用于优化计算机数控机器加工进程生产率的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于优化至少一台计算机数控机器加工进程的生产率的方法，所述计算机数控机器包括可由一个或多个驱动轴移动的至少一个加工工具，所述加工进程为一个给定数控程序所控制，该给定数控程序定义用于所述至少一个加工工具的至少一个工具路径，以及沿着所述工具路径的一个路径速度分布，其中所述方法包括与所述给定数控程序所定义的所述路径速度分布相比，提高沿着所述工具路径的所述路径速度，其中提高沿着所述工具路径的所述路径速度的实现适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的相应动力限制，特别是适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的最大轴速度和最大轴加速度，以及适当考虑了加工极限(由于所述计算机数控机器的加工能力，所述加工极限影响所述路径速度)，特别是所述加工机器。该方法还包括通过沿着所述工具路径的所述提高的路径速度来适配所述给定数控程序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化计算机数控机器加工进程生产率的方法
本专利技术涉及一种用于优化关于一个给定数控程序的至少一台计算机数控机器的加工进程的生产率的方法。
技术介绍
本专利技术涉及的计算机数控机器通常包括可由一个或多个驱动轴移动的至少一个加工工具。所述加工进程本身由一个给定数控程序所控制，该给定数控程序定义了用于所述至少一个加工工具的至少一个工具路径，以及沿着所述工具路径的一个路径速度分布。关于数控编程的进程，主要目标主要集中在确保机器产生所需的部件几何形状和部件表面质量。对于执行铣削、磨削和车削等切削加工的机器工具，切削参数的编程方式首先和最重要的在于切削速度(刀刃和材料之间的速度)符合材料属性和计算机数控机器的性能。然而，今天的数控编程大多数没有最大化机器的全部加工潜力，因为其动态性能尚未完全被理解或者未被充分考虑，如现在关于铣削进程将要描述的那样。因此，计算机数控机器的实际生产率通常远低于理论最大生产率。仔细观察铣削进程后，数控编程人员正在使用CAM(计算机辅助制造)系统为计算机数控机器生成数控程序。铣削加工的生产率很大程度上取决于计算机辅助制造系统设置的参数，如轴速度、轴加速度、主轴转速、切削速度和铣削工具的切削量。截至今天，这些参数通常如下确定。每个驱动轴的最大速度和加速度由机器制造商提供。在对工具路径的参数进行编程时(在铣削进程中机器工具沿着工具路径前行)，数控编程人员会考虑这些数字。为了避免任何质量问题，数控程序员通常选择远低于指定最大值的速度和加速度值，以确保所需的部件质量。刀具的切削刃与材料之间的速度是切削速度，切削速度取决于铣削工具沿着工具路径的路径速度(进给速度)、用于转动铣削工具的主轴转速(公转)和铣刀的几何设计，对此主轴转速为主要参数。优选的也是最大切削速度由刀具供应商定义，而这对不同材质是不同的。在数控编程进程中，实际切割速度通常选择为低于刀具供应商的最大定义速度，因为数控程序员希望避免机器过载的风险、刀具老化速度非常快的风险，以及加工导致不良部件表面的风险。在刀具与材料之间的体积交集以及刀具沿着工具路径的行程限定了在铣削期间被移除的体积。切割量越大，所需的切削力越高，材料去除所需的切割功率越高。关于所需的切削力和功率，限制因素由铣削工具本身、主轴的最大功率以及计算机数控机器结构的动态刚度给出。然而，今天的计算机辅助制造系统不提供任何智能或算法对数控编程进程的这些限制进行考虑，至少不适用于5轴铣削操作。因此，数控程序在最大切割量和最大切割负载方面再次采用非常保守的做法。由计算机辅助制造系统生成的数控程序由后处理器进一步处理，后处理器使数控程序适配于特定的计算机数控控制器和目标机器的功能。后处理的结果是，生产率进一步降低。最后，如果首次将一个新数控程序加载到一台计算机数控控制器中，则新的制造进程的实施和设置由机器操作员或数控程序员完成，在加工进程中出于安全考虑，他们通常会在此之前再次降低机器的进给速度和机器速度。结果是，加工进程产生符合所有质量要求的良好部件。然而，关于每部分生产时间方面的生产率，这个进程大多远离最大可能。我们在钻削、车削、激光切割、水刀切割和焊接进程方面也发现了相同的情况。总之，可以说，加工进程的现实最大生产率远远低于实际使用的生产率，原因如下：-数控程序员的安全和保守思维；-计算机辅助制造系统使用简化的、不切实际的机型；-计算机辅助制造系统不为5轴操作考虑切割量；-缺少用于生产率分析和优化的分析IT工具；-后处理器操作缺陷；-机器操作员的安全和保守思维；因此，由于对于驱动轴的动力限制、工具的最大切削速度、切削量的考虑不足，今天的数控加工进程并不能最大限度地发挥其生产率潜力。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供用于优化由一个给定数控程序定义的至少一台计算机数控机器的一个给定加工进程的生产率的一种方法。根据本专利技术，该目的通过根据权利要求1的方法来实现。根据本专利技术的方法包括：-与所述给定数控程序所定义的所述路径速度分布相比，迭代地提高沿着所述工具路径的所述路径速度，其中沿着所述工具路径提高所述路径速度的实现适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的所述相应动力限制，特别是适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的最大轴速度和最大轴加速度，以及适当考虑了由于所述计算机数控机器的加工能力影响所述路径速度的加工极限，特别是所述加工工具；以及-通过沿着所述工具路径的所述提高的路径速度，来适配所述给定数控程序。根据本专利技术，已经认识到数控编程中的常见安全思想忽略了机器制造商定义的最大速度和加速度值实际上不反映关于适当工件质量的任何限制值，而是反映了关于计算机数控机器的损伤阈值及其动力能力的最大允许值。同样地，也已经意识到到目前为止，对影响路径速度的加工参数作为加工极限是非常小心的，因此影响了加工进程的生产率。例如，铣削工具的转速经常被选择为低于工具的实际允许的最大切削速度，因为数控程序员希望避免机器过载、刀具老化和不良部件表面的风险。然而，减少转速通常伴随着路径速度的降低，由于其他原因主轴转速(公转)和路径速度之间的固定比例将被保持。由于工具路径速度与给定进程的生产率成正比，因此路径速度的任何不必要的降低都自动意味着生产率的损失。因此，在第一阶段中，本专利技术教导了与所述给定数控程序所定义的所述路径速度分布相比，迭代地提高沿着所述工具路径的所述路径速度，适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的所述相应动力限制，特别是适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的最大轴速度和最大轴加速度，以及适当考虑了由于所述计算机数控机器的加工能力影响所述路径速度的实际加工极限。这样做，通过沿着所述工具路径(路径速度分布)的所述提高的路径速度，可适配所述给定数控程序。根据本专利技术的一个优选实施例，提高沿着工具路径的路径速度包括最大化沿着工具路径的路径速度，直到到达所述多个驱动轴中的一个或至少一个驱动轴的相应动力限制或者达到至少所述加工极限之一。提高或最大化路径速度优选在整个数控程序上逐段执行，该数控程序通常包括多个数控程序段，即数控程序的每个程序段。每个数控程序段定义一个特定子程序，该子程序包括一个相应子工具路径、一个相应子路径速度和其他加工参数，例如在铣削进程的情形下驱动所述铣削工具的主轴转速(公转)。每个数控程序段可定义相应工具路径的(子)路径速度的一个单值，该值表示相应工具路径的几何形状。例如，如果一个工具路径非常弯曲，那么与一条直线工具路径相比，工具路径速度通常要小得多。当然，路径速度不能任意提高。总体限制由要实现的预定义工件质量决定。确定关于预定义工件质量的绝对最大路径速度的最简单方法是一种试错法，即迭代地提高数控程序中沿着工具路径的路径速度，并就每个迭代加工一个工件，并对该工件进行质量测量。重复这个迭代进程，直到加工的工件超出了对于工件质量的预定标准，或直到达到多个驱动轴中的一个或至少其中一个驱动轴的相应动力限制，或直到达到至少一个加工极限。然而，使用今天的测量系统确定工件质量非常耗时，因为在下一次迭代之前必须等待各个相应测量的结果。如果加工的工件非常复杂，则可能需要几天甚至几周才能确定工件的质量。截至今天，实现部件测量的最常用方法是将成品部件转移到一个测量装置。这种方法的缺点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于优化至少一台计算机数控机器加工进程的生产率的方法，所述计算机数控机器包括可由一个或多个驱动轴移动的至少一个加工工具，所述加工进程为一个被给定数控程序所控制，所述给定数控程序定义了用于所述至少一个加工工具的至少一个工具路径，以及沿着所述工具路径的一个路径速度分布，其中所述方法包括：‑与所述给定数控程序所定义的所述路径速度分布相比，迭代地提高沿着所述工具路径的所述路径速度，其中径迭代地提高沿着所述工具路的所述路径速度的实现适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的所述相应动力限制，特别是适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的最大轴速度和最大轴加速度，以及适当考虑了由于所述计算机数控机器的加工能力影响所述路径速度的加工极限，特别是所述加工工具；‑通过沿着所述工具路径的所述提高的路径速度来适配所述给定数控程序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.31 US 62/073,435;2014.10.31 US 62/073,461;1.一种用于优化至少一台计算机数控机器加工进程的生产率的方法，所述计算机数控机器包括可由一个或多个驱动轴移动的至少一个加工工具，所述加工进程为一个被给定数控程序所控制，所述给定数控程序定义了用于所述至少一个加工工具的至少一个工具路径，以及沿着所述工具路径的一个路径速度分布，其中所述方法包括：-与所述给定数控程序所定义的所述路径速度分布相比，迭代地提高沿着所述工具路径的所述路径速度，其中径迭代地提高沿着所述工具路的所述路径速度的实现适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的所述相应动力限制，特别是适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的最大轴速度和最大轴加速度，以及适当考虑了由于所述计算机数控机器的加工能力影响所述路径速度的加工极限，特别是所述加工工具；-通过沿着所述工具路径的所述提高的路径速度来适配所述给定数控程序。2.根据权利要求1所述的方法，其中迭代地提高沿着所述工具路径的所述路径速度包括最大化沿着所述工具路径的所述路径速度，直到达到所述多个驱动轴中的所述一个或至少一个驱动轴的所述相应动力限制或者直到达到至少一个所述加工极限。3.根据权利要求2所述的方法，其中最大化所述路径速度包括：a)基于所述实际数控程序加工一个工件，并在所考虑的所述加工进程期间对实时和非实时加工数据进行记录；b)通过配有所述记录的实时和非实时加工数据的一个数字机器模型来模拟所考虑的所述加工进程，以在所考虑的所述加工进程期间对所述加工工件实现虚拟重新设计；c)通过将所述虚拟重新设计工件与所述工件的一个计算机辅助设计(CAD)模型实现比较，来确定所述加工工件关于一个预定义质量标准的质量；d)提高数控程序中沿着所述工具路径的所述路径速度；e)重复步骤a)至d)，直到所述虚拟重新设计工件超出了用于所述工件质量的所述预定义标准，或直到达到所述多个驱动轴中的一个或至少一个驱动轴的相应动力限制，或者直到达到至少所述一个加工极限。根据权利要求3所述的方法，其中所述记录的实时加工数据包括：-至少一个加工工具的工具路径参数，特别是关于至少一个线性或旋转驱动轴的指令和/或实际位置、指令和/或实际速度、指令和/或实际加速度、指令和/或实际冲击、指令和/或实际转矩、指令和/或实际驱动力和/或指令和/或实际驱动电流中的至少一个；和/或-所述计算机数控机器的至少一部分的加工相关力、转矩、压力、扭矩、弯曲、应变、振动、温度和/或能量消耗；并且其中所述记录的非实时加工数据包括：-一个数控程序代码和/或数控程序配置数据，特别是相应的主动数控程序行或数控程序段；和/或-机器配置数据、驱动器配置数据和/或控制器配置数据；和/或-所述工件的材料性能；和/或-在所述加工进程中的用户动作；和/或-加工工具的配置数据，特别是工具几何和/或工具特性，例如材料去除。4.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述机器模型是所述计算机数控机器的运动学模型、多体模拟模型或有限元法(FEM)...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔克·科瑞德勒，
申请(专利权)人：电子云工业四零科技公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH