利用预处理仿真的实时加工过程监测制造技术

预处理仿真可以通过仿真NC程序来计算机器工具的操作条件并且计算指示操作条件的预测值。实时监测系统可以将来自实际执行NC程序的机器工具的实际操作的实际值与预测值进行比较，并确定是否启动响应。操作条件可以是机器工具操作条件。实际值与预测值的比较可以基于预测值将落入在其内的动态极限，动态限制可以基于机器工具位置而变化，并且动态限制可以包括上限边界和下限边界。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用预处理仿真的实时加工过程监测
本公开一般涉及机器工具。具体公开了一种仿真NC程序的执行和得到的至少机器工具的操作条件并生成预测这些操作条件的值的数据的方法和装置。还公开了一种将实际加工期间存在的操作条件与操作条件的预测值进行比较的方法和装置。
技术介绍
已经广泛接受涉及基于CAD/CAM的支持的加工系统的计算机控制以提高生产率并降低生产成本。最近，已经开发出更多智能功能并将其集成到CNC机器工具中。CAD/CAM提供了创建和监测在工件上使用的工件路径的工具。在一些CAM软件程序中，机器工具和机器虚拟环境可用于动态仿真加工操作。这些动态仿真提供NC程序生成和验证、材料去除分析和碰撞检测错误。利用过程仿真，可以在实际加工部件之前分析和验证工具路径。随着仿真工具的发展，更加准确、更加快速地加工复杂部件变得更加容易。然而，在选择加工策略时，CAM软件提供的方法通常基于部件的几何信息，很少或不考虑机器工具能力或金属切割的物理特性。另一方面，机器工具(或操作员)关于NC程序的信息有限，因此难以判断加工是否正确执行。在不需要的操作条件下运行机器工具会对工具、机器工具或工件造成损坏。在机器限制、接近或超过机器限制的情况下，短时间或长时间操作都可能导致工具、机器工具或工件损坏。此外，在实践中，仍然主要基于分别是非常保守和激进的加工手册和/或工具制造商的目录来选择操作参数。因此，难以在最佳条件下进行加工，这导致生产率低或加工精度和表面粗糙度劣化。此外，当工具是以快速增加的切割负载进行切割的切割工具时，切割工具以及待加工的工件材料容易发生损坏。附图说明附图与说明书(包括下面的详细说明)一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术的一个方面的框图。图2图示了根据本专利技术的一个方面的仿真的流程图以及根据本专利技术的另一方面的用于实时监测加工过程的方法的流程图。图3是可以是图2的预处理仿真的一部分的实施例的流程图。图4是可以是图2的预处理仿真的一部分的实施例的流程图。图5是图1的监测的实施例的流程图。图6是图1的预处理仿真的数据文件的示例性数据结构实施例的表示。图7A是对机器工具、工具保持器或工具的测量负载施加限制的现有技术方法的示意图。图7B是动态限制实施例的示意图。图8是处理器操作环境的实施例的示意图。具体实施方式在以下描述中，相同的附图标记贯穿若干视图中指定相同或对应的部分。此外，在以下描述中，应理解诸如前、后、内、外等术语是方便的词语，并且不应被解释为限制性术语。在本专利中使用的术语并不意味着限制，只要本文所述的装置或其部分可以在其他方位上附着或使用。更详细地参考附图，描述了根据本专利技术的教导构造的实施例。如本文所使用的，工具指示任何类型的工具，其可由机器工具的工具夹具承载并由机器工具操纵以改变工件的特性。尽管这里在描述本专利技术的方面和/或实施例时经常参考切割工具，但是如本文所使用的，工具不限于任何特定类型的工具，并且对切割工具的参考应被视为并解释为不限制本专利技术涉及一种涉及切割的机器工具的操作，除非特别限制。虽然切割可以意味着通过剪切变形从工件上去除材料，但是如本文所使用的，切割应当被认为并解释为不限制本专利技术通过剪切变形去除材料，除非特别是如此指出，但是应当考虑并解释为改变工件的任何特征的操作。尽管在描述本专利技术的方面和/或实施例时经常参考主轴，但是如本文所使用的，主轴不限于任何特定类型的工具保持器，并且对工具保持器的引用应被视为并解释为不限于任何特定类型的工具保持器。在必要的程度上，本文明确阐述的公开内容取代通过引用并入本文的任何冲突材料。图1是示出本专利技术的一个方面的框图。从NC程序2开始，仿真100可以计算由NC程序2的仿真执行生产的条件。如果仿真100指示存在不期望的条件(即，可能导致不期望的结果的条件)，则可以在150处使用来自仿真100的结果的分析的反馈来修改NC程序2，并且仿真100可以继续仿真修改的NC程序2。仿真100可以迭代地仿真NC程序2的连续修改，直到仿真100没有指示不期望的条件存在，并且生成指示计算的条件的数据，该数据表示那些条件的预测值。NC程序2的最新版本实际上可以由机器工具控制器执行以使机器工具加工工件。在机器工具的操作期间，关于在加工工件期间存在的实际操作条件的信息可以由实时监测系统200相对于预测值实时评估，该预测值可能已经通过仿真100计算。如果实际操作条件不在预测值的可接受范围内，则可以在250处生成指示其的反馈数据，并且加工可以被中断。参考图2，两个流程图图示了根据本专利技术的一个方面的预处理仿真100和根据本专利技术的另一方面的实时监测系统200。尽管预处理仿真100和监测系统200彼此结合示出，但是可以独立于另一个来实践仿真100或监测系统200。预处理仿真100在虚拟环境中仿真NC程序的执行，其中机器工具操作NC程序中指定的工具以遵循工具路径，包括进给速率、工具角度等。预处理仿真100可以根据工具属性(诸如工具种类、尺寸和几何形状)以及材料成分，建模切割路径和相关条件，诸如进给速率、主轴速度和切割深度，并计算要去除的几何材料。预处理仿真100可以标识可能导致不期望结果的仿真操作条件，使得NC程序被修改或可以被修改以减少或消除这种不期望结果的可能性，并且可以基于NC程序的最终修改版的仿真来计算某些操作条件的预测值，对于NC程序的最终修改版，预处理仿真100没有标识可能导致不希望的结果的条件。可以将这样的预测值提供给实时监测系统200，并且可以将NC程序的修改提供给机器工具控制器。如图2和图5所示，由预处理仿真100生成的数据可以传递到实时监测系统200，并且NC程序的最终修改可以被加载到机器工具控制器300中。实时监测系统200可以结合机器工具上工件的实际在线加工实时执行、将预测值与实际加工中的实际值进行比较，并根据该比较进行响应。如图2中所示，NC程序102被提供给预处理仿真100。NC程序102可以是任何来源，例如可以全部或部分地由CAD/CAM系统生成或者全部或部分地手动创建。如在104处所指示，可以针对特定计算环境初始化预处理仿真100，并且加载与实际机器工具、工具、工件和最终部件相关的数据，诸如但不限于，工具属性，诸如例如工具形状、直径、槽纹数、螺旋角等，其可以在预定的工具几何形状的表中组织；机器工具属性，诸如但不限于轴配置、主轴扭矩-功率曲线、轴冲程(axisstroke)等；工件属性，诸如但不限于库存材料形状、材料特性和材料特定的切割压力系数；以及最终部件配置，诸如但不限于实体模型的形式。预处理仿真100的初始化可以仅在需要时发生-不一定每次都执行预处理仿真100。可以在任何时间以任何方式输入相关数据，诸如在仿真时由最终用户输入的一些数据。最终用户可以通过下拉列表选择一些相关数据。在所描绘的实施例中，预处理仿真100基于NC程序逐运动步骤地仿真加工过程。在步骤106表示建模NC程序的每个运动步骤的执行的仿真和关联的计算。对于NC程序的每个运动步骤，预处理仿真100可以计算当前运动步骤的加工条件。如本文所使用的，运动步骤指示相对于工件的工具的位置的改变。可以在步骤104期间设置预处理仿真100的运动步骤分辨率。加工条件包括与操作条件的步骤108处的后续计算相关的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测机器工具的操作的方法，所述方法包括实时地：a.确定由所述机器工具在操作期间经历的关联的操作条件的至少一个相应的实际值；b.将所述至少一个相应的实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.04 US 15/015,8601.一种监测机器工具的操作的方法，所述方法包括实时地：a.确定由所述机器工具在操作期间经历的关联的操作条件的至少一个相应的实际值；b.将所述至少一个相应的实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述关联的操作条件中的至少一个操作条件包括机器工具操作条件。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个相应的实际值中的至少一个实际值的所述关联的操作条件选自由如下组成的组：所述机器工具的工具保持器上的径向负载、所述工具保持器上的弯矩、在所述工具保持器/主轴接口处的弯矩、所述机器工具的扭矩、所述机器工具的一个或多个轴伺服上的负载、以及所述工具的温度。4.根据权利要求1所述的方法，包括确定在所述机器工具的所述操作中使用的工具的至少一个相应的实际温度值，并且将所述实际温度值与对应于所述工具的温度的相应的限制进行比较。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器工具的操作使得由所述机器工具承载的工具沿着工具路径移动，所述工具路径包括多个顺序工具位置，并且其中针对多个所述多个顺序工具位置，重复如下步骤：确定关联的操作条件的至少一个相应的实际值以及确定至少一个相应的实际值。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器工具的操作使得由所述机器工具承载的工具沿着工具路径移动，所述工具路径包括多个顺序工具位置，并且其中对应于所述关联的操作条件的每个相应的限制取决于所述工具的所述工具位置。7.根据权利要求1所述的方法，其中每个相应的限制包括包含所述关联的操作条件的相应的预测值的相应的范围。8.根据权利要求7所述的方法，包括通过在计算机上仿真所述机器工具的操作来确定所述相应的预测值中的至少一个预测值。9.根据权利要求8所述的方法，其中通过仿真操作确定所述相应的预测值中的至少一个预测值的所述步骤发生在所述机器工具的实际操作之前。10.根据权利要求8所述的方法，其中通过仿真操作确定所述相应的预测值中的至少一个预测值的所述步骤发生在所述机器工具的实际操作已经开始之后。11.一种监测机器工具的操作的方法，其中所述机器工具的操作使得由所述机器工具承载的工具沿着工具路径移动，所述工具路径包括多个顺序工具位置，所述方法包括实时地：a.确定由所述机器工具在操作期间在所述多个顺序工具位置中的关联的一个工具位置处经历的关联的相应的操作条件的至少一个实际值；b.将所述至少一个实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较，其中所述相应的限制取决于所述多个顺序工具位置中的所述关联的一个工具位置。12.根据权利要求11所述的方法，其中针对多个所述多个顺序工具位置，重复如下步骤：确定关联的操作条件的至少一个实际值以及确定至少一个实际值。13.根据权利要求12所述的方法，其中用于所述多个顺序工具位置中的至少两个顺序工具位置的对应关联的操作条件的所述相应的限制不相等。14.根据权利要求12所述的方法，其中每个相应的限制包括相应的范围，所述相应的范围包含所述关联的操作条件的相应的预测值。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个顺序工具位置中的至少两个顺序工具位置的所述相应的预测值不相等。16.根据权利要求14所述的方法，包括通过在计算机上仿真所述机器工具的操作来确定所述相应的预测值。17.一种仿真机器工具的操作的方法，所述方法包括：a.仿真对应于NC程序的多个运动步骤的执行；以及b.针对对应于多个所述多个运动步骤中的每个相应的运动步骤的至少一个相应的仿真操作条件，计算用于所述至少一个仿真操作条件中的每一个仿真操作条件的至少一个相应的预测值，其中所述仿真操作条件中的至少一个仿真操作条件包括仿真的机器工具操作条件。18.根据权利要求17所述的方法，其中仿真多个运动步骤的执行的所述步骤以一次一个运动步骤的顺序被执行，并且在前进到所述顺序的所述下一个运动步骤之前，针对所述多个运动步骤中的一个运动步骤，执行计算至少一个相应的预测值的所述步骤。19.根据权利要求17所述的方法，包括对于每个运动步骤，仿真如下步骤：确定该运动步骤的任何预测值是否超过与该预测值的所述仿真操作条件相关的限制。20.根据权利要求19所述的方法，包括如果任何预测值超过所述限制，则修改所述NC程序。21.根据权利要求17所述的方法，其中所述仿真的机器工具操作条件选自由如下组成的组：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志刚，中岛省吾，M·W·拉森，
申请(专利权)人：牧野，
类型：发明
国别省市：美国,US