CN101546184B - 加工模拟设备 - Google Patents

Abstract

一种加工模拟设备(1)，包括：模型存储器(4)，该模型存储器用于储存与限定诸如轴头和工作台的加工模型(11)、限定诸如卡盘和保持器的夹具的夹具模型(12)、限定工件形状的材料模型(13)、以及限定用于加工所述工件的工具的形状的工具模型(14)相关的信息。每个工具模型包括加工工具模型(14A)和干涉检查工具模型(14B)。根据用于切削进给的轴线运动指令利用加工工具模型(14A)对材料模型进行加工，以更新材料模型的形状。随后，根据用于快速横动的轴线运动指令来检查干涉检查工具模型与材料模型、夹具模型和机器模型的干涉。

Description

加工模拟设备

技术领域

本发明涉及一种加工模拟设备，该加工模拟设备模拟利用工具模型对材料模型进行切削，并通过根据NC程序和/或手动操作的轴线运动指令控制工具模型和材料模型的相对位置来检查工具模型和材料模型之间的干涉。

背景技术

典型的传统加工模拟设备采用单一工具模型来切除材料模型的一部分，并检查工具模型与材料模型的干涉。换言之，这类设备根据轴线运动指令来控制工具模型和材料模型的相对位置，从而，如果轴线运动指令为切削进给指令，则工具模型和材料模型相互交叠的区域被作为切削区域从材料模型移除，并且如果轴线运行指令为快速横动指令时，则工具模型和材料模型相互交叠的区域被识别为干涉区域。

具体而言，如图5A所示，作为此操作的第一步骤，这样一种传统的模拟设备使显示单元50在其屏幕上示出：机器模型51，该机器模型51表示工件安放于其上的工作台；夹具模型52，该夹具模型52表示夹住工件的夹具；材料模型53，该材料模型53表示待加工的工件；以及工具模型54，该工具模型54表示用于加工的工具。其次，根据用于切削进给的轴线运动指令，使该工具模型54相对于机器模型51、夹具模型52和材料模型53运动，从而计算出作为切削区域55的工具模型54和材料模型53彼此交叠的区域，从材料模型53去除切削区域55，然后更新材料模型53的形状。

在该过程中，如果在如图6A所示的实际加工中使用直径为d的工具540，则在此过程中将工具模型54限定为圆柱，该圆柱的圆形横截面的直径与工具540的直径相同，就会导致切削区域55被计算为具有与工具模型54的横截面面积相同的横截面面积的圆柱。或者，如图6B所示，如果工具模型54被大致限定为多边形柱，该多边形柱的横截面为内接于直径与工具540的直径相同的多边形，则切削区域55将被计算为横截面面积与工具模型54的横截面面积相同的多边形柱。

随后，如图5B所示，如果根据用于快速横动的轴线运动指令从材料模型53收回工具模型54，则该加工模拟设备对工具模型54与材料模型53、夹具模型52和机器模型51的任何干涉进行检查。在该处理中，限定为具有图6所示的圆柱或多边形柱的形状的模型被用作工具模型54，以检查所述工具模型和材料模型53的更新形式之间是否存在任何干涉，该更新形式为形状为圆柱或多边形柱的切削区域55已经从材料模型53去除之后的形式。

然而，根据这种类型干扰检查，由于在从材料模型53去除切削区域55中的计算误差，从而其中已经去除了切削区域55的更新后材料模型53中的被加工部分(即，图5B中所示的凹部)不与工具模型54完全匹配。在这样的情况下，干涉检查可能检测到工具模型54与材料模型53之间的微小干涉，从而引起发出警报。因此，一种传统的方法是将更新后的材料模型53的被加工部分与工具模型54相互交叠的区域限定为干涉区域，计算该干涉区域的体积，并在所计算的值不超过预定许可值的情况下确定不存在干涉。

日本专利No.2,628,914以及日本未审专利公报No.2000-284819公开了具有干涉检查性能的加工模拟设备。

发明内容

本发明要解决的问题

根据传统的加工模拟设备，因为要计算干涉区域的体积来确定工具模型54是否与材料模型53干涉，而干涉区域的体积会随着实际采用的工具的尺寸、加工深度和其他因素而变化，从而会导致检测不到工具模型54和材料模型53之间的应该被识别为干涉的接触。

此外，如果在不同于上一次的相位再次将工具引入到已经被加工的位置，那么在图6B的加工模拟(其中工具模型54被限定为具有多边形横截面)中，相位变化或改变会使工具模型54的顶点偏移。这又会使干涉区域(工具模型54在相位改变后与材料模型53干涉的区域的体积减去在相位改变前由所述工具模型切除的区域)超过许可值，即使在切削区域55的体积没有任何变化的情况下也是如此，从而错误地将可接受的接触识别为干涉。而且，为了消除这类错误检测或识别，需要设置许多许可值来应对不同的状态，从而导致系统更加复杂。

有鉴于此，本发明的一重要目的在于解决上述问题，并提供这样一种加工模拟设备，其无需为了随后的确定而计算干涉区域的体积，并能精确地检查工具模型和材料模型之间的干涉。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明提供一种加工模拟设备，其用于通过工具模型切削材料模型，并通过根据轴线运动指令控制工具模型和材料模型的相对位置而检查工具模型至少与材料模型的干涉。

具体而言，所述加工模拟设备包括模型存储器，该模型存储器用于储存材料模型和工具模型；以及模拟控制单元，该模拟控制单元用于当工具模型按照轴线运动指令运动时基于工具模型的轨迹来更新材料模型的形状。在该设备中，储存在模型存储器中的工具模型包括加工工具模型和用于干涉检查的至少一个干涉检查工具模型，该加工工具模型用于基于所述轨迹进行切削并更新材料模型的形状。

在一个方面中，至少一个干涉检查工具模型被限定为形状小于加工工具模型的形状。例如，加工工具模型可被限定为具有圆形横截面，同时至少一个干涉检查工具模型被限定为具有圆形横截面，其直径小于加工工具模型的圆形横截面的直径。在另一方面中，为了简化计算，加工工具模型可被大致限定为具有多边形横截面，且至少一个干涉检查工具模型被限定为具有内接于加工工具模型的多边形的圆形横截面。

在又一方面中，加工工具模型包括切削工具模型和杆柄模型，且切削工具模型用作根据用于切削进给的轴线运动指令来更新材料模型的形状的加工工具模型，而杆柄模型用作根据用于快速横动的轴线运动指令来检查杆柄模型和材料模型之间的任何干涉的干涉检查工具模型。

在一个实施例中，多个不同尺寸的干涉检测工具模型与用于干涉检查的加工工具模型相结合地使用。

而且，模型存储器还可储存至少一个机器模型和至少一个夹具模型，而且本发明的设备对工具模型与材料模型、至少一个机器模型和至少一个夹具之间的任何干涉进行检查。

本发明的效果

根据本发明的加工模拟设备，因为加工工具模型和至少一个干涉检查工具模型用于不同的目的，所以无需确定干涉区域的体积。这消除或降低了这样的可能性，即，检测不到应该被识别的干涉，或者将可接受的接触错误识别为干涉的可能性。这样，本发明提供了通过利用两种不同种类的工具模型而精确检查干涉的有利效果。

而且，通过将至少一个干涉检查工具模型限定为具有比加工工具模型的形状小的形状，至少一个干涉检查工具模型可被构造为吸收或容许在更新材料模型时可能发生的计算误差，从而降低了系统上的处理负荷。

附图说明

为了更加完全地理解本发明的性质和目标，将参照以下详细描述和附图，在附图中：

图1为示意性示出了根据本发明的一个实施例的加工模拟设备的构造；

图2为示出了图1所示的加工模拟设备的工具模型的分类的示意图；

图3为示出了图1所示的加工模拟设备的加工工具模型和干涉检查工具模型的横截面的示意图；

图4为示出了根据本发明的加工模拟方法的步骤的工艺流程图。

图5为示出了传统加工模拟设备的示意图；而且

图6为示出了图5的传统加工模拟设备的工具模型的构造的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的实施例。图1示意性示出了用于机床的加工模拟设备1的整体构造。该加工模拟设备1包括：模拟控制单元2，其用于控制设备1的全部操作；显示单元3，其用于示出模拟屏幕；模型存储器4，其用于储存各种模型；加工数据存储器5，其用于储存加工数据，包括NC程序和手动操作的轴线运动指令；模拟数据存储器6，其用于储存用于模拟的程序和参数；警报单元7，其用于在检测到模型之间的干涉时发出警报；以及由操作人员操纵从而输入各种输入的输入单元8。

模型存储器4储存有：机器模型11，该机器模型11限定诸如轴头和工作台的机械元件；夹具模型12，该夹具模型12限定诸如卡盘和保持器的夹具；材料模型13，该材料模型13限定各种工件的形状；以及工具模型14，该工具模型14限定对工件进行加工的实际工具的形状。根据切削进给的轴线运动指令，模拟控制单元2控制工具模型14中的一个与选自模型存储器4的至少一个机器模型11、至少一个夹具模型12和至少一个材料模型13的相对位置，以进行加工模拟，并在显示单元3的屏幕上示出工具模型14是如何切除材料模型13的一部分的。而且，该设备适于根据快速横动的轴线运动指令来检查工具模型14与材料模型13、夹具模型12和机器模型11之间的任何干涉，并将这种干涉的状况显示在显示单元3的屏幕上。

图2示出了加工模拟设备1的工具模型14的分类。在该加工模拟设备1中，工具模型14包括用于每个可用于加工的实际工具(例如，图2所示的工具#1和工具#2)的加工工具模型14A和干涉检查工具模型14B。加工工具模型14A用于切除材料模型13的一部分，而干涉检查工具模型14B用于检查与材料模型13、夹具模型12和机器模型11的干涉。在加工工具模型14A按照储存在加工数据存储器5内的轴线运动指令而运动时，模拟控制单元2基于该加工工具模型14A的轨迹而更新材料模型13的形状，同时检查干涉检查工具模型14B与其他模型11-13中任何一个之间是否存在任何干涉，并在检测到干涉的情况下使警报单元7发出警报。

图3示出了实际工具140、加工工具模型14A、干涉检查工具模型14B和切削区域15的横截面。加工工具模型14A和干涉检查工具模型14B被限定为具有与实际工具140的形状基本类似的圆柱或多边形柱。例如，如图3A所示，在选用直径为d的工具140时，加工工具模型14A限定为具有圆形横截面(其取向为垂直于工具轴线)，该横截面的直径与工具140的直径相同。干涉检查工具模型14B被限定为具有圆形横截面，该圆形横截面的直径小于加工工具模型14A的直径。用于更新材料模型的切削区域15计算为成圆柱的形状，该圆柱的直径与加工工具模型14A的直径相同，并在加工模拟中从材料模型13去除该切削区域15。

可选的，如图3B所示，加工工具模型14A可被大致地限定为具有多边形横截面，该多边形横截面内接于直径与工具140的直径相同的圆。另一方面，干涉检查工具模型14B被限定为具有圆形横截面，该圆形横截面或者内接于加工工具模型14A的多边形，或者半径比加工工具模型14A小。用于更新材料模型的切削区域15限定为具有多边形柱的形状，其尺寸与加工工具模型14A的尺寸相同。如图3C所示，如果加工工具模型14A限定为具有八边形横截面，则内接于该八边形的圆的直径为外接圆直径(即，工具直径)的0.924倍。因此，将干涉检查工具模型14B的直径设置为d×0.924或更小能够提供一种可避免与图3B所示的切削区域相干涉的干涉检查工具模型14B。

图4示出了根据本发明的方法，其用于利用加工工具模型14A和干涉检查工具模型14B进行加工模拟。如图4A所示，在切削材料模型13的过程中，根据储存在加工数据存储器5中的轴线运动指令对形状为圆柱或多边形柱的加工工具模型14A进行定位，然后根据用于切削进给的轴线运动指令使加工工具模型14A相对于机器模型11、夹具模型12和材料模型13运动，从而使加工工具模型14A切除材料模型13的一部分。在该处理的过程中，材料模型13和加工工具模型14A之间的交叠区域被计算为切削区域15，且通过从材料模型13切除切削区域15而对材料模型13的形状加以更新。

如果储存在加工数据存储器5中的下一个轴线运动指令是用于快速横动的，则模拟控制单元2从模型存储器4读取干涉检查工具模型14B，并用如图4B所示的工具模型14B替代加工工具模型14A，以检查该工具模型与机器模型、夹具模型和材料模型之间的可能干涉。将形状为比加工工具模型14A小的圆柱或多边形柱的模型用作干涉检查工具模型14B。如图4C所示，接下来进行检查，以查明在干涉检查工具模型14B根据用于快速横动的轴线运行指令从材料模型13撤回的过程中，在材料模型13和干涉检查工具模型14B之间是否发生干涉。随后，在该工具模型14B根据储存在加工数据存储器5内的用于快速横动的轴线运动指令运动时，检查干涉检查工具模型14B与夹具模型12和机器模型11之间的干涉。如果发生了干涉，则警报单元7发出警报。

根据该实施例的加工模拟设备1，因为加工工具模型14A和干涉检查工具模型14B用于不同的目的，所以消除了传统上要进行的比较干涉区域的体积与容许值的中间处理，从而可直接确定是否发生了干涉。因此，即使干涉检查工具模型14B与模型11-13之间由于工具轨迹的偏移而存在的非常小的接触，也不会被忽略，这样降低了将干涉错误地识别为例如由于工具相位改变而产生的可接受接触的可能性。而且，通过将干涉检查工具模型14B限定为比加工工具模型14A小的形状，干涉检查工具模型14B被构造为吸收或容许在更新材料模型13时可能发生的计算误差，从而降低了系统上的处理负荷。

本发明不限于上述实施例，而是能在根据需要改变各部件和处理的设置的情况下实施本发明，而这仍落入以下所阐述的本发明的精神内。

例如，多个不同尺寸的干涉检查工具模型14B可与单个加工工具模型14A组合使用。

而且，图2所示的加工工具模型14A中的每一个都可被限定为包括切削工具模型14A-1和杆柄模型14A-2，从而可将所述切削工具模型14A-1作为加工工具模型14A使用，而将所述杆柄模型14A-2作为干涉检查工具模型14B使用。换言之，所述切削工具模型14A-1用于根据切削进给的轴线运动指令更新材料模型13，而所述杆柄模型14A-2用于检查与加工模型、夹具模型和材料模型的任何干涉。可选的是，切削工具模型14A-1和杆柄模型14A-2二者都可用于这样的干涉检查，即，其中如果仅是切削工具模型14A-1与材料模型13交叠，则识别不出干涉。

以上已经描述了本发明，所认为是新颖的并期望由专利证书加以保护的技术方案如所附权利要求所述。

Claims (4)

1.一种加工模拟设备，该加工模拟设备用于利用工具模型切削材料模型，并且通过根据轴线运动指令控制所述工具模型和所述材料模型的相对位置来对所述工具模型至少与所述材料模型的干涉进行检查，所述设备包括：

模型存储器，该模型存储器用于储存所述材料模型和所述工具模型，以及

模拟控制单元，该模拟控制单元用于当所述工具模型根据所述轴线运动指令运动时基于所述工具模型的轨迹来更新所述材料模型的形状，

其中，储存在所述模型存储器中的所述工具模型包括加工工具模型和至少一个干涉检查工具模型，所述加工工具模型用于基于所述轨迹来切削和更新所述材料模型的形状，所述至少一个干涉检查工具模型用于干涉检查，

其中，所述至少一个干涉检查工具模型被限定为具有的形状小于所述加工工具模型的形状。

2.根据权利要求1所述的加工模拟设备，其中，所述加工工具模型被限定为具有圆形横截面，并且所述至少一个干涉检查工具模型被限定为具有圆形横截面，所述至少一个干涉检查工具模型的圆形横截面的直径小于所述加工工具模型的圆形横截面的直径。

3.根据权利要求1所述的加工模拟设备，其中，所述加工工具模型被限定为具有多边形横截面，并且所述至少一个干涉检查工具模型被限定为具有内接于所述加工工具模型的所述多边形横截面的圆形横截面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工模拟设备，其中，所述模型存储器还储存至少一个机器模型和至少一个夹具模型，并且，进一步其中所述设备对所述工具模型与所述材料模型、所述至少一个机器模型和所述至少一个夹具模型之间的任何干涉进行检查。

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