CN107850886B - 用于使工件定向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使要加工的工件(20)定向的方法(100)，包括步骤：a)提供用于加工工件(20)的工件固定的加工路径(27)；b)选择定位工件(20)的刚性转换(30)；c)在考虑定位工件(20)的刚性转换(30)的情况下模拟工件固定的加工路径(27)；d)测定工件(20)的切削加工的至少一个过程参量(40)；其中，在修改定位工件(20)的至少一个刚性转换(30)的情况下重复步骤b)至d)，直至至少一个过程参量(40)达到目标值(43)。

Description

用于使工件定向的方法

技术领域

本发明涉及一种用于使工件定向的方法、以及对此适用的程序、合适的控制单元和相应的生产机器。

背景技术

已知有多种用于工件的加工方法，其中，NC或CNC控制的工具或工具组、例如激光点或打印头参照工件在轨道上顺着引导。在此，工件/工件沿着其主轴线定向由多个驱动机构驱动，这些驱动机构的结构确定了能实现的加工效率。还已知的是，通过在加工时使要加工的工件参考主轴线定向修改地空间上定向，能够实现节省时间。对此例如将工件转动一个确定角度地夹紧。在此，通过使用者的手动尝试来测定相应的角度。

其缺点在于，这样根据经验的测定是耗时的。对此常常无法节省时间地达到理论上能实现的最大值。总体上对解决方案存在的要求在于：使用者测定工件的最佳定向而无需实验上的消耗。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种方法，其克服了现有技术的缺点并且能够以简单的方式在现有的生产机器中实施。

该目的通过根据本发明的方法实现，其中测定要经受加工的工件的期望的定向。在此，在第一步骤中，生产机器的控制单元提供工件固定的加工路径，生产机器的、用于制造期望的产品的工具经过该加工路径。在此，工件固定的加工路径涉及工件基准点，并且在所属的工件坐标轴系中进行限定。因此总体上，工件固定的加工路径在体固定参考系中进行限定。在另一个方法步骤中选择定位工件的刚性转换。在此，刚性转换理解为工件基准点参照生产机器基准点在所属的工具坐标轴系中的位置。刚性转换还包括工件坐标轴系在生产机器坐标轴系中的定向。刚性转换的选择通过程序实现，该程序在工具控制机器的控制单元中实施。在随后的方法步骤中，在考虑工件定位的刚性转换的条件下实现经过工件固定的加工路径。在模拟中，计算并且存储用于生产机器的至少一个驱动机构的所属的控制指令。在随后的方法步骤中，评估所测定的至少一个控制指令，从而能识别对生产机器的驱动机构在时间上解析的要求。在此基础上测定至少一个过程参量，其表征在加工时经过工件固定的加工路径。

根据本发明，在修改工件定位的刚性转换的条件下重复所描述的步骤，并且在此各自测定所属的过程参量。一直重复这些方法步骤，直至少一个过程参量到达到期望的目标值。

根据本发明的方法所允许的是，在短时间内评估工件的多个定向并且选出合适的定向。在此，要评估的过程参量能够由使用者选择，从而有可能在多个方面上最佳化。此外，以加工路径的形式，根据本发明的方法使用对于工件的加工来说所必须的已经存在的信息。此外，加载刚性转换的加工路径的模拟在软件模块中实现，该软件模块已经存在于现代的生产机器的控制单元中。

在此，本发明的意想不到的认知在于，利用少量的模拟过程测定已经有助于期望的过程参量的定向。少量的模拟过程允许所要求的方法也在简单的硬件上以低计算效率实现。因此，能够以简单和低成本的方式实现根据本发明的方法。根据本发明，至少一个过程参量是至少两个机器轴线的驱动机构的运行持续时间的比值。

在本发明的一个优选的实施方式中，刚性转换包括作为参数的平移的错位和/或工件的定向角度。在此，平移的错位是工件基准点参照机器基准点在其机器坐标轴系中的位置。定向角度描述的是，工件坐标轴系和机器坐标轴系的轴线在哪个角度下相切。在两个坐标轴系的平行定向时，所有的定向角度都设定为零的值。同样地，当工件基准点落入机器基准点的时候，平移的错位为零。刚性转换的、作为平移的错位和至少一个定向角度组合的表现方式允许刚性转换的紧凑表现方式，从而能够快速执行根据本发明的方法。另一方面这些参数反映的是，对于加工要在哪个定向上夹紧工件。通过选择和/或限制要修改和模拟的定向角度能够描绘在夹紧时能实现的技术上的可行性方案。因此，根据本发明的方法会限于工件定位，其能以简单的方式实现。由此进一步增强了所要求的方法的效率。

在本发明的一个特别优选的实施方式中，至少两个机器轴线的驱动机构的运行持续时间的比值基本上等于一。因此，两个驱动机构的运行持续时间的比值指出磨损的一致性。因此，根据本发明的方法允许的是，通过选择相应的工件定位使工件的处理匹配于生产机器的各个驱动机构的稳固性。因此使得生产机器上的故障时间最小化，并且增强了工件的切削加工的经济性。生产机器的驱动机构上的磨损越均匀，在此故障时间就越小。

如果在例如以铣刀加工时生产机器的两个驱动机构同时啮合的时候，那么就能够将两个驱动机构的驱动力同时施加到工具上。通过同时施加多个驱动力能实现提高加工速度、例如提高切削速度。能通过两个驱动机构的组合实现的加工速度高于能以仅一个驱动机构实现的加工速度。可替换地或补充地，通过多个驱动力的这种组合也能够实现能量节省或磨损降低。因此，根据本发明的方法允许的是，强烈地充分利用生产机器的性能潜力并且进一步提高工件的加工的经济性。

在本发明的一个优选的实施方式中，最佳化到至少一个过程参量的目标值是最大值、最小值或能选择的值。因此，根据本发明的方法能以简单的方式匹配多个过程参量。例如也能够期望用于加个工件的最小持续时间、最小能量消耗、或工具的最大的加工速度。因此，所要求的方法能匹配多个使用范围。

在本发明的另一个实施方式中，为刚性转换的至少一个能选择的参数重复执行上述方法步骤直至至少三次。在此，将能选择的参数可能的值域分为至少两个区间。即使在多个能选择的参数组合时，也保持所要求的模拟过程的数量较小。同样地，用于过程参量的所测定的值的数量是较小的，从而能够以其中较小的计算花费识别最大值、最小值或所选择的目标值。例如，当连续单独修改两个参数的时候，根据刚性转换的两个参数通过工件固定的加工路径的六个模拟和各自随后测定至少一个过程参量能够实现一个最佳化。此外，当刚性转换的第一参数的每个参数值能够与刚性转换的第二参数的所有的参数值组合的时候，根据两个参数利用工件固定的加工路径的九个模拟和测定至少一个过程参量能够执行最佳化。因此在通过根据本发明的方法进一步减少所要求的计算花费和对所采用的硬件的要求而不损失精确性。

在根据本发明的另一个实施方式中，目标值是非线性最佳化的、牛顿法的结果或者最小二乘法多项式的最适宜结果。

特别优选地，在刚性转换的每个修改中算出的过程参量用作为用于非线性最佳化、牛顿法或最小二乘法多项式的插补节点。在该计算方法中，数学上说明的曲线或面基本上通过插补节点放置。这样的曲线或面能在数学上以较小的花费分析地评估，从而能以简单的方法测定最大值、最小值或值域。特别地，能识别极大值、极小值或位于点插补节点之间的目标区域。这样选择在插补节点之间的目标值允许进一步降低对于加工的时间需求或其能量需求。这些计算方法也能够顺利地用于测定取决于刚性转换的多个参数的最优结果。因此，能够在夹紧中评估工件的定向数量，其对于根据经验测定最佳化的工件定位来说高到无法实现。例如，由于围绕多个空间轴线转动的工件定向而能够实现三个或更多工具轴线的驱动机构叠加，这引起加工速度升高。因此，非线性的最佳化的、牛顿法和最小二乘法多项式允许的是，进一步充分利用生产机器技术上的容量并且进一步提升工件加工的效率。在此根据本发明的方法以低重复步骤数量为基础并且利用简单的数学评估方法，其也能使用简单的硬件实现。

在本发明的另一个特别优选的实施方式中，在第一执行过程中修改刚性转换的第一参数。当在第一执行过程中至少一个过程参量的值与其目标值的差超过阈值的时候，将其识别为期望的最佳化的停滞状态。在随后的第二执行过程中然后修改刚性转换的第二参数，并且借助于至少一个过程参量的所测定的值的差识别目标值的近似情况或者期望的最佳化的另外的停滞状态。附加地，在其他执行过程中识别刚性转换的其他参数。例如作为第一参数，能够改变工件绕着垂直于工件台的轴线的转动。工件在工件台平面中的这种转动和夹紧能够以简单的措施实现。特别优选地，刚性转换在第一执行过程中修改的第一参数是几何参量，其能够通过工件台上的夹紧工具最简单地实现。特别优选地，第一参数是绕着基本上垂直于工件台的平面的转动角度。当在第一执行过程中未达到期望的目标值或者至少未实现对此的近似的时候，在第二执行过程中通过修改第二参数来评估工件的定向，其要求低花费的夹紧工具。调整用于最佳的工件定位的刚性转换的参数越多，对所需的夹紧工具的要求就越高。根据本发明的方法通过刚性转换的各个参数的连续修改实现逐级的参数-变量的原理。那些刚性转换参数在第一、第二、第三等等的执行过程中被修改的次序能通过使用者选择。由此，使用者能够使根据本发明的方法匹配的是，哪种花费在当前的加工方法中对于夹紧工具来说是完全合理的。因此，根据本发明的方法能以简单的方式匹配多种应用情况并且由此在特别的措施中是经济的。

在本发明的另一个实施方式中，在考虑工件位置的刚性转换的情况下实现工件固定的加工路径的方法步骤中考虑生产机器的至少一个边界条件。在此，生产机器的边界条件能够是工具沿着工具轴线或工件轴线的最大移动长度、最大加速度、最大颠簸和/或至少一个的最大加工速度。在此，如果识别了违反这样的边界条件，那么就拒绝对于继续执行根据本发明的方法的一致的刚性转换。

本发明的目的还通过一种程序实现，其能存储在生产机器的控制单元的存储器中，并且能通过在控制单元中的运算器实施。根据本发明的程序设计用于，发送控制指令给生产机器的工具轴线的驱动机构。根据本发明，该程序还适用于执行上述方法中的至少一个。在此，根据本发明的程序以已经存在于生产机器的控制单元中的软件构件、例如模拟模块为基础，并且自身仅要求较小的计算功率。因此，生产机器能够以简单的方式加装根据本发明的程序。因此，该程序应用广泛并且允许便宜地性能增强地修改现有的生产机器。

本发明的目的也通过一种控制单元实现，其适用于控制生产机器的驱动机构。对此，控制单元具有存储器和用于执行程序的计算单元。该程序设计用于执行上述根据本发明的方法中的至少一个。

同样地，本发明的目的通过一种生产机器实现，其包括工具，该工具通过各至少一个驱动机构能沿着至少两个工具轴线或工件轴线运动。此外，生产机器包括具有存储器的控制单元，上述根据本发明的程序能够存储在存储器上并且被执行。根据本发明的生产机器适用于以最小时间需求、最小能量需求和/或驱动机构的最小磨损执行对工件的加工。

附图说明

接下来根据附图中的各个实施方式详细描述本发明。在此示出：

图1是现有技术的工件加工；

图2是来自于根据本发明的方法的第一实施方式的、具有工件定位的工件加工；

图3是根据本发明的第二实施方式的过程参量评估图；

图4是根据本发明的方法的第三实施方式的过程参量评估；

图5是根据本发明的方法的第四实施方式的示意性流程图。

具体实施方式

图1示意性地描绘出工件20，其为了进行切削加工而通过生产机器50的工具10在工件台22上定位。在切削的精加工范畴中，在工件20的一个面上通过工具10铣磨出槽21。对此，工具10沿着不同的运动方向26遵循着加工路径27。不仅为了使工具10沿着加工路径27运动、还为了使工具10旋转，生产机器50装配有未详细示出的驱动机构54。工具基准点24位于工件20的一个角上，其作为用于三个工件轴线25的原点。由各个沿着运动方向26的运动组成的加工路径27参照工件基准点24和工件轴线25在生产机器50的未详细示出的控制单元56中存储和限定。根据图1的工件轴线25平行于机器轴线53地定向，它们具有在机器基准点52中的原点。在机器基准点52与工具基准点24之间存在有平移的错位32，其形成机器坐标系57在工件坐标系28中的刚性转换30。在根据图1的工件加工中，工具10仅遵循加工路径27的各自仅具有一个运动方向26的部段，这些部段基本上与未详细示出的驱动机构54的工作方向一致。因此在图1的工件加工中，在任何时间点都没有多于一个的驱动机构同时运行。

图2示出了利用生产机器50的工具10对工件20的切削加工，其中工件20借助于根据本发明的方法100定向。工件20在工件台22上定位并且在一个角上具有工件基准点24，其用作用于多个工件轴线25的原点。工件基准点24和工件轴线25共同组成工具坐标系，与其相关地限定工具10所遵循的加工路径27。加工路径27由这样的部段组成，其相应的运动方向26平行于工件轴线25中的一个。由此与工件20相关地制造与图1中相同的槽21。

图2示出了机器基准点52，其用作用于机器轴线53的原点。机器轴线53和机器基准点52共同组成机器坐标系。工件基准点24与机器基准点52间隔了一个平移的错位32，其是刚性转换30的参数，通过该刚性转换能将机器坐标系57和工件坐标系28中的运动相互换算。刚性转换30还包括定向角度34，其位于一个机器轴线53与一个工件轴线25。因此，工件20在工件台22上转动了该定向角度24。在工具10沿着加工路径27的一个部段运动时进行工具10沿着两个机器轴线53的运动。驱动机构54的操作方向与每个机器轴线53都一致。加工路径27的各个部段参照机器坐标系57基本上成对角。因此，在沿着加工路径27的各个部段运动时，由驱动机构54产生的加工力叠加到工件20上。由此叠加了轴动力，即速度、加速度和颠簸，从而得出参照工件20更快的轨道运动。

图3示出了根据本发明的方法100的第二实施方式的过程参量评估的图表。该图表包括第一参数轴线38，在其上标注了刚性转换30参考零线37的第一参数35。该图表也包括第二参数轴线39，在其上标注了刚性转换30参考零线37的第二参数36。参数轴线38、39展开一个平面，在其中各自在变化范围47之中修改所属的参数35、36。在此，参数35、36的修改以单独的步距48、49进行。

由参数轴线38、39展开的平面中的参数35、36的两个值的交点45与一个刚性转换30一致，对其而言，在根据本发明的方法100中在考虑相应的刚性转换30的条件下模拟未详细示出的工件固定的加工路径27。在每个交点45都沿着过程参量轴线44标注过程参量40，其通过所属的模拟测定。过程参量轴线44也具有零线37。插补节点42与由参数轴38、39展开的平面中的每个交点45一致。多个插补节点42限定了分区的结果面41，根据其在根据本发明的方法100中测定刚性转换30，在其中，过程参量40达到能选择的目标值43。根据图3，所选择的目标值43是过程参量40的最大值。

图4示意性地示出了根据本发明的方法100的第三实施方式的图表。该图表包括第一参数轴线38，在其上参考零线37标注了刚性转换30的第一参数35。该图表也包括第二参数轴线39，在其上参考零线37标注了刚性转换30的第二参数36。参数轴线38、39展开一个平面，在其中各自在变化范围47之中修改所属的参数35、36。在此，参数35、36的修改以单独的步距48、49进行。由参数轴线38、39展开的平面中的参数35、36的两个值的交点45与一个刚性转换30一致，对其而言，在根据本发明的方法100中在考虑相应的刚性转换的条件下模拟未详细示出的工件固定的加工路径27。在每个交点45都沿着过程参量轴线44标注过程参量40，其通过所属的模拟测定。程参量轴线44也具有零线37。插补节点42与由参数轴38、39展开的平面中的每个交点45一致。

插补节点43用作为用于建立最小二乘法多项式的数据，利用该最小二乘法多项式测定连续的结果面41。在测定连续的结果面41时，插补节点42也能够以公差33沿着过程参量轴线44位于结果面41的外部。在连续的结果面41上，能够以简单的方式也在插补节点43之间的区域中测定期望的最大值或最小值。

图5示出了根据本发明的方法100的第四实施方式的流程图5。其中，在第一方法步骤110中提供了要切削加工的工件20的、未详细示出的工件固定的加工路径27。在此之后是选择步骤120，在其中选出定位工件20的刚性转换30。在此，刚性转换30描述的是，在切削加工时在哪个位置和方位上在未详细示出的生产机器50中夹紧工件。紧接着是模拟步骤130，在其中在考虑在之前的方法步骤120中选择的刚性转变30的情况下在模拟中遵从工件固定的加工路径27。在模拟的范畴中测定的是，当根据刚性转换30夹紧工具20的时候，对利用生产机器50的至少一个驱动机构54的哪种至少一个控制指令遵从工件固定的加工路径27。

在接下来的评估步骤140中测定至少一个过程参量40，其从工件20的所选择的切削加工中得出。在此，过程参量40例如能够是生产机器50的不同的机器轴线53上的驱动机构54的运行持续时间的比值。紧接着的是检查步骤145，在其中检查的是，在之前的评估步骤140中测定的至少一个过程参量40是否达到了所选择的目标值43。在此，目标值43是最大值、最小值或能选择的值。当达到期望的目标值43的时候，在方法结束150时将一致的刚性转换30作为根据本发明的方法100的结果发送给使用者。如果未达到目标值43，那么就根据本发明的方法100回转160到选择步骤120并且进行本发明100的新过程。在重新的过程中在选择步骤120里，选择与之前过程中不同的刚性转换30。通过改变刚性转换30的至少一个参数35、36，为新过程修改刚性转换30。

Claims (12)

1.一种用于使要切削加工的工件(20)定向的方法(100)，包括步骤：

a)提供用于加工所述工件(20)的工件固定的加工路径(27)；

b)选择定位所述工件(20)的刚性转换(30)，其中所述刚性转换是工件基准点参照生产机器基准点在所属的工具坐标轴系中的位置；

c)在考虑定位所述工件(20)的所述刚性转换(30)的情况下模拟工件固定的所述加工路径(27)；

d)测定所述工件(20)的切削加工的至少一个过程参量(40)；

其特征在于，在修改定位所述工件(20)的至少一个所述刚性转换(30)的情况下重复所述步骤b)至d)，直至至少一个所述过程参量(40)达到目标值(43)，其中，至少一个所述过程参量(40)是至少两个机器轴线(53)的各一个驱动机构(54)的运行持续时间的比值，并且所述目标值(43)是能选择的值。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，至少一个所述刚性转换(30)包括作为参数的平移的错位(32)和/或所述工件(20)的定向角度(34)。

3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，至少两个所述机器轴线(53)的所述驱动机构(54)的所述运行持续时间的比值基本上等于一。

4.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，为所述刚性转换(30)的至少一个能选择的参数重复执行所述步骤a)至d)直至至少三次。

5.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，所述目标值(43)是非线性最佳化的、牛顿法的结果或者最小二乘法多项式的最适宜结果。

6.根据权利要求5所述的方法(100)，其特征在于，在所述步骤d)中测定的所述过程参量(40)是用于非线性最佳化、牛顿法或最小二乘法多项式的插补节点(42)。

7.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，在第一次执行所述步骤a)至d)的过程中修改所述刚性转换(30)的第一参数(35)，并且当未达到所述目标值(43)的时候，在第二次执行所述步骤a)至d)的过程中修改所述刚性转换(30)的第二参数(36)。

8.根据权利要求2所述的方法(100)，其特征在于，在考虑生产机器(50)的至少一个边界条件的情况下，进行所述步骤c)。

9.根据权利要求8所述的方法(100)，其特征在于，所述边界条件是工具(10)沿着至少一个所述机器轴线(53)的最大移动长度、最大加速度、最大颠簸或最大切割速度。

10.一种计算机可读的存储介质，所述存储介质存储有用于在生产机器(50)的控制单元(56)的存储器中执行的程序(80)，所述程序设计用于将控制指令发送给机器轴线(53)的驱动机构(54)，其特征在于，所述程序(80)设计用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)。

11.一种用于控制生产机器(50)的至少一个驱动机构(54)的控制单元(56)，所述控制单元设计具有存储器和计算单元，用于存储和执行权利要求10中所述的程序(80)。

12.一种生产机器(50)，包括工具(10)和具有存储器的控制单元(56)，所述工具各自能通过至少一个驱动机构(54)沿着至少两个机器轴线(53)运动，所述控制单元设计用于存储和执行权利要求10中所述的程序(80)。