CN107065779A - 机床控制指令与参数的自动生成装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明指令与参数的生成装置包含：解译模块、规划模块、仿真分析模块及优化演算模块，而本发明指令与参数生成方法是由解译模块将工件程序解译产生出加工件的轨迹坐标；再以规划模块对轨迹坐标进行插值演算，产生刀具加工的路径讯息与速度讯息；随后仿真分析模块由路径讯息与速度讯息分析出刀具的运动轨迹特性，并同时给出切削仿真讯息；最后，优化演算模块依据加工件不同区块的运动轨迹特性与切削仿真质量，生成对应区块的优化控制参数。本发明所介绍的装置是可以配置在机床控制系统之外独立运行的辅助装置，也可以当作机床控制系统的子单元，运作于机床控制系统中。
Description
技术领域
本发明有关于一种机床中控制指令与参数的自动生成装置以及自动生成方法，特别是指将加工件通过事先的模拟分析演算，针对各区块不同的运动轨迹特性与仿真切削质量来产生优化控制参数的生成装置及生成方法。
背景技术
请参阅图1A所示公知的一种机床的数控方法，主要是在实际进行加工时，对于刀具的轨迹规划与运动控制是在调机阶段就已经调整决定的加工参数，因此，在在面对多样性的加工工件所包含的各种不同特性的刀具轨迹时，仅能将加工质量与效率限制在一组固定参数。
请参阅图1B所示公知的另一种机床的数控方法，可依据特定的刀具路径条件，或依据事先设定工件加工的类型条件，切换所使用的参数来解决固定参数所造成加工质量与效率的限制。然而，此种切换使用加工参数条件的方式，也只是另一个在调机阶段就已决定，或者，甚至是内部不可变动固定参数的方式。
为解决单一参数或固定条件下所决定选用的参数条件，造成加工质量与效率有所限制，请参阅图1C所示公知的另一种机床的数控方法，此种方式提供一组高速高精控制指令让用户可视需求改变预设的加工参数，自行将加工参数插入于工件程序中，让用户在实际加工过程中，依据公知经验或经过反复测试修改，从而得到优化的加工结果。
然而前述三种公知的机床的数控方法，就算能部份解决固定参数与实际加工质量与效率之间的限制，但仍无法避免经过反复实际测试加工修改所带来时间与资源上的浪费。
发明内容
本发明的提供了机床中控制指令与参数的自动生成装置及方法，其目的提供一种采用新型演算技术的控制指令与参数生装置及方法，协助用户快速地依据不同工件程序或是工件中不同区块的加工轨迹特性与加工几何精度、表面精度的要求，在相对应不同区块的工件程序中，优化对应区块中的相关加工参数。让传统机床数控中能够对加工参数进行调整，同时具备弹性、优化与效率。
本发明的次要目的在于让使用者快速完成调整之后，提供精确的实时刀具加工路径与切削仿真，并以立即预览方式验证高速高精控制指令所进行加工参数优化的结果。
为达前述目的，本发明机床控制指令与参数的自动生成装置包含：解译模块、规划模块、参数模块、仿真分析模块以及优化演算模块。上述解译模块读入工件程序，并解译上述工件程序产生加工件的轨迹坐标。上述规划模块电性连接于上述解译模块，用以取得上述轨迹坐标，并依据上述轨迹坐标插值演算产生刀具加工的路径讯息与速度讯息。上述参数模块内建有多个加工参数的设定值；上述仿真分析模块电性连接于上述规划模块以及参数模块，用以取得上述路径讯息、速度讯息以及加工参数，并依据上述路径讯息与速度讯息分析出刀具的运动轨迹特性，并进行切削仿真。上述优化演算模块电性连接于上述仿真分析模块以及解译模块，用以取得上述运动轨迹特性以及切削仿真讯息，并依上述加工件不同区块所采用的运动轨迹特性与切削仿真质量，生成对应区块的优化控制参数。
其中，上述优化控制参数是由内建于上述优化演算模块中的数据库自动选取或是由用户手动微调所生成。
此外，上述优化控制参数后续将传送至上述解译模块，由上述解译模块将上述工件程序与优化控制参数共同解译，得出上述加工件的优化轨迹坐标。后续，上述解译模块可进一步将上述优化轨迹坐标传输给上述规划模块进行第二次插值演算与速度规划。亦或是将上述优化轨迹坐标传输给伺服执行单元进行实际产品加工。
进一步，上述优化演算模块可在加工件的每一区块生成对应的优化控制参数。于另一可行实施例中，上述优化演算模块亦可在加工件的局部区块生成对应的优化控制参数。
进一步，上述运动轨迹特性包含：加工轨迹的角度、加工轨迹的角度变化程度、加工轨迹的曲率、加工轨迹的曲率变化、小线段近似为曲线的拟合弦误差(Chord Error)、转角与曲线轨迹在急冲度(Jerk)与精度要求下的运动速度、加速度上限，相邻轨迹的曲率、角度变化一致性的其中至少一种资料。
上述优化控制参数包含：加减速时间、最短加减速时间、切线与向心加速度上限、曲线与单轴急冲度上限、小线段近似为曲线的拟合弦误差上限、直线转角所允许误差上限与误差控制下的曲线拟合功能开关、连续小线段近似为圆弧功能开关、进阶伺服控制补偿机制的调整与开关、伺服前馈控制的调整与开关。
上述仿真分析模块用以产生仿真加工工件的表面精度或表面光洁度评估、模拟加工工件的过切与欠切预测、模拟加工工件的振纹或异常纹路预测的其中至少一种工件加工表面特性的分析数据。
上述自动生成装置进一步包含有预览模块，上述预览模块电性连接于上述仿真分析模块取得上述切削仿真讯息，用以显示预览切削仿真的加工路径。
另外，本发明机床控制指令与参数的自动生成方法包含：
S100解译步骤，解译工件程序产生出加工件的轨迹坐标；
S200规划步骤，对上述轨迹坐标进行插值演算，并产生刀具加工的路径讯息与速度讯息；
S300仿真分析步骤，由上述路径讯息与速度讯息分析出刀具的运动轨迹特性，并同时进行切削仿真；
S500优化演算步骤，依上述加工件不同区块所采用的运动轨迹特性与切削仿真质量，生成对应区块的优化控制参数。
进一步，上述S500优化演算步骤之前进一步包含S400预览步骤，显示预览切削仿真的加工路径。且上述S500优化演算步骤之后进一步包含S600二次解译步骤，对上述工件程序与优化控制参数进行插值演算，产生出上述加工件的优化轨迹坐标。
其中，上述优化演算步骤是由数据库自动选取、用户手动微调或是同时经由数据库自动选取与用户手动微调的其中一种方式生成上述优化控制参数。
上述模拟分析步骤判定上述运动轨迹特性的加工轨迹的角度、加工轨迹的角度变化程度、加工轨迹的曲率、加工轨迹的曲率变化、小线段近似为曲线之拟合弦误差(ChordError)、转角与曲线轨迹在急冲度(Jerk)与精度要求下的运动速度、加速度上限，相邻轨迹的曲率、角度变化一致性的其中至少一种资料。
上述模拟分析步骤经由上述轨迹坐标的插值演算后，估算与分析加工路径轨迹、加工路径轨迹曲率、加工路径轨迹曲率变化率、加工路径轨迹角度、加工路径轨迹角度变化率、加工路径轨迹与原工件程序的误差、相邻加工路径轨迹的相似性含梯度变化率、距离变化率的其中至少一种几何资料。
上述模拟分析步骤经由上述优化轨迹坐标的插值演算后，估算与分析经由上述规划模块规划出实际运动速度后的进给速度、进给加速度、进给急冲度、相邻加工路径进给速度一致性、实际加工的轮廓误差、实际加工的加工时间的其中至少一种运动数据。
本发明特点在于依据刀具加工路径的几何分析与内建刀路特性数据库等辅助功能与单元，能自动判别出不同工件刀具路径的特性，并同时用户指定的加工几何精度、表面精度要求与设定的相关加工参数，实时模拟计算出实际加工的刀具轨迹与精确的切削仿真，帮助用户快速地依据不同工件程序或工件中不同区块的加工轨迹特性与加工几何精度、表面精度要求在相对应不同区块的工件程序中弹性地优化该区块相关的加工参数。
本发明通过事前模拟并自动生成优化的高速高精控制指令与参数，将大幅降低或免除反复加工测试与调整所造成时间与资源的浪费。且本发明自动依据各工件区块不同刀具路径与加工质量分别调整高速高精控制指令与参数，进一步免除了固定控制参数对工件整体加工品质的限制。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种机床控制指令与参数的自动生成装置和方法的特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1A至图1C为习知三种不同机床内建数控模块的结构示意图；
图2为本发明机床控制指令与参数自动生成装置的结构示意图；
图3为本发明机床控制指令与参数自动生成方法的流程图；
图4为本发明仿真分析模块产生刀具加工路径仿真的示意图；
图5为本发明仿真分析模块产生加工切削仿真的示意图；
图6为本发明优化演算模块对刀具加工路径特性判别的示意图；
图7为本发明优化演算模块自动生成优化控制参数的示意图。
附图标号说明：
1---自动生成装置；
10---解译模块；
11---规划模块；
12---参数模块；
13---仿真分析模块；
14---预览模块；
15---优化演算模块；
16---工件程序；
17---伺服执行单元；
18---优化控制参数；
S100---解译步骤；
S200---规划步骤；
S300---模拟分析步骤；
S400---预览步骤；
S500---优化演算步骤
S600---二次解译步骤。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
请参照图2所示一较佳实施例，本发明自动生成装置1是可建置在机床控制系统之外独立运行的辅助装置，也可是可当作机床控制系统的子单元，运作于机床控制系统中。上述自动生成装置1包含：解译模块10、规划模块11、参数模块12、仿真分析模块13、预览模块14以及优化演算模块15等五部分。
其中，上述规划模块11电性连接于上述解译模块10，上述参数模块12电性连接于上述规划模块11，上述仿真分析模块13电性连接于上述规划模块11，上述预览模块14电性连接于上述仿真分析模块13，而上述优化演算模块15分别与上述仿真分析模块13以及解译模块10电性连接。
当工件程序16传输至上述解译模块10，上述解译模块10将解译上述工件程序16，并产生加工件的轨迹坐标，再将上述轨迹坐标传输至上述规划模块11。
上述规划模块11取得上述轨迹坐标的数据后，将对上述轨迹坐标进行插值演算，并产生刀具加工的路径讯息与速度讯息，再将上述路径讯息与速度讯息传输至上述仿真分析模块13。
上述参数模块12内建有多个不同加工件的加工参数的设定值，并将上述加工参数传输至上述仿真分析模块13。
上述仿真分析模块13取得上述路径讯息、速度讯息以及加工参数后，将依据上述路径讯息与速度讯息分析出刀具的运动轨迹特性，并同时给出切削仿真讯息，后续再把上述运动轨迹特性以及切削仿真讯息传输至上述优化演算模块15。
上述预览模块14于取得上述切削仿真讯息后，即可显示预览切削仿真加工的路径。
上述优化演算模块15取得上述运动轨迹特性以及切削仿真讯息后，针对上述加工件不同区块所采用的运动轨迹特性与切削仿真质量，生成对应区块的优化控制参数18。
其中，上述优化控制参数18是由内建于上述优化演算模块15中的数据库自动选取或是由用户手动微调所生成。且上述优化演算模块15可在加工件的每一区块生成对应的优化控制参数18，或者是上述优化演算模块15亦可在加工件的局部区块生成对应的优化控制参数18。
此外，上述优化控制参数18后续将传送至上述解译模块10，由上述解译模块10将上述工件程序16与优化控制参数共同解译，得出上述加工件的优化轨迹坐标。后续，上述解译模块10可进一步将上述优化轨迹坐标传输给上述规划模块11进行第二次插值演算，亦或是将上述优化轨迹坐标传输给伺服执行单元17进行实际产品加工。
在一个可行实施例中，上述运动轨迹特性包含：加工轨迹的角度、加工轨迹的角度变化程度、加工轨迹的曲率、加工轨迹的曲率变化、小线段近似为曲线的拟合弦误差(ChordError)、转角与曲线轨迹在急冲度(Jerk)与精度要求下的运动速度、加速度上限，相邻轨迹的曲率、角度变化一致性的其中至少一种资料。
上述优化控制参数18包含：加减速时间、最短加减速时间、切线与向心加速度上限、曲线与单轴急冲度上限、小线段近似为曲线的拟合弦误差上限、直线转角所允许误差上限与误差控制下的曲线拟合功能开关、连续小线段近似为圆弧功能开关、进阶伺服控制补偿机制的调整与开关、伺服前馈控制的调整与开关。
上述仿真分析模块13用以产生仿真加工工件的表面精度或表面光洁度评估、模拟加工工件的过切与欠切预测、模拟加工工件的振纹或异常纹路预测的其中至少一种工件加工表面特性的分析数据。
请参阅图3所示，在一个较佳实施例中，本发明方法包含：解译步骤S100；规划步骤S200；模拟分析步骤S300、预览步骤S400、优化演算步骤S500以及二次解译步骤S600等六部分。
其中，上述解译步骤S100解译工件程序16产生出加工件的轨迹坐标；上述规划步骤S200对上述轨迹坐标进行插值演算，并产生刀具加工的路径讯息与速度讯息。
请参阅图4及图5所示，上述模拟分析步骤S300读取上述路径讯息与速度讯息后，分析规划出加工刀具的实际运动轨迹特性，并同时进行切削仿真，随后再由上述预览步骤S400实时显示预览切削仿真加工的路径。
其中，上述模拟分析步骤S300判定上述运动轨迹特性的加工轨迹的角度、加工轨迹的角度变化程度、加工轨迹的曲率、加工轨迹的曲率变化、小线段近似为曲线的拟合弦误差(Chord Error)、转角与曲线轨迹在急冲度(Jerk)与精度要求下的运动速度、加速度上限，相邻轨迹的曲率、角度变化一致性的其中至少一种资料。
请参阅图6及图7所示，上述优化演算步骤S500依上述加工件不同区块所采用的运动轨迹特性与切削仿真质量，选出上述加工件加工路径不同的特性，自动生成对应区块(前部曲块或部分区块)的优化控制参数18。
如图所示，上述优化演算步骤S500是由一数据库自动选取生成上述优化控制参数18。然而此仅用为方便举例说明之用，亦即上述优化演算步骤S500亦可由用户手动微调生成上述优化控制参数18，或者是同时经由上述数据库的自动选取与用户手动微调来生成上述优化控制参数18。
最后，上述二次解译步骤S600对上述工件程序16与优化控制参数18进行插值演算，产生出上述加工件的优化轨迹坐标。
其中，上述模拟分析步骤S300经由上述轨迹坐标的插值演算后，估算与分析加工路径轨迹、加工路径轨迹曲率、加工路径轨迹曲率变化率、加工路径轨迹角度、加工路径轨迹角度变化率、加工路径轨迹与原工件程序的误差、相邻加工路径轨迹的相似性含梯度变化率、距离变化率的其中至少一种几何资料。
另外，若上述模拟分析步骤S300经由上述优化轨迹坐标的插值演算后，估算与分析经由上述规划模块11规划出实际运动速度后的进给速度、进给加速度、进给急冲度、相邻加工路径进给速度一致性、实际加工的轮廓误差、实际加工的加工时间的其中至少一种运动数据。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (19)
1.一种机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于，包含：
解译模块，读入工件程序，并解译上述工件程序产生加工件的轨迹坐标；
规划模块，电性连接于上述解译模块，用以取得上述轨迹坐标，并依据上述轨迹坐标插值演算产生刀具加工的路径讯息与速度讯息；
参数模块，内建有多个加工参数的设定值；
仿真分析模块，电性连接于上述规划模块与参数模块，用以取得上述路径讯息、速度讯息以及加工参数，并依据上述路径讯息与速度讯息分析出刀具的运动轨迹特性，并给出切削仿真讯息；
优化演算模块，电性连接于上述仿真分析模块以及解译模块，用以取得上述运动轨迹特性以及切削仿真讯息，并依上述加工件不同区块所采用的运动轨迹特性与切削仿真质量，生成对应区块的优化控制参数；以及
其中，上述优化控制参数将传送至上述解译模块，由上述解译模块将上述工件程序与优化控制参数共同解译，得出上述加工件的优化轨迹坐标。
2.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述解译模块进一步将上述优化轨迹坐标传输给上述规划模块进行第二次插值演算。
3.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述解译模块进一步将上述优化轨迹坐标传输给伺服执行单元进行实际产品加工。
4.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述自动生成装置进一步包含预览模块，电性连接于上述仿真分析模块，用于取得上述切削仿真讯息并显示预览切削仿真的加工路径。
5.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述优化演算模块在加工件的每一区块生成对应的优化控制参数。
6.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述优化演算模块在加工件的局部区块生成对应的优化控制参数。
7.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述优化控制参数是由内建于上述优化演算模块中的数据库自动选取或是由用户手动微调所生成。
8.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于，上述运动轨迹特性包含：加工轨迹的角度、加工轨迹的角度变化程度、加工轨迹的曲率、加工轨迹的曲率变化、小线段近似为曲线的拟合弦误差、转角与曲线轨迹在急冲度与精度要求下的运动速度、加速度上限，相邻轨迹的曲率、角度变化一致性的其中至少一种资料。
9.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于，上述优化控制参数包含：加减速时间、最短加减速时间、切线与向心加速度上限、曲线与单轴急冲度上限、小线段近似为曲线的拟合弦误差上限、直线转角所允许误差上限与误差控制下的曲线拟合功能开关、连续小线段近似为圆弧功能开关、进阶伺服控制补偿机制的调整与开关、伺服前馈控制的调整与开关。
10.根据权利要求1所述机床控制指令与参数的自动生成装置，其特征在于：上述仿真分析模块用以产生仿真加工工件的表面精度或表面光洁度评估、模拟加工工件的过切与欠切预测、模拟加工工件的振纹或异常纹路预测的其中至少一种工件加工表面特性的分析数据。
11.一种机床控制指令与参数的自动生成方法，包含：
S100解译步骤，解译工件程序产生加工件的轨迹坐标；
S200规划步骤，对上述轨迹坐标进行插值演算，并产生刀具加工的路径讯息与速度讯息；
S300仿真分析步骤，由上述路径讯息与速度讯息分析出刀具的运动轨迹特性，并同时进行切削仿真；
S500优化演算步骤，依上述加工件不同区块的运动轨迹特性与切削仿真质量，生成对应区块的优化控制参数。
12.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述S500优化演算步骤之前进一步包含S400预览步骤，显示预览切削仿真的加工路径。
13.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述S500优化演算步骤之后进一步包含S600二次解译步骤，对上述工件程序与优化控制参数进行插值演算，产生出上述加工件的优化轨迹坐标。
14.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述优化演算步骤是由数据库自动选取生成上述优化控制参数。
15.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述优化演算步骤是由用户手动微调生成上述优化控制参数。
16.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述优化演算步骤是同时经由数据库自动选取与用户手动微调来生成上述优化控制参数。
17.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述模拟分析步骤判定上述运动轨迹特性的加工轨迹的角度、加工轨迹的角度变化程度、加工轨迹的曲率、加工轨迹的曲率变化、小线段近似为曲线之拟合弦误差、转角与曲线轨迹在急冲度与精度要求下的运动速度、加速度上限，相邻轨迹的曲率、角度变化一致性的其中至少一种资料。
18.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述模拟分析步骤经由上述轨迹坐标的插值演算后，估算与分析加工路径轨迹、加工路径轨迹曲率、加工路径轨迹曲率变化率、加工路径轨迹角度、加工路径轨迹角度变化率、加工路径轨迹与原工件程序的误差、相邻加工路径轨迹的相似性含梯度变化率、距离变化率的其中至少一种几何资料。
19.根据权利要求11所述机床控制指令与参数的自动生成方法，其特征在于：上述模拟分析步骤经由上述优化轨迹坐标的插值演算后，估算与分析经由上述规划模块规划出实际运动速度后的进给速度、进给加速度、进给急冲度、相邻加工路径进给速度一致性、实际加工的轮廓误差、实际加工的加工时间的其中至少一种运动数据。
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