机床及其操作方法技术

一种机床(2)，所述机床被配置为：接收限定待机加工到工件(20)上的轮廓(40、70、100)的输入数据，所述轮廓被限定在垂直于所述工件的旋转轴线(18)的平面中、并且在所述平面中为非圆形的；和使用进化算法计算工件速度曲线(60、90、120)，所述工件速度曲线对应于在所述机加工期间，所述工件在所述工件的至少一部分旋转期间被所述工件安装架旋转的速度。然后，所述机床(2)在对所述工件进行机加工期间根据所述工件速度曲线使所述工件旋转(20)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机床及其操作方法
本公开涉及机床及其操作方法。更具体地，本专利技术涉及一种在旋转工件上形成非圆形的周向表面的机床。
技术介绍
通过机床在旋转的工件上形成的非圆形轮廓的众所周知的示例是凸轮轴上的凸轮凸角。凸轮轮廓通常由一系列升程值来描述，这些值表示凸轮表面围绕凸轮表面以一系列角度定义的增量沿径向与“基圆直径”间隔隔开的距离。例如，一系列升程值可以在指定360个升程值的升程表中列出为凸轮旋转每一度一个升程值。具有砂轮的机床可以用于当工件绕纵向轴线旋转时，通过控制砂轮的进给位置而在工件上形成所需的凸轮轮廓。在US3,619,581中披露了一种用于在工件上产生凸轮轮廓的数控系统。非圆形工件轮廓与圆形砂轮之间的接触点的位置将随着工件旋转绕砂轮周向运动，并且在确定砂轮相对于工件的进给运动时需要考虑这种周向运动。砂轮朝着工件逐渐进给，以便接近工件的目标完成轮廓。以向完成尺寸逐渐变小的一系列增量实现进给，以用于抛光(sparkingout)的在完成尺寸的工件的一或两圈旋转来结束。增量的大小(即“切削深度”)确定了材料去除率，该材料去除率应保持在阈值以下，以避免对工件造成热损伤或砂轮过度磨损。US4,905,418描述了一种借助于数控凸轮轴磨床磨削凸轮轴的凸轮的过程。
技术实现思路
本公开提供了一种用于机加工工件的机床，所述机床包括：刀具安装架，所述刀具安装架用于承载刀具；工件安装架，所述工件安装架用于承载工件并使所述工件绕旋转轴线旋转；驱动机构，所述驱动机构用于使所述刀具安装架和所述工件安装架中的至少一者相对于另一者而运动；以及控制装置，所述控制装置用于控制所述工件安装架和所述驱动机构，其中，所述机床被配置为：在所述控制装置中接收输入数据，所述输入数据限定待机加工到所述工件上的轮廓，所述轮廓被限定在垂直于所述旋转轴线的平面中、并且在所述平面内为非圆形的；通过所述控制装置，使用进化算法计算工件速度曲线，所述工件速度曲线对应于在安装在所述刀具安装架中的刀具对所述工件进行机加工期间，所述工件在所述工件的至少一部分旋转期间被所述工件安装架旋转的速度；以及在安装在所述刀具安装架中的刀具对工件进行机加工期间，通过所述工件安装架根据所述工件速度曲线使所述工件旋转。所述工件速度曲线取决于几个参数，进化算法特别有益于这些情况，因为进化算法能够确定由多个参数限定的复杂搜索空间内的解。优选地，所述进化算法为遗传算法。根据优选示例，进化算法生成候选工件速度曲线种群，并且每个候选工件速度曲线的拟合度都由控制装置参考所述工件的旋转持续时间根据所述候选工件速度曲线来确定。然后，根据拟合度度量或函数获得最高排名的候选工件速度曲线可以被进化算法用于生成候选工件速度曲线的另一种群，并且然后可以确定所述另一种群中每个候选工件速度曲线的拟合度以识别最合适的候选工件速度曲线。以这种方式，所述速度曲线从每一种群演变为下一种群。因此，进化算法能够探索搜索空间以找到对于给定的工件曲线为工件的旋转提供了较短的持续时间的速度曲线。进化算法可以参考定义机器操作极限的一组参数来寻求确定每个候选工件速度曲线是否可接受。在本公开的示例中，所述进化算法生成候选工件速度曲线种群，如果候选工件速度曲线超过了下列机器操作参数中至少一个机器操作参数的阈值最大值，则所述控制装置将拒绝所述候选工件速度曲线：工件转速、加速度和加加速度；以及所述驱动机构使所述刀具安装架和所述工件安装架相对运动的速度、加速度和加加速度。可以在整个搜索空间上随机生成候选工件速度曲线初始种群。可替代地，进化算法可以通过提供预定工件速度曲线作为起点来“做种(seeded)”。所述预定工件转速曲线可以具有恒定的速度值。在其他示例中，所述预定工件转速曲线可以是限定工件的部分或全部旋转期间的速度变化的预定速度曲线。然后，算法对“做种”曲线进行修改，以便生成新的候选曲线。例如，可以使用遗传算子，诸如交叉、突变、重组、定植灭绝或迁移来生成新的候选曲线。在优选示例中，仅使用突变和交叉技术。更优选地，仅使用突变来生成新候选曲线，因为发现突变可以相对快速地产生良好的结果。在优选示例中，进化算法生成候选工件速度曲线种群，每个曲线都包括速度值序列，这些速度值表示所述工件的一组对应旋转位置的转速。可以由所述控制装置将所述序列中的每个速度值和在其每一侧上的相邻速度值之间的差限制在预定范围内，即，直到但不超过预定差阈值。限制相邻速度值之间的差可以起到降低超出任何机器加速度和加加速度限制的可能性。由于使用进化算法固有地追求提供改进的候选曲线，因此它倾向于通过将变化集中在具有更大改进余地的曲线区域上来开发新的候选者。这些区域例如可以是表面速度可能增大的区域，或者是进给不明显改变的区域。所述进化算法可以与候选工件速度曲线种群中的每一个候选工件速度曲线相关联地生成与所述驱动机构引起的所述刀具安装架和所述工件安装架的相对运动的速度相对应的速度曲线。然后测试排名最高的候选工件速度曲线，以查看算法是否应终止。例如，当排名最高的候选(或其拟合度)与算法先前迭代中的排名最高的候选者(或其拟合度)基本相同或相同时，可能会出现这种情况。可以控制所述驱动机构以在机加工过程中提供刀具相对于工件的进给的增量式或连续式变化。在已经计算出工件速度曲线之后，所述控制装置可以计算最大切削深度，所述最大切削深度在所计算的工件速度曲线上提供小于或等于预定最大特定材料去除率的特定材料去除率。所述特定材料去除率可以由所述控制装置使用已知的方法计算。可替代地或另外，在已经计算出工件速度曲线之后，所述控制装置可以计算最大切削深度，所述最大切削深度由所述控制装置确定来在所计算的工件速度曲线上生成小于或等于预定最大工件温度的工件温度。可以由所述控制装置使用已知方法估计可能生成的工件温度，以在磨削过程中进行温度预测。本领域技术人员应明白，切削深度是指在机加工过程中，通过刀具和工件朝着彼此的增量运动而从所述工件周边去除的材料深度。在优选方法中，参考所述工件的期望完成轮廓计算最大切削深度。可以针对在所述工件机加工期间做出的每次增量切削(或者多次增量切削)使用这种最大切削深度。为了在所述刀具为砂轮时将切削深度转换成用于所述驱动机构的控制信号，应明白，所述控制装置将需要随着机加工操作的进行而关于所述砂轮的半径和所述工件轮廓的变化来进行调整，因为所述砂轮和所述工件之间的接触点将在机加工操作期间相对于所述砂轮的旋转轴线摆动。在另一些示例中，可以通过进化算法来计算切削深度值。可以初始指定预定的切削深度以对所述算法“做种”。所述控制装置可以使用进化算法确定已计算的切削深度，切削深度与已计算的工件速度曲线相组合来提供机加工操作，所述机加工操作被所述控制装置预测为处于所述机加工过程的一个或更多个预定极限(诸如最大指定材料去除率和/或最大工件温度)内。在优选示例中，所述控制装置可以使用进化算法计算在机加工操作期间对切削深度做出的变化。在优选示例中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机加工工件的机床，所述机床包括：刀具安装架，所述刀具安装架用于承载刀具；工件安装架，所述工件安装架用于承载工件并使所述工件绕旋转轴线旋转；驱动机构，所述驱动机构用于使所述刀具安装架和所述工件安装架中的至少一者相对于另一者而运动；以及控制装置，所述控制装置用于控制所述工件安装架和所述驱动机构，其中，所述机床被配置为：/n在所述控制装置中接收输入数据，所述输入数据限定待机加工到所述工件上的轮廓，所述轮廓被限定在垂直于所述旋转轴线的平面中、并且在所述平面内为非圆形的；/n通过所述控制装置，使用进化算法计算工件速度曲线，所述工件速度曲线对应于在安装在所述刀具安装架中的刀具对所述工件进行机加工期间，所述工件在所述工件的至少一部分旋转期间被所述工件安装架旋转的速度；以及/n在安装在所述刀具安装架中的刀具对工件进行机加工期间，通过所述工件安装架根据所述工件速度曲线使所述工件旋转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171212 GB 1720678.01.一种用于机加工工件的机床，所述机床包括：刀具安装架，所述刀具安装架用于承载刀具；工件安装架，所述工件安装架用于承载工件并使所述工件绕旋转轴线旋转；驱动机构，所述驱动机构用于使所述刀具安装架和所述工件安装架中的至少一者相对于另一者而运动；以及控制装置，所述控制装置用于控制所述工件安装架和所述驱动机构，其中，所述机床被配置为：
在所述控制装置中接收输入数据，所述输入数据限定待机加工到所述工件上的轮廓，所述轮廓被限定在垂直于所述旋转轴线的平面中、并且在所述平面内为非圆形的；
通过所述控制装置，使用进化算法计算工件速度曲线，所述工件速度曲线对应于在安装在所述刀具安装架中的刀具对所述工件进行机加工期间，所述工件在所述工件的至少一部分旋转期间被所述工件安装架旋转的速度；以及
在安装在所述刀具安装架中的刀具对工件进行机加工期间，通过所述工件安装架根据所述工件速度曲线使所述工件旋转。


2.如权利要求1所述的机床，其中，所述进化算法是遗传算法。


3.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中，所述进化算法产生候选工件速度曲线种群，并且每个候选工件速度曲线的拟合度都由所述控制装置参考所述工件的旋转持续时间根据所述候选工件速度曲线来确定。


4.如上述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述进化算法生成候选工件速度曲线种群，如果候选工件速度曲线超过了下列机器操作参数中至少一个机器操作参数的阈值最大值，则所述控制装置将拒绝所述候选工件速度曲线：工件转速、加速度和加加速度；以及所述驱动机构使所述刀具安装架和所述工件安装架相对运动的速度、加速度和加加速度。


5.如上述权利要求中的任一项所述的机床，其中，随机生成候选工件速度曲线初始种群。


6.如权利要求1至4中的任一项所述的机床，其中，所述进化算法以预定的工件转速值做种。


7.如权利要求1至4中的任一项所述的机床，其中，所述进化算法以预定的工件转速曲线做种。


8.如上述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述进化算法生成候选工件速度曲线种群，每个曲线都包括表示转速的一系列速度值，并且每个速度值和所述序列中的相邻速度值之间的差异都被所述控制装置限制在预定范围内。


9.如上述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述进化算法与候选工件速度曲线种群中的每一个候选工件速度曲线相关联地生成与所述驱动机构引起的所述刀具安装架和所述工件安装架的相对运动的速度相对应的速度曲线。


10.如上述权利要求中的任一项所述的机床，其中，在已经计算出工件速度曲线之后，所述控制装置被配置为计算最大切削深度，所述最大切削深度在所计算的工件速度曲线上提供小于或等于预定最大特定材料去除率的特定材料去除率。

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【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·斯金纳，D·P·特纳，
申请(专利权)人：法孚兰迪斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB