CN104175176A - 切削机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切削机及其控制方法。于此方法中，基于一工作件的切削率MR获得用来切削上述工作件的一切削速度，以使一工具达到一最大寿命。切削率MR可经由下列公式计算：MR＝86.0－37.6×C－8.2×Mn－6.1×Si－5.6×Ni－3.2×Cr－3.1×Mo，其中C、Mn、Si、Ni、Cr以及Mo分别表示包括于一工作件中的碳、锰、硅、镍、铬、钼的重量百分比(wt％)。本发明可以可靠地及轻易地获得切削速度V，从而延长切削工具的使用寿命。

Description

切削机及其控制方法

技术领域

本发明关于一种机器(例如一切削机，用以经由一切削工具来切削工作件)及其控制方法。

背景技术

于一般的机器中，切削速度以及每齿进给量(feeding amount per tooth)依据被上述机器所切削的工作件而决定。一切削工具的每分钟转数(RPM)以及进给速率(feeding speed)基于上述切削速度以及进给量而被设定。用以切削工作件的机器可为一圆锯机或是一铣床(milling machine)。圆锯机通过圆锯刀的旋转切削一工作件。铣床通过一端铣刀(end mill)或是一面铣刀(facemill)的旋转切削工作件。

工作件由金属或一些选择于多种材质的其他材质所构成。于日本专利No.2869123中揭露了一种锯机，其具有一输入单元以输入如工作件的种类等切削数据。锯机亦包括一运算单元，用以基于切削数据等而于初始操作(试转)期间计算锯刀转速(blade speed)。于初始操作期间，由于配置了一锋利刀刃边缘(sharp blade edge)的锯刀(saw blade)易于遭受损坏，因此于初始操作时降低了锯刀转速以防止锯刀过早损坏(premature damage)。如此，于初始操作间的锯刀转速不需要操作者输入设定，可防止操作者不适当的输入而导致锯刀过早劣化(premature deterioration)。

然而不仅于初始操作期间需要增加切削工具的使用寿命，且于一般操作上亦有增加切削工具的使用寿命的需求。一般而言，适合的切削速度视为可延长切削工具的寿命，且可基于操作者的经验来决定。另外，一适当的切削速度已基于重复的实验结果决定了。因此，需要一种能轻易的获得能帮助延长切削工具的使用寿命的切削速度的机器。

发明内容

本发明的一些实施例包括一切削机的控制方法。于此方法中，基于工作件的一切削率MR获得用来切削上述工作件的一切削速度，以使得一工具达到一最大使用寿命。切削率MR经由下列公式计算：MR＝86.0－37.6×C－8.2×Mn－6.1×Si－5.6×Ni－3.2×Cr－3.1×Mo，其中C、Mn、Si、Ni、Cr以及Mo分别表示包括于一工作件中的碳、锰、硅、镍、铬、钼的重量百分比(wt％)。

本发明的一些实施例包括一切削机。切削机可具有一材料-MR储存运算单元、一MR-V储存单元以及控制装置。材料-MR储存运算单元基于工作件的一材料数据计算一切削率MR。MR-V储存单元预先储存对于上述切削率MR以及一预计切削速度V之间的一关系MR-V。上述预计切削速度V通过考量将一工具的寿命达到一最大长度来决定。控制装置由上述关系MR-V获得一切削速度，且基于已获得的上述切削速度切削工作件。

经过仔细的研究后，本案的发明人于切削工具的使用寿命以及一切削速度V之间获得一关系。切削率MR也与这些数值存在一关系。当切削工作件时，输入对应于切削率MR的材料数据。通过材料数据，可以可靠地及轻易地获得切削速度V。因此可不需要通过一操作者的经验来获得一合适的切削速度V。举例而言，当工作件置换为不同的工作件时，可快速及可靠地获得一合适的切削速度V。因此可借此延长切削工具的使用寿命。

附图说明

图1为一实施例的前视示意图。

图2为一实施例的一控制方块图。

图3为一实施例的控制程序的流程图。

图4为根据操作于不同材料下一工具的使用寿命以及一切削速度V的图表。

图5为切削率MR以及合适的切削速度的图表。

具体实施方式

上述及后述所揭露的每一附加的特征和技术可分开或是结合其他特征或是技术，以提供更进步的机器。本发明代表性例子分开或是结合使用许多上述附加的特征和技术，且将会配合附图作详细的说明。这些详细的描述仅是意图启示本领域技术人员实施本技术的较佳观点的细节，并不会意图限制本发明的范围。只有于权利要求中定义了本发明的范围。因此，揭露于下列详细描述的特征和步骤的结合并不需要以最广的解释来实施本发明，且仅为替代启示本发明特别描述的代表性例子。此外，于代表性例子中的多种特征并不会特别的依序列举来对应附属项，以提供本启示额外有用的设定。

请参考图1至图5，以下将说明本发明的一实施例。如图1所示，一切削机1具有一圆锯机10以及用以控制圆锯机10的一控制装置2。圆锯机10具有一基座11以及一头部12。头部12可于基座11的一轨道11a上滑动。

如图1所示，一旋转轴15设置于头部12内，且一切削工具21，例如一圆锯刀，安装于旋转轴15。驱动装置13，例如一伺服马达，设置于头部12的顶部。一传动带(移动装置)14或其他类似的元件设置于驱动装置13以及旋转轴15之间。驱动装置13的动力经由传动带14以及一减速装置或其他类似的元件传输至旋转轴，以使得切削工具21和旋转轴15一同旋转。

构成切削工具21的圆锯刀具有以金属(例如铁)制成的一圆盘以及形成于圆盘外周围的一边缘。多个边缘以一预定距离间隔排列于圆盘的外周围。这些边缘可为一体成形的形成于圆盘的切削边缘，或为安装于圆盘上的尖端(tip)。上述尖端可由烧结碳化物(cemented carbide)、金属陶瓷(cermet)、立方氮化硼(cubic boron nitride,cBN)、高速钢(high-speed steel)、钻石(diamond)、或是其他材料所形成。例外，可于尖端或切削边缘上实施一涂布。

如图1所示，基座11包括一填充端口18以及一固持装置17。填充端口18可允许打开基座11的表面，且插入工作件20至基座11。固持装置17为一汽缸或其他类似的元件。通过伸缩的移动(telescopic movement)，汽缸可将工作件20固定于基座11上的一位置。工作件20可为一延伸的棒状结构，并可由钢材料或其他类似的材料所形成。

如图1所示，基座11具有配有一汽缸或是其他类似元件的一移动装置16。移动装置16的一端贴附于基座11，且另一端贴附于头部12。移动装置16的伸缩的移动使得头部12相对于基座11往复运动。通过头部12的移动，切削工具21到达工作件20，且切削工具21由此处切削工作件20。

如图1以及图2所示，控制装置2包括一显示装置3以及一输入装置4。，显示装置3基于控制装置2所传送的一信号，显示操作者所输入的信息的项目(item)。举例而言，显示装置3显示工具类型、以及被操作的材料类型等。操作者可通过检视显示装置3的显示由输入装置4输入信息。输入装置4通知控制装置2输入信息。控制装置2基于输入信息发送一输出信号以控制圆锯机10。输出信号经由输入/输出端口(I/O port)6以及圆锯机10上的输入/输出端口(I/O port)7通知圆锯机10。

图4以及图5绘制了发明人通过实验等所观测到的结果。如图4所示，工具的寿命与对于工作件20的切削速度V有关。如工作件20的切削结果，当切削工具21由于断裂或磨损而无法达到要求的切削品质时，工具的寿命定义为切削工具21所切削工作件20的数目。如图4所示，工具的寿命于一预定的切削速度V上具有最大值。每一不同的曲线决定于工作件20的材质。另如图4所示，每一曲线均显示出于工具的寿命的最大值上具有一切削速度V。于图4上的圆点(dot)指出了合适的切削速度V提供了工具的最大寿命。

每一材质具有一固有的(inherent)或是一参考的(referential)切削率(machinability ratio)MR。切削率MR为一个数值，指示了切削工作件的困难度。切削率MR的定义如下所述。通过切削硫易切钢(sulfur free cutting steel)而到达工具的预定寿命时，将一基础切削速度V设定为100。一切削速度V与基础切削速度V不同的是，切削速度V是对应于切削一相对材料的工具的预定寿命。因此，一相对材料的切削率MR为基础切削速度的百分比。

图4显示了多种工作件均可获得一合适的切削速度V。切削尖端于低切削速度下可能会受到断裂，且于高切削速度会受到磨损。因此，存在一适合的切削速度使得工具的寿命到达最大值。每一种材料呈现一个切削率MR。在图5中，绘制了可提供对于多种材料的工具的最大寿命的合适的切削速度V以及切削率MR。如图5所示，切削率MR以及合适的切削速度V于一MR-V关系(MR-V relationship)。MR-V关系亦可以一近似线(approximation line)表示。于MR-V关系中，切削率MR越大，合适的切削速度V越高。

图4的曲线以及图5中的MR-V关系依据工具类型而不同。工具类型决定于下列至少一项的因素：切削工具的边缘的材料、刀钢类型(cutlery steeltype)、尖端材料的类型、涂布材料、或是多种刀具角度(cutter angles)(例如倾斜角等)。举例而言，工具被分类为多种类型，且可经由工具数据(tooldata)来选择。

如图2所示，控制装置2具有一储存装置5。储存装置5具有一MR-V储存单元5a以及一材料-MR储存/运算单元5b。MR-V储存单元5a预先储存不同工具类型下的MR-V关系。MR-V关系上的信息经由一地图(map)、近似式(approximation formula)等储存。材料-MR储存/运算单元5b储存工作件的材料名称以及所对应的切削率MR。再者，具有已储存的工作件的化学成份以及对应于化学成份的质量百分比(mass％)或是重量百分比(wt％)的切削率MR之间的关系。举例而言，上述的关系可经由下列的公式表示。

MR＝86.0－37.6×C－8.2×Mn－6.1×Si－5.6×Ni－3.2×Cr－3.1×Mo。MR为切削率。C为碳的wt％或是mass％。Mn为锰的wt％或是mass％。Si为硅的wt％或是mass％。Ni为镍的wt％或是mass％。Cr为铬的wt％或是mass％。Mo为钼的wt％或是mass％。

当切削工作件20时，工作件20通过固持装置17固定于在基座11上的位置。控制装置2基于一个储存于储存装置5的一程序传输一信号于显示装置3。显示装置基于上述信号显示信息，用以取得工具类型(于图3中的步骤S1)。操作者可参考显示于显示装置3的信息经由输入装置4输入工具数据以取得工具类型(步骤S2)。举例而言，工具数据包括至少一下列的项目：切削工具的边缘材料的种类、尖端材料的种类、涂布材料、或是多种边缘角度(例如倾斜角等)、直径以及齿的数目。控制装置2可由工具数据决定工具类型，或是操作者可参考显示于显示装置3的信息直接经由输入装置4输入工具类型。

再者，显示装置3基于控制装置2传来的信号显示工作件20上的材料信息(步骤S3)。举例而言，材料信息包括工作件20的代表的材料名称，例如S10C、S45C、SCM420(铬钼钢，chromium-molybdenum steel)或是SUJ2(高碳铬轴承钢，high carbon chromium bearing steel)。关于显示于显示装置3上的材料信息，操作者可经由输入装置4输入材料名称为材料数据(步骤S4)。或者，显示装置3的材料信息可显示要求操作者输入化学成份以及质量或重量百分比，操作者可参考显示于显示装置3的材料信息输入工作件20的化学成份以及质量或重量百分比(步骤S4)。

输入装置4可传送材料名称作为材料数据于控制装置2。或者，输入装置4传送化学成份以及质量或重量百分比作为材料数据。控制装置2可基于材料数据获得切削率MR(步骤S5)。当材料数据对应于材料名称，材料-MR储存/运算单元5b由已储存的信息获得对应于材料名称的切削率MR。当材料数据对应于化学成份以及质量或重量百分比，材料-MR储存/运算单元5b由已储存的关系式计算出切削率MR。

之后，基于切削率MR(或是切削率MR以及工具类型)，控制装置2由已储存于MR-V储存单元5a的MR-V关系获得提供工具的最大寿命的切削速度V(步骤S6)。之后，控制装置2转换合适的切削速度V的数据、所分别输入的齿的数目、圆锯刀直径、每齿的进给量等为对应于圆锯机10的一信号。控制装置2传送上述信号于驱动装置13以及移动装置14(步骤S7)。因此，驱动装置13驱动切削工具21，以驱动切削工具21于能提供工具的最大寿命的合适的切削速度V进行运作。如此，圆锯刀的外周围的速率(speed)可调整为合适的切削速度V。

如上所述，材料数据包括经由输入装置4输入的工作件20的多种化学成份以及其质量或重量百分比。于本揭露中提供了材料-MR储存/运算单元5b储存化学成份、质量或重量百分比、以及切削率MR之间的关系。基于化学成份以及质量或重量百分比，材料-MR储存/运算单元5b由上述关系获得切削率MR。因此，切削率MR可通过分析等方式经由工作件的化学成份或质量或重量百分比来取得。可由切削率MR以及工具数据来经由MR-V储存单元5a取得能提供工具的最大寿命的合适的切削速度V。

因此，即使当工作件对于操作者为新的或是并非为一普通的材料，可轻易和确实地获得能提供工具的最大寿命的合适的切削速度。于现有中，在一新材料的例子，合适的切削速度必须经由非常多尝试错误来获得。然而，于本方法以及本切削机1中并不需要这么多的尝试错误。

工具数据经由输入装置4输入。工具数据对应于至少一下列的材料：切削工具的边缘的材料、刀具钢类型、尖端材料的种类、涂布材料、以及多种切削角(倾斜角等)。对应于工具数据的MR-V关系已预先储存于MR-V储存单元5a。控制装置(控制单元)2获得由工具数据以及切削率MR获得切削速度V。因此，可获得对应于切削工具21类型的合适的切削速度V。

于此例子中，当操作者不知道要使用切削工具21的类型时，于本方法或切削机1可提供操作者输入一参数，或是其他如工具数据。控制装置2由每一已储存于MR-V储存单元5a的MR-V关系获得切削速度V。控制装置2可实施一计算，例如经由参数等加成(multiplying)切削速度V，借此，控制装置2可取得一预定的切削速度V。

本发明的实施例已依据特定的设定参考来描述，本领域技术人员可轻易地置换、修改、以及变化，均不脱离本发明的范围。因此本发明的实施例应包括所有类似的置换、修改、以及变化，其均落入权利要求的精神以及范围。举例而言，本发明的实施例并不限制于典型的设定，其可如同下列描述被修改。

如上所述，切削机1可为一圆锯机或一铣床等。如上所述切削工具21可为一圆锯刀，或其他旋转工具，例如一旋转刃(rotating bit)、或调整工具等。

如上所述，切削机1可具有一驱动装置13，用来旋转切削工具21。或者，切削机可具有一驱动装置，用以旋转工作件，以及切削速度V可通过工作件的旋转被调整为一预定速率。于此例子中，切削工具可以不旋转。

切削机1可具有或不具有显示装置3。切削机1可具有一声音引导装置，用以取代显示装置3。

材料数据可为上述与切削率MR相关的信息，或者材料数据可为切削率MR本身。于此例子中，材料数据为切削率MR的本身，通过MR-V储存单元5a获得能提供工具的最大寿命的合适的切削速度V。

材料-MR储存/运算单元5b可只对应于材料名称。或者，材料-MR储存/运算单元5b可只对应于化学成份等，并可基于化学成份等计算或是获得切削率MR。

MR-V关系为一较大切削速度V导致一较大的切削率MR的关系。换句话说，于MR-V关系中，假设其他条件一致，当切削率MR增加时，切削速度V并不会降低。举例而言，切削率MR可稍微地增加，或是切削速度V可为维持一样。

如上所述，材料-MR储存/运算单元储存关系式，其用以由化学成份和质量或重量百分比导出的切削率MR的关系式。或者，材料-MR储存/运算单元可具有一地图，其用以由化学成份和质量或重量百分比导出切削率MR。

显示装置3以及输入装置4可相互分开或整合。MR-V储存单元5a以及材料-MR储存/运算单元5b可为分开或整合的存储器。

如上所述，切削机1可控制驱动装置13以达到一切削速度V，借以帮助切削工具21达到一更长的使用寿命。或者，切削机可控制驱动装置13以达到一切削速度V，借以允许切削工具21可适当地(neatly)切削工作件20。

输入装置4、显示装置3以及控制装置2可为用于切削机1的特别装置，或是可为一般用途的装置，例如个人数字助理(personal digital assistants)。个人数字助理可取代输入装置4、显示装置3以及控制装置2，以实施计算处理等以及发送一信号。一般目的的切削机装配一传送/接收装置，其可传送上述信号以及基于上述信号操作。

控制装置可包括一或多个单元。MR-V储存单元5a以及材料-MR储存/运算单元5b可提供于上述控制装置2的一组件。或者，MR-V储存单元5a以及材料-MR储存/运算单元5b可于控制装置2的不同组件。

附图中的符号简单说明如下：

1 切割机(cutting machine)

10 圆锯机(circular sawing machine)

11 基座(base)

12 头部(head)

11a 轨道(rail)

13 驱动装置(drive device)

14 传动带(移动装置)(belt OR moving device)

15 旋转轴(rotation shaft)

16 移动装置(moving device)

17 固持装置(retaining device)

18 填充端口(charging port)

2    控制装置(control device)

20 工作件(work piece)

21 切削工具(cutting tool)

3    显示装置(display device)

4    输入装置(input device)

5    储存装置(storage device)

5    aMR-V储存单元(MR-V storage unit)

5b 材料-MR储存/运算单元(material-MR storage/arithmetic unit)

6、7  输入/输出端口(I/O port)。

Claims (3)

1.一种切削机的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

经由下列公式计算一切削率MR：MR＝86.0－37.6×C－8.2×Mn－6.1×Si－5.6×Ni－3.2×Cr－3.1×Mo，其中C、Mn、Si、Ni、Cr以及Mo分别表示包括于一工作件中的碳、锰、硅、镍、铬、钼的重量百分比；以及

基于上述工作件的上述切削率MR获得用来切削上述工作件的一切削速度，以使一工具达到一最大寿命；以及

将上述工具以上述切削速度切削上述工作件。

2.一种切削机，其特征在于，包括：

一材料-MR储存运算单元，用以基于一工作件的一材料数据计算一切削率MR；

一MR-V储存单元，用以预先储存上述切削率MR以及一预计切削速度V之间的一关系MR-V，其中上述预计切削速度V通过考虑使一工具的寿命达到一最大长度来决定；以及

一控制装置，用以从上述切削率MR以及上述关系MR-V获得一切削速度，其中基于已获得的上述切削速度切削上述工作件。

3.如权利要求2所述的切削机，其特征在于，上述材料-MR储存运算单元用以经由下列公式计算上述切削率MR：MR＝86.0－37.6×C－8.2×Mn－6.1×Si－5.6×Ni－3.2×Cr－3.1×Mo，其中C、Mn、Si、Ni、Cr以及Mo分别表示包括于上述工作件中的碳、锰、硅、镍、铬、钼的重量百分比。