CN105373077A

CN105373077A - 加工模拟装置

Info

Publication number: CN105373077A
Application number: CN201510494174.2A
Authority: CN
Inventors: 长田大介
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2035-08-12
Also published as: DE102015112831A1; JP6140115B2; JP2016040659A; US20160048616A1; CN105373077B; US10474130B2; DE102015112831B4

Abstract

本发明提供一种加工模拟装置。该加工模拟装置具备：切削条件提取单元、工具判别单元、计算主轴负荷的负荷计算单元、判定计算出的主轴负荷是否在最大负荷以内的负荷判定单元、在上述计算出的主轴负荷在最大负荷以内的情况下计算切削条件的调整方法的调整方法计算单元、评价结果显示单元。

Description

加工模拟装置

技术领域

本发明涉及一种加工模拟装置，尤其涉及一种能够恰当地评价切削条件的加工模拟装置。

背景技术

在机床中进行加工时，需要：作为操作数据的程序的原点位置(相对于工件以哪个位置为基准)、工具信息(工具长度、形状)等加工时需要预先对控制装置设定的数据；用于指示主轴转速、进给速度、冷却液的使用有无、切削量等的加工程序。

在进行这样的基于加工程序的加工前，作为判断加工程序的切削条件是否正确的方法，有实验性地进行加工，检测出加工中的负荷等来判断切削条件是否正确的方法(例如，日本特开平06－270034号公报、日本特开2010－262474号公报等)。此外，作为实际上不进行加工而判断加工程序的切削条件是否正确的方法，有使用上述加工条件执行加工模拟处理来进行判断的方法(例如，日本特开2008－217744号公报等)。

然而，在日本特开平06－270034号公报、日本特开2010－262474号公报所记载的技术中存在如下的问题：为了判断加工条件需要实际地进行加工，因此在加工条件不恰当的情况下，机床存在发生故障的危险性。此外，在日本特开2008－217744号公报所记载的技术中存在如下的问题：不进行实际的加工而能够进行判断，因此机床没有发生故障的危险性，但为了判断加工条件需要事先输入所有的加工条件来进行模拟并进行判断，因此在同时判断多个加工条件的情况下，要输入的数据增加，因输入错误有可能输入与实际加工所使用的加工条件不同的数据，以错误的数据(与实际加工程序所使用的数据不同的数据)评价切削条件。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有通过加工程序提取切削条件的评价所需要的大部分数据的功能的加工模拟装置。

本发明的加工模拟装置，是基于包含工件位置数据和工具数据的操作信息、包含工件种类和形状信息的工件信息和加工程序来进行加工模拟的加工模拟装置，其中，具备：切削条件提取单元，其从所述加工程序中提取通过所述加工程序进行加工时的切削条件；工具判别单元，其判别通过所述加工程序使用的工具的工具种类；负荷计算单元，其基于所述提取出的切削条件和所述判别出的工具种类来计算加工时的主轴负荷；负荷判定单元，其判别通过所述负荷计算单元计算出的主轴负荷是否超过预先设定的阈值；调整量计算单元，其在通过所述负荷判定单元判定为所述计算出的负荷超过阈值的情况下，计算与所述判别出的工具种类对应的切削条件的调整量，以使所述计算出的负荷在所述阈值以内；以及显示单元，其显示所述负荷判定单元的判定结果和基于所述调整量生成的调整指导。

所述工具判别单元，可以基于所述加工程序的程序代码来判别工具种类。

所述工具判别单元，可以分析所述加工程序，并求出切削方向和主轴方向，在该求出的切削方向与主轴方向一致的情况下，判别为钻头类工具或螺纹切削类工具，在不一致的情况下，判别为端铣刀类工具。

在所述工具种类为钻头类工具的情况下，所述调整量是工具的每旋转1周的进给量的变更量、预留孔直径的变更量，在所述工具种类为端铣刀类工具的情况下，所述调整量是工具的每旋转1周的进给量的变更量、切削宽度的变更量以及切削深度的变更量，在所述工具种类为丝锥工具的情况下，所述调整量是预留孔直径的变更量。

本发明通过具备以上的结构，可以从加工程序直接提取切削条件，不进行实际的加工而能够恰当地判断切削条件，因此能够减少判断所需要的数据的输入错误。此外，即使是不会判别工具种类的工程师，也可以通过设定的切削条件简单地进行能否加工的判断。

附图说明

参照附图对以下的实施例进行说明，从而使本发明的所述以及其他目的和特征变得更加明确。

图1是本发明的一实施方式的加工模拟装置的主要部件框图。

图2是本发明的一实施方式的加工模拟装置的功能框图。

图3是表示本发明的一实施方式的加工模拟处理的整体流程的流程图。

图4是本发明的一实施方式的探头类工具处理的流程图。

图5是本发明的一实施方式的端铣刀类工具处理的流程图。

图6是本发明的一实施方式的丝锥类工具处理的流程图。

具体实施方式

本实施方式与具有判断加工程序的切削条件是否恰当的功能的加工模拟装置相关，本实施方式的加工模拟装置由计算机等运算处理装置构成。图1是本实施方式的加工模拟装置100的主要部件框图。在加工模拟装置100中，进行运算处理的处理器即CPU11、RAM或ROM等存储器12、控制显示器300的显示控制器13、通过来自电源开关400的接通/断开信号对加工模拟装置100的电源进行接通/断开控制的电源控制器14、控制外部输入设备500的输入设备控制器15、控制存储装置200的存储装置控制器16经由总线17连接。

存储器12是存储通过存储装置200或外部输入设备500等从外部输入的各种数据，或存储系统程序等的存储单元。作为外部输入设备500有键盘或鼠标等，通过输入设备控制器15将来自外部输入设备500的输入数据取入到加工模拟装置100中。

存储装置控制器16控制与存储装置200的数据的输入输出。

在存储装置200中存储成为加工模拟对象的加工程序或操作数据、工件信息等，分别在加工模拟处理中经由存储装置控制器16读入加工模拟装置100后使用。

图2是本发明的一实施方式的加工模拟装置100的功能框图。加工模拟装置100具备切削条件提取单元110、工具判别单元120、负荷计算单元130、负荷判定单元140、调整量计算单元150、评价结果显示单元160。

此外，在与加工模拟装置100连接的存储装置200中预先存储有成为加工模拟对象的加工程序210。并且，在加工模拟装置100所具备的存储器12上，设有用于存储加工时所使用的各工具的切削条件的切削条件保存区域18、用于存储加工时所使用的操作数据(工件的基准位置、工具信息等)和工件信息(工件种类、形状等)的操作信息保存区域19，向操作信息保存区域19预先经由外部输入设备500等输入加工模拟所使用的操作数据和工件信息并保存。另外，对于加工程序、操作数据、工件信息，实际上可以构成为经由存储介质或网络等取得向控制机床的控制装置输入的数据，通过这样构成，可以防止向加工模拟装置100的输入错误。

切削条件提取单元110基于从存储装置200读入的加工程序210和存储在操作信息保存区域19中的数据来进行加工模拟，针对利用了在加工程序210中使用的各工具的每个加工动作，提取转速、进给速度、切削量等切削条件，并存储在设于存储器12内的切削条件保存区域18中。

工具判别单元120对在操作信息保存区域19保存的数据中的没有判别工具种类的数据，基于加工程序210和记录在操作信息保存区域19中的数据进行加工模拟，判别各工具的工具种类后，作为工具信息保存在操作信息保存区域19中。作为工具种类，有钻头类工具、端铣刀类工具、丝锥工具等，工具判别单元120在加工模拟中对每个工具的切削进给速度下的动作进行模拟，在该动作与主轴平行的仅1轴的工具的情况下判别为钻头类工具，对于具有除此以外的轴的动作的工具判别为端铣刀类工具，此外，对于在加工程序中被发出螺纹切削专用指令(G代码中的G33等)的工具判别为丝锥工具。在此，钻头类工具是钻头、铰刀、镗刀等工具，端铣刀类工具是端铣刀、铣刀等工具。

此外，工具判别单元120对判别为钻头类工具或丝锥工具的工具，在该工具的加工前，在相同位置已经有通过钻头类工具的加工的情况下，将该工具视为预留孔加工，并将预留孔直径保存在切削条件保存区域18中。

负荷计算单元130读出记录在切削条件保存区域18中的各工具的每个加工动作的切削条件、记录在操作信息保存区域19中的操作数据、工件信息，对各工具的每个加工动作执行后述的负荷计算处理，计算使用了各工具的加工动作中向机床施加的负荷(转矩)。

负荷判定单元140判别由负荷计算单元130计算出的负荷是否超过了机床容许的最大负荷，在最大负荷以下的情况下输出“OK”，在超过最大负荷的情况下输出“NG”的判定结果。另外，对于最大负荷，既可以预先在存储装置200或存储器12中对每个工具进行存储，也可以从控制装置或机床等取得。

调整量计算单元150，针对负荷判定单元140的判定结果为“NG”的工具的加工，通过后述的调整量计算处理调整切削条件，并输出调整量。

评价结果显示单元160通过显示器300显示从负荷判定单元140输出的判定结果和根据从调整量计算单元150输出的调整量生成的调整指导。在此，调整指导是基于调整量计算单元150输出的调整量向操作员催促加工动作中的切削条件的调整的指导，基于预先存储在存储装置200等中的指导文章和调整量计算单元150输出的调整量来生成。

接着，说明在本发明的实施方式的加工模拟装置100的负荷计算单元130中执行的负荷计算处理。在负荷计算处理中，读出记录在切削条件保存区域18中的各工具的加工的切削条件、记录在操作信息保存区域19中的操作数据、工件信息，使用根据在加工中所使用的各工具的工具种类而准备的计算式，计算加工时向支持工具的主轴施加的负荷。

在工具种类为钻头类工具的情况下，读出记录在切削条件保存区域18中的加工的切削条件和记录在操作信息保存区域19中的操作数据、工件信息，通过以下式(1)计算加工时向工具(主轴)施加的转矩。

T＝0.0317×H_B×f^0.8×(D-d)^1.8×9.8/100

其中，f＝F/S...(1)

在式(1)中，T为切削转矩，单位为[Nm]，H_B是每个工件的布氏(Brinell)硬度，f是工具每旋转1周的进给量，通过切削进给速度F(单位为[mm/min])和主轴速度S(单位为[min^﹣1])来求出，单位为[mm/rev]，D是工具的直径，单位为[mm]，d为预留孔直径，单位为[mm]。

在工具种类为端铣刀类工具的情况下，读出记录在切削条件保存区域18中的加工的切削条件和记录在操作信息保存区域19中的操作数据、工件信息，通过以下式(2)计算加工时向支持工具的主轴施加的转矩。

T＝b×V^q×9.8/100

其中，f＝F/S、V＝Ad×Rd×f...(2)

在式(2)中，T为切削转矩，单位为[Nm]，f是工具每旋转1周的进给量，单位为[mm/rev]，Ad是轴方向的切入深度，单位为[mm]，Rd是半径方向的切入宽度，单位为[mm]，V是工具的切削体积，单位为[mm³/rev/tooth]，b、q是由工具的切削阻力决定的系数。

在工具种类为丝锥类工具的情况下，读出记录在切削条件保存区域18中的加工的切削条件和记录在操作信息保存区域19中的操作数据、工件信息，通过以下式(3)计算加工时向支持工具的主轴施加的转矩。

T＝tanθ×(D-d)²×(D+2d)×K×k/24000×9.8...(3)

在式(3)中，T为切削转矩，单位为[Nm]，θ是螺纹牙的半角，通常为30°、D是工具的直径，单位为[mm]，d为预留孔直径，单位为[mm]，K是根据工件的材质决定的比切削阻力，单位为[kgf/mm²]，k是根据丝锥形状决定的形状校正系数。

另外，对于在上述各式中所使用的系数，预先在存储装置200或存储器12的设定区域等中进行设定。

接着，说明在本实施方式的加工模拟装置100的调整量计算单元150中执行的调整量计算处理。在调整量计算处理中，在负荷判定单元140的判定结果为“NG”的情况下，判断要调整该加工的切削条件中的哪个切削条件，并计算其调整量并输出。

工具种类为钻头类工具的情况下，通过以下的2个调整方法调整向机床施加的负荷。

＜Ⅰ.调整工具的每旋转1周的进给量f的方法＞

在本调整方法中，通过变更切削条件中的工具的每旋转1周的进给量f来调整向主轴施加的负荷。通过以下式(4)来计算工具的每旋转1周的进给量f的调整量。

β^0.8＝α

其中，T′_max＝α×T...(4)

在式(4)中，β是变更作为调整对象的切削条件的比例。此外，T_max是机床容许的最大负荷，T是负荷计算单元130计算出的负荷。

使用基于这样的式子计算出的β来变更通过与该加工动作对应的加工程序的程序块等指示的工具的每旋转1周的进给量f，由此可以将向主轴施加的负荷调整成最大负荷以内。

＜Ⅱ.调整预留孔直径d方法＞

在本调整方法中，通过变更切削条件中的预留孔直径d来调整向主轴施加的负荷。预留孔直径d的调整量，使用式(1)来计算出转矩T成为最大负荷T_max以下的预留孔直径d。更具体而言，使式(1)中的预留孔直径d每次增加0.1，计算出最大负荷T_max≥T时的d值作为调整量。

工具种类为端铣刀类工具的情况下，通过以下的3个调整方法调整向机床施加的负荷。

＜Ⅰ.调整工具的每旋转1周的进给量f的方法＞

在本调整方法中，通过变更切削条件中的工具的每旋转1周的进给量f来调整向主轴施加的负荷。通过以下式(5)来计算工具的每旋转1周的进给量f的调整量。

β^q＝α

其中，T′_max＝α×T...(5)

在式(5)中，β是变更作为调整对象的切削条件的比例。此外，q是与式(2)同样地，通过工件切削阻力决定的系数，T_max是机床容许的最大负荷，T是负荷计算单元130计算出的负荷。使用基于这样的式子计算出的β来变更通过与该加工动作对应的加工程序的程序块等指示的工具的每旋转1周的进给量f，由此可以将向主轴施加的负荷调整成最大负荷以内。

＜Ⅱ.调整半径方向的切入宽度Rd的方法＞

在本调整方法中，通过变更切削条件中的半径方向的切入宽度Rd来调整向主轴施加的负荷。通过上述式(5)计算出用于变更半径方向的切入宽度Rd的比例β。然后，使用计算出的β来变更通过与该加工动作对应的加工程序的程序块等指示的半径方向的切入宽度Rd，由此可以将向主轴施加的负荷调整成最大负荷以内。

＜Ⅲ.调整轴方向的切入深度Ad的方法＞

在本调整方法中，通过变更切削条件中的轴方向的切入深度Ad来调整向主轴施加的负荷。通过上述式(5)计算出用于变更轴方向的切入深度Ad的比例β。然后，使用计算出的β来变更通过与该加工动作对应的加工程序的程序块等指示的轴方向的切入深度Ad，由此可以将向主轴施加的负荷调整成最大负荷以内。

工具种类为丝锥类工具的情况下，通过以下的调整方法来调整向机床施加的负荷。

＜Ⅰ.调整预留孔直径d方法＞

在本调整方法中，通过变更切削条件中的预留孔直径d来调整向主轴施加的负荷。预留孔直径d的调整量，使用式(3)来计算出转矩T成为最大负荷T_max以下的预留孔直径d。更具体而言，使式(1)中的预留孔直径d每次增加0.1，计算出最大负荷T_max≥T时的d值作为调整量。

图3是表示加工模拟装置100执行的加工模拟处理的整体流程的流程图。

[步骤SA01]经由外部输入设备500接收包含工具种类、长度形状等信息的工具信息和包含工件种类、形状、基准位置等信息的工件信息等作为操作数据，并记录在设于存储器12内的操作信息保存区域19中。

[步骤SA02]基于从存储装置200读出的加工程序210和从操作信息保存区域19读出的操作数据执行加工模拟，针对利用了加工程序210中使用的各工具的每个加工动作，提取包含主轴转速、进给速度、冷却液的使用有无、切削量(切入宽度、切入深度)等的切削条件，并存储在设于存储器12内的切削条件保存区域18中。

[步骤SA03]工具判别单元120对在操作信息保存区域19保存的数据中的没有判别工具种类的数据，基于加工程序210和记录在操作信息保存区域中的数据进行加工模拟，判别各工具的工具种类后作为工具信息保存在操作信息保存区域19中。

[步骤SA04]对通过加工程序的各程序块指示的每个加工动作，重复步骤SA05～步骤SA10。

[步骤SA05]判定在所指示的加工动作中所使用的工具是否是钻头类工具。是钻头类工具的情况下，向步骤SA06前进，否则向步骤SA07前进。

[步骤SA06]执行钻头类工具的负荷计算处理、负荷判定处理、调整量计算处理。

[步骤SA07]判定在所指示的加工动作中所使用的工具是否是端铣刀类工具。是端铣刀类工具的情况下，向步骤SA08前进，否则向步骤SA09前进。

[步骤SA08]执行端铣刀类工具的负荷计算处理、负荷判定处理、调整量计算处理。

[步骤SA09]判定在所指示的加工动作中所使用的工具是否是丝锥类工具。是丝锥类工具的情况下，向步骤SA10前进，否则向下个循环前进。

[步骤SA10]执行丝锥类工具的负荷计算处理、负荷判定处理、调整量计算处理。

图4是表示加工模拟装置100执行的针对钻头类工具的负荷计算处理、负荷判定处理、调整量计算处理的流程的流程图。

[步骤SB01]负荷计算单元130基于从切削条件保存区域18读出的切削条件和从操作信息保存区域19读出的操作数据，通过式(1)来计算出向主轴施加的负荷。

[步骤SB02]负荷判定单元140判定在步骤SB01通过负荷计算单元130求出的向主轴施加的负荷是否在机床的最大负荷以内。在最大负荷以内的情况下，向步骤SB04前进，超过最大负荷的情况下，向步骤SB03前进。

[步骤SB03]调整量计算单元150计算出用于变更工具每旋转1周的进给量f或预留孔直径d的调整量，以使主轴的负荷在最大负荷以内。

[步骤SB04]将基于步骤SB02的判定结果、在步骤SB03中计算出的调整量而生成的调整指导与执行相应加工动作的程序块相对应地显示在显示器300上。

图5是表示加工模拟装置100执行的针对端铣刀类工具的负荷计算处理、负荷判定处理、调整量计算处理的流程的流程图。

[步骤SC01]负荷计算单元130基于从切削条件保存区域18读出的切削条件和从操作信息保存区域19读出的操作数据，通过式(2)来计算出向主轴施加的负荷。

[步骤SC02]负荷判定单元140判定在步骤SC01通过负荷计算单元130求出的向主轴施加的负荷是否在机床的最大负荷以内。在最大负荷以内的情况下，向步骤SC04前进，超过最大负荷的情况下，向步骤SC03前进。

[步骤SC03]调整量计算单元150计算出用于变更工具每旋转1周的进给量f、半径方向的切入宽度Rd或轴方向的切入深度Ad的调整量，以使主轴的负荷在机床的最大负荷以内。

[步骤SC04]将基于步骤SC02的判定结果、在步骤SC03中计算出的调整量而生成的调整指导与执行相应加工动作的程序块相对应地显示在显示器300上。

图6是表示加工模拟装置100执行的针对丝锥类工具的负荷计算处理、负荷判定处理、调整量计算处理的流程的流程图。

[步骤SD01]负荷计算单元130基于从切削条件保存区域18读出的切削条件和从操作信息保存区域19读出的操作数据，通过式(3)来计算出向主轴施加的负荷。

[步骤SD02]负荷判定单元140判定在步骤SD01通过负荷计算单元130求出的向主轴施加的负荷是否在机床的最大负荷以内。在最大负荷以内的情况下，向步骤SD04前进，超过最大负荷的情况下，向步骤SD03前进。

[步骤SD03]调整量计算单元150计算出用于变更预留孔直径d的调整量，以使主轴的负荷在机床的最大负荷以内。

[步骤SD04]将基于步骤SD02的判定结果、在步骤SD03计算出的调整量而生成的调整指导与执行相应加工动作的程序块相对应地显示在显示器300上。

另外，在上述实施方式中，示出了将与加工程序的加工动作相关的切削条件一次读入到存储器中后进行处理的例子，但本发明并不局限于此，也可以构成为按照与各加工动作对应的每个程序块逐次读入后执行加工模拟。

此外，关于计算调整量而得的结果，也可以对每个调整方法计算出所有的调整量，并与加工程序的程序块关联起来，以可选择的方式显示。或者，也可以仅对在开始加工模拟前由操作员设定的调整方法计算出调整量并进行显示。

Claims

1.一种加工模拟装置，其基于包含工件位置数据和工具数据的操作信息、包含工件种类和形状信息的工件信息和加工程序来进行加工模拟，该加工模拟装置的特征在于，具备：

切削条件提取单元，其从所述加工程序中提取通过所述加工程序进行加工时的切削条件；

工具判别单元，其判别通过所述加工程序使用的工具的工具种类；

负荷计算单元，其基于所述提取出的切削条件和所述判别出的工具种类来计算加工时的主轴负荷；

负荷判定单元，其判别通过所述负荷计算单元计算出的主轴负荷是否超过预先设定的阈值；

调整量计算单元，其在通过所述负荷判定单元判定为所述计算出的负荷超过阈值的情况下，计算与所述判别出的工具种类对应的切削条件的调整量，以使所述计算出的负荷在所述阈值以内；以及

显示单元，其显示所述负荷判定单元的判定结果和基于所述调整量生成的调整指导。

2.根据权利要求1所述的加工模拟装置，其特征在于，

所述工具判别单元基于所述加工程序的程序代码来判别工具种类。

3.根据权利要求1所述的加工模拟装置，其特征在于，

所述工具判别单元分析所述加工程序，并求出切削方向和主轴方向，在该求出的切削方向与主轴方向一致的情况下，判别为钻头类工具或螺纹切削类工具，在不一致的情况下，判别为端铣刀类工具。

4.根据权利要求1所述的加工模拟装置，其特征在于，

在所述工具种类为钻头类工具的情况下，所述调整量是工具的每旋转1周的进给量的变更量、预留孔直径的变更量，

在所述工具种类为端铣刀类工具的情况下，所述调整量是工具的每旋转1周的进给量的变更量、切削宽度的变更量以及切削深度的变更量，

在所述工具种类为丝锥工具的情况下，所述调整量是预留孔直径的变更量。