CN110722399A - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置，其在工件上加工已决定了加工位置以及加工形状的多个加工孔，数值控制装置具备：热影响计算部，其针对各个加工孔求出以加工位置以及加工形状加工了加工孔时的工件的热分布的时间变化；加工位置决定部，其根据加工了之前的加工孔后直到加工下一个加工孔为止的经过时间、加工了之前的加工孔以及下一个加工孔时的热分布来决定工件不产生热变形的下一个加工孔；以及加工部，其加工加工孔。上述数值控制装置能够考虑热变形来决定加工位置。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及考虑热变形来决定加工位置的数值控制装置。
背景技术
已知一种在工件上进行钻孔加工的冲床或激光加工机等加工机(以下简单称为加工机或机器)。当在这些加工机进行钻孔加工时工件的温度上升。特别是如图1所示，如果在位置较近的范围内连续进行钻孔加工，则工件有可能产生热变形而加工精度下降。目前，操作员考虑这种热变形的可能性，手动地决定加工顺序(参照图2)，生成加工程序(以下简单称为程序)。
另外，提出几个考虑防止热变形来自动决定钻孔加工顺序的方法。日本特开平8-99252号公报中记载了以下内容：为了防止钻孔加工造成的摩擦热集中在一个区域而产生热变形的问题，在距离之前刚刚进行了加工的位置最远的未加工位置进行钻孔加工。日本特许第5162977号中记载以下内容：为了防止热累积，将加工区域分为多个分割区域，以不连续加工相邻的分割区域的顺序来进行加工。日本特许第5889606号中记载以下内容：将由于紧前的加工孔的热影响而使下一个加工孔的加工精度下降的距离决定为阈值LM，以加工孔之间的距离为阈值LM以上，并且加工路经为最短的方式，使用2-opt法等局部搜索法来排列加工顺序。
在现有的基于手动操作的加工顺序的决定方法中存在以下问题：操作员为了生成考虑了热影响的程序而被夺去了很多的时间，生产效率受损。特别是在混合有不同形状的加工孔时，用于决定加工顺序的计算等变得复杂，无法容易地决定顺序。这种情况下，目前依赖加工经验等来决定加工顺序，因此经验少的操作员难以生成加工程序。
另外，日本特开平8-99252号公报以及日本特许第5162977号中记载的方法停留在使现有的经验规律的一部分自动化。并非是根据预测值等正确的数据来评价热影响从而决定加工位置的方法，所以根据情况有可能产生热变形。日本特许第5889606号记载的方法只考虑加工孔间的距离，因此附加了加工孔的形状为相同形状的前提条件。即无法应对任意形状的加工孔。
发明内容
本发明用于解决这样的问题，其目的在于提供一种考虑热变形来决定加工位置的数值控制装置。
本发明的一个方式的数值控制装置在工件上加工已决定了加工位置以及加工形状的多个加工孔，该数值控制装置具备：热影响计算部，其针对各个上述加工孔求出以上述加工位置以及上述加工形状加工了上述加工孔时的上述工件的热分布的时间变化；加工位置决定部，其根据加工了之前的上述加工孔后直到加工下一个上述加工孔为止的经过时间、加工了之前的上述加工孔以及下一个上述加工孔时的热分布来决定上述工件不产生热变形的下一个上述加工孔；以及加工部，其加工上述加工孔。
在本发明一个方式的数值控制装置中，上述加工位置决定部将上述工件未产生热变形并且位于距离之前的上述加工孔最近的位置的未加工的上述加工孔决定为下一个上述加工孔。
在本发明一个方式的数值控制装置中，上述加工位置决定部将上述工件分割为多个区域，在与之前的上述加工孔相同的上述区域内决定下一个上述加工孔，当上述区域内的全部上述加工孔的加工结束时在其他的上述区域内决定下一个上述加工孔。
在本发明一个方式的数值控制装置中，上述加工位置决定部以上述工件不产生热变形并且对多个上述加工孔进行巡回的路经为最短的方式决定上述加工孔的加工顺序。
在本发明的一个方式的数值控制装置中，上述热影响计算部针对各个上述加工孔求出在以上述加工位置以及上述加工形状加工了上述加工孔时上述工件的温度成为Tt/2的范围的时间变化，上述加工位置决定部在由于之前的加工孔的加工产生的上述范围与由于下一个加工孔的加工产生的上述范围重叠时判定为上述工件产生热变形，上述温度Tt是工件可产生热变形的温度。
在本发明的一个方式的数值控制装置中，上述热影响计算部在上述工件上设置的多个测定点或小区域中求出以上述加工位置以及上述加工形状加工了上述加工孔时的上述工件温度的时间变化，上述加工位置决定部在上述测定点或小区域中的任意一个中由于之前的加工孔的加工产生的热与由于下一个加工孔的加工产生的热之间的合计值超过Tr时判定为上述工件产生热变形，上述温度Tt是工件可产生热变形的温度。
在本发明一个方式的数值控制装置中，上述热影响计算部通过包含有限元法的近似计算方法来求出上述热分布。
在本发明一个方式的数值控制装置中，上述热影响计算部使用对采样加工时的上述热分布进行测定而得到的数据集来求出上述热分布。
在本发明一个方式的数值控制装置中，上述加工部生成按照上述加工位置决定部决定的顺序来加工上述加工孔的加工程序。
根据本发明，能够提供一种考虑热变形来决定加工位置的数值控制装置。
附图说明
通过参照附图对以下实施例进行说明，本发明的上述以及其他的目的和特征变得明确。在这些附图中：
图1说明钻孔加工的问题。
图2说明钻孔加工的问题。
图3表示加工孔和热影响的最大范围的一例。
图4表示热影响的最大范围的时间变化。
图5表示有限元法的热分布计算的一例。
图6表示实施方式1的加工位置的决定方法的一例。
图7表示实施方式1的加工位置的决定方法的一例。
图8表示实施方式1的加工位置的决定方法的一例。
图9表示实施方式1的加工位置的决定方法的一例。
图10表示实施方式1的加工位置的决定方法的一例。
图11是表示实施方式1的数值控制装置1的动作一例的流程图。
图12表示实施方式2的加工位置的决定方法的一例。
图13表示实施方式2的加工位置的决定方法的一例。
图14表示实施方式3的加工位置的决定方法的一例。
图15表示数值控制装置的硬件结构的一例。
图16表示数值控制装置的功能结构的一例。
图17表示通过钻孔加工产生的工件的热分布的一例。
图18表示通过钻孔加工产生的工件的热分布的一例。
具体实施方式
<实施方式1>
本发明实施方式1的数值控制装置1考虑工件的热传导性来决定不受热影响的加工位置(加工孔的位置)。另外，能够决定不受热影响的加工顺序。并且，能够自动生成用于进行不受热影响的加工的加工程序。
图15是表示数值控制装置1的主要部分的概略硬件结构图。数值控制装置1是进行加工机控制的装置。数值控制装置1具有CPU11、ROM12、RAM13、非易失性存储器14、接口18、总线10、轴控制电路16、伺服放大器17。向数值控制装置1连接伺服电动机50、输入输出装置60。
CPU11是整体控制数值控制装置1的处理器。CPU11经由总线10读出存储在ROM12中的系统程序，按照系统程序来控制整个数值控制装置1。
ROM12预先存储有用于执行加工机的各种控制等的系统程序。
RAM13临时存储临时的计算数据和显示数据、操作员经由后述的输入输出装置60输入的数据和程序等。
非易失性存储器14例如通过未图示的电池进行支援，即使数值控制装置1的电源被切断也保持存储状态。非易失性存储器14存储从输入输出装置60输入的数据和程序等。非易失性存储器14中存储的程序和数据在执行时以及使用时可以在RAM13中展开。
轴控制电路16控制加工机的动作轴。轴控制电路16接受CPU11输出的轴的移动指令量，将轴的移动指令输出给伺服放大器17。
伺服放大器17接受轴控制电路16输出的轴的移动指令，驱动伺服电动机50。
伺服电动机50由伺服放大器17进行驱动，用于使加工机的动作轴运动。伺服电动机50典型地内置位置速度检测器。位置速度检测器输出位置速度反馈信号，该信号被反馈给轴控制电路16，由此进行位置速度的反馈控制。
另外，在图15中，轴控制电路16、伺服放大器17以及伺服电动机50分别只示出一个，但是实际上按照作为控制对象的加工机(未图示)所具备的轴的数量来进行准备。例如，在对具备3个轴的加工机进行控制时，准备与各个轴对应的总共3组的轴控制电路16、伺服放大器17以及伺服电动机50。
输入输出装置60是具备显示器、硬件按键等的数据输入输出装置，典型地是操作盘。输入输出装置60将经由接口18从CPU11接受的信息显示在显示器上。输入输出装置60将从硬件按键等输入的指令、数据等经由接口18交给CPU11。通过输入输出装置60，能够使显示器显示例如存储在非易失性存储器14中的程序，并能够通过硬件按键进行编辑。
图16是表示控制装置1的概略功能结构的框图。数值控制装置1具有热影响计算部101、加工位置决定部102、加工部103。
热影响计算部101针对加工程序中记述的各个加工孔计算进行了加工时产生的热的分布。这里各个加工孔具有加工位置(例如加工孔的中心等)以及加工形状(加工孔的形状)。即，在本实施方式中各个加工孔的形状可以不同。
图17以及图18表示通过钻孔加工产生的工件的热分布(温度分布)的一例。虚线表示加工形状。实线的闭合图形是将温度相等的地点连接后的等温线，表示越是位于内侧的等温线温度越高。图17表示通过冲床加工了圆孔时的热分布。以圆孔的中心(加工位置)为中心，热同心圆状地分布。图18表示激光加工了角孔时的热分布。与圆孔的情况不同，为热集中在角部的扭曲的(不均一的)热分布。
另外，热影响计算部101能够对各个加工孔计算热影响的最大范围。热影响的最大范围是指在进行了钻孔加工时产生的热以可影响下一个加工孔的加工精度的程度进行传播的范围。在本实施方式中，将工件可产生热变形的温度的下限(即开始产生热变形的温度)设为Tt，将通过加工工件温度为Tt/2度以上的范围设为热影响的最大范围。图3表示加工孔和热影响的最大范围的一例。表示如果加工孔的形状不同，热影响的最大范围也不同。
通过加工而产生的热在加工紧后大概一瞬间传播至工件内的一定范围，但是随着时间经过慢慢散热，所以热分布以等温线包围的范围缩小的方式随着时间发生变化。如图5所示，加工后的工件的热影响的最大范围在加工紧后变得最大，由于散热随着时间经过而缩小。即，加工后在工具快进移动到下一个的加工位置的期间，随着移动时间的经过热影响的最大范围缩小。换言之，加工后的工件的热分布或热影响的最大范围表示为时间的函数。
以4个例子来表示热影响计算部101的热分布的计算方法。
热分布的计算方法(1)
热影响计算部101例如能够使用以有限元法为代表的可计算热分布的公知的计算方法来逐次计算进行了各个加工孔加工时的热分布。此时，预先取得或确定计算所需要的各种常数、固有值等，并将其存储在预定的存储区域中。
有限元法是用于近似地对通过难以解析性求解的微分方程式或偏微分方程式记述的现象进行求解的离散化方法。将具有复杂形状或性质的物体分割为简单的小区域(参照图4)，对各个小区域计算行为，由此预测整体的行为。
热影响计算部101例如将以下的热传导方程式与有限元法进行组合。即。对各个小区域计算热传导方程式，由此确定某个时间的各个小区域的温度和整个工件的热分布。
[数式1]
Figure BDA0002133773860000061
Cv：比热与密度的积(J/m3)
T：温度(K)
t：时间(sec)
λ：热传导率(J/(m·sec·K))
q(t)：流入的每单位时间、每单位体积的热量(激光照射热、冲床的摩擦热等)(J/sec·m3)
这里，Cv、λ是根据工件材料而不同的常数，q(t)是激光振荡器等固有的值。热影响计算部101在各个小区域进行该计算，由此能够求出在各个小区域的从加工开始的经过时间t的工件温度。
热分布的计算方法(2)
热影响计算部101汇总在热分布的计算方法(1)中经过时间t的工件温度为Tt/2以上的小区域(或其代表点)，由此能够求出热影响的最大范围。通过使用该热影响的最大范围，如后述那样能够以较少的计算资源来高速地判定加工位置恰当与否。
热分布的计算方法(3)
根据上述热分布的计算方法(1)，能够计算任意的工件形状、工件材料以及加工形状等下的热分布，但是需要相当的计算资源。在热分布的计算方法(2)中，热影响计算部101将通过热分布的计算方法(1)得到的计算结果积蓄在数据库中。更具体地说，例如针对工件形状、加工形状以及Cv、λ、q(t)等每个常数，在数据库中积蓄各个小区域的从加工开始的经过时间t的工件温度。
在下次及其以后，在同样的条件下再次进行加工时，热影响计算部101通过参照该数据库而能够求出各个小区域的从加工开始的经过时间t的工件温度。另外，热影响计算部101汇总经过时间t的工件温度为Tt/2以上的小区域(或其代表点)，由此能够求出热影响的最大范围。
热分布的计算方法(4)
热影响计算部101实际进行采样加工，参照使用温度图形(Thermography)等温度测量单元测定工件的温度而得到的结果，确定进行了各个加工孔的加工时的热分布。例如针对某个工件，在每个预定时间在多个测定点来测定以某个加工形状进行了钻孔加工时的工件的温度，并将测定结果数据库化或数式化等进行积蓄。更具体地说，例如针对工件形状、加工形状以及Cv、λ、q(t)等每个常数，将与加工位置的距离、从加工开始的经过时间、工件温度对应起来积蓄在数据库中。
热影响计算部101通过参照该数据库，能够求出在各个测定点的从加工开始的经过时间t的工件温度。另外，热影响计算部101通过将经过时间t的工件温度为Tt/2的测定点进行连接，能够求出热影响的最大范围(表示最大范围外缘的闭合图形)。
加工位置决定部102根据热影响计算部101计算出的热分布或热影响的最大范围以及到下一个加工位置的移动时间来决定下一个加工位置。这里移动时间是指在之前的加工位置进行了加工孔的加工后直到在下一个加工位置开始加工孔的加工为止的经过时间。
加工位置的决定方法(1)
加工位置决定部102能够使用通过上述热分布的计算方法(2)求出的热影响的最大范围来搜索出不受上次加工中产生的热的影响的最近的未加工位置。在本方法中，使用热影响的最大范围这样的几何学信息来判定加工位置恰当与否。该方法与后述的加工位置决定方法(2)至(4)相比计算简单，能够以较少的计算资源高速地决定加工位置。
步骤1：计算从上次的加工位置到未加工位置P的移动时间t。即，假设从上次的加工位置开始经过移动时间t后在未加工位置P进行加工。使未加工位置P的初始值为距离上次的加工位置最近的未加工位置。
步骤2：通过热分布的计算方法(2)求出从上次的加工开始经过移动时间t后的上次加工的热影响的最大范围A1(t)。
步骤3：通过热分布的计算方法(2)求出在经过移动时间t的时间点在未加工位置P进行了加工导致的加工紧后的热影响的最大范围A2(t)。
步骤4：判定A1(t)和A2(t)是否干扰，即是否至少一部分重叠。在有干扰时，转移到步骤6。此时具有工件温度为Tt以上的区域，所以未加工位置P不适合作为下一个加工位置(有可能产生热变形)。在没有干扰时(参照图6)，转移到步骤5。
步骤5：将未加工位置P决定为下一个的加工位置。
步骤6：通过未加工位置P的下一个接近上次的加工位置的未加工位置更新未加工位置P，并重复步骤1及其以后的计算。
加工位置的决定方法(2)
加工位置决定部102能够使用通过上述热分布的计算方法(1)计算出的热分布来搜索出不受上次的加工中产生的热的影响的最近的未加工位置。与上述的加工位置的决定方法(1)相比能够更精细地搜索未加工位置。
步骤1：计算从上次的加工位置到未加工位置P的移动时间t。即，假设从上次的加工位置开始经过移动时间t后在未加工位置P进行加工。使未加工位置P的初始值为距离上次的加工位置最近的未加工位置。
步骤2：通过热分布的计算方法(1)求出从上次的加工开始经过移动时间t后的工件的热分布。具体地说，求出从上次的加工开始经过移动时间t后的在工件上设定的多个小区域的工件的温度。
步骤3：通过热分布的计算方法(1)求出在经过移动时间t的时间点在未加工位置P进行了加工而造成的加工紧后的热分布。具体地说，求出在未加工位置P的加工紧后的在工件上设定的多个小区域的工件的温度。
步骤4：在工件上的各测定点，对在步骤1求出的温度(上次加工的温度)与在步骤2求出的温度(在未加工位置P的加工的温度)进行合计，判定是否存在合计温度为Tt以上的小区域。在存在时，转移到步骤6。此时因为具有工件温度为Tt以上的点，所以未加工位置P不适合作为下一个的加工位置(有可能产生热变形)。在不存在时，转移到步骤5。
步骤5：将未加工位置P决定为下一个的加工位置。
步骤6：通过未加工位置P的下一个接近上次的加工位置的未加工位置更新未加工位置P，并重复步骤1及其以后的计算。
加工位置的决定方法(3)
加工位置决定部102能够使用通过上述热分布的计算方法(3)预测以及积蓄的热分布来搜索出不受上次的加工中产生的热的影响的最近的未加工位置。就是说再次使用在类似条件下计算出的温度分布，由此能够确保接近上述加工位置决定方法(2)的精度并削减计算量。
步骤1：计算从上次的加工位置到未加工位置P的移动时间t。即，假设从上次的加工位置开始经过移动时间t后在未加工位置P进行加工。使未加工位置P的初始值为距离上次的加工位置最近的未加工位置。
步骤2：通过热分布的计算方法(3)求出从上次的加工开始经过移动时间t后的工件的热分布。具体地说，求出从上次的加工开始经过移动时间t后的在工件上设定的多个测定点的工件的温度。
步骤3：通过热分布的计算方法(3)求出在经过移动时间t的时间点在未加工位置P进行了加工造成的加工紧后的热分布。具体地说，求出在未加工位置P的加工紧后的在工件上设定的多个测定点的工件的温度。
步骤4：在工件上的各个测定点，对在步骤1求出的温度(上次加工的温度)与在步骤2求出的温度(在未加工位置P的加工的温度)进行合计，判定是否存在合计温度为Tt以上的测定点。在存在时，转移到步骤6。此时因为具有工件温度为Tt以上的点，所以未加工位置P不适合作为下一个的加工位置(有可能产生热变形)。在不存在时，转移到步骤5。
步骤5：将未加工位置P决定为下一个的加工位置。
步骤6：通过未加工位置P的下一个接近上次的加工位置的未加工位置更新未加工位置P，并重复步骤1及其以后的计算。
加工位置的决定方法(4)
加工位置决定部102能够使用通过上述热分布的计算方法(4)实际测定以及积蓄的热分布来搜索出不受上次的加工中产生的热的影响的最近的未加工位置。就是说再次使用在类似条件下实际测定出的温度分布，由此能够确保接近上述加工位置决定方法(2)、(3)的精度，并且不需要预测值计算所花费的计算量。
步骤1：计算从上次的加工位置到未加工位置P的移动时间t。即，假设从上次的加工位置开始经过移动时间t后在未加工位置P进行加工。使未加工位置P的初始值为距离上次的加工位置最近的未加工位置。
步骤2：通过热分布的计算方法(4)求出从上次的加工开始经过移动时间t后的工件的热分布。具体地说，求出从上次的加工开始经过移动时间t后的在工件上设定的多个测定点的工件的温度。
步骤3：通过热分布的计算方法(4)求出在经过移动时间t的时间点在未加工位置P进行了加工造成的加工紧后的热分布。具体地说，求出在未加工位置P的加工紧后的在工件上设定的多个测定点的工件的温度。
步骤4：在工件上的各个测定点，对在步骤1求出的温度(上次加工的温度)与在步骤2求出的温度(在未加工位置P的加工的温度)进行合计，判定是否存在合计温度为Tt以上的测定点。在存在时，转移到步骤6。此时因为具有工件温度为Tt以上的点，所以未加工位置P不适合作为下一个的加工位置(有可能产生热变形)。在不存在时，转移到步骤5。
步骤5：将未加工位置P决定为下一个的加工位置。
步骤6：通过未加工位置P的下一个接近上次的加工位置的未加工位置更新未加工位置P，并重复步骤1及其以后的计算。
如果通过加工位置决定部102决定了下一个加工位置，则加工部103执行该加工位置的钻孔加工。
使用图11的流程图以及图7至图10来说明数值控制装置1的动作例。以下说明的处理编号与图11的流程图对应。
S1：热影响计算部101读入加工程序，取得全部的加工孔的加工位置以及加工形状。对于全部的加工孔，使用上述热分布的计算方法(1)或(2)来计算或取得进行了加工时的热分布。另外，热影响计算部101也可以计算热影响的最大范围。
S2：加工位置决定部102任意决定第一次的加工位置(参照图7)。典型地由用户指定第一次的加工位置。加工部103在所决定的第一次的加工位置进行钻孔加工。
S3：加工位置决定部102选择最接近第一次的加工位置的未加工位置P。
S4：加工位置决定部102按照上述加工位置决定方法(1)至(3)中的任意一方法的步骤2至4的顺序来判定当在未加工位置P进行了加工时是否可能产生热变形。当产生热变形时转移到步骤S7。当没有产生热变形时转移到步骤S5。
图8以及图9是表示加工位置决定部102在第一次的加工后按照加工位置决定方法(1)判定有无热变形的处理的一例的示意图。加工位置决定部102在第一次的加工造成的热影响的最大范围与在未加工位置P进行了加工时的热影响的最大范围产生干扰时判定为产生热变形。图8表示判定为在距离第一次的加工位置最近的未加工位置P产生热影响的最大范围的干扰的例子。图9表示判定为在距离第一次的加工位置第二近的未加工位置P未产生干扰的例子。
图10是表示加工位置决定部102在第二次的加工位置的加工后按照加工位置决定方法(1)判定有无热变形的处理的一例的示意图。加工位置决定部102在第二次的加工造成的热影响的最大范围与在未加工位置P进行了加工时的热影响的最大范围产生干扰时判定为产生热变形。在图10的例子中，判定为在距离第二次的加工位置最近的未加工位置P产生热影响的最大范围的干扰。
S5：加工部103在S4中决定的未加工位置P进行钻孔加工。
S6：如果另外剩余未加工位置，则转移到S7。如果没有剩余未加工位置，则转移到S8。
S7：在从S4转移来时，选择当前的未加位置P的下一个接近上次加工位置的未加工位置来作为新的未加工位置P，再次转移到S4。
在从S6转移来时，选择最接近当前的未加位置P(即S5中的加工位置)的未加工位置来作为新的未加工位置P，转移到S4。
S8：结束加工。
根据本实施方式，如果在数值控制装置1中登记加工程序，则数值控制装置1能够考虑热变形，以最优的加工顺序来进行钻孔加工。由此，能够大幅削减目前由操作员考虑热变形来生成加工程序所花费的时间。此外，即使经验少的操作员也能够执行考虑了热变形的钻孔加工。因此能够提高作业的效率和生产率。
<实施方式2>
如果使用实施方式1的数值控制装置1按照图11的流程图所示的顺序来依次决定不产生热变形的加工位置，则形成预定的加工顺序(参照图12)。如果按照该加工顺序推进加工，根据情况有时会剩余相互距离远的多个未加工位置，加工效率产生问题。在实施方式2中将解决这样的问题来提高加工效率。
实施方式2的加工位置决定部102将工件分割为多个区域。各个区域中包含多个加工位置。加工位置决定部102首先将包含第一次加工位置的区域内存在的加工位置作为对象，按照图11的流程图所示的顺序来决定加工顺序(参照图13)。如果区域内的全部的加工位置的加工结束，则加工位置决定部102在还没有进行加工的其他任意区域(优选相邻的区域)中执行同样的处理。此时，加工位置决定部102决定下一个进行加工的区域中的最初的加工位置，使得不会由于紧前进行了加工的区域中的最后的加工位置产生的热与下一个进行加工的区域中的最初的加工位置产生的热而产生热变形。
根据本实施方式，在与整个工件相比狭小的区域内决定加工顺序，能够将直到下一个加工位置的移动距离抑制为一定距离以下。由此，未加工位置彼此的距离不会变大，能够提高加工效率。
另外，在日本特许第5162977号中也记载了将工件分割为多个区域的情况。但是，在日本特许第5162977号中，需要由操作员自身生成区域内的加工顺序。另外，在日本特许第5162977号中，在加工了某个区域后，移动到相邻的区域以外的远离的区域进行加工，由此避免热变形。另一方面，实施方式2的数值控制装置1无论在区域内还是移动到其他区域的情况下，都以加工位置为单位考虑热的影响来决定下一个加工位置。由此，能够在加工了某个区域后移动到相邻的区域来进行加工。由此，与日本特许第5162977号记载的方法相比能够以高的加工效率进行加工。
<实施方式3>
在实施方式1的数值控制装置1中，加工位置决定部102将从上次的加工位置开始移动距离最短且没有产生热变形的未加工位置决定为下次的加工位置。如果通过这种方法依次决定加工位置(参照图11的流程图)，则如上所述，能够自动形成固定的加工顺序。这样形成的加工顺序在避免热变形的观点上是适当的，但是在加工效率的观点上未必能说是最优化的加工顺序。上述实施方式2也是用于解决该问题的一个方法，但在实施方式3中，为了使移动路径最小化，通过应用旅行商问题来解决该问题。
旅行商问题是指在赋予了城市的集合以及每两个城市间的移动成本(例如距离。本实施方式中为加工位置间的移动时间)时，求出将所有的城市正好巡回(访问)一次并返回巡回出发地的巡回路径的总移动成本为最小的巡回路径的组合最优化问题。即，求出旅行商将预定的多个城市只巡回(访问)一次时的最短路径。作为用于对旅行商问题进行求解的代表性算法，已知20opt法和近邻法。
在实施方式3中，将本发明设为能够应用旅行商问题的形式，因此，加工位置决定部102将各加工位置(以下为移动源)与该加工位置的下一次加工时没有产生热变形的另一加工位置(以下为移动目的地)的组合全部抽出。由此，能够生成图14所示的图表。
实施方式1的加工位置决定部102在加工位置决定方法(1)至(3)中，从距离移动源最近的未加工位置开始依次判定是否产生加工的热变形，由此搜索移动目的地。应用该方法，实施方式3的加工位置决定部102全面地抽出能够成为移动目的地的加工位置。即，对于移动源以外的所有加工位置判定是否产生加工的热变形，只将判定为没有产生热变形的加工位置作为移动目的地候补而抽出。并且，加工位置决定部102将移动源的加工位置、移动目的地候补的加工位置以及从移动源到移动目的地候补的移动时间作为集合来存储。
或者，加工位置决定部102可以赋予非常大的数值(例如9999等)来作为移动时间，来取代从移动目的地候补中排除被判定为产生热变形的加工位置。
图14表示将加工位置决定部102存储的信息图表化的内容的一例。节点A至F表示加工位置，连接节点间的链接所附带的数值表示加工位置间的移动时间。移动时间相当于节点间的移动成本。加工位置决定部102对该图表应用2-opt法或近邻法，由此能够得到用于以最小成本即最短时间进行加工的加工顺序。
另外，在日本特许第5889606号中也记载了使用2-opt法使加工顺序最优化的内容。但是，在日本特许第5889606号中，根据加工孔间的距离来判定是否产生热变形。这是仅限在如加工孔为圆孔那样，热分布根据距离一致地发生变化(参照图17)，并且多个加工孔为相同形状的情况下能够应用的方法。另一方面，在实施方式3的数值控制装置1中，热影响计算部101将热分布作为2维区域进行计算，并且加工位置决定部102根据二维热分布来判定是否产生热变形。因此，实施方式3的数值控制装置1能够适用于任意的加工形状、混有各种加工形状的复杂的加工程序等广泛的钻孔加工。另外，能够精致地评价加工造成的热影响，因此能够细致地提高加工效率(缩短移动路径、缩短加工时间)。
<其他实施方式>
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不仅限于上述实施方式的例子，能够通过增加适当的变更以各种方式来实施。
例如，在上述实施方式中，考虑从2个加工孔产生的热来进行是否产生热变形的判定。但是，本发明不限于此，例如可以考虑从3个以上的n个加工孔产生的热来判定有无产生热变形。具体地说，在加工位置决定方法(2)或(3)中，在工件上的各个小区域或测定点全部累计在某个时刻通过未加工位置P的加工而产生的热以及从2个以上的过去的加工孔产生且在该时刻残留的热，在累计值为Tt以上时判定为产生热变形。
另外，在上述实施方式中，加工部103按照由加工位置决定部102求出的加工顺序实际进行了加工。但是，本发明不限于此，加工部103可以构成为不实际进行加工而生成用于按照加工位置决定部102求出的加工顺序进行加工的加工程序并输出。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式的例子，能够通过增加适当的变更以各种方式来实施。

Claims (10)

1.一种数值控制装置，其在工件上加工已决定了加工位置以及加工形状的多个加工孔，其特征在于，
上述数值控制装置具备：
热影响计算部，其针对各个上述加工孔求出以上述加工位置以及上述加工形状加工了上述加工孔时的上述工件的热分布的时间变化；
加工位置决定部，其根据加工了之前的上述加工孔后直到加工下一个上述加工孔为止的经过时间、加工了之前的上述加工孔以及下一个上述加工孔时的热分布来决定上述工件不产生热变形的下一个上述加工孔；以及
加工部，其加工上述加工孔。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述加工位置决定部将上述工件不产生热变形并且位于距离之前的上述加工孔最近的位置的未加工的上述加工孔决定为下一个上述加工孔。
3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述加工位置决定部将上述工件分割为多个区域，在与之前的上述加工孔相同的上述区域内决定下一个上述加工孔，当上述区域内的全部上述加工孔的加工结束时在其他的上述区域内决定下一个上述加工孔。
4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述加工位置决定部以上述工件不产生热变形并且对多个上述加工孔进行巡回的路经为最短的方式决定上述加工孔的加工顺序。
5.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述热影响计算部针对各个上述加工孔求出在以上述加工位置以及上述加工形状加工了上述加工孔时上述工件的温度成为Tt/2的范围的时间变化，
上述加工位置决定部在由于之前的加工孔的加工产生的上述范围与由于下一个加工孔的加工产生的上述范围重叠时判定为上述工件产生热变形，
上述温度Tt是工件可产生热变形的温度。
6.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述热影响计算部在上述工件上设置的多个测定点或小区域中求出以上述加工位置以及上述加工形状加工了上述加工孔时的上述工件的温度的时间变化，
上述加工位置决定部当在上述测定点或小区域中的任意一个中由于之前的加工孔的加工产生的热与由于下一个加工孔的加工产生的热之间的合计值超过Tr时判定为上述工件产生热变形，
上述温度Tt是工件可产生热变形的温度。
7.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述热影响计算部通过包含有限元法的近似计算方法来逐次求出上述热分布。
8.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述热影响计算部参照包含上述热分布的预测值的数据集来求出上述热分布，上述热分布的预测值是通过包含有限元法的近似计算方法求出的热分布的预测值。
9.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述热影响计算部参照包含采样加工时的上述热分布的实测值的数据集来求出上述热分布。
10.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述加工部生成用于按照上述加工位置决定部决定的顺序来加工上述加工孔的加工程序。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12059751B2 (en) * 2020-03-27 2024-08-13 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for detecting and correcting laser-cutting distortion
CN116720264B (zh) * 2023-08-04 2023-10-20 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 考虑气动力/热累积变形反向几何预置的气动布局方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1221500A (zh) * 1996-06-06 1999-06-30 波音公司 提高机器精度的方法
JP2001269840A (ja) * 2000-03-27 2001-10-02 Okuma Corp 工作機械の熱変位推定方法
CN1357428A (zh) * 2000-11-13 2002-07-10 住友重机械工业株式会社 加工计划方法和装置、及其加工数据作成方法和装置
JP2006065716A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 変形誤差の補正方法
CN101131320A (zh) * 2006-07-28 2008-02-27 斯奈克玛 用于检测和量化钻削不规则的方法
CN101644497A (zh) * 2009-06-30 2010-02-10 黄炜放 一种太阳能集热板加工方法及太阳能集热板
JP2010234500A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Brother Ind Ltd 数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法
CN102601406A (zh) * 2012-03-28 2012-07-25 北京中科科仪股份有限公司 一种微孔成型方法
CN104331533A (zh) * 2014-09-18 2015-02-04 山东科技大学 一种封闭不良钻孔采动响应数值模拟方法
CN107491043A (zh) * 2016-06-10 2017-12-19 波音公司 基于多模态感觉数据远程控制机器人平台

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5162977A (ja) 1974-11-29 1976-05-31 Nippon Electric Co Daiyamondohonetsutaio sonaeta koshutsuryokuhandotaisochi
JPS5889606A (ja) 1981-11-24 1983-05-28 Tokuyama Soda Co Ltd 高屈析率樹脂の製造方法
JPH0899252A (ja) 1994-09-29 1996-04-16 Fanuc Ltd Ｃａｄ／ｃａｍシステムにおける穴加工位置決め経路作成方法
US5854751A (en) * 1996-10-15 1998-12-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Simulator and optimizer of laser cutting process
JP2001195112A (ja) * 2000-01-12 2001-07-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザドリリング経路決定方法
JP2005334919A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Yamazaki Mazak Corp レーザ加工機における加工不良防止システム
JP5162977B2 (ja) 2006-07-28 2013-03-13 日立化成株式会社 レーザ穴あけ方法
JP2008055438A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Yamazaki Mazak Corp レーザ加工における加工不良防止システム
JP5889606B2 (ja) * 2011-11-16 2016-03-22 ビアメカニクス株式会社 レーザ加工方法、装置及びプログラム
US9934339B2 (en) * 2014-08-15 2018-04-03 Wichita State University Apparatus and method for simulating machining and other forming operations
JP6499616B2 (ja) * 2016-06-10 2019-04-10 ファナック株式会社 加工順序を最適化する機能を備えたプログラム作成装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1221500A (zh) * 1996-06-06 1999-06-30 波音公司 提高机器精度的方法
JP2001269840A (ja) * 2000-03-27 2001-10-02 Okuma Corp 工作機械の熱変位推定方法
CN1357428A (zh) * 2000-11-13 2002-07-10 住友重机械工业株式会社 加工计划方法和装置、及其加工数据作成方法和装置
JP2006065716A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 変形誤差の補正方法
CN101131320A (zh) * 2006-07-28 2008-02-27 斯奈克玛 用于检测和量化钻削不规则的方法
JP2010234500A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Brother Ind Ltd 数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法
CN101644497A (zh) * 2009-06-30 2010-02-10 黄炜放 一种太阳能集热板加工方法及太阳能集热板
CN102601406A (zh) * 2012-03-28 2012-07-25 北京中科科仪股份有限公司 一种微孔成型方法
CN104331533A (zh) * 2014-09-18 2015-02-04 山东科技大学 一种封闭不良钻孔采动响应数值模拟方法
CN107491043A (zh) * 2016-06-10 2017-12-19 波音公司 基于多模态感觉数据远程控制机器人平台

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