CN100476657C - 工程设计方法与工程设计装置 - Google Patents

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CN100476657C CNB2005101164476A CN200510116447A CN100476657C CN 100476657 C CN100476657 C CN 100476657C CN B2005101164476 A CNB2005101164476 A CN B2005101164476A CN 200510116447 A CN200510116447 A CN 200510116447A CN 100476657 C CN100476657 C CN 100476657C
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Abstract

本发明提供一种工程设计装置，基于加工件的加工前后的形状数据的差，提取应加工的区域，将提取的区域置换成预定的多种加工特征的组合，对置换的各加工特征分配预定的固定循环，对特定分配固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并作为最佳工程选择使根据所述评价函数的评价值最佳化的固定循环的集合。由此，能够不依赖设计者的经验并且不需要复杂的作业地，设计利用以立铣刀为工具的NC机床对加工件进行规定的加工的程序。

Description

工程设计方法与工程设计装置
技术领域
本发明涉及工程设计(process design)方法，在利用将立铣刀(end mill)用作切割工具(cutting tool)的机床(machine tool)，将加工件(workpiece)加工成所要求的形状时，能够最佳设计包括使用的工具(cutting tool)的尺寸、加工工序的程序(process)。此外，本发明涉及具有可实施所述方法的构成的工程设计装置。另外，本发明涉及记录计算机程序的记录介质，利用计算机进行所述方法。
背景技术
对于固定在工作台(machine table)上的加工件，沿着预先数值指定(defined in advance numerically relative)的经路(tool path)，相对移动加工用的工具，对所述加工件实施规定的加工的NC(Numerical Control)机床，除作为工具采用钻头(drill)的孔穴加工(tapping process)以外，也广泛用于作为工具采用立铣刀将加工件加工成各种形状的用途(cuttingprocess)。
在利用此种NC机床实施加工的时候，首先进行工程设计，根据对象的加工形状，确定使用的工具(cutting tool)、利用各工具的加工程序、在各程序的作业内容。接着，根据该工程设计的结果编制NC程序，以包括各经路上的各部的进给速度(feed rate)地设定工具的进给经路(toolpaths)，通过与该NC程序一致的伺服控制(servo control)，使加工工具及工作台工作，实施加工。
本发明人已提出了以作为工具采用立铣刀的NC机床为对象的NC程序的编制方法(NC program generating method)(特开2003-263208号：Japanese Patent Application Laid-Open No.2003-263208(2003))。该方法，是相对于作为设计的结果确定的各加工程序，将成为对象的加工形状置换成多个准备的固定循环(fixed cycles)，预测在各固定循环内假设的进给经路上施加给立铣刀的切削阻力(cutting force)，包括各进给速度地确定该预测值收敛在适当值的进给经路的方法。根据该方法，能够不依赖设计者的经验并且不需要复杂的作业地，编制可降低立铣刀的损伤、磨损(damageand excessive wear)，同时一并实现高加工效率和高加工精度(highmachining efeciency and high machining accuracy)的NC程序。
可是，另一方面，如上所述，在NC程序编制的前段所需的工程设计，以往，由精通生产技术(industrial technology)的设计者，基于经验(过去的业绩)进行，存在实际编制的工程设计依赖于设计者的能力的问题，此外，经验丰富的设计者编制的工程设计的结果也不一定是最佳的问题。因此，基于如此的工程设计的结果，利用所述的方法编制的NC程序、及按照该NC程序进行的加工，从考虑加工时间(processing time)、立铣刀的寿命等的降低综合加工成本的最终的观点看，不能保证达到最佳，有漏掉进一步降低加工成本的机会的顾虑。
此外，近年来，进行了将复杂的加工形状分割成单一形状的多种加工特征(cutting features)，自动化进行工程设计的试验，但是这些试验只不过是基于过去的业绩确定加工特征的除去程序，处于作为经验少的设计者的辅助工具的程度。
发明内容
本发明是鉴于以上的事实而提出的，其目的在于提供一种工程设计方法，能够不依赖设计者的经验并且不需要复杂的作业地，设计利用以立铣刀为工具的NC机床对加工件进行规定的加工的最佳工程，此外，提供一种用于实施该方法的装置及计算机程序的记录介质。
本发明提供一种工程设计方法，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程，进行确定，其特征是：基于所述加工件的加工前后的形状差，提取应加工的区域；将提取的区域置换成预定的多种加工特征的组合；对置换的加工特征分别分配预定的固定循环；对分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并作为最佳工程选择使根据所述评价函数的评价值最佳化的固定循环的集合。
此外，本发明提供一种工程设计装置，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程，进行确定，其特征是，具备：数据库，存储预定的多种加工特征及固定循环；基于从外部给予的所述加工件的加工前后的形状差，提取要加工的区域的机构；将由上述的提取要加工的区域的机构提取出的区域用存储在所述数据库的加工特征的组合进行置换的机构；对由上述的进行置换的机构置换的加工特征分别分配存储在所述数据库中的固定循环的机构；对由上述的进行分配的机构分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并求出根据该评价函数的评价值的机构；对由该机构求出的评价值进行比较，将使评价值最优化的固定循环的组合选择作为最佳工程的机构。
此外，本发明提供一种工程设计装置，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程，进行确定，其特征是，具备：数据库，存储预定的多种加工特征及固定循环；计算机，以能够读出存储数据的方式与所述数据库连接，并且，所述计算机进行以下工作：基于从外部给予的所述加工件的加工前后的形状差，提取要加工的区域的工作；将提取出的区域用存储在所述数据库的加工特征的组合进行置换的工作；对置换的加工特征分别分配存储在所述数据库中的固定循环的工作；对分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并求出根据该评价函数的评价值的工作；对求出的评价值进行比较，将使评价值最优化的固定循环的组合选择作为最佳工程的工作。
此外，本发明提供一种记录介质，该记录介质可用计算机读取，且在该记录介质中记录有能在计算机上实行以下方法的计算机程序，所述方法是，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程进行确定的方法，其特征是，具备：第1工序，基于所述加工件的加工前后的形状差，利用计算机提取要加工的区域；第2工序，利用计算机将提取的区域置换成预定的加工特征的组合；第3工序，利用计算机对置换的加工特征分别分配预定的固定循环；第4工序，对分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并作为最佳工程，利用计算机选择使该评价函数的评价值最佳化的固定循环的集合。
在所述的本发明中，预先设定通过采用立铣刀的加工(end milling)可进行的多种固定循环、和通过这些固定循环的组合能够加工的加工特征。首先，从加工件的加工前后的形状差提取加工区域，将该加工区域置换成所述加工特征的组合，对各加工特征适宜分配固定循环。然后，将其结果用于与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数(assesmentfunction)，并作为最佳工程，确定使表示由该评价函数得出的综合加工成本的评价值最佳化的加工特征的组合、及固定循环的集合。所述评价函数，也可以是从机床的机床费用、加工时间、工具费及工具的消耗率，求出纯加工成本的函数。此外，也可以是对所述加工成本中适宜附加加工制品的售价，确定估计利润的加工成本的函数。
通过以下的参照附图的详细说明，能够更全面地了解本发明的目的和新规定的特征。
附图说明
图1是表示具有用于实施本发明的工程设计方法的工程设计装置的NC机床的构成的框图。
图2A～图2F是立铣刀加工中的固定循环的说明图。
图3A～图3D是有代表性的加工特征的说明图。
图4A、图4B是相对于凹槽加工特征的固定循环的组合例的说明图。
图5是表示本发明的工程设计方法的实施工序的流程图。
图6是加工特征的选择工序的说明图。
图7是加工特征的选择工序的说明图。
图8是加工特征的选择工序的说明图。
图9是加工特征的选择工序的说明图。
图10是加工特征的选择工序的说明图。
图11是加工特征的选择工序的说明图。
图12是表示本发明的工程设计方法的实证实验用的加工制品的实际尺寸的图示。
图13A～图13E是表示相对于图7～图11所示的图形1～5各自实施作业设计的结果的图表。
图14是表示基于最佳图形的工程设计的结果的图表。
图15是表示生产技术人员的工程设计结果的图表。
图16是表示本发明的一例其它实施方式的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示具有用于实施本发明的工程设计方法(process designingmethod)的工程设计装置(process design apparatus)的NC机床的构成的框图。如图所示的工程设计装置1以计算机构成，具有作为运算处理部的CPU(Central Processing Unit)10、存储根据本发明的工程设计方法的实施工序的ROM(Read Only Memory)11、和临时存储实施本发明的工程设计方法所需的各种变数值(包括初期设定值、运算中的值)的RAM(RandomAccessMemory)12，此外具有在实施本发明的工程设计方法时参照的数据库13和输入输出(I/O)接口14。此外，该工程设计装置1，具有可由操作者操作的键盘、鼠标等输入操作部15，另外具有用于进行实施本发明的工程设计方法的各阶段的各种显示的CRT显示器、液晶显示器等显示部16。
NC机床2，具备：作为基座的底座20；工作台21，其支撑在该底座20上，在水平面内向相互直交的2个方向(X方向及Y方向)自如移动；加工区顶部23，支持在立设在所述底座20的一侧的圆柱22上，在工作台21的上方位置，向垂直方向(Z方向)自如移动。作为工具的立铣刀E，通过适宜的安装机构，装卸自如地安装在从加工区顶部23垂下的主轴24的下端上。
工作台21，以根据由工作台进给电机M1、M2各自旋转驱动的进给螺旋轴(未图示)的旋转，向X、Y两方向移动进给的方式构成。此外，加工区顶部23，以根据由工具进给电机M3驱动的进给螺旋轴(未图示)的旋转，向Z方向移动进给的方式构成。另外，主轴24，以与安装在加工区顶部23的上部上的主轴电机M4连结，根据该主轴电机M4的旋转，在轴系使其与安装在下端的立铣刀E一同旋转驱动的方式构成。另外，在图1中，形成在加工区顶部23的外侧安装主轴电机M4的构成，但在近年来的高速加工用的NC机床中，一般是将主轴电机M4内设在加工区顶部23中的内在形式。
利用如此构成的NC机床2的加工，按以下进行。首先，在将成为加工对象的加工件5定位固定在工作台21上的规定位置，并且在加工区顶部23的主轴24上安装立铣刀E的状态下，利用主轴电机M4旋转驱动该立铣刀E，同时通过由工作台进给电机M1、M2的旋转形成的X、Y方向的进给、和工具进给电机M3的旋转形成的Z方向的进给，相对于工作台21上的加工件5，沿着预先数值指定的进给经路，相对移动所述立铣刀E。由此对加工件5实施规定的加工。
表示该加工所需的立铣刀E的进给经路的NC程序，在工程设计装置1中编制，通过输入输出接口14传送给伺服控制部(servo controller)3。驱动控制部3，控制进给电机M1、M2及工具进给电机M3以及主轴电机M4，按照从工程设计装置1提供的NC程序使立铣刀E移动进给，进行工作。
此外，图1所示的工程设计装置1与CAD(Computer-Aided Design)系统4在线连接。在CAD系统4，进行通过加工加工件5制造的加工制品的设计，作为该设计的结果，从CAD系统4输出的加工制品及加工件5的形状数据，通过输入输出接口14供给工程设计装置1。
在工程设计装置1中，采用由CAD系统4提供的形状数据，按照后述的根据本发明的工程设计方法，进行确定加工件5的加工工序的工程设计。该工程设计包括从在各工序选定使用工具、确定作业内容，到编制CL(Cutter Location)数据的过程。另外工程设计装置1，如上所述还基于工程设计的结果、和通过操作输入操作部15输入的加工条件，进行所述的NC程序的编制。
另外，在图1中，形成在线进行工程设计装置1和驱动控制部3及CAD系统4的之间的信息的收发的构成，但也能够不在线地构成它们，通过磁盘、光盘等适宜的记录介质进行相互间的信息的收发。此外，也可以包含在CAD系统4内地构成工程设计装置1，连贯地进行从加工制品的形状设计，到经由工程设计编制NC程序。
在工程设计装置1中，按以下程序实施本发明的工程设计方法，进行确定加工件5的加工程序的工程设计。在本发明的工程设计方法中，将加工中的立铣刀E的工作限定在预先设定的多种固定循环的组合中。此处所谓的固定循环，是能够根据加工前后的形状一义决定线路图形(tool pathpattern)的加工循环，在提供该固定循环时，通过根据加工条件设定进给间距(feed pitch)及进给速度(feed rate)，能够编制NC程序。图2A～图2F是立铣刀加工中的固定循环的说明图，在以立铣刀E作为工具时，例如，可考虑图示的6种固定循环。
图2A所示的固定循环，是涡旋形孔加工循环(boring cycle using spiralpath)。该固定循环，用于在通过钻孔加工等形成的下孔(prepared hole)H0的内周靠上立铣刀E，使立铣刀E朝外侧沿着按适宜的进给间距扩大的涡旋曲线形的进给经路PW移动进给，形成具有所要求的直径的精加工孔(finished hole)H时。另外所述进给经路PW，严格地讲，以在各线路内连续增加半径的方式设定，但也可以作为对各线路阶段地增加半径的圆形的进给经路的集合设定。
图2B所示的固定循环，是次摆线槽加工循环(grooving cycle usingtrochoid path)。该固定循环，用于在采用比其小的小径的立铣刀E，向径向一侧延长圆形断面的下孔G0，形成具有与下孔G0的直径对应的宽度的长圆形的长槽(longitudinal groove)G时。立铣刀E，沿着按适宜的进给间距向一侧前进的设定成次摆曲线形的进给经路PW移动进给，在各线路将移动方向的下游侧切成月牙形。
图2C所示的固定循环，是螺旋孔加工循环(boring cycle using helicalpath)。该固定循环，用于在圆形断面的下孔H0的内周靠上立铣刀E，如图中的箭头所示，使该立铣刀E沿着朝深度方向(Z方向)按适宜的进给间距前进的螺旋形的进给经路PW移动进给，形成与下孔H0同径的深底的精加工孔H时。
图2D所示的固定循环，是角加工循环(corner cutting cycle)。该固定循环，用于在将加工区域的角部C加工成具有所要求的直径的R形状(round shape)时，采用具有该R形状的半径以下的半径的立铣刀E，如图中的空白箭头所示，朝接近角部C的方向施加适宜间距的进给，同时如图中的箭头所示，沿角部C往返移动，如此进行。
图2E所示的固定循环，是侧面加工循环(side surface grooving cycle)。该固定循环，如图所示，是沿着加工件的侧面S，移动进给立铣刀E，按适宜的间距切削的固定循环，例如在切削设在加工件上的凹部的内面，向外侧扩张凹部的情况下，能够在所述涡旋形孔加工循环及次摆线槽加工循环中组合使用。
图2F所示的固定循环，是全幅槽加工循环(whole width groovingcycle)。该固定循环，如图所示，是使立铣刀E朝径向的一侧移动进给，按进给方向上游侧的全幅切削加工件，形成具有与所述立铣刀E的直径D相等的宽度W的槽的加工循环。
另外，侧面加工循环及全幅槽加工循环，不是严格意义的固定循环，但以固定循环为基准进行处理。
在本发明的工程设计方法中，在提供了加工件5的加工形状后，将要加工的区域分割成多个加工特征(cutting features)，确定分配给各加工特征的固定循环的组合。
图3A～图3D是有代表性的加工特征的说明图。图3A是用于在加工件5的上面一侧形成台阶部(down shoulder portion)5a的台阶加工(shouldercutting)特征，图3B是用于在加工件5的上面形成规定宽度的槽(groove)5b的槽加工(groove cutting)特征，图3C是用于在加工件5的上面形成规定深度的凹部(pocket portion)5c的凹槽加工(pocket cutting)特征。另外，在槽加工特征中，如图3D所示，还存在形成只开放长度方向的一侧的槽5d的加工特征。
如上所述可向加工特征分配的固定循环的组合通常存在多个，用于加工在1个加工件5中存在的全部加工特征的固定循环的组合很多。图4A、图4B是相对于凹槽加工特征的固定循环的组合例的说明图。
在图4A中，在图中由2点虚线表示的加工区域50的内侧的规定位置，形成具有适宜的直径的圆形断面的下孔51。该下孔51能够通过螺旋孔加工循环形成，此外在作为工具可使用钻头的情况下，能够由钻加工代用。然后，通过涡旋孔加工循环，向具有与加工区域50的宽度对应的直径的圆形断面的大径孔52扩展如此形成的下孔51，接着，通过次摆线槽加工循环向一侧延长该大径孔52，形成具有与加工区域50的长度对应的长径的长孔53。最后，利用角加工循环除去残存在长孔53的4角上的月牙形的部分，结束遍及加工区域50的全区域的加工。
在图4B中，在形成所述下孔51后，通过采用小径的立铣刀的次摆线槽加工循环，向一侧规定长度地延长该下孔51，形成窄幅的长孔54。接着，通过相对于内周面的侧面加工循环扩大该长孔54，形成贯通加工区域50的总长及总宽的长孔55。最后，利用角加工循环除去残存在长孔55的4角上的月牙形的部分，结束遍及加工区域50的全区域的加工。
图5是表示利用工程设计装置1实施本发明的工程设计方法的工序，具体是利用工程设计装置1的CPU10实施本发明的工程设计方法的工序的流程图。
工程设计装置1，根据输入操作部15的规定的操作开始工作，首先，采取通过操作输入操作部15提供的加工条件(步骤1)，此外输入从CAD系统4提供的加工件5的形状数据(步骤2)。
从CAD系统4提供的形状数据，是在该CAD系统4中设计的加工结束后的加工件5(以下，成为加工制品)的形状数据，也可以包括加工前的加工件5(以下，成为坯料)的形状数据。从输入操作部15提供的加工条件是，坯料的材质、可选择的工具(立铣刀)的尺寸、材料等编制工程设计及NC程序所需的参数。另外，所述坯料的的形状数据是由输入操作部15的操作给予。
在结束以上的输入后，工程设计装置1发现坯料和加工制品的形状的差，提取加工区域(步骤3)，接着，按其进行顺序选择用于加工提取的加工区域的加工特征(步骤4)。该选择以图3A～图3D所示的多种加工特征为对象。可选择的加工特征，预先登记在所述数据库13。此外加工区域有时作为多个区域提取，另外，按以下所示进行的加工特征的选择通常存在多个。因此，以下的程序按提取的每个加工区域，此外按加工特征的每个选择重复进行。
图6～图11是加工特征的选择工序的说明图。图6表示作为对象的加工制品7。如该加工制品7，当在形成矩形框状的坯料70的上面，形成具有图示的形状的凹部的时候，作为单一的加工区域71提取该凹部的整体。对于图示的加工区域71，作为有效的图形存在如以下所示的5种加工特征的选择图形。
在图7所示的第1图形中，首先如图7(a)所示，选择横切上面中央的槽加工特征，接着如图7(b)所示，选择向两侧扩展该槽的中央部分，可得到同一深度的凹槽的台阶加工特征，然后如图7(c)所示，选择扩展残留在凹槽的两侧的槽的上半部的台阶加工特征，接着如图7(d)所示，选择增加所述槽的深度，向凹槽的内侧延长的一侧开放的槽加工特征，最后如图7(e)所示，选择在所述凹槽的两侧面的中央形成比其浅的浅底槽的一侧开放的槽加工特征。
在图8所示的第2图形中，首先如图8(a)所示，为了在上面中央形成大面积的凹槽，选择槽加工特征，接着如图8(b)所示，选择在残留在所述凹槽的两侧的边缘部的中央形成同一深度的槽的槽加工特征，然后如图8(c)～(e)所示，选择与第1图形相同的加工特征。
在图9所示的第3图形中，首先如图9(a)、(b)所示，按程序选择在上面中央交叉的凹槽加工特征及槽加工特征，然后如图9(c)所示，选择向4方扩展凹槽和槽的交叉部，可得到同一深度的凹槽的台阶加工特征，接着如图9(d)所示，再次选择用于增加扩大的槽的深度的凹槽加工特征，最后如图9(e)、(f)所示，选择用于增加残存在增加了深度的凹槽的两侧上的开放槽的深度的槽加工特征。
在图10所示的第4图形中，首先如图10(a)所示，选择用于形成横切上面中央的宽幅浅底的槽加工特征，接着如图10(b)所示，选择用于在形成的槽的两端规定长度地贯通形成窄幅深底的槽的一侧开放的槽加工特征，然后如图10(c)所示，选择向两侧扩展浅底的槽的中央部分，形成同一深度的凹槽的台阶加工特征，接着如图10(d)所示，选择用于增加形成的槽的深度的凹槽加工特征，最后如图10(e)所示，选择在增加深度的凹槽的两侧面的中央，形成比该凹槽浅的浅底槽的一侧开放的槽加工特征。
在图11所示的第5图形中，首先如图11(a)所示，选择用于在上面中央形成大面积的凹槽的凹槽加工特征，接着如图11(b)所示，选择在形成的凹槽的两侧面的中央，形成比其浅的浅底槽的一侧开放的槽加工特征，然后如图11(c)所示，选择在残留在所述凹槽的两端部边缘的中央形成浅底的开放槽的槽加工特征，接着如图11(d)所示，选择用于增加开放槽的深度的槽加工特征，最后如图11(e)所示，选择用于再增加开放深度，向所述凹槽的内侧延长的一侧开放的槽加工特征。
在图5所示的流程图的步骤3中，提取如图6所示的加工区域71。此外在步骤4中，相对于提取的加工区域的加工特征的选择，按图7～图11进行。另外，加工特征的选择图形实际上存在无数个，但是，例如通过设定适宜的限制条件，排除最终不残留在加工制品7的对应部位上的加工特征的选择等，能够减少选择的图形的数量。
如此，在结束加工特征的选择后，整理选择的加工特征(步骤5)。该整理，是在特征要素重合的情况下，作为单一的方框汇总，按各方框单位使具有同一形状及尺寸的特征要素成组化的处理。例如，在图8所示的第2图形中，凹槽的两侧的槽加工特征作为同一组整理。
下面，工程设计装置1相对于选择的加工特征的组合图形进行作业设计(operation design)，计算实施该作业设计所需的加工成本(步骤6)。此处，作业设计，如前所述，是向选择的加工特征各自细分分配图2A～图2F所示的固定循环的处理。加工成本Cm的计算，按多个存在的固定循环的每个分配图形编制NC程序，按每个固定循环选定作为工具的立铣刀，此外确定进给经路及进给速度，求出加工时间及立铣刀的损伤程度，采用求出的加工时间及立铣刀的损伤程度、和机床的机床费用、操作者的工资、工具费用等固定费用，通过下式所示的评价函数计算。
Cm＝cmTm+cLLt/Lf    …(1)
此处，cm：1单位时间的机床费用及工时费(￥/h)
Tm：加工时间(h)
cL：工具费(￥)
Lt：工具寿命消耗率(在∑Lt/Lf＝1时作为工具寿命)
Lf：工具的寿命
另外在确定加工制品的售价Ck的时候，附加在根据式(1)的加工成本Cm的计算中，通过下式能够计算盈利率P。
P＝(Ck-Cm)/Tm    …(2)
另外，在是售价Ck变动的一般的加工制品的情况下，能够代替利用式(2)计算的盈利率P，计算估计由式(3)定义的相当利润部分的修正加工成本Cs。另外式(3)中的Cp是单位时间的利润(￥/h)，例如，可作为基于在每个加工机会作为输入给出的售价Ck的变动值，在工程设计装置1内求出。
Cs＝Cm+CpTm＝CmTm+CLLt+CpTm  …(3)
在编制以上的加工成本的计算所用的NC程序的时候，只要采用本发明人提出的上述专利文献1所述的方法就可以。利用该方法，能够求出施加给按照各固定循环移动进给的立铣刀切削阻力的预测值，能够包括进给速度地确定立铣刀的进给经路，以使该预测值维持在适当值。如此，能够编制可降低立铣刀的损伤及磨损，同时能够一同实现高加工效率和高加工精度的NC程序，也能够利用所述各式高精度地推断用于计算加工成本的立铣刀的寿命、消耗率。
在结束加工成本的计算后，工程设计装置1调查是否存在其它加工特征的选择图形(步骤7)，在存在其它加工特征的选择图形的情况下，返回到步骤5，对新的选择图形重复相同的处理。另外，在不存在其它加工特征的选择图形的情况下，调查是否存在其它加工区域(步骤8)，在存在其它加工区域的情况下，返回到步骤4，对新的加工区域重复相同的处理。
在步骤8中，在判断不存在新的加工区域的情况下，进入到步骤9，例如作为最佳的工程设计的结果，采用以所述式(1)作为评价函数计算的加工成本Cm的合计达到最小的加工特征的选择图形，输入基于该选择图形的NC程序，结束一系列的工程设计工作。
另外在步骤9中，也能够以计算盈利率P的式(2)或计算修正加工成本Cs的式(3)作为评价函数，谋求最佳化。此处，在采用盈利率P的情况下，作为最佳的工程设计的结果，采用其达到最大的加工特征的选择图形，此外在采用修正加工成本Cs的情况下，作为最佳的工程设计的结果，采用其达到最小的加工特征的选择图形。此外，在步骤9中，实施到利用评价函数计算出评价值(加工成本Cm、盈利率P或修正加工成本Cs)，其结果一并显示在显示部16，也可以由操作者进行最终的加工特征的选择。
下面，说明以图6所示的加工制品7作为对象，实施本发明的工程设计方法得到的工程设计的结果。图12表示加工制品7的实际尺寸。坯料70是结构用碳素钢S50C制的矩形块。
此外加工条件如下。
机床(machine tool)：纵型多工序自动数字控制机床(vertical machiningcenter)
工具：涂(Al、Ti)N的超硬整体立铣刀，Φ10～20(4片刃)
切削条件：切削速度为45mm/s～150mm/s
轴向的切入量在立铣刀的直径以下
图13A～图13E是表示相对于图7～图11所示的图形1～5各自实施作业设计，由式(1)求出加工成本Cm的结果的图表。在该图表中，还一同表示加工时间及切削距离。通过比较这些图表，得知在选择图7所示的图形1的时候，加工成本Cm最低。此时，在步骤9中作为最佳的工程设计的结果采用图形1。
图14是表示基于最佳图形的工程设计的结果的图表。在该图表中，表示以由所述式(1)得出的加工成本Cm为最小的工程设计的结果，同时也表示以由所述式(3)得出的修正加工成本Cs为最小的工程设计的结果。修正加工成本Cs，是通过将单位时间的利润cp假设为0.3算出的。
图15是表示生产技术人员的工程设计结果的图表。该图表所示的工程设计的结果，是假设在完全相同的加工条件下加工图12所示的加工制品7，由熟练的生产技术人员基于过去的经验确定的。该工程设计的结果，与图14所示的工程设计的结果完全不同。
比较采用图14及图15所示的工程设计结果时的加工时间及加工成本的结果见表1。
表1
  加工时间min   加工成本C<sub>m</sub>(￥)   机械成本(￥)   工具成本(￥)   利润(￥)
  生产技术人员的工程设计   21   39273   3498   35775   0
  未估计利润的工程设计   60.5   22000   10075   11925   0
  估计利润的工程设计   53.0   (C<sub>s</sub>)26227   8833   14744   2650
如表1所示，在作为评价函数采用式(1)的利用本发明的工程设计方法的工程设计(未估计利润的工程设计)的结果中，加工成本最小(￥22000)。该加工成本接近作为生产技术人员的工程设计结果得到的加工成本(￥39273)的一半。另外，如果比较加工时间，未估计利润的工程设计时的加工时间，接近由生产技术人员工程设计时的加工时间的3倍。从图14和图15的比较得知，在生产技术人员的工程设计中，优先缩短加工时间，对作为工具的立铣刀设定过严的进给速度及切入量，根据该设定的工具成本负担的增加导致加工成本Cm的增加。
如表1所示，在作为评价函数采用式(3)的工程设计(估计利润的工程设计)的结果中，加工成本及加工时间各自都达到其它2个结果的中间值。这是因为，在单位时间地估计适宜的利润的环境下，有利于缩短加工时间。
另外，在以上的实施方式中，说明了采用具有实施本发明的工程设计方法专用的硬件的装置(工程设计装置1)时的情况，但也能够作为可用计算机实施的所述计算机程序，使本发明的工程设计方法的所述各程序制品化，将该计算机程序装在通用的计算机内，利用作为装载在该计算机内的运算处理部的CPU、作为存储部的RAM等，实施本发明的工程设计方法。
图16是表示一例如此的实施方式的示意图。图中8是光盘、磁盘等记录介质，在该记录介质8上，记录作为程序代码记述所述图15的流程图所示的程序的计算机程序80。
如此记录介质8装在具有键盘、鼠标等输入操作部90、及CRT显示器、液晶显示器等显示部91的普通计算机9的圆盘驱动器92上，进行读取处理。由于通过该处理，记录在记录介质8上的计算机程序80被装载在计算机9内，所以能够利用该计算机9实施本发明的工程设计方法。
另外，在计算机9上装载计算机程序80，当然也可以与采用所述记录介质8进行时同样地，利用在与经由因特网等网络连接的其它计算机的之间通过在线进行等其它适宜的机构进行。
如在以上详细说明中明示，在本发明的工程设计方法及工程设计装置中，从加工件的加工前后的形状差提取的加工区域被置换成预定的加工特征，对各加工特征分配固定循环，看作是固定循环的集合体，选择使与加工成本相关的评价函数最佳化的集合体。所以，能够以满足使附加机床费用、工具费及加工制品的售价等的综合加工成本最低的条件，或以不需要设计者的经验及复杂作业的方式，容易地进行用于对加工件进行规定的加工的最佳的工程设计。
此外，在本发明的记录介质中，通过在普通的计算机上装载记录的计算机程序，能够实施本发明的工程设计方法，能够简便地进行可满足使综合加工成本最低的条件的工程设计。
以上，在发明的详细说明中所述的实施方式，是为了阐明本发明的记述内容，不能狭义地解释为本发明只局限于如此的具体例，在本发明的精神和权利要求范围中所述的范围内，能够实施多种变更。

Claims (3)

1.一种工程设计方法，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程，进行确定，其特征是，包括以下步骤：
基于所述加工件的加工前后的形状差，提取应加工的区域；
将提取的区域置换成可用立铣刀进行加工的多种加工特征的组合；
对置换的加工特征分别分配预定的固定循环；
对分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并作为最佳工程选择使根据所述评价函数的评价值最佳化的固定循环的集合。
2.一种工程设计装置，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程，进行确定，其特征是，具备：
数据库，存储可用立铣刀进行加工的多种加工特征及固定循环；
基于从外部给予的所述加工件的加工前后的形状差，提取要加工的区域的机构；
将由上述的提取要加工的区域的机构提取出的区域用存储在所述数据库的加工特征的组合进行置换的机构；
对由上述的进行置换的机构置换的加工特征分别分配存储在所述数据库中的固定循环的机构；
对由上述的进行分配的机构分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并求出根据该评价函数的评价值的机构；以及
对由该机构求出的评价值进行比较，将使评价值最优化的固定循环的组合选择作为最佳工程的机构。
3.一种工程设计装置，对于适于采用多种立铣刀对加工件进行规定的加工的、包括使用的立铣刀的选定及加工顺序的工程，进行确定，其特征是，
具备：数据库，存储可用立铣刀进行加工的多种加工特征及固定循环；计算机，以能够读出存储数据的方式与所述数据库连接，
并且，所述计算机进行以下工作：
基于从外部给予的所述加工件的加工前后的形状差，提取要加工的区域的工作；
将提取出的区域用存储在所述数据库的加工特征的组合进行置换的工作；
对置换的加工特征分别分配存储在所述数据库中的固定循环的工作；
对分配了预定的固定循环的加工特征的组合，分别应用与加工时间及立铣刀的寿命相关的评价函数，并求出根据该评价函数的评价值的工作；
对求出的评价值进行比较，将使评价值最优化的固定循环的组合选择作为最佳工程的工作。
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