CN110238710A - 具有砂轮之磨床及其砂轮加工地图的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂轮加工地图的优化方法，包括：利用磨床之控制器从数据平台取得砂轮之参考加工地图，参考加工地图包含理想负载率下，砂轮研磨线速度值、砂轮研磨切深值所形成之参考研磨参数区间；计算出缩放倍率值乘以参考研磨参数区间，得到该磨床的优化加工地图。藉此，可以获得量化的加工工艺参数，并可将参数数据储存在控制器中，每次进行加工时可实时参考。

Description

具有砂轮之磨床及其砂轮加工地图的优化方法

技术领域

本发明提供一种砂轮磨削工艺的优化方法，特别是针对于磨床中以特定砂轮进行研磨时所采用参数的优化，以及运用砂轮加工地图的优化方法。

背景技术

磨削加工是精密的加工手法之一，它的精度要求高，例如精度要求误差在正负1μm之内，表面质量的要求也高，因此，对终端客户在进行磨削时，对应于不同的待加工件材料需要有合适的砂轮种类，以及配合适当的机台特性下使用合适的加工参数，才能达到精度与质量的要求。然而，加工参数，例如磨削加工所使用的砂轮尺寸、砂轮转速、砂轮于待加工工件的切深等等，往往需要花上大量时间进行调适与寻找，而使用新的待加工工件与新种类砂轮的搭配需要耗费短则数天、长则数周的时间进行调整，以达成较佳精度的工艺成品。再者，若是使用既有的、长时间使用的待加工工件与既有的砂轮搭配之加工参数，也会因砂轮片所设置的机台特性不同而需要调整，调整时间短则数小时、长则数天，仍需耗费较长的时间，这样都造成了制作工件的成本增加。

另外，这调校工艺的操作者多是须要具备深厚的加工经验，亦即须要资深的磨削加工师父来进行调整才能达成较好的精度与表面质量，一般新手操作人员进行调校后也难以达到精度与质量的要求；就算达成标准，所花费的时间是远超过资深的磨削加工师父进行调适所需要的时间。而且，进行调适时，加工工艺参数调整只凭借着加工人员所称的“手感”，没有量化的结果，使得资深的磨削加工师父教导或是将经验传承给新手操作人员时无所本，让一般工厂磨削加工调适工艺传承困难。

发明内容

为改善现有技术的缺失，本发明提供一种砂轮加工地图的优化方法，包括：利用磨床之控制器从数据平台取得砂轮之参考加工地图，参考加工地图包含理想负载率下，砂轮研磨线速度值、砂轮研磨切深值所形成之参考研磨参数区间；取得参考研磨参数区间中，理想负载率下之起始点，起始点具有第一砂轮研磨线速度值以及第一砂轮研磨最大切深值；以使用砂轮之磨床进行研磨，利用控制器将砂轮设定于第一砂轮研磨线速度值；记录待加工工件研磨到第一砂轮研磨切深值时，磨床输出第一负载率；利用控制器将第一负载率与理想负载率进行比较，其中当第一负载率小于理想负载率时，则选择估计点(qr)，且该估计点(qr)与起始点具有相同第一砂轮研磨线速度值及大于第一砂轮研磨最大切深值的第(r+1)砂轮研磨最大切深值，当第一负载率大于该理想负载率时，则选择估计点qr与起始点具有相同第一砂轮研磨线速度，及小于该第一砂轮研磨最大切深值的第(r+1)砂轮研磨最大切深值，藉此得到第(r+1)负载率等于该理想负载率，其中r为大于1的正整数；运用控制器将第(r+1)砂轮研磨最大切深值除以第一砂轮研磨最大切深值，以获得缩放倍率值；以及根据缩放倍率值来缩放参考研磨参数区间，以获得优化的加工地图。

本发明的优点在于:使用本发明所提供的砂轮磨削工艺的优化方法，可以藉由量化的参考加工工艺参数，进行有系统的调校，以快速获得精确的加工工艺参数，而且此加工工艺参数又可以储存在控制器中或是上传到数据平台，可为相同型号的砂轮对同样种类的待加工工件进行加工时的依据。

本发明的另一优点在于:不同的加工机台(磨床)只要针对同种类的待加工工件、使用同型号砂轮片，便能够快速建立此待加工工件、砂轮与机台组合的加工工艺参数。另外，操作者也可以随时读取先前任一次的加工工艺参数，如同资深的磨削加工师父随时在场，让磨削加工调适工艺传承方便简单且智慧化。

附图说明

图1是根据本发明所揭露的技术，表示加工地图示意图；

图2是根据本发明所揭露的技术，表示具有砂轮的磨床的示意图；

图3是根据本发明所揭露的技术，表示具有砂轮的磨床中，最佳化模块构造的内部示意图；

图4是根据本发明所揭露的技术，表示获得缩放倍率值所进行的演算流程图；以及

图5是根据本发明所揭露的技术，表示进行缩放程序以获得最佳化加工地图的流程图。

1 磨床

10 基座

12 第一滑轨

14 传送件

16 砂轮组件

18 砂轮

20 第二滑轨

22 控制器

201 最佳化模块

202 储存装置

203 比较器

204 读取器

205 运算器

30 加工工件

40 资料平台

a,b,c,d,e,f 参考加工地图的边界参考点

g,h,i,j,k,l 最佳化加工地图的边界参考点

m 临界砂轮研磨切深值

s 临界砂轮研磨线速度值

p 临界砂轮研磨线速度值与临界研磨砂轮切深值之交点

n 对应于c点X坐标的临界砂轮研磨线速度值

q 估计值

R 参考加工地图之砂轮研磨线速度的中间值

F1～F9、J1～J2 获得缩放倍率值所进行的步骤

G1～G4 获得最佳化加工地图所进行的步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

为使贵审查委员对于本发明之结构目的和功效有更进一步之了解与认同，兹配合图示详细说明如后。以下将参照图式来描述为达成本发明目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举之实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案之技术手段并不限于所列举图式。

在本发明中，所示之坐标系是采用二维的笛卡尔坐标系(Cartesian coordinatesystem)。二维的笛卡尔坐标系是采用(X,Y)的数据格式表示，二维的笛卡尔坐标系具有两个值，一个是X值，另一个是Y值。其中X值是指X坐标值，Y值是指Y坐标值。

首先请参考图1，图1是本发明所提供的加工地图(包含参考加工地图以及优化加工地图)示意图。此加工地图是一个X轴为砂轮研磨线速度值(单位是m/min)、Y轴为砂轮研磨切深值(单位是μm)所构成的XY折线图。加工地图(即研磨参数区)的范围为由多条折线与X轴构成的多边形区域，界定研磨参数区间以让使用者在此多边形区域中选择可用的研磨参数。图1中，将边界参考点a、b、c、d、e、f以直线链接所围绕的区域称为参考研磨参数区间。根据本发明之实施例，此参考研磨参数区间在加工地图中是一个六边形，具有六个边界参考点g、h、i、j、k、l以直线链接所围绕的区域称为优化研磨参数区间。优化研磨参数区间是根据研磨参数区间经过运算得到的缩放倍率值所形成的。

根据本发明之实施例，砂轮供应厂商(简称砂轮厂)贩卖不同规格的砂轮予工件加工厂时，可一并将其该砂轮的参考加工地图提供给工件加工厂。在一实施例中，砂轮厂可将出厂的砂轮之参考加工地图上传于数据平台，并随砂轮提供QR code，加工厂时进行加工前可藉由扫描砂轮的QR code扫描从数据平台取得参考加工地图，直接传进磨床的控制器中。相同的砂轮对应不同材质的加工工件，或是不同规格的砂轮对应相同材质的加工工件，应有不同的对应参考加工地图。

请继续参考图1。以下简介加工地图的形成过程。砂轮厂可将出厂前的同一规格砂轮，先装到磨床上进行试磨，且会使用砂轮对不同材料的加工工件进行测试。图1上的p点是砂轮制造时的规格。根据砂轮所使用的粒径大小、尺寸、黏着剂等可以决定在最理想负载率(即磨床输出的切削力/磨床马达额定扭力)下，此砂轮理论的临界砂轮研磨线速度值以及临界砂轮研磨切深值，并以此点分别作出平行于加工地图中X轴与Y轴的两线段。此两线段分别交X轴与Y轴于s点和m点。此m、p、s三点构成的直线与加工地图中X轴与Y轴所围绕的区域是该砂轮的临界加工范围。以下根据本发明之一实施例说明参考加工地图的完成方法，砂轮对工件物料(例如模具钢)的临界砂轮研磨线速度值为2000m/min、临界砂轮研磨切深值为30μm，以及理想负载率为50％(切削力10N.m/马达额定扭力为20N.m)。当超过临界砂轮研磨切深值时，砂轮上的颗粒会直接剥落，砂轮也会有破碎的危险。试磨时，以临界砂轮研磨线速度值的一半，即1000m/min开始对特定加工工件30(例如模具钢)进行研磨，并记录于1000m/min的砂轮研磨线速度值下当机台负载率达到50％(即切削力达到10N.m/马达额定扭力20N.m)时的砂轮研磨最大切深值(即图1上c点的Y坐标)。磨床1操作者继续逐渐增加以及减低砂轮研磨线速度值，测试在不同砂轮研磨线速度值下，当机台负载率达到50％(即切削力达到10N.m/马达额定扭力20N.m)时的砂轮研磨最大切深值，藉此得到如图1之a、b、c、d、e、f点连接线所形成的参考研磨参数区间，即砂轮对工件30的参考加工地图；a点是此砂轮对此工件的砂轮研磨最小线速度值800m/min，b点是对应砂轮研磨最小线速度值的砂轮研磨最大切深值10μm，当砂轮研磨线速度值提升时，砂轮研磨最大切深值也随之提升，直到超过c点的X坐标(1000m/min)之后，砂轮研磨最大切深值(15μm)会维持相同值到d点，当砂轮研磨线速度值增加到超过d点的X坐标(1400m/min)之后，砂轮研磨最大切深值反而会随X轴数值的增加而下降，直到e点到达极限11μm，该砂轮对工件30的砂轮研磨最大线速度值为f点1800m/min。不同规格的砂轮针对不同材料的加工工件会有不同的加工地图以及不同面积大小的研磨参数区间。

请继续参考图1，由g、h、i、j、k、l所围成的六边形是利用本发明的砂轮磨削工艺优化方法后，所获得的优化的研磨参数区间，即优化的加工地图。使用者利用本发明所提到的砂轮磨削工艺优化方法，可以获得缩放倍率值。后续将此缩放倍率值对参考研磨参数区间进行缩放，以形成优化的研磨参数区间。在本实施例中，相同的砂轮使用于不同的磨床，因机台的刚性不同，在相同的负载率下，该机台的优化加工地图会与出厂时的参考加工地图呈现缩放的倍率关系。

接着请继续参考图2，图2所示为本发明的一个实施例，表示具有砂轮的磨床1的示意图。本实施例的磨床1包括了基座10，基座10上设有第一滑轨12以及传送件14，传送件14可沿着滑轨12水平地推送待磨的加工工件30，到砂轮组件16正下方的待磨位置。砂轮组件16装设有砂轮18，砂轮组件16可沿着第二滑轨20垂直移动，以接触加工工件达成研磨加工。磨床1并具有控制器22，可控制砂轮18且与数据平台40进行信息连接，以取得特定砂轮对应特定加工工件之参考加工地图。该数据平台40可由砂轮厂、加工厂或是提供平台服务的第三方厂商建构以及提供。控制器22更包含了数据运算用的优化模块201(如图3所示)。磨床1的砂轮18，可依照操作者的不同需求进行替换，例如需要研磨不同材料的工件时。

接着请继续参考图3，图3所示为具有砂轮的磨床1中，优化模块201构造的内部示意图。优化模块201中包括了储存装置202、比较器203、读取器204以及运算器205。优化模块201以储存装置202储存砂轮厂所提供的参考加工地图，并利用比较器203、读取器204以及运算器205，根据参考加工地图运算出优化的缩放倍率值，藉此生成优化加工地图。在本实施例中，优化模块201一般是微处理器(microprocessor)或是嵌入式系统。再者，储存装置202是非挥发性内存或是硬盘，让磨床1断电时能继续保存加工地图。参见图2，控制器22亦可将优化加工地图上传至数据平台40，以构建更完整的参考加工地图数据库。

接着说明如何获得缩放倍率值的详细进行流程。请同时参考图1与图4，其中，图4表示获得缩放倍率值所进行的演算流程图。以下详细叙述演算流程中的各个步骤F1～F9以及J1～J2：

步骤F1：利用磨床1之控制器22从数据平台40取得砂轮18之参考加工地图，以及该砂轮18对工件30的临界砂轮研磨线速度值、临界砂轮研磨切深值，以及理想负载率(即磨床的输出切削力/马达额定扭力)三个参数。根据本发明之实施例，该砂轮18对工件30的临界砂轮研磨线速度值为2000m/min、临界砂轮研磨切深值为30μm，以及理想负载率(即机台输出之切削力/机台的马达额定扭力)为50％(马达额定扭力为20N.m，机台输出之切削力为10N.m)。步骤F1的三个参数都是砂轮厂所提供。以优化模块201中的读取器204获得，藉此取得该参考研磨参数区间中，在该理想负载率下之一起始点，例如砂轮工作区间的砂轮研磨中间线速度值为1000m/min(第一砂轮研磨线速度值)，以进行步骤F2。

步骤F2：砂轮研磨中间线速度值对应参考加工地图c点的X坐标，以c点为起始点。在本步骤中，利用优化模块201中的读取器204获得取得参考加工地图中，c点的坐标值为第一砂轮研磨线速度值1000m/min(X坐标)，第一砂轮研磨最大切深值为15μm(Y坐标)、磨床负载率(即为理想负载率)为50％(切削力为10N.m/马达额定扭力20N.m)。后续进行步骤F3。

步骤F3：以c点的坐标值，即砂轮研磨线速度值1000m/min(X坐标)，砂轮研磨最大切深值为15μm(Y坐标)在磨床1上进行试磨，以控制器22纪录此时的负载率(即为第一负载率)。

步骤J1：利用控制器中优化模块201中的比较器203，将F3步骤得到的第一负载率与c坐标的理想负载率进行比较。若是第一负载率小于理想负载率，表示此机台的刚性较大，相同的砂轮研磨线速度以及负载率可达成较大的砂轮研磨切深值；该机台的优化加工地图会较参考加工地图的范围更大，可进行F4步骤。同理，若是第一负载率大于理想负载率，表示此机台的刚性较小，相同的砂轮研磨线速度值以及负载率只能达成较小切深值；该机台的其优化加工地图会较参考加工地图的范围更小，进行F5步骤。

步骤F4：该机台的优化加工地图会较参考加工地图的范围更大，因此将与c点有相同X值，且Y值为该砂轮的临界砂轮研磨切深值的n点找出，利用优化模块201中的运算器205，运算出n点与c点坐标的中心点，获得第一估计点q1，其砂轮研磨切深值大于该第一最大砂轮研磨切深值，在此实施例中q1点的坐标为(1000,22.5)。后续进行步骤F6。

步骤F5：该机台的优化加工地图会较参考加工地图的范围更小，因此将与c点有相同X值，且砂轮研磨切深值为0的点找出，利用优化模块201中的运算器205，运算出c点与(Xc,0)坐标的中心点，获得第一估计点q1，其砂轮研磨切深值小于第一砂轮研磨最大切深值，在此时，施力中q1点的坐标为(1000,7.5)，后续进行步骤F6。

步骤F6：经过r次选择以及比对后(其中r为大于1的正整数)，得到估计点qr的砂轮研磨线速度值及砂轮研磨切深值进行磨削，得到第(r+1)负载率，以进行步骤J2。

步骤J2：利用优化模块201中的比较器203，将F6步骤得到的第(r+1)负载率与c坐标的理想负载率进行比较，确认第(r+1)负载率是否等于理想负载率。因注意的是，根据使用者的设定，该第(r+1)负载率与该理想负载率之差值可有容许误差值，让控制器22可以更快速地完成优化加工地图的运算。而容许误差值是使用者根据所需运算时间长短而自行设定的数值，通常该容许误差值为理想负载率的正负1～2％。例如，若是使用者想较快速获得缩放倍率值，可将误差值设定得较大。在此实施例中，容许误差值为正负0.15N.m(1.5％)。若是估计点的第(r+1)负载率与c坐标的负载率差值小于容许误差值，则可进行步骤F7。若是估计点的负载率与c坐标的负载率差值大于容许误差值，则需要进行步骤F8。

步骤F7：利用优化模块201中的运算器205，将估计点qr的Y值(第(r+1)砂轮研磨切深值)与c点的Y值(第一砂轮研磨切深值)相除，得到缩放倍率值，并将该缩放倍率值储存于优化模块201中的储存装置202。进行步骤F9，结束此流程。

步骤F8：利用优化模块201中的运算器205，于前述估计点qr与c点之间再取一个中心点，此中心点为下一个估计点，再进行步骤F6以及步骤J2，之后则是不断重复二分逼近法，直到估计点qr之负载率(第r+1负载率)与c坐标的差值小于容许误差值。

根据以上流程得到该磨床的优化加工地图的缩放倍率值以后，可由使用者自行设定或是由磨床1的控制器22自动设定将参考加工地图进行缩放，以得到优化加工地图。最后说明缩放图形的详细进行流程。请参考图5，图5表示进行缩放程序以获得优化加工地图的流程图。后续详述演算流程中的各个步骤G1～G4：

步骤G1：控制器22之运算器205以参考加工地图的最大砂轮研磨线速度值(在本发明所提供的实施例中为1800m/min)及最小砂轮研磨线速度值(此实施例为800m/min)，计算出参考加工地图的中心参考点R的坐标为(1300,0)(如图1所示)，并以读取器204取得此中心参考点R。将R点设定为图形缩放的中心点。后续进行步骤G2。

步骤G2：以运算器205计算参考加工地图边界参考点a、b、c、d、e、f各点到中心参考点R的向量。例如a-R的向量为(-500,0)，c-R的向量为(-300,15)，以此类推。后续进行步骤G3。

步骤G3：以运算器205将上述各向量乘上图4流程所得到的缩放倍率值，并加上R的坐标值，即可得到优化加工地图的各边界参考点坐标值。例如，g点的坐标值为a-R之向量(-500,0)乘上缩放倍率值9/5，并加上R的坐标(1300,0)，得到g点的坐标为(400,0)，以此类推得到优化加工地图的g、h、i、j、k、l点坐标，以界定出优化加工地图的范围。后续进行步骤G4。

步骤G4：利用控制器22的储存装置202将上述坐标值以及优化加工地图进行储存，供后续进一步调整用。运算器205可采用电子电子表格软件，包含Microsoft苹果II型控制器的储存装置中的Mac OS X操作系统中附的等等。任何具有数据输入功能以及图表制作功能的电子电子表格都可以使用。

在本发明的一实施例中，使用者可以磨床1的控制器22的输入接口206或是使用外部装置(未示于图中)控制控制器22。外部装置可以是个人行动助理(PDA)、智能型手机或是计算机。

上述进行缩放流程的实施例，即是利用前述所获得的缩放倍率值进行缩放，透过加工地图中参考参数，使优化的研磨参数区间能根据砂轮厂的参考加工地图，且可根据磨床的特性快速优化，不断更新并补强数据平台，使得优化的加工地图更具实用性。较于传统上只能依据资深人员经验传承、无量化的资料与较慢的调整工件参数，本发明所提供的获得缩放倍率值与缩放流程所构成的砂轮磨削工艺的优化方法能够快速且量化地获得可进行的最佳研磨参数，并且可将数据储存并重复的优化，让经验得以传承，并且根据实际加工状况不断更新资料。

上述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种砂轮加工地图的优化方法，其特征在于，包括：

利用一磨床之一控制器，从一数据平台取得一砂轮的一参考加工地图，其中该参考加工地图包含在一理想负载率下，由一砂轮研磨线速度值及一砂轮研磨切深值所形成之一参考研磨参数区间；

取得该参考研磨参数区间中，在该理想负载率下之一起始点，该起始点具有一第一砂轮研磨线速度值以及一第一砂轮研磨最大切深值；

使用该砂轮之该磨床对一待加工工件进行研磨，其中利用该控制器将该砂轮设定于该第一砂轮研磨线速度值；

记录该待加工工件研磨到该第一砂轮研磨切深值时，该磨床输出一第一负载率；

利用该控制器将该第一负载率与该理想负载率进行比较，其中当该第一负载率小于该理想负载率时，则选择一估计点(qr)，且该估计点(qr)与该起始点具有相同该第一砂轮研磨线速度值及大于该第一砂轮研磨最大切深值的一第(r+1)砂轮研磨最大切深值，当该第一负载率大于该理想负载率时，则选择该估计点(qr)与该起始点具有相同之该第一砂轮研磨线速度，及小于该第一砂轮研磨最大切深值的该第(r+1)砂轮研磨最大切深值，藉此得到一第(r+1)负载率等于该理想负载率，其中r为大于1的正整数；

运用该控制器将该第(r+1)砂轮研磨最大切深值除以该第一砂轮研磨最大切深值，以获得一缩放倍率值；以及

根据该缩放倍率值来缩放该参考研磨参数区间，以获得一优化的加工地图。

2.根据权利要求1所述的砂轮加工地图的优化方法，其特征在于，其中该第(r+1)负载率与该理想负载率差值小于一容许误差值，该容许误差值为该理想负载率的正负1～2％。

3.根据权利要求1所述的砂轮加工地图的优化方法，其特征在于，其中该控制器包含一储存装置以储存该参考加工地图以及该缩放倍率值。

4.根据权利要求1所述的砂轮加工地图的优化方法，其特征在于，其中该控制器包含一比较器以比较该第一负载率、该第(r+1)负载率以及该理想负载率。

5.根据权利要求1所述的砂轮加工地图的优化方法，其特征在于，其中该控制器包含一运算器以根据该第一砂轮研磨最大切深值以及该第(r+1)砂轮研磨最大切深值运算出该缩放倍率值。

6.根据权利要求1所述的砂轮加工地图的优化方法，其特征在于，将该参考加工地图以该缩放倍率值生成优化加工地图的步骤中，包含:

取得该参考加工地图之一中心参考点，其坐标为(砂轮研磨线速度中间值,切深值为0)；

取得该参考加工地图中于该理想负载率下，复数个边界参考点，其坐标为(砂轮研磨线速度值,砂轮研磨切深值)的坐标值；

取得该中心参考点与该些边界参考点的复数个向量；以及

将该些向量值乘上该缩放倍率值，并加上该中心参考点的坐标值以得到该优化加工地图的各边界参考点坐标值。

7.一种具有砂轮之磨床，其特征在于，其包括：

一砂轮；以及

一控制器用以控制该砂轮的一砂轮研磨线速度以及一砂轮研磨切深值，其中该控制器包含一优化模块，用以自一数据平台取得一参考加工地图，以及运算生成一缩放倍率值以形成优化的一加工地图。

8.根据权利要求7所述的该具有砂轮之磨床，其特征在于，其中该优化模块包含一储存装置用以储存该参考加工地图以及该缩放倍率值。

9.根据权利要求7所述的该具有砂轮之磨床，其特征在于，其中该优化模块包含一运算器用以运算出该缩放倍率值。

10.根据权利要求7所述的该具有砂轮之磨床，其特征在于，其中该优化模块包含一读取器用以读取该参考加工地图。