CN100461051C - 加工信息产生装置、程序和加工信息产生方法 - Google Patents

加工信息产生装置、程序和加工信息产生方法 Download PDF

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Abstract

一种加工信息产生装置，包括形状分析单元(15)，所述形状分析单元(15)获取CAD数据，基于该CAD数据在加工形状信息的形状数据库(19)中检索必要的信息，并进行形状分析，从而基于来自对关于期望加工形状的数据和工具(2)的仿真的未切量结果而产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型。

Description

加工信息产生装置、程序和加工信息产生方法
技术领域
本发明涉及加工信息产生装置、相关程序和加工信息产生方法，其根据计算机辅助设计(CAD)系统中产生的CAD加工物数据来辅助地产生用于确定当在计算机辅助制造(CAM)系统中产生用于加工的工具路径时必需的工具等的加工信息。更具体地，本发明涉及如下的加工信息产生装置、相关程序和加工信息产生方法：其使用CAD产生的加工物数据来通过加工特征而不是通过形状特征(例如孔形状的数量)对加工物进行分类，使得它们的分类能够用作数据库检索条件等。
CAD系统是指基于计算机的制图和设计支持系统，CAM系统是指基于CAD所产生设计的自动生产系统或者制造支持系统。
背景技术
(1)：常规上，操作者确定使用什么工具来切削模具等。在开始加工之前，操作者可以根据工具的形状特征、切削条件等为预期的加工物产生工具路径，然后对该路径进行仿真，从而进行基于计算机的检验。然而，为了基于该检验结果来选择不同的工具以例如进一步缩短加工时间，操作者必须运用其技能或直觉，与过去的结果等进行比较、或者进行数次的试错式尝试。
计算机已经非常先进并且越来越快，使得可以通过对数次试错式尝试的仿真来减少加工时间，然而这仍然需要操作者的介入。如果使用计算机自动进行试错式尝试来辅助确定工具，则构造关于所拥有的全部工具、支持器(holder)、加工机等的信息的数据库并且对全部工具都进行试错式尝试，从而确定提供最短加工时间的工具组合。然而，必须对全部工具进行仿真，这涉及巨大量的计算。
(2)：在加工数据库构建期间，使用加工物的形状特征等(包括“外形尺寸”、“体积”、“袋腔(pocket)”和“孔”)作为关键字。可以相对容易地计算诸如“外形尺寸”和“体积”的形状特征，但是它们作为用于加工特征的关键字不能提供足够信息。对于大大影响加工的诸如“袋腔”和“孔”的形状特征，很难作出在计算处理中从其提取形状的定义。
作为该问题的解决方案，将诸如“产品名”和“部件名”的加工物类别或者诸如“袋腔”和“孔”的加工物形状特征手动添加到加工形状数据以辅助计算处理。在这种情况下，计算机不提供全自动的加工辅助，必须由熟悉其自己的系统和加工的人员构建加工数据库。
(3)：对常规技术的其他示例的说明
例如，在下面列出的专利文献1至5中公开了常规技术的其他示例。这些专利文献是作为考虑到与以下主题相关而进行的文献检索的结果而找到的：“针对基本加工形状模型产生工具直径相对于未切量的基本模型曲线，预先将所述曲线记录到数据库，从该数据库选择与要加工的当前形状对应的工具直径，进行切削仿真，并且根据未切部分相对于对应基本模型曲线的位置来选择下一序列中使用的较大或较小直径的工具”。下面说明作为常规技术示例的这些文献中的公开内容。
A：专利文献1
该文献提供了对于角部的NC数据产生方法的示例，由此执行处理以基于计算出的各个角部中的未切量来确定该角部的最优加工工具，并且重复该处理直到所有的未切量都落入容限之内。
B：专利文献2
该文献提供了用于加工未切部分的NC数据产生方法的示例，由此，在各个加工序列中，计算工具路径数据并进行切削仿真以获取未切量信息，然后将该信息传送给下一切削序列以进行工具路径计算。因此，在每个加工序列中都产生工具路径数据。
C：专利文献3
该文献提供了加工数据产生系统的示例，其中选择可以插入指定加工区域内的最大直径的工具，计算该区域中的未切量，并使用计算出的信息来从数据库选择下一必需的工具。
D：专利文献4
该文献提供了数值控制器的示例，其从包含有通过加工仿真获取了加工时间的工具的登记的工具数据库中寻找能够在最短时间内进行加工的工具组合。
E：专利文献5
该文献提供了数值控制数据产生方法的示例，由此，如果可加工区域与所选择工具的比率较小，则选择下一个直径较小的另一工具，并且，如果加工区域具有闭合形状，则选择具有防止留下未切部分的形状的工具。
专利文献1：日本特许第2966672号公报(特开平06-179150号)
专利文献2：日本特开平06-119031号公报
专利文献3：日本特开平06-332515号公报
专利文献4：日本特开平09-50311号公报
专利文献5：日本特开平11-175122号公报
发明内容
本发明要解决的问题
a)根据常规技术中的(1)，需要操作者介入。如果使用计算机自动地进行试错式尝试以辅助工具确定，则构建关于所拥有的全部工具、支持器、加工机等信息的数据库并对于所有工具进行试错式尝试，从而确定提供最短加工时间的工具组合。然而，必须对所有工具进行仿真，这涉及巨大量的计算。
b)根据常规技术中的(2)，对于大大影响加工的诸如“袋腔”和“孔”的形状特征，很难作出在计算处理中从其提取形状的定义。
作为该问题的解决方案，将诸如“产品名”和“部件名”的加工物类别或者诸如“袋腔”和“孔”的加工物形状特征手动添加到加工形状数据以辅助计算处理。在这种情况下，计算机不提供全自动的加工辅助，必须由熟悉其自己的系统和加工的人员构建加工数据库。
c)根据常规技术中的(3)，作为检索结果找到的所有文献仅为本发明提供了技术背景信息或参考信息。关于以下主题找到了多个已知示例：“首先以较大直径的工具进行切削，然后根据未切部分的状态选择较小直径的工具”。然而，在检索中没有找到提供与本发明的技术信息相似的技术信息并覆盖以下主题的文献：“将切削仿真结果与基本模型曲线进行比较以选择下一工具的直径”。
设计本发明以解决常规技术中的问题，本发明的一个目的是对给定加工物提供不包括形状或产品名的绝对评价标准。本发明的另一目的是当基于所述评价标准构建了系统时，在不必使计算机进行巨大量的计算的情况下，在工具选择或者通过加工特征对加工物分类时容易地提供基于计算机的辅助。
解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明包括如下所述的构成部件。
(1)：一种加工信息产生装置，用于根据计算机辅助设计(CAD)系统中产生的关于加工物的CAD数据产生用于确定当在计算机辅助制造(CAM)系统中产生用于加工的工具路径时所必需的工具的加工信息，包括形状分析单元，该形状分析单元获取所述CAD数据，基于所述CAD数据在加工形状信息的形状数据库中检索必要的信息，并进行形状分析，从而基于来自对关于期望加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果而产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型。
(2)：根据(1)所述的加工信息产生装置，进一步包括最优工具选择单元，该最优工具选择单元基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型，通过将该数学式模型的特征与从该数学式模型估计的未切量结果进行比较来选择最优工具。
(3)：根据(1)或(2)所述的加工信息产生装置，进一步包括数据库构建单元，该数据库构建单元基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型来构建其中将所述数学式模型的次数和常数处理为用于加工的形状特征的数据库。
(4)：根据(1)至(3)中的任一项所述的加工信息产生装置，进一步包括加工示例数据库检索单元，该加工示例数据库检索单元在顺序地存储为加工而产生的信息作为加工示例的加工示例数据库中检索数学式次数最接近来自形状分析单元的分析结果的数学式次数的加工示例。
(5)：根据(1)至(4)中的任一项所述的加工信息产生装置，进一步包括加工工具确定单元，该加工工具确定单元从加工示例数据库检索单元获取CAD数据、形状数据和加工示例，在工具信息的工具数据库中检索与关于所述加工示例的工具信息最相关的工具，通过对来自所述数学式的值与仿真未切量的估计值进行比较来确定基本加工处理中使用的工具，并输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。
(6)：根据(1)至(5)中的任一项所述的加工信息产生装置，进一步包括加工示例产生单元，该加工示例产生单元获取来自加工工具的加工信息、来自形状分析单元的数学式、以及来自加工工具确定单元的加工信息和可用工具的信息以产生加工示例，然后将该加工示例输出以存储在加工示例数据库中。
(7)：一种计算机程序，其使得加工信息产生装置根据计算机辅助设计(CAD)系统中产生的关于加工物的CAD数据而产生用于确定当在计算机辅助制造(CAM)系统中产生用于加工的工具路径时所必需的工具的加工信息，该计算机程序使得加工信息产生装置执行以下步骤：获取所述CAD数据；基于所述CAD数据在形状数据库中检索必要的信息；以及进行形状分析，从而基于来自对关于期望加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果而产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型。
(8)：根据(7)所述的计算机程序，进一步使得加工信息产生装置基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型来构建其中将所述数学式模型的次数和常数处理为用于加工的形状特征的数据库。
(9)：根据(7)或(8)所述的计算机程序，进一步使得加工信息产生装置基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型、通过对该数学式模型的特征与从该数学式模型估计的未切量结果进行比较来选择最优工具。
(10)：根据(7)至(9)中的任一项所述的计算机程序，进一步使得加工信息产生装置检索其中数学式次数最接近在进行形状分析时获取的分析结果的数学式次数的加工示例。
(11)：根据(7)至(10)中的任一项所述的计算机程序，进一步使得加工信息产生装置执行以下步骤：获取在检索时检索到的CAD数据、形状数据和加工示例；在工具数据库中检索与关于所述加工示例的工具信息最相关的工具；通过对来自所述数学式的值与仿真未切量的估计值进行比较来确定基本加工处理中使用的工具；以及输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。
(12)：根据(7)至(11)中的任一项所述的计算机程序，进一步使得加工信息产生装置执行以下处理：获取来自加工工具的加工信息、在进行形状分析时产生的数学式、在输出时输出的加工信息、以及在确定时确定的工具；基于在获取时获取的信息产生加工示例；以及使得加工示例数据库存储在产生时产生的加工示例。
(13)：一种加工信息产生方法，用于根据计算机辅助设计(CAD)系统中产生的关于加工物的CAD数据，产生用于确定当在计算机辅助制造(CAM)系统中产生用于加工的工具路径时所必需的工具的加工信息，所述加工信息产生方法包括以下步骤：获取所述CAD数据；基于所述CAD数据在形状数据库中检索必要的信息；以及进行形状分析，从而基于来自对关于期望加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果而产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型。
(14)：根据(13)所述的加工信息产生方法，进一步包括以下步骤：基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型、通过对该数学式模型的特征与从该数学式模型估计的未切量结果进行比较来选择最优工具。
(15)：根据(13)或(14)所述的加工信息产生方法，进一步包括以下步骤：基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型来构建其中将所述数学式模型的次数和常数处理为用于加工的形状特征的数据库。
(16)：根据(13)至(15)中的任一项所述的加工信息产生方法，进一步包括以下步骤：检索其中数学式次数最接近在进行形状分析时获取的分析结果的数学式次数的加工示例。
(17)：根据(13)至(16)中的任一项所述的加工信息产生方法，进一步包括以下步骤：获取在检索时检索到的CAD数据、形状数据和加工示例；在工具数据库中检索与关于所述加工示例的工具信息最相关的工具；通过对来自所述数学式的值与仿真未切量的估计值进行比较来确定基本加工处理中使用的工具；以及输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。
(18)：根据(13)至(17)中的任一项所述的加工信息产生方法，进一步包括以下步骤：获取来自加工工具的加工信息、在进行形状分析时产生的数学式、在输出时输出的加工信息、以及在确定时确定的工具；基于在获取时获取的信息产生加工示例；以及使得加工示例数据库存储在产生时产生的加工示例。
(操作)
所述构成部件的操作如下。
(a)：根据(1)、(7)和(13)，形状分析单元或形状分析步骤获取CAD产生的数据，基于该数据在形状数据库中检索必要的信息，并进行形状分析，从而基于来自对关于期望加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果而产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型。
基于来自对关于期望加工物的加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果，由此产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型以将形状特征转换为数值，从而使得能够在加工数据库构建或工具选择时容易地提供辅助。
(b)：根据(2)、(9)和(14)，除了根据(a)的操作之外，最优工具选择单元或最优工具选择步骤基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型、通过对该数学式模型的特征与从该数学式模型估计的未切量结果进行比较来选择最优工具。这使得能够在工具选择时容易地提供进一步辅助。
(c)：根据(3)、(8)和(15)，除了根据(a)的操作之外，数据库构建单元或数据库构建步骤基于所述沿着所述加工形状的未切量的数学式模型来构建其中将所述数学式模型的次数和常数处理为用于加工的形状特征的数据库。这使得能够在数据库构建时容易地提供进一步辅助。
(d)：根据(4)、(10)和(16)，加工示例数据库检索单元或加工示例数据库检索步骤在加工示例数据库中检索其中数学式次数最接近来自形状分析单元或形状分析步骤的分析结果的数学式次数的加工示例。这使得能够对过去的相似示例进行检索。
(e)：根据(5)、(11)和(17)，加工工具确定单元或加工工具确定步骤获取加工示例数据库检索单元或加工示例数据库检索步骤找到的加工示例，在工具数据库中检索与关于所述加工示例的工具信息最相关的工具，通过对来自所述数学式的值与仿真未切量的估计值进行比较而确定基本加工处理中使用的工具，并且输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。这使得能够选择最优工具。
(f)：根据(6)、(12)和(18)，加工示例产生单元或加工示例产生步骤获取来自加工工具的加工信息、来自形状分析单元或形状分析步骤的数学式、以及来自加工工具确定单元或加工工具确定步骤的加工信息和可用工具的信息(CAD数据和用于产生NC程序的参数)，以产生加工示例，然后将该加工示例输出以存储在加工示例数据库中。这使得能够将加工示例存储在加工示例数据库中。
基于来自对关于期望加工物的加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果，由此产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型以将形状特征转换为数值，从而使得能够在加工数据库构建或工具选择时提供辅助。
对于给定加工物，可以提供不包括形状或产品名的绝对评价标准。当基于该评价标准构成系统时，可以在不必使计算机进行巨大量的计算的情况下，在工具选择或者通过加工特征对加工物进行分类时容易地提供基于计算机的辅助。
发明效果
(a)：基于来自对关于期望加工物的加工形状的数据(包括CAD数据)和工具的仿真的未切量结果，产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型以将形状特征转换为数值，从而使得能够在加工数据库构建或工具选择时容易地提供辅助。
(b)：可以在工具选择时容易地提供进一步辅助。
(c)：可以在数据库构建时容易地提供进一步辅助。
(d)：可以对过去的相似示例进行检索。
(e)：可以选择最优工具。
(f)：可以将加工示例存储在加工示例数据库中。
对于给定加工物，可以提供不包括形状或产品名的绝对评价标准。当基于该评价标准构成系统时，可以在不必使计算机进行巨大量的计算的情况下，在工具选择或者通过加工特征对加工物进行分类时容易地提供基于计算机的辅助。
(g)：如上所述，本发明的一个效果在于：基于来自对关于期望加工物的加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果，可以产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型以将形状特征转换为数值，从而使得能够在加工数据库构建或工具选择时容易地提供辅助。
本发明的另一效果在于：对于给定加工物，可以提供不包括形状或产品名的绝对评价标准。本发明的又一效果在于：当基于该评价标准构成系统时，可以在不必使计算机进行巨大量的计算的情况下，在工具选择或者通过加工特征对加工物进行分类时容易地提供基于计算机的辅助。
附图说明
图1是用于说明本发明实施例的基本概念的示意图；
图2(1)至图2(4)是用于说明该实施例的基本概念的其他图；
图3(1)和图3(2)是用于说明该实施例的基本概念的其他图；
图4(1)和图4(2)是用于说明根据该实施例的工具选择的图；
图5是用于说明根据该实施例的工具选择的另一图；
图6(1)至图6(4)是用于说明根据该实施例的数据库构建的图；
图7(1)至图7(3)是用于说明根据该实施例的数据库构建的其他图；
图8是用于说明根据该实施例的加工物的截面形状的分类的图；
图9(1)至图9(4)是用于说明根据该实施例的工具端部的截面形状的分类的图；
图10(1)至图10(3)是用于进一步说明根据该实施例的截面形状的图；
图11(1)至图11(4)是用于进一步说明根据该实施例的截面形状的其他图；
图12是根据该实施例的加工信息产生装置的框图；
图13是根据该实施例的形状分析单元中的处理的流程图；
图14是根据该实施例的加工示例数据库检索单元中的处理的流程图；
图15是根据该实施例的加工工具确定单元中的处理的流程图；
图16是根据该实施例的加工示例产生单元中的处理的流程图；
图17是用于说明根据该实施例的样本形状数据库的示意图；
图18是用于说明根据该实施例的样本加工示例数据库的示意图；
图19是用于说明根据该实施例的样本工具数据库的示意图；以及
图20是根据该实施例的装置的一个示例的框图。
符号的说明
1  加工物
2  工具
3  块
11 加工信息产生装置
12 CAD
13 加工工具
14 NC程序产生单元
15 形状分析单元
16 加工示例数据库检索单元
17 加工工具确定单元
18 加工示例产生单元
19 形状数据库
20 工具数据库
21 加工示例数据库
31 计算机主体
32 显示装置
33 输入装置(键盘、鼠标等)
34 可拆卸盘驱动器(RDD)
35 硬盘驱动器(HDD)
36 中央处理单元(CPU)
37 只读存储器(ROM)
38 存储器
39 接口控制单元(I/F控制单元)
40 通信控制单元
具体实施方式
§1：对加工信息产生装置中的处理等的基本概念的说明
图1是用于说明基本概念的图。图2(1)至图2(4)是用于说明基本概念的其他图。图3(1)和图3(2)是用于说明基本概念的其他图。下面将参照图1至图3(2)来说明加工信息产生装置中的处理等的基本概念。
根据本发明，当对给定加工物使用特定工具时，将未切部分的体积视为加工物的特征。例如，如图1所示，设置有加工物1和用于切削加工物1的工具2。当用工具2切削加工物1以形成L形时，留下具有沿着工具2的端部形状作出的形状的未切部分A。
当使用工具2来形成槽时，如果工具直径小于可能槽形状的宽度，则如未切部分A的情况一样，留下具有沿着工具2的端部形状作出的形状的未切部分；如果工具直径大于槽的宽度，则如图1所示地留下未切部分B。未切部分属于两种主要类型：一种类型例如为未切部分A，是按沿着工具的端部形状作出的形状留下的，另一种类型例如为未切部分B，是因为工具不能完全插入而留下的。将未切部分的特征视为加工特征，然后将其用作工具选择、加工物分类等的标准。
例如，当使用如图2所示的L形块3作为基本模型并且使用具有半径r的球端铣刀(mill)时，未切部分的截面面积如下。图2(1)是L形块3的立体图。当从X方向看时，L形块3如图2(2)所示。当从Y方向看时，L形块3如图2(3)所示。当从Z方向看时，L形块3如图2(4)所示。如图所示，L形块3的尺寸为宽度(W)、高度(H)和深度(D)。
给出了以上尺寸，如图3(1)所示，可以通过使用数学式S＝(1-π/4)r2来获取未切部分的截面面积S。如图3(2)所示，可以通过使用数学式V＝(1-π/4)r2W来获取未切部分的体积V。
使用这些模型数学式，对加工形状进行识别分析以确定模型固有宽度(W)，从而根据未切量的标准来获取加工形状与工具的关系式(数学式)。该关系式可以用于估计当前所选择工具之前或之后的工具的未切量，并构建其中要对加工物进行分类的加工数据库。
§2：对工具选择的说明
图4(1)和图4(2)是用于说明工具选择的图。图5是用于说明工具选择的另一图。下面将参照图4(1)至图5来说明如何选择工具。在下面提供的示例中将L形用作基本模型，基于该基本模型的特征与实际未切量之间的比较来选择工具。在图4(1)和图4(2)中，垂直轴是未切量，而水平轴是工具直径。在水平轴上，A表示要比较的工具(当前工具)的直径，A+表示比A大的直径，A-表示比A小的直径。
使用图中所示的基本模型曲线进行工具选择，并且通过要比较的工具A(具有从加工数据库等推荐的直径A的工具)对基本模型曲线进行识别分析。通过对为比较而设置的工具A-和A+的仿真来获取实际未切量值，如图4(2)所示，这些实际未切量值相对于基本模型曲线分布在多个区域上。
这六个区域对应于如下所述的状态。根据对应状态对这些区域进行分类，并确定工具A(具有直径A的工具)是否适合于期望的加工形状。参照图5进行该确定。下面的字母a至f与图5中的字母a至f对应，其含义如下。
a：当工具直径变大时，沿着加工形状的未切量按高于基本模型中速率的速率增加。→该工具不能再插入可以进行加工的类型的槽等中。
b：沿着加工形状的未切量和基本模型中的未切量按相同的速率增加。→加工形状与基本形状匹配。
c：即使当工具直径变大时，沿着加工形状的未切量也按低于基本模型中速率的速率增加。→加工形状通常是比基本模型更为敞开的形状。
d：即使当工具直径变小时，沿着加工形状的未切量也按低于基本模型中速率的速率减少。→加工形状通常是比基本模型更为敞开的形状。
e：沿着加工形状的未切量和基本模型中的未切量按相同的速率减少。→加工形状与基本形状匹配。
f：当工具直径变小时，沿着加工形状的未切量按高于基本模型中速率的速率减少。→工具此时可能插入了不能加工的类型的袋腔中。
基于上述分类，产生如图5的底部所示的工具选择标准以在工具选择时提供基于计算机的辅助。重复至此的处理以使得可以选择最优工具而不必对所有工具都进行仿真。
§3：对数据库构建的说明
图6(1)至图6(4)是用于说明数据库构建的图。图7(1)至图7(3)是用于说明数据库构建的其他图。图6(1)和图7(1)是L形块3的立体图。当从X方向看时，L形块3如图6(2)和图7(2)所示。当从Y方向看时，L形块3如图6(3)和图7(3)所示。当从Z方向看时，L形块3如图6(4)和图7(3)所示。如图中所示，L形块3的尺寸为宽度(W)、高度(H)、深度(D)和倾斜角(θ)。下面将参照图6(1)至图7(3)来说明如何构建数据库。
通过使基本模型尽可能地接近实际加工形状而确保数学式模型(数学模型)的较高可靠性。构建其中将数学式模型的次数和常数处理为加工的形状特征的数据库。为了使来自基本模型的未切量尽可能接近实际模型中的未切量，基本模型必须是复杂的。
例如，如果像模具中那样需要拔模斜度(draft)，则通过使L模型中的角度与图6(1)至图6(4)所示的拔模斜度匹配而提高计算精度。于是未切部分的体积V如下。
v = ( 1 tan θ 2 - π - θ 2 ) r 2 W
该数学式的使用使得基本模型数学式将拔模斜度纳入考虑范围，使该模型更接近实际加工形状。
并不总是按沿着工具端部形状作出的形状而留下未切部分。如果所使用工具的直径大于如图7(3)所示的槽宽度D2，则因为工具不能完全插入可能的槽中，所以留下更大的未切部分。于是未切量如下。
v = D 2 H 2 W 1 - ( r 2 2 sin - 1 π 2 r - r r 2 - x 2 4 ) W 1 + ( 1 - π 4 ) r 2 W 1
这使得L部分的长度以及槽的宽度、深度和长度参数化。通过使基本模型复杂化，由此改进了未切量估计的精度。
通过应用该方法，使用通过使基本模型更接近实际加工形状而识别出的数学式模型(数学模型)的次数和常数来构建加工数据库。这使得能够根据一定的标准对加工形状进行分类，而不必定义袋腔和槽或者登记产品形状。
§4：对截面形状的说明
图8是用于说明加工物的截面形状的分类的图。下面将详细地说明构造数学式模型(数学模型)所需要的最小数量的截面形状类型。
◎：加工形状的分类
a：对加工物形状的说明
未切部分的截面图案属于两种主要类型(例如图8中的未切部分A和未切部分B的图案)。一种类型是诸如图8中的未切部分A的未切部分的图案。在可能的L形中留下具有沿着工具端部形状作出的形状的未切部分。另一种类型是诸如图8中的未切部分B的未切部分的图案。如果工具的直径小于可能的槽形状的宽度，则如在未切部分A的情况那样，留下具有沿着工具的端部形状作出的形状的未切部分；如果工具直径大于槽的宽度，则如图8所示留下未切部分B。
b：对工具端部形状的说明
图9(1)至图9(4)是用于说明工具端部的截面形状的分类的图。图9(1)是球端铣刀的示意图。图9(2)是平端铣刀的示意图。图9(3)是R端铣刀的示意图。图9(4)是特殊形状铣刀的示意图。尽管对包括特殊类型(例如图9(4)所示类型)的工具端部形状并没有限制，但是通常使用如图9(1)所示的球端铣刀、如图9(2)所示的平端铣刀和如图9(3)所示的R端铣刀。根据本发明，下面说明这三种类型的工具端部的截面形状。
c：对截面形状的进一步说明
图10(1)至图10(3)是用于进一步说明截面形状的图。图11(1)至图11(4)是用于进一步说明截面形状的其他图。在图10(1)至图10(3)中，r表示工具端部半径，而θ表示壁角。
根据工具端部的形状，可能留下未切部分。例如，当壁角为π/2≤θ<π时，截面形状如下。
使用球端铣刀(参见图9(1))，如图10(1)所示地留下未切部分。使用平端铣刀(参见图9(2))，理论上如图10(2)所示地没有留下未切部分。使用R端铣刀(参见图9(3))，如图10(3)所示地留下未切部分。该未切部分具有与使用球端铣刀导致的截面面积相同的截面面积。
如果可能槽形状的宽度小于工具直径，则如图11(1)所示，因为工具不能完全插入，所以留下更大的未切部分。当槽壁角为π/2≤θ<π时，截面形状如下。
使用球端铣刀(参见图9(1))，工具端部仅稍微插入的加工物的截面获取为如图11(1)所示。使用平端铣刀(参见图9(2))，工具端部根本没有插入的加工物的截面获取为如图11(2)所示。使用R端铣刀(参见图9(3))，可能有两种类型的截面；工具端部根本没有插入的加工物的截面获取为如图11(3)所示，或者工具端部仅稍微插入的加工物的截面获取为如图11(4)所示。
§5：对加工信息产生装置配置的说明
图12是加工信息产生装置的框图。如图12所示，加工信息产生装置11包括形状分析单元15、加工示例数据库检索单元16、加工工具确定单元17、加工示例产生单元18、形状数据库19、工具数据库20以及加工示例数据库21。
在该配置中，与CAD 12相连接的加工信息产生装置11从CAD12接收CAD数据以产生加工信息，并通过NC程序产生单元14(CAM)将产生的加工信息(加工数据)发送给加工工具13。将加工工具13的传感器等获取的加工示例信息传送给加工示例产生单元18，然后加工示例产生单元18顺序地将该信息存储在加工示例数据库21中。
形状分析单元15从CAD 12获取关于加工物的CAD数据，并基于该CAD数据对加工物进行形状分析。在形状分析期间，形状分析单元15使用在形状数据库19中的检索得到的信息。
加工示例数据库检索单元16从形状分析单元15获取形状分析结果(包括CAD数据和形状数据)，并在加工示例数据库21检索必要的信息。加工工具确定单元17从加工示例数据库检索单元16获取信息(CAD数据、形状数据和加工示例)，在工具数据库20检索与所述信息最相关的工具，确定最优的加工工具，并输出加工信息(包括用于产生NC程序的参数)。
加工示例产生单元18从加工工具确定单元17获取信息(包括CAD数据、形状数据、加工示例和用于产生NC程序的参数)，从形状分析单元15获取数学式，从加工工具确定单元17获取可用工具，从NC程序产生单元14(CAM)获取加工条件等，并从加工工具13获取加工信息，从而输出加工示例以存储在加工示例数据库21中。NC程序产生单元14(CAM)基于加工工具确定单元17确定的加工信息来产生NC程序，并将该程序提供给加工工具13。
如上所述，加工信息产生装置11通过使用在CAD12中产生的CAD加工物数据，产生用于确定当在CAM中产生用于加工的工具路径时必需的工具等的加工信息。形状数据库19包含预先输入的加工形状信息。工具数据库20包含预先输入的工具信息。加工示例数据库21顺序地存储为加工产生的信息作为加工示例。形状分析单元15获取在CAD 12中产生的CAD数据，基于所获取数据在形状数据库19检索必要的信息，并进行形状分析，从而基于从对关于期望加工形状的数据和工具的仿真得到的未切量而产生沿着该加工形状的未切量的数学式模型。加工示例数据库检索单元16在加工示例数据库21检索其中数学式次数最接近来自形状分析单元15的分析结果的数学式次数的加工示例。加工工具确定单元17获取加工示例数据库检索单元16找到的加工示例，在工具数据库20中检索与关于该加工示例的工具信息最相关的工具，通过将来自所述数学式的值与仿真未切量的估计值进行比较而确定基本加工处理中使用的工具，并输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。加工示例产生单元18从加工工具13获取加工信息，从形状分析单元15获取数学式，从加工工具确定单元17获取加工信息和可用工具的信息(包括CAD数据、形状数据、加工示例和用于产生NC程序的参数)，从而输出加工示例以存储在加工示例数据库21中。NC程序产生单元14可以设置在加工信息产生装置11的内部。
形状分析单元15、加工示例数据库检索单元16、加工工具确定单元17和加工示例产生单元18包括由加工信息产生装置中的中央处理单元(CPU)(未示出)执行以实现这些单元的功能的程序。NC程序产生单元14也包括由加工信息产生装置中的CPU(未示出)或CAM中的CPU(未示出)执行以实现该单元的功能的程序。
§6：对加工信息产生装置中的单元中的处理和样本数据库的详细说明
(1)：对形状分析单元中的处理的说明
图13是形状分析单元中的处理的流程图。下面将参照图13来说明形状分析单元中的处理。在图13中，S1至S6表示处理步骤。
形状分析单元15从CAD12获取CAD加工物数据(S1)，并通过切削仿真来计算未切部分体积(S2)。从形状数据库19，形状分析单元15获取由工具和加工物的加工形状的组合确定的截面面积信息(S3)。形状分析单元15组合所获取的截面以产生用于估计未切部分体积的几种数学式，并将来自这些数学式的值与仿真的未切部分体积进行比较以确定数学式的次数(S4)。形状分析单元15将来自确定了次数的数学式的值与仿真的未切部分体积进行比较，以最终确定数学式(S5)。形状分析单元15输出形状分析结果(S6)，完成处理。
(2)：对加工示例数据库检索单元中的处理的说明
图14是加工示例数据库检索单元中的处理的流程图。下面将参照图14来说明加工示例数据库检索单元中的处理。在图14中，S11至S14表示处理步骤。
加工示例数据库检索单元16从形状分析单元15获取形状分析结果(S11)，并在加工示例数据库21中检索其中数学式次数最接近该分析结果数据的数学式次数的加工示例(S12)。加工示例数据库检索单元16从找到的加工示例中选择其中数学式常数最接近所述分析结果数据的数学式常数的示例(S13)。加工示例数据库检索单元16将加工示例输出给加工工具确定单元17(S14)，完成处理。
(3)对加工工具确定单元中的处理的说明
图15是加工工具确定单元中的处理的流程图。下面将参照图15来说明加工工具确定单元中的处理。在图15中，S21至S25表示处理步骤。
加工工具确定单元17从加工示例数据库检索单元16获取信息(CAD数据、形状数据和加工示例)(S21)，并在工具数据库20中检索与关于所述加工示例的工具信息最相关的工具(S22)。加工工具确定单元17通过对来自所述数学式的值与仿真未切量的估计值进行比较而确定基本加工处理中使用的工具(S23)。
加工工具确定单元17增加用于加工未切部分以补充基本加工处理的处理(S24)。加工工具确定单元17将加工信息(用于产生NC程序的参数)输出给NC程序产生单元(S25)，完成处理。
(4)：对加工示例产生单元中的处理的说明
图16是加工示例产生单元中的处理的流程图。下面将参照图16来说明加工示例产生单元中的处理。在图16中，S31至S36表示处理步骤。
加工示例产生单元18从加工工具确定单元17获取信息(包括CAD数据、形状数据、加工示例和用于产生NC程序的参数)(S31)，存储来自形状分析单元15的分析结果的数学式(S32)，从加工工具确定单元17(根据用于产生NC程序的参数)获取可用工具(S33)，并从NC程序产生单元14获取包括加工条件的数据(S34)。
加工示例产生单元18从加工工具13获取(通过传感器等获取的)加工信息(S35)。加工示例产生单元18输出加工示例(S36)以存储在加工示例数据库21中，完成处理。
(5)样本形状数据库
图17是用于说明样本形状数据库的示意图。例如，形状数据库19构成为如图17所示。形状数据库19包含形状ID(关于形状的标识码)1、2、3、4、5、6等的列表，针对这些形状ID中的每一个都登记有截面形状名称和数学式(数学式模型)。
对于形状ID 1，名称为“截面形状A”，数学式为0.215×a1×r2。对于形状ID 2，名称为“截面形状B”，数学式为0.19×al×r2。对于形状ID3，名称为“截面形状C”，数学式为0.18×al×r2(其中*表示×)。类似地登记后继条目。形状数据库19包含预先手动输入的数据或信息。
(6)样本加工示例数据库
图18是用于说明样本加工示例数据库的示意图。例如，加工示例数据库21构成为如图18所示。加工示例数据库21包含加工示例ID(关于加工示例的标识码)1、2、3、4、5、6等的列表，针对这些加工示例ID中的每一个都登记有模具名称、数学式(数学式模型)、可用工具、加工时间。
对于加工示例ID1，名称为“模具A”，数学式为120×r2+200×r+50，可用工具为1、3和5，加工时间为1200。对于加工示例ID2，名称为“模具B”，数学式为300×r2+30，可用工具为1、2和3，加工时间为400。对于加工示例ID3，名称为“模具C”，数学式为1400×r2+4000×r+50，可用工具为3、5和8，加工时间为11500。类似地登记后继条目。
(7)：样本工具数据库
图19是用于说明样本工具数据库的示意图。例如，工具数据库20构成为如图19所示。工具数据库20包含工具ID(关于工具的标识码)1、2、3、4、5、6等的列表，针对这些工具ID中的每一个都登记有名称、工具直径、刃口长度、总长度和柄直径。
对于工具ID1，名称为“BEM1”，工具直径为1，刃口长度为10，总长度为50，柄直径为4。对于工具ID2，名称为“BEM2”，工具直径为2，刃口长度为10，总长度为50，柄直径为4。对于工具ID3，名称为“BEM3”，工具直径为3，刃口长度为20，总长度为60，柄直径为4。类似地登记后继条目。工具数据库20包含预先手动输入的数据或信息。
§7：对所述装置的示例和记录介质说明
图20是图12中所示的加工信息产生装置的一个示例的框图。可以使用诸如个人计算机或工作站的任何计算机来提供该加工信息产生装置，其包括计算机主体31，并且还包括显示装置32、诸如键盘或鼠标的输入装置33、可拆卸盘驱动器(RDD)34(例如软盘驱动器(FDD)、光盘只读存储器(CD-ROM)驱动器或光盘驱动器)、以及硬盘驱动器(HDD)35，它们全部连接到计算机主体31。
计算机主体31包括执行各种控制操作等的中央处理单元(CPU)36、存储诸如程序和参数的数据的只读存储器(ROM)37(非易失性存储器)、CPU36用作工作存储器的存储器38、控制与外部I/O装置的接口的接口控制单元(I/F控制单元)39、以及控制与外部装置的通信的通信控制单元40。
形状分析单元15、加工示例数据库检索单元16、加工工具确定单元17、加工示例产生单元18和NC程序产生单元14包括程序。这些程序预先存储在硬盘驱动器(HDD)35的硬盘(记录介质)中或者ROM 37中，并在CPU 36的控制下被读取。CPU 36然后执行这些程序以执行这些单元中的处理(加工信息产生处理)。
然而，本发明并不限于该示例。例如，可以在CPU 36可以执行程序以进行加工信息产生处理之前将程序如下所述地存储在硬盘驱动器(HDD)35中的硬盘中。
1)：从可拆卸盘驱动器(RDD)34读取在制备于另一装置中的可拆卸盘(例如CD-ROM或任何其他光盘)中存储的程序(读取在另一装置中产生的程序数据)。然后，将所述程序存储在硬盘驱动器(HDD)35中的记录介质(硬盘)中。
2)：经由通信控制单元40从另一装置接收通过通信网络(例如LAN)传送的包括程序的数据。然后，将所述数据存储在硬盘驱动器(HDD)35中的记录介质(硬盘)中。
工业实用性
如上所述，根据本发明一个方面的加工信息产生装置和相关程序对于CAM系统(特别是旨在用于切削金属材料等的CAM系统)是有用的。

Claims (12)

1.一种加工信息产生装置，用于根据CAD系统中产生的关于加工物的CAD数据，产生用于确定当在CAM系统中产生用于加工的工具路径时所必需的工具的加工信息，所述加工信息产生装置包括：
加工示例数据库，其存储加工示例的信息，所述信息包括对于每一个加工示例的未切量的数学式模型和用于加工的工具，其中所述数学式模型被作为加工特征进行处理；
工具数据库，其存储工具的信息；
形状分析单元，其获取所述CAD数据，并基于所述CAD数据创建未切量的数学式模型；
加工示例数据库检索单元，其在所述加工示例数据库中检索其中数学式模型最接近由所述形状分析单元创建的数学式模型的加工示例；以及
加工工具确定单元，其在所述工具数据库中检索与由所述加工示例数据库检索单元检索到的加工示例的工具最相关的工具，并生成所述加工信息。
2.根据权利要求1所述的加工信息产生装置，其中，所述形状分析单元获取所述CAD数据，基于所述CAD数据在加工形状信息的形状数据库中检索必要的信息，并进行形状分析，从而基于来自对关于加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果而产生未切量的数学式模型。
3.根据权利要求2所述的加工信息产生装置，其中，所述形状分析单元获取所述CAD数据，通过切削仿真来计算未切部分体积，从所述形状数据库获取由工具和加工物的加工形状的组合确定的截面面积信息，组合所获取的截面以产生用于估计未切部分体积的几种数学式，并将来自这些数学式的值与仿真的未切部分体积进行比较以确定所述数学式模型。
4.根据权利要求1所述的加工信息产生装置，进一步包括加工示例创建单元，该加工示例创建单元基于未切量的数学式模型和用于加工的工具来创建加工示例并将所述加工示例存储在加工示例数据库中。
5.根据权利要求4所述的加工信息产生装置，其中，所述加工示例创建单元获取来自机床的加工信息、来自形状分析单元的数学式模型、以及来自所述加工工具确定单元的与加工和工具有关的信息，来创建加工示例。
6.根据权利要求1所述的加工信息产生装置，其中，所述加工工具确定单元将所述工具确定为在基本加工处理使用的工具，并输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。
7.一种加工信息产生方法，用于根据CAD系统中产生的关于加工物的CAD数据，产生用于确定当在CAM系统中产生用于加工的工具路径时所必需的工具的加工信息，所述加工信息产生方法包括以下步骤：
形状分析步骤，其获取所述CAD数据，并基于所述CAD数据创建未切量的数学式模型；
加工示例数据库检索步骤，其在加工示例数据库中检索其中数学式模型最接近由所述形状分析步骤创建的数学式模型的加工示例，该加工示例数据库存储加工示例的信息，所述信息包括对于每一个加工示例的未切量的数学式模型和用于加工的工具，其中所述数学式模型被作为加工特征进行处理；以及
加工工具确定步骤，其在存储工具信息的工具数据库中检索与由所述加工示例数据库检索步骤检索到的加工示例的工具最相关的工具，并生成所述加工信息。
8.根据权利要求7所述的加工信息产生方法，其中，所述形状分析步骤获取所述CAD数据，基于所述CAD数据在加工形状信息的形状数据库中检索必要的信息，并进行形状分析，从而基于来自对关于加工形状的数据和工具的仿真的未切量结果而产生未切量的数学式模型。
9.根据权利要求8所述的加工信息产生方法，其中，所述形状分析步骤获取所述CAD数据，通过切削仿真来计算未切部分体积，从所述形状数据库获取由工具和加工物的加工形状的组合确定的截面面积信息，组合所获取的截面以产生用于估计未切部分体积的几种数学式，并将来自这些数学式的值与仿真的未切部分体积进行比较以确定所述数学式模型。
10.根据权利要求7所述的加工信息产生方法，进一步包括加工示例创建步骤，该加工示例创建步骤基于未切量的数学式模型和用于加工的工具来创建加工示例并将所述加工示例存储在加工示例数据库中。
11.根据权利要求10所述的加工信息产生方法，其中，所述加工示例创建步骤获取来自机床的加工信息、由形状分析步骤创建的数学式模型、以及由所述加工工具确定步骤确定的与加工和工具有关的信息，来创建加工示例。
12.根据权利要求11所述的加工信息产生方法，其中，所述加工工具确定步骤将所述工具确定为在基本加工处理中使用的工具，并输出其中增加了用于加工未切部分的处理以补充基本加工处理的加工信息。
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