CN109839901A - 加工时间预估系统 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种加工时间预估系统，其设置于工具机的控制器上，用以预测该工具机的加工程序的执行时间，该加工时间预估系统设有数值控制模块、伺服仿真模块、加工误差预测模块及加工时间预估模块，能对该加工程序进行快速预读，并且对该控制器进行前、后加减速模拟仿真，预估实际的加工时间，让该工具机对工件进行加工开始时，即能开始预测结束时刻，能准确地预测加工时间，让估计的加工时间与实际的加工时间之间的误差小于5％，让使用者能有效且准确地安排工具机的工作流程，提高工具机的加工效率，提供合理使用机械和劳动力，降低工具机加工工件所需的时间及成本，提供能缩短运算时程且准确预估加工时间的加工时间预估系统。

Description

加工时间预估系统

技术领域

本发明涉及一种预估系统，特别是涉及一种能缩短运算时程且准确预估加工时间的加工时间预估系统。

背景技术

现有工具机对于工件进行加工的过程中，大多离不开对加工精度及加工时间的要求及改进，其中加工精度与加工时间相比较下，对于加工精度的要求显得较佳工时间来的重要，因此，如何在要求加工精度的情况下缩短加工时间，为现有业界所致力解决的问题之一。

有鉴于上述的问题，目前业界仅能通过操作者的经验或者相关加工数据的累积，间接推算出现有工具机对于工件进行加工的时间，对于工件加工时间及工件生产量的估算，相对不方便且耗费时间，且仅能对于相同工件的总体加工时间推算出单一相同工件的平均加工时间，而无法准确地提供各工件的加工时间；然而，现有工具机并非仅能加工单一的相同工件，当待加工的工件具有不同的尺寸或结构型态时，则需再经由时间及数据的累积后，方能推算出该型态工件的加工时间，相对会增加现有工具机估算加工时间的困难度与不便性。

进一步，目前如CN第102789194B号专利公开案所述，其提供一种具备加工时间预测部以及加工误差预测部的数值控制装置，通过数值控制装置控制的机床，对工件进行加工的加工程序，指定赋予加工速度的速度资料和赋予加工精度的精度资料，通过模拟来求出在各处理周期内的插补资料、指令位置点列以及伺服位置点列；之后，根据该求出的插补资料求出加工工件的预测加工时间，再进一步根据该求出的指令位置点列以及伺服位置点列，求出加工工件时的预测加工误差。

然而，前述通过数值控制装置求出加工工件的预测加工误差及加工时间的方式，由于其仿真部仅考虑伺服部分建模，因此，在模拟及运算的过程中无法趋近真实的响应结果，进而让所求出的预测加工时间无法提供准确的预估加工时间，加上因无法准确预估加工时间，而需多次运算或者增加运算时间，都会相对增加运算时程，进而让使用者无法有效率地安排现有工具机的工作时程，明显会影响现有工具机的加工效率，相对提高工具机加工工件所需的时间及成本，有鉴于此，现有工具机在估算加工时间上有进一步改进的地方。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种加工时间预估系统，其能在控制器(如计算机等)上预测加工程序的执行时间，其是通过多体动力(Multi-body dynamics；MBD)分析与伺服部分进行整合，使模拟响应能接近工具机的真实响应，并且提供插补命令快速估算功能，能大幅缩短加工程序预解时间，进而提供能缩短运算时程且准确预估加工时间的加工时间预估系统。

为达上述目的，本发明提供一种加工时间预估系统，其中该加工时间预估系统设置于工具机的控制器上，用以预测该工具机的加工程序的执行时间，该加工时间预估系统设有数值控制模块、伺服仿真模块、加工误差预测模块及加工时间预估模块；

该数值控制模块与该工具机的加工程序相连接且设有解译程序、处理程序、预处理程序及插补程序，该解译程序与该工具机的加工程序相连接，用以进行转译作业，该处理程序与该解译程序相连接，用以将经过转译作业的信息进行处理，该预处理程序与该解译程序相连接，用以将经过转译作业的信息进行单节预读，达到预读后续单节信息的效果，该插补程序与该预处理程序相连接，用以让该工具机能按照预定的轨迹进行作动；

该伺服仿真模块与该数值控制模块及该工具机相连接，且设有输入/出界面、位置处理单元、伺服单元及马达，该输入/出界面与该处理程序相连接，用以作为该处理程序与工具机之间的类比与数位转换用，该位置处理单元与该插补程序及该工具机相连接，借以将该工具机的位置进行控制及反馈，该伺服单元与该位置处理单元相连接，用以接收该位置处理单元的信号，该马达与该伺服单元及该工具机相连接，将该位置处理单元的信号经由该伺服单元及马达而传递至该工具机；

该加工误差预测模块与该伺服仿真模块相连接且设有误差预测单元，该误差预测单元计算该插补程序输出的命令与该位置处理单元反馈命令之间的误差；

该加工时间预估模块与该加工误差预测模块相连接且设有插补命令估算单元以及加工时间预测单元，该插补命令估算单元与该误差预测单元相连接，用以计算单节距离以及单节距离中各轴的移动速度，而该加工时间预测单元与该插补命令估算单元相连接，且通过该插补命令估算单元所取得的单节距离以及单节距离的移动速度，计算出预估单节加工时间，将各单节的预估加工时间进行求和，即可在该工具机的控制器上得到预测该加工程序的执行时间。

进一步，该处理程序能接收该工具机发送出有关M、S及T信息、手动启动信息或各种使用信息等，并且能向该工具机发送有关M、S及T功能的应答信息及各坐标轴对应的工具机参考点信息等。

再进一步，该处理程序为可编程式控制器。

较佳的是，该插补命令估算单元通过估算方程式c(t)＝(x(t),y(t))对于单节曲率进行计算。

较佳的是，该插补命令估算单元于计算时，将路径解析为直线+直线、直线+圆弧、圆弧+直线以及圆弧+圆弧，再依1000区块(Blocks)为检视范围，求出路径曲率，搭配参数所设定的加减速解析出路径切线与法线速度，依照切线速度估算转角加工时间。

由上述的技术特征，本发明加工时间预估系统，于使用时设置于工具机的控制器内，其能对于该工具机的加工程序进行快速预读，并且对于该控制器进行前、后加减速模拟仿真，预估实际的加工时间，让该工具机对于工件进行加工开始时，即能开始预测结束时刻，不仅能准确地预测加工时间，让估计的加工时间与实际的加工时间之间的误差小于5％，并且能经由显示器得知工件的加工进度，且能大幅缩短对于加工程序的预解时间，进而缩短运算时程，让使用者能有效且准确地安排工具机的工作流程，能大幅提高工具机的加工效率，借以制定更加合理的生产计划，提供合理使用机械和劳动力，相对降低工具机加工工件所需的时间及成本，进而提供一种缩短运算时程且准确预估加工时间的加工时间预估系统。

附图说明

图1是本发明加工时间预估系统架构的方块示意图。

图2是本发明加工时间预估系统的加工时间与进给率的关系表。

图3是本发明加工时间预估系统的插补命令快速估算方程式的关系表。

图4是本发明加工时间预估系统的操作示意图。

其中，附图标记：

10数值控制模块 11解译程序

12处理程序 13预处理程序

14插补程序 20伺服仿真模块

21输入/出界面 22位置处理单元

23伺服单元 24马达

30加工误差预测模块 31误差预测单元

40加工时间预估模块 41插补命令估算单元

42加工时间预测单元 60工具机

61加工程序 62显示器

70工件

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参照图1至4所示，本发明的加工时间预估系统设置于工具机60的控制器(如计算机)上，用以预测该工具机60的加工程序61的执行时间，其中该工具机60是指能动力制造的机械装置，通常用于对金属进行精密切削加工，借以生产其他机械构件或金属零件，而该加工程序61是指该控制器所能执行的语言，本发明的加工时间预估系统设有数值控制模块10、伺服仿真模块20、加工误差预测模块30及加工时间预估模块40，其中：

该数值控制模块10与该工具机60的加工程序61相连接且设有解译程序11、处理程序12、预处理程序13及插补程序14，其中该解译程序11与该工具机60的加工程序61相连接，用以将该加工程序61的高阶程序语言直接逐行进行转译作业，该处理程序12与该解译程序11相连接，用以将经过转译作业的信息进行处理，其中该处理程序12能接收该工具机60发送出有关M、S及T信息、手动启动信息或各种使用信息等，其中M是指辅助功能，S是指控制主轴转速功能，而T是指刀具选择功能，并且能向该工具机60发送有关M、S及T功能的应答信息及各坐标轴对应的工具机60参考点信息等，进一步，该处理程序12为可编程式控制器(Programmable Logic Controller；PLC)，该预处理程序13与该解译程序11相连接，用以将经过转译作业的信息进行预处理，其中预处理为动态的向前预读CNC程序，计算运动控制的插补方式，找出最佳化的速度与位置规划，借以将经过转译作业的信息进行单节预读，其中单节预读为控制器会预先解译未来的几个单节，此目的是为了让控制器能有更多的路径信息，使算法再进行速度规划时路径可以更平顺，达到预读后续单节信息的效果，该插补程序14与该预处理程序13相连接，用以让该工具机60能按照预定的轨迹进行作动。

请参照图2所示，该数值控制模块10在该工具机60进行加工时，由图中可明显看出，当启动单节预读功能后(虚线)，该工具机60的进给率与时间的关系，比没有开启预读功能(实线)时，其进给率高且加工时间短，由此可知，该数值控制模块10所提工的预读功能，可以提升加工的进给速度，进而能有效缩短加工时间，且能进一步减少因连续短距离的加、减速时所造成的机台震动情形。

该伺服仿真模块20与该数值控制模块10及该工具机60相连接，且设有输入/出界面21、位置处理单元22、伺服单元23及马达24，该输入/出界面21与该处理程序12相连接，用以作为该处理程序12与工具机60之间的类比与数位转换用，该位置处理单元22与该插补程序14及该工具机60相连接，以将该工具机60的位置进行控制及反馈，其中工具机60接受控制器所给的控制命令，由马达24及驱动器来驱动，通过马达24的编码器(encoder)或是工具机60上的光学尺进行位置反馈，再将反馈的位置送至控制器修改控制命令借以降低位置误差，该伺服单元23与该位置处理单元22相连接，用以接收该位置处理单元22的信号，进一步，该伺服单元23是指依照指示命令动作所构成的控制装置，常应用于马达的伺服控制，将传感器装在马达与控制对象机器上，监测结果会返回伺服放大器与指令值做比较，该马达24与该伺服单元23及该工具机60相连接，将该位置处理单元22的信号经由该伺服单元23及马达24而传递至该工具机60。

该加工误差预测模块30与该伺服仿真模块20相连接且设有误差预测单元31，该误差预测单元30计算该插补程序14输出的命令与该位置处理单元22反馈命令之间的误差，而该加工时间预估模块40与该加工误差预测模块30相连接且设有插补命令估算单元41以及加工时间预测单元42，其中该插补命令估算单元41与该误差预测单元31相连接，用以计算单节距离以及单节距离中各轴的移动速度，其中如图3所示，该插补命令估算单元41通过以下估算方程式：

对于单节曲率进行计算，其中曲率符号以κ(Kappa)表示，是几何体不平坦程度的一种衡量，其是指对于平面曲线C，在一点P的曲率大小等于密切圆半径的倒数，它是一个指向该圆圆心的矢量，其大小可用屈光度(dioptre)衡量，其中1屈光度等于1(弧度)每米，此密切圆的半径即为曲率半径，且当密切圆的半径越小，曲率越大；所以曲线接近平直的时候，曲率接近0，而当曲线急速转弯时，曲率很大，其中直线曲率处为0；半径为r的圆曲率处为1/r，且该插补命令估算单元41于计算时，将路径解析为4种情形:(1)直线+直线、(2)直线+圆弧、(3)圆弧+直线以及(4)圆弧+圆弧等情况，再依1000区块(Blocks)为检视范围，求出路径曲率，搭配参数所设定的加减速解析出路径切线与法线速度，依照切线速度估算转角加工时间，而该加工时间预测单元42与该插补命令估算单元41相连接，且通过该插补命令估算单元41所取得的单节距离以及单节距离的移动速度，计算出预估单节加工时间，将各单节的预估加工时间进行求和，即可在该工具机60的控制器上得到预测该加工程序61的执行时间。

通过上述的技术特征，本发明加工时间预估系统，于使用时如图4所示设置于工具机60的控制器内，其能对于该工具机60的加工程序61进行快速预读，并且对于该控制器进行前、后加减速模拟仿真，预估实际的加工时间，让该工具机60对于工件70进行加工开始时，即能开始预测结束时刻，不仅能准确地预测加工时间，让估计的加工时间与实际的加工时间之间的误差小于5％，并且能经由显示器62得知工件70的加工进度，且能大幅缩短对于加工程序的预解时间，进而缩短运算时程，让使用者能有效且准确地安排工具机60的工作流程，能大幅提高工具机60的加工效率，借以制定更加合理的生产计划，提供合理使用机械和劳动力，相对降低工具机60加工工件70所需的时间及成本，进而提供一种缩短运算时程且准确预估加工时间的加工时间预估系统。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出进一步改进或变形为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种加工时间预估系统，其特征在于：该加工时间预估系统设置于工具机的控制器上，用以预测该工具机的加工程序的执行时间，该加工时间预估系统包括数值控制模块、伺服仿真模块、加工误差预测模块及加工时间预估模块，其中：

该数值控制模块与该工具机的加工程序相连接且设有解译程序、处理程序、预处理程序及插补程序，该解译程序与该工具机的加工程序相连接，用以进行转译作业，该处理程序与该解译程序相连接，用以将经过转译作业的信息进行处理，该预处理程序与该解译程序相连接，用以将经过转译作业的信息进行单节预读，达到预读后续单节信息的效果，该插补程序与该预处理程序相连接，用以让该工具机能按照预定的轨迹进行作动；

该伺服仿真模块与该数值控制模块及该工具机相连接，且设有输入/出界面、位置处理单元、伺服单元及马达，该输入/出界面与该处理程序相连接，用以作为该处理程序与工具机之间的类比与数位转换用，该位置处理单元与该插补程序及该工具机相连接，借以将该工具机的位置进行控制及反馈，该伺服单元与该位置处理单元相连接，用以接收该位置处理单元的信号，该马达与该伺服单元及该工具机相连接，将该位置处理单元的信号经由该伺服单元及马达而传递至该工具机；

该加工误差预测模块与该伺服仿真模块相连接且设有误差预测单元，该误差预测单元计算该插补程序输出的命令与该位置处理单元反馈命令之间的误差；以及

该加工时间预估模块与该加工误差预测模块相连接且设有插补命令估算单元以及加工时间预测单元，该插补命令估算单元与该误差预测单元相连接，用以计算单节距离以及单节距离中各轴的移动速度，而该加工时间预测单元与该插补命令估算单元相连接，且通过该插补命令估算单元所取得的单节距离以及单节距离的移动速度，计算出预估单节加工时间，将各单节的预估加工时间进行求和，即可在该工具机的控制器上得到预测该加工程序的执行时间。

2.如权利要求1所述的加工时间预估系统，其特征在于，该处理程序接收该工具机发送出的包括辅助功能信息、控制主轴转速功能信息及刀具选择功能信息、手动启动信息或使用信息，并且能向该工具机发送包括辅助功能、控制主轴转速功能及刀具选择功能的应答信息及各坐标轴对应的工具机参考点信息。

3.如权利要求2所述的加工时间预估系统，其特征在于，该处理程序为可编程式控制器。

4.如权利要求1至3中任一项所述的加工时间预估系统，其特征在于，该插补命令估算单元通过估算方程式c(t)＝(x(t),y(t))对于单节曲率进行计算。

5.如权利要求4所述的加工时间预估系统，其特征在于，该插补命令估算单元于计算时，将路径解析为直线+直线、直线+圆弧、圆弧+直线以及圆弧+圆弧，再以1000区块为检视范围，求出路径曲率，搭配参数所设定的加减速解析出路径切线与法线速度，依照切线速度估算转角加工时间。