CN101231517B - 自动设定轴向加工参数的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种自动设定轴向加工参数的制造方法，为提升工具机加工效能的控制方法，其可针对不同的工件，以自动检测的方式来预估目前工件的重量大小，并研判出最适合此加工条件下的工具机轴向加工参数，以达成更快速、有效且具备稳定性的加工模式，此功能将可使工具机以更有效率的方式来完成加工动作。

Description

自动设定轴向加工参数的制造方法

技术领域

本发明有关于一种自动设定轴向加工参数的制造方法，特别是指一种应用轴向移动推估出最佳化控制轴向加工参数以提升工具机加工效能的控制方式。

背景技术

高速与高精度的切削条件目前已成为工具机的首要机能项目，随着控制器发展的日新月异，轴向加工参数经过参数调校后，皆可使工具机达到高速高精度的要求，但一般工具机厂商于厂内所调校的初始基本轴向加工参数实际运用在执行加工动作时，所呈现出来的速度与精度等动作皆因工件重量的不同而影响加工效率，无法发挥最佳的加工性能。

传统针对工具机最佳化参数调整的方式有：

a、工件重量是先利用磅秤或是由其他可量测重量仪器得知。

b、在得知工件重量的前提下，通过试误法(try&error)的方式利用控制器参数并参考工具机轴向电流负载上限值与机台无发生振动等条件来调校出工件在某一工作范围内(例：0～50kg、50～100kg)的最佳轴向加工参数。

因此，传统的方法属于人工化的操作，影响到整体自动化操作的顺畅性，若工件太重还须移动至设有测重的场所，都提高了操作的复杂度。为了提供更符合实际需求的应用法则，发明人乃进行研发，以解决公知使用上易产生的轴向加工参数不易设定与耗时设定等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种自动设定轴向加工参数的制造方法，将某些轴向加工参数的数值在出厂前预先设定，操作者只要在加工时直接将工件置于加工机上，运用机定的程序，便能得到相关的轴向加工参数(时间参数)，且能将这些轴向加工参数直接存入工具机的控制器单元内，以被主程序进一步取用，让整体的操作更明确，更无误差。

本发明的技术解决方案是：一种自动设定轴向加工参数的制造方法，其步骤包括：

在工具机的工作台上放置一工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值(X轴电流负载量)；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值(Y轴电流负载量)；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数(时间值)。

如上所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其中，还包含有一机定最小值设定步骤：

在工具机的工作台上放置工件；

启动工具机的操作，选择进入执行工件参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值(X轴电流负载量)；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值(Y轴电流负载量)；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数(时间值)。

如上所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其中，还包含有一机定最大值设定步骤：

在工具机的工作台上放置一机定最大值工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值(X轴电流负载量)；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值(Y轴电流负载量)；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数(时间值)。

如上所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其中，进一步包含一判定步骤：

是在调校后将数值与机定最大值与最小值比对；

若其值为介于两者之间，则将所获的轴向加工参数值存入工具机内的暂存区，供加工程序取出应用。

如上所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其中，所述调校为依机台的特性所设定的回归分析方程式，以换算出相对应的转动时间参数值，即轴向加工参数值。

本发明的特点和优点是：本发明的自动设定轴向加工参数的制造方法，为一种提升工具机加工效能的控制方法，其可针对不同的工件，以自动检测的方式来预估目前工件的重量大小，并研判出最适合此加工条件下的工具机轴向加工参数，以达成更快速、有效且具备稳定性的加工模式，此功能将可使工具机以更有效率的方式来完成加工动作。特别是，本发明利用工作台上不同的载重条件，经初始测试动作后，可得出最佳化的轴向加工参数并储存于程序暂存区内，在执行程序前下达启用指令，即可自动地将轴向加工参数设定于控制器中，在执行程序期间将呈现出快速并具稳定的加工状态模式，以提高工具机的加工效率。

附图说明

图1为本发明的机台立体示意图。

图2为本发明的参数设定于推进轴时间与速度关系曲线图。

图3为本发明的求取参数初始化流程图。

图4为本发明的参数运算流程图。

图5为本发明的参数使用判定流程图。

图6为本发明参数范围定义图。

图7为本发明参数的应用流程图。

图8为本发明加工程序的移动路径示意图。

具体实施方式

以下配合附图详细说明本发明的特征及优点：

如图1至图8所示，为本发明一种取得及应用工具机工件参数值的方法。图1为工具机的架构图，包括工作台1、X轴进给轴向2、Y轴进给轴向3与电脑数值控制器等，其中：工作台1为工具机承载与固定工件的平台；X轴进给轴向2为工具机的X轴方向的进给轴，带动工作台作X方向运动；Y轴进给轴向3为工具机的Y轴向的进给轴，带动工作台作Y方向运动；电脑数值控制器为设置于工具机中的控制装置，内含有宏程序单元，可将欲测试的动作写入及作数据运算处理等动作。

本发明藉由上述构件，发展出工具机自动取得设定及应用最佳化的轴向加工参数值的制造方法，以提升加工效能，其为一可根据工作台上不同的载重条件，经初始量测后，可得出最佳化的轴向加工参数组合。参阅图2所示，为控制快动钟型(为一种U形曲线，如同钟摆般动作)加/减速的轴向加工参数(时间参数)T1(设定为依照线性加速度考量时的时间常数，指图中直线部份的时间值)与T2(设定为依照转角速度部份的时间，指图中曲线部份的时间值)；由图2中可看出曲线为一渐进变化的斜率，其加速度的微分为连续的有限值，调整此参数将对马达的力矩输出及减低机台振动有所助益。其可增加或减少控制器指令的速度，利用电脑程序来控制加工的工作母机(工具机CNC)，CNC控制器将送出命令来驱动主轴(Z轴)马达及工作台(XY轴马达开始加工)，并储存于程序暂存区内，在执行程序前下达启用指令，即可自动地将轴向加工参数设定于控制器中，在执行程序期间，将呈现出快速且稳定的加工模式，以提高工具机的加工效率。

本发明包含以下步骤为：

在工具机的工作台上放置一工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值(X轴电流负载量)；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值(Y轴电流负载量)；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数(时间值)。

其后更含有一机定最小值设定步骤：

不在工具机的工作台上放置工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值(X轴电流负载量)；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值(Y轴电流负载量)；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数(时间值)。

更含有一机定最大值设定步骤：

在工具机的工作台上放置一机定最大值工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值(X轴电流负载量)；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值(Y轴电流负载量)；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数(时间值)。

另外，包含一判定步骤：

在调校后将数值与机定最大值与最小值比对；

若其值为介于两者之间，则将所获的轴向加工参数值存入工具机内的暂存区，供加工程序取出应用。

上述所谓的调校为依机台的特性所设定的回归分析方程式，以换算出相对应的加工转动所需时间参数值，也就是本案所称的轴向加工参数。

本发明其流程可分为测试与撷取信号、分析数据、执行与使用功能，其整体技术执行的方式如下：

在测试与撷取信号方面，参阅图3所示，其利用测试方式建构出数学预估模型，将测试的动作预先写入至宏程序指令中，并设定载重(载重条件的设定是以工具机工作台的最大载重作为依据)与轴向加工参数条件组合来进行测试，例如：假设载重与轴向加工参数条件：其工作台载重为0～XKg，设定快动钟型加/减速的轴向加工参数(时间参数)T1＝0～X ms与轴向加工参数(时间参数)T2＝0～X ms；下达量测指今后，先移动工作台至X与Y轴向的中央位置，在X轴向往覆移动100mm，又在Y轴向往覆移动100mm，同时记录在轴向电流负载不超过上限值与工具机机台无发生振动的情形下，其轴向加工参数(为最佳化的载重与控制时间参数)的匹配条件。

例如：假设调校后的相关最小参数条件，其工作台载重0Kg，设定快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝50ms与轴向加工参数T2＝110ms；假设调校后的相关最大参数条件为B，其工作台载重300Kg，设定快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝130ms与轴向加工参数T2＝50ms。以上为机定测定程序(在出厂前完成，也能提供给使用者自行设定的操作空间)。

假设调校后的相关参数，相当于工作台载重上为载重b Kg，设定快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝Xb1ms与轴向加工参数T2＝Xb2ms；以作为分析轴向加工参数的依据。在测试与撷取信号方面，参阅图3所示，其利用测试方式建构出数学预估模型，将测试的动作预先写入至宏程序指令中，并能设定为多组载重(载重条件的设定是以工具机工作台的最大载重作为划分依据)与轴向加工参数条件组合来进行测试，例如：一工作台载重为100Kg，设定后能得到一新工件于快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝70ms与时间参数轴向加工参数T2＝110ms，同样地是在下达量测指令后，先移动具新工件的工作台至X与Y轴向的中央位置，在X轴向往覆移动100mm，Y轴向往覆移动100mm，同时记录在轴向电流负载不超过上限值与工具机机台无发生振动的情形自动分析轴向加工参数的依据。

在分析量测数据资料方面，参阅图4所示，有了调校后的相关参数(轴向加工参数)，即可利用各参数间的相关性推导出各参数间的数学方程式：

(1)将轴向电流负载值与工作台荷重值两个数据搭配，成为一电流负载与荷重的数学关系式，例如：当工作台上无荷重时，其轴向电流负载值为147％(因工作台本身有重量)、当荷重为100Kg时其轴向电流负载值为154％、当荷重为200Kg时其轴向电流负载值为166％、当荷重为工具机工作台最大负载300Kg时其轴向电流负载值为173％，由上述的数据关系可利用数学回归分析方式推得一单变数方程式，如下式：

y＝0.0241x³-11.567x²+1858.2x-99753(eq1)

其中x为工具机轴向电流负载值，y为工作台荷重值。得出此方程式的目的在于，当量测到轴向电流负载值后，即可通过此预估方程式计算出目前在工具机工作台上工件的荷重值，例如：量测到的轴向电流负载为168％，利用eq1可预估出工作台上工件荷重231Kg。此工件荷重即为工件的重量，本发明不运用此重量值，在本发明中不是直接量测称重得到，而是以机上的测定装置直接导引出T1、T2的轴向加工参数值。

(2)将工作台荷重值与相关轴向加工参数互相搭配，成为多个荷重与轴向加工参数的数学关系式，例如：当工作台上无荷重时，所调校出的快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝50ms与轴向加工参数T2＝110ms、当荷重为100Kg时，所调校出的快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝70ms与轴向加工参数T2＝110ms、当荷重为200Kg时，所调校出的快动钟型加/减速的加工参数T1＝110ms与轴向加工参数T2＝70ms、当荷重为300Kg时，所调校出的快动钟型加/减速的轴向加工参数T1＝130ms与向加工参数T2＝50ms，藉由上述数据与参数间的关系，可利用回归分析方式推得多个数学方程式：

$\left\{\begin{array}{c}y=2.635426T1-1.01933T2\\ T1=190.7407-1.18519T2\end{array}\right.---\left(\mathrm{eq}2\right)$

其中y为工作台荷重值、T1与T2为快动钟型加/减速的轴向加工参数。得出上述方程式的目的在于，将荷重值带入上述方程式后，即可得出在此荷重条件下的相关轴向加工参数，例如：已知工作台荷重231Kg，透过上述方程式运算，可得出快动钟型加/减速的轴向加工参数T1为113ms与轴向加工参数T2为66ms。

根据上述测试与撷取信号和分析资料流程，本发明将可通过执行功能方式应用于工具机加工程序中，以提升加工效率，参阅图5所示，执行预先写入至宏程序指令中的量测程序，其将自动设定相关标准的轴向加工参数至机台内部，执行量测程序结束后将可得出在目前荷重条件下的相关预估轴向加工参数，并储存于宏程序单元的暂存区内；换句话说：是机定设定最大与最小加工参数值区间。

执行量测指令后，工作台移动至X与Y轴向的中央位置，再移动X轴向往覆100mm，移动Y轴向往覆100mm，此时控制器将会判断所撷取的轴向电流负载最大值是位于范围a与范围b之间或是小于范围a内或是大于范围b的外，请参阅图6所示，此判别区间的考虑是由于工具机工作台所承载的重量有限，若所量测的电流负载过大或过小，将影响预估轴向加工参数的判断，当工作台上无荷重时，以轴向加工参数所测得的轴向电流负载值为147％，所设定的快动钟型加/减速的轴向加工参数T1为47ms与轴向加工参数T2为121ms，当荷重为工具机工作台最大负载300Kg时其轴向电流负载值测得为173％，所设定的快动钟型加/减速的轴向加工参数T1为133ms与轴向加工参数T2为49ms，由此可订立范围a为147％与范围b为173％。

判别流程的说明：

(1)范围a与范围b间(范围a＜电流负载＜范围b)：根据上述所撷取的轴向电流负载值为168％是坐落在范围a(147％)与范围b(173％)之间，将电流负载值带入前述的电流负载与荷重的数学关系式中：

y＝0.0241x³-11.567x²+1858.2x-99753(eq1)

即可预估出工作台荷重为231Kg，再将荷重值带入前述的荷重与相关控制参数(轴向加工参数)的数学关系式中：

$\left\{\begin{array}{c}y=2.635426T1-1.01933T2\\ T1=190.7407-1.18519T2\end{array}\right.---\left(\mathrm{eq}2\right)$

可推估出快动钟型加/减速的(时间控制)轴向加工参数T1为113ms与轴向加工参数T2为66ms。

(2)小于范围a内(电流负载＜范围a)：假设所撷取的轴向电流负载值为123％，其小于范围a(147％)，经由分析判断工作台荷重不可能为负值存在，所以仍以无荷重条件判别，所推估出快动钟型加/减速的(时间控制)轴向加工参数T1为47ms与轴向加工参数T2为121ms。

(3)超过范围b外(电流负载＞范围b)：假设所撷取的轴向电流负载值为180％，其大于范围b(173％)，经由分析判断已超过工作台荷重能力范围，基于保护工具机的加工稳定与效率性，将以最大荷重条件判别，所推估出快动钟型加/减速的(时间控制)轴向加工参数T1为133ms与轴向加工参数T2为49ms。

应用流程的说明：

将预估出的相关轴向加工参数应用于工具机加工程序中时，请参阅图7所示，于加工程序中下达启用本发明功能的指令，也就是于加工程序中加入『判断是否于加工程序中下达读取暂存区参数指令』与『判断是否于加工程序中下达停止使用暂存区参数指令』，以控制程序中不同的开/关动作即可将暂存区内的相关轴向加工参数设定于控制器中，在执行加工程序时，将可提升加工效率等，若无需使用本发明功能时，于加工程序中下达停用的指令，即可将相关轴向加工参数回复成为原先的标准参数值。

再将图7的实际应用，举例如下：

A.未使用本发明功能：

a-1.加工时间的程序为下：

O0001G90G00X-600Y-600X0Y0M30

a-2.动作说明(如图8所示)：

1、程序名称(00001)，以绝对坐标方式(G90)利用快动前进(G00)至X-600 Y0的位置。

2、再快动前进至X-600 Y-600的位置。

3、再快动前进至X0 Y-600的位置。

4、再快动前进至X0 Y0的位置。

5、程序结束(M30)。

其动作流程：为于原点至X-600、再至X-600Y-600、转至Y-600、再回原点的切削过程。

a-3.程序执行的加工时间：5sec。

B.使用本发明功能

b-1.先执行图5所示执行程序指令动作，相关轴向加工参数条件已储存于程序暂存区中。

b-2.加工时，程序中会将参数条件写入引用，是指启用(指读入应用)本发明轴向加工参数功能的指令。程序如下：

O0001M400 S1G90G00X-600Y-600X0Y0M400 S0M30

b-3.动作说明：

1、将启用本发明功能的指令写入(M400 S1)。

2、以绝对坐标方式(G90)利用快动前进(G00)至X-600 Y0的位置。

3、再快动前进至X-600 Y-600的位置。

4、再快动前进至X0 Y-600的位置。

5、再快动前进至X0 Y0的位置。

6、将启用本发明功能的指令取消(M400 S0)。

7、程序结束(M30)。

也就是执行与前述A未使用本发明时的同样加工过程。

b-4.程序执行时间：4sec。

C.使用本发明功能与未使用的程序执行时间比较

由前述的实际应用性能上的比较，使用本发明能增近20％的工作效率，也就是说，当前述的时间应用参数被快速取得后，便是得到较佳的操控状态，能被设定以最快最短的时间内让工具机的操控性一步到位，无需经过所谓的缓慢驱动过程，换言之，程序取用到轴向加工参数的时间值后，直接以参数的时间值让马达的输出功率无需等待而直接以最快的模式进行操作，这便是本发明加工效能能被快速提升的关键处。

也就是说，本发明前述的参数取得主要应用人工，其需要计算，可能从称重至取得参数需几十分钟以上，可是经过本发明方法的应用，在流程的改善后，出厂前已有标准值的设定，一分钟便能快速地决定参数值的取得，便能直接进行类似上段所述的实际加工过程，对工具机，特别是综合工具机的整体加工过程，在设定方面，能节省数十分钟的时间，亦让现场工作人员得到标准化的操作，更因标准的流程，快速简单设定参数，让加工效能得到提升，即能提高产量，可以说是一个小小的改变，确有大大的效益增进，这就是本发明与众不同之处。

综上所述的结构，本发明是根据工作台上不同的载重条件，以下达初始量测指令的方式，自动推估出工件的重量负载，并通过控制器中宏程序单元内的轴向加工参数运算方程式，以计算调校出在此工件重量条件下的轴向加工参数，此方式可比公知技术更精确地预估出最佳化的轴向加工参数，在执行程序前下达启用功能指令，即可自动地将预先推估出的轴向加工参数设定于控制器中，在执行程序期间，将呈现出快速并具稳定的加工模式，藉此提高工具机的加工效率，所以能提供很好的使用性，为一完全与公知不同的操作方法。

以上所述为本发明的较佳实施例的详细说明与附图，并非用来限制本发明，本发明的所有范围应以其专利范围为准，凡专利范围的精神与其类似变化的实施例与近似结构，皆应包含于本发明之中。

Claims (5)

1.一种自动设定轴向加工参数的制造方法，其步骤包括：

在工具机的工作台上放置一工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数；所述调校为依机台的特性所设定的回归分析方程式，以换算出相对应的转动时间参数值，即轴向加工参数。

2.如权利要求1所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其特征在于，还包含有一机定最小值设定步骤：

不在工具机的工作台上放置工件；

启动工具机的操作，选择进入执行工件参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数。

3.如权利要求2所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其特征在于，还包含有一机定最大值设定步骤：

在工具机的工作台上放置一机定最大值工件；

启动工具机的操作，选择进入执行轴向加工参数值设定模式；

程序启动，移动工作台至工具机X轴与Y轴的中央；

先移动工具机工作台往工具机X轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个X轴参数值；

再移动工具机工作台往工具机Y轴的方向往覆移动100mm，测量得到一个Y轴参数值；

将所测得的X轴参数值、Y轴参数值进行调校便得到X轴与Y轴的轴向加工参数。

4.如权利要求3所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其特征在于，进一步包含一判定步骤：

是在调校后将数值与机定最大值与最小值比对；

若其值为介于两者之间，则将所获的轴向加工参数值存入工具机内的暂存区，供加工程序取出应用。

5.如权利要求1或2或3所述的自动设定轴向加工参数的制造方法，其特征在于，所述X轴参数值为X轴电流负载量，所述Y轴参数值为Y轴电流负载量，所述调校后得到的轴向加工参数为加工所需的时间值。

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