aT2递增的。由于图5中减速过程曲线AB同加速过程OA之间是关于垂直轴对称的，因此可直接得出结论：减速过程AB每个采样周期的面积变化增量ΔSk与ΔSk相比，是以aT2递减的。
可选地，反向间隙补偿值的初始值为第三预设值，且进给位移周期增量的初始值基于预设加速度值和当前采样周期确定。
上述的反向间隙补偿值可以用Rc表示，可以将其初始化设置为第三预设值，例如Rc＝0；进给位移周期增量可以用ΔS表示，可以将其初始化设置为ΔS＝-0.5aT2。
上述步骤中的第一目标补偿值可以是0.5D，但不仅限于此，也可以根据实际情况进行限定。
在一种可选的实施例中，在每个采样周期内，可以获取上一采样周期的反向间隙补偿值Rc和进给位移周期增量ΔS，并将Rc和0.5D进行比较，当Rc<0.5D时，可以采用第一公式计算当前采样周期的ΔS；当Rc≥0.5D时，可以采用第二公式计算当前采样周期的ΔS，进一步地，当前采样周期的Rc＝上一采样周期的Rc+当前采样周期的ΔS。
可选地，基于第一比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量包括：获取预设加速度值与当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；在第一比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值小于第一目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之和，得到当前采样周期的进给位移周期增量；在第一比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值大于或等于第一目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之差，得到当前采样周期的进给位移周期增量。
上述步骤中的增量变化率可以是固定值，增量变化率dΔS＝aT2。
在一种可选的实施例中，当Rc<0.5D时，可以采用第一公式计算当前采样周期的ΔS，第一公式为：当前采样周期的ΔS＝上一采样周期的ΔS+dΔS；当Rc≥0.5D时，可以采用第二公式计算当前采样周期的ΔS，第二公式为：前采样周期的ΔS＝上一采样周期的ΔS-dΔS。
可选地，在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，该方法还包括：判断上一采样周期的反向间隙补偿值是否大于反向间隙值，或上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；如果上一采样周期的反向间隙补偿值大于反向间隙值，或上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿。
上述步骤中的第二预设值可以是0，但不仅限于此，可以根据实际需要进行设定。
在一种可选的实施例中，如果上一采样周期的Rc＞D，或上一采样周期的ΔS＜0，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿，Done＝1。
可选地，基于预设加速度值和反向间隙值，按照负向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值包括：基于反向间隙值，确定第二目标补偿值；获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；将上一采样周期的反向间隙补偿值与第二目标补偿值进行比较，得到第二比较结果；基于第二比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；获取上一采样周期的反向间隙补偿值与当前采样周期的进给位移周期增量之差，得到当前采样周期的反向间隙补偿值。
上述步骤中的第二目标补偿值可以是-0.5D，但不仅限于此，也可以根据实际情况进行限定。
在一种可选的实施例中，在每个采样周期内，可以获取上一采样周期的反向间隙补偿值Rc和进给位移周期增量ΔS，并将Rc和-0.5D进行比较，当Rc>-0.5D时，可以采用第一公式计算当前采样周期的ΔS；当Rc≤-0.5D时，可以采用第二公式计算当前采样周期的ΔS，进一步地，当前采样周期的Rc＝上一采样周期的Rc-当前采样周期的ΔS。
需要说明的是，无论是正向补偿还是负向补偿，上述的第一公式和第二公式均相同。
可选地，基于第二比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量包括：获取预设加速度值与当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；在第二比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值大于第二目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之和，得到当前采样周期的进给位移周期增量；在第二比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值小于或等于第二目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之差，得到当前采样周期的进给位移周期增量。
在一种可选的实施例中，当Rc>-0.5D时，可以采用第一公式计算当前采样周期的ΔS，第一公式为：当前采样周期的ΔS＝上一采样周期的ΔS+dΔS；当Rc≤-0.5D时，可以采用第二公式计算当前采样周期的ΔS，第二公式为：前采样周期的ΔS＝上一采样周期的ΔS-dΔS。
可选地，在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，该方法还包括：判断上一采样周期的反向间隙补偿值是否小于反向间隙值的相反数，或上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；如果上一采样周期的反向间隙补偿值小于相反数，或上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿。
在一种可选的实施例中，如果上一采样周期的Rc＜-D，或上一采样周期的ΔS＜0，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿，并设置Done＝1。
可选地，判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿包括：获取数控机床的当前运动方向；将数控机床的输入信号的变化率与第四预设值进行比较；如果当前运动方向是正方向，且变化率小于第四预设值，当前运动方向是负方向，且变化率大于第四预设值，则确定对反向间隙进行补偿；如果当前运动方向是正方向，且变化率大于或等于第四预设值，或，当前运动方向是负方向，且变化率小于或等于第四预设值，则确定禁止对反向间隙进行补偿。
上述步骤中的第四预设值可以是用于判断输入信号的变化率是正向还是负向的值，例如，可以是0，但不仅限于此。
在一种可选的实施例中，可以通过当前运动方向，以及R与0的比较关系，确定是否需要进行反向间隙补偿。如果当前运动方向是负向，输入信号的变化率R>0，则确定需要进行正向补偿，并设置Done＝0；如果当前运动方向是正向，输入信号的变化率R<0，则确定需要进行负向补偿，并设置Done＝0；其他情况，也即，如果当前运动方向是正向，输入信号的变化率R>0，或当前运动方向是负向，输入信号的变化率R<0，则确定不需要进行反向间隙补偿，并设置Done＝1。
本发明上述实施例提供的方案可以应用于机床伺服轴上，可以有效补偿伺服轴传动环节所产生的反向间隙，可在满足执行电机动态性能要求的同时,实现最短的反向间隙补偿时间，提高机床加工精度。
实施例2
根据本发明实施例，提供了一种数控机床的控制装置，该装置可以执行上述实施例1中的数控机床的控制方法，本实施例的具体实施方案与优选应用场景与上述实施例1相同，在此不作赘述。
图6是根据本发明实施例的一种数控机床的控制装置的示意图，如图6所示，该装置包括：
判断模块62，用于在每个采样周期内判断是否对数控机床的反向间隙进行补偿。
获取模块64，用于如果确定对反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值。
确定模块66，用于基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值。
补偿模块68，用于基于每个采样周期的反向间隙补偿值，对数控机床的反向间隙进行补偿。
可选地，该装置还包括：获取模块，用于在基于预设加速度值和反向间隙值，确定每个采样周期的反向间隙补偿值之前，获取数控机床的输入信号的变化率；确定模块还用于如果变化率大于第一预设值，则基于预设加速度值和反向间隙值，按照正向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值；确定模块还用于如果变化率小于第一预设值，则基于预设加速度值和反向间隙值，按照负向补偿算法确定每个采样周期的反向间隙补偿值。
可选地，确定模块包括：第一确定单元，用于基于反向间隙值，确定第一目标补偿值；第一获取单元，用于获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；第一比较单元，用于将上一采样周期的反向间隙补偿值与第一目标补偿值进行比较，得到第一比较结果；第一处理单元，用于基于第一比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；第二获取单元，用于获取上一采样周期的反向间隙补偿值与当前采样周期的进给位移周期增量之和，得到当前采样周期的反向间隙补偿值。
可选地，第一处理单元包括：第一获取子单元，用于获取预设加速度值与当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；第二获取子单元，用于在第一比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值小于第一目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之和，得到当前采样周期的进给位移周期增量；第三获取子单元，用于在第一比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值大于或等于第一目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之差，得到当前采样周期的进给位移周期增量。
可选地，判断模块还用于在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，判断上一采样周期的反向间隙补偿值是否大于反向间隙值，或上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；确定模块还用于如果上一采样周期的反向间隙补偿值大于反向间隙值，或上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿。
可选地，确定模块包括：第二确定单元，用于基于反向间隙值，确定第二目标补偿值；第三获取单元，用于获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；第二比较单元，用于将上一采样周期的反向间隙补偿值与第二目标补偿值进行比较，得到第二比较结果；第二处理单元，用于基于第二比较结果，预设加速度值，以及上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；第四获取单元，用于获取上一采样周期的反向间隙补偿值与当前采样周期的进给位移周期增量之差，得到当前采样周期的反向间隙补偿值。
可选地，第二处理单元包括：第四获取子单元，用于获取预设加速度值与当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；第五获取子单元，用于在第二比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值大于第二目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之和，得到当前采样周期的进给位移周期增量；第六获取子单元，用于在第二比较结果为上一采样周期的反向间隙补偿值小于或等于第二目标补偿值的情况下，获取上一采样周期的进给位移周期增量与增量变化率之差，得到当前采样周期的进给位移周期增量。
可选地，判断模块还用于在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，判断上一采样周期的反向间隙补偿值是否小于反向间隙值的相反数，或上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；确定模块还用于如果上一采样周期的反向间隙补偿值小于相反数，或上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对数控机床的反向间隙进行补偿。
可选地，判断模块包括：第五获取单元，用于获取数控机床的当前运动方向；第三比较单元，用于将数控机床的输入信号的变化率与第四预设值进行比较；第三确定单元，用于如果当前运动方向是正方向，且变化率小于第四预设值，当前运动方向是负方向，且变化率大于第四预设值，则确定对反向间隙进行补偿；第四确定单元，用于如果当前运动方向是正方向，且变化率大于或等于第四预设值，或，当前运动方向是负方向，且变化率小于或等于第四预设值，则确定禁止对反向间隙进行补偿。
实施例3
根据本发明实施例，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述实施例1中的数控机床的控制方法。
实施例4
根据本发明实施例，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述实施例1的数控机床的控制方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，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。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，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，可以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，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
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(可为个人计算机、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、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种数控机床的控制方法，其特征在于，包括：
在每个采样周期内判断是否对所述数控机床的反向间隙进行补偿；
如果确定对所述反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值；
基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值；
基于所述每个采样周期的反向间隙补偿值，对所述数控机床的反向间隙进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值之前，所述方法还包括：
获取所述数控机床的输入信号的变化率；
如果所述变化率大于第一预设值，则基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，按照正向补偿算法确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值；
如果所述变化率小于所述第一预设值，则基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，按照负向补偿算法确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，按照正向补偿算法确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值包括：
基于所述反向间隙值，确定第一目标补偿值；
获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；
将所述上一采样周期的反向间隙补偿值与所述第一目标补偿值进行比较，得到第一比较结果；
基于所述第一比较结果，所述预设加速度值，以及所述上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；
获取所述上一采样周期的反向间隙补偿值与所述当前采样周期的进给位移周期增量之和，得到所述当前采样周期的反向间隙补偿值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述第一比较结果，所述预设加速度值，以及所述上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量包括：
获取所述预设加速度值与所述当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；
在所述第一比较结果为所述上一采样周期的反向间隙补偿值小于所述第一目标补偿值的情况下，获取所述上一采样周期的进给位移周期增量与所述增量变化率之和，得到所述当前采样周期的进给位移周期增量；
在所述第一比较结果为所述上一采样周期的反向间隙补偿值大于或等于所述第一目标补偿值的情况下，获取所述上一采样周期的进给位移周期增量与所述增量变化率之差，得到所述当前采样周期的进给位移周期增量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，所述方法还包括：
判断所述上一采样周期的反向间隙补偿值是否大于所述反向间隙值，或所述上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；
如果所述上一采样周期的反向间隙补偿值大于所述反向间隙值，或所述上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对所述数控机床的反向间隙进行补偿。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，按照负向补偿算法确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值包括：
基于所述反向间隙值，确定第二目标补偿值；
获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量；
将所述上一采样周期的反向间隙补偿值与所述第二目标补偿值进行比较，得到第二比较结果；
基于所述第二比较结果，所述预设加速度值，以及所述上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量；
获取所述上一采样周期的反向间隙补偿值与所述当前采样周期的进给位移周期增量之差，得到所述当前采样周期的反向间隙补偿值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述第二比较结果，所述预设加速度值，以及所述上一采样周期的进给位移周期增量，得到当前采样周期的进给位移周期增量包括：
获取所述预设加速度值与所述当前采样周期的平方的乘积，确定增量变化率；
在所述第二比较结果为所述上一采样周期的反向间隙补偿值大于所述第二目标补偿值的情况下，获取所述上一采样周期的进给位移周期增量与所述增量变化率之和，得到所述当前采样周期的进给位移周期增量；
在所述第二比较结果为所述上一采样周期的反向间隙补偿值小于或等于所述第二目标补偿值的情况下，获取所述上一采样周期的进给位移周期增量与所述增量变化率之差，得到所述当前采样周期的进给位移周期增量。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在获取上一采样周期的反向间隙补偿值和进给位移周期增量之后，所述方法还包括：
判断所述上一采样周期的反向间隙补偿值是否小于所述反向间隙值的相反数，或所述上一采样周期的进给位移周期增量是否小于第二预设值；
如果所述上一采样周期的反向间隙补偿值小于所述相反数，或所述上一采样周期的进给位移周期增量小于第二预设值，则确定禁止对所述数控机床的反向间隙进行补偿。
9.根据权利要求3或6所述的方法，其特征在于，所述反向间隙补偿值的初始值为第三预设值，且所述进给位移周期增量的初始值基于所述预设加速度值和所述当前采样周期确定。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断是否对所述数控机床的反向间隙进行补偿包括：
获取所述数控机床的当前运动方向；
将所述数控机床的输入信号的变化率与第四预设值进行比较；
如果所述当前运动方向是正方向，且所述变化率小于所述第四预设值，所述当前运动方向是负方向，且所述变化率大于所述第四预设值，则确定对所述反向间隙进行补偿；
如果所述当前运动方向是正方向，且所述变化率大于或等于所述第四预设值，或，所述当前运动方向是负方向，且所述变化率小于或等于所述第四预设值，则确定禁止对所述反向间隙进行补偿。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在确定对所述反向间隙进行补偿的情况下，确定补偿标志位为第五预设值；在确定禁止对所述反向间隙进行补偿的情况下，确定补偿标志位为第六预设值。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设加速度值小于所述数控机床的伺服电机驱动力矩的启动加速度，且小于或等于所述伺服电机的最大加速度与正常加速运动时的加速度之差。
13.一种数控机床的控制装置，其特征在于，包括：
判断模块，用于在每个采样周期内判断是否对所述数控机床的反向间隙进行补偿；
获取模块，用于如果确定对所述反向间隙进行补偿，则获取预设加速度值和反向间隙值；
确定模块，用于基于所述预设加速度值和所述反向间隙值，确定所述每个采样周期的反向间隙补偿值；
补偿模块，用于基于所述每个采样周期的反向间隙补偿值，对所述数控机床的反向间隙进行补偿。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至12中任意一项所述的数控机床的控制方法。
15.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至12中任意一项所述的数控机床的控制方法。
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