CN117518988B

CN117518988B - 一种用于数控机床的自适应数据处理系统

Info

Publication number: CN117518988B
Application number: CN202410003562.5A
Authority: CN
Inventors: 沈江平; 黄燕生; 温海广; 钟作强
Original assignee: Dongguan Yangmu Cnc Technology Co ltd
Current assignee: Dongguan Yangmu Cnc Technology Co ltd
Priority date: 2024-01-02
Filing date: 2024-01-02
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2044-01-02
Also published as: CN117518988A

Abstract

本发明涉及自适应数据处理技术领域，尤其涉及一种用于数控机床的自适应数据处理系统，通过确定对应路径的路径干扰次数和单次加工的尺寸控制当量以确定数控机床的加工稳定度，用以根据加工稳定度和加工数据判断是否对后续加工的运行路径进行自适应调节。本发明还根据当前路径干扰次数、后续加工使用刀具对应的历史尺寸控制当量和刀具预期路径确定后续单次加工的预期尺寸误差，并进一步根据预期尺寸误差与对应的加工控制尺寸的关系确定数控机床在工件加工时的自适应调整方式，从而提高加工的稳定性和精度。

Description

一种用于数控机床的自适应数据处理系统

技术领域

本发明涉及自适应数据处理技术领域，尤其涉及一种用于数控机床的自适应数据处理系统。

背景技术

数控机床是一种通过计算机控制来执行预设程序完成加工任务的先进机械设备，涉及机械工程、电子技术和计算机科学的交叉领域。数控机床利用高精度的传感器和执行元件，结合预先编程的指令，实现对工件进行精确、复杂加工。其背后涉及的计算机辅助设计和制造，使得工件的设计能够直接转化为加工路径，提高生产效率、精度和灵活性。因此，数控机床在工业制造领域广泛应用，促进了生产自动化和精密加工的发展。

中国专利授权公开号：CN107395666B公开了一种操作数控机床升级数据包的方法及装置，所述方法包括开启WIFI热点，与至少一个数控机床建立通信连接，获取至少一个数控机床的当前软件版本信息；下载对应的升级数据包并获取所述升级数据包的校验值；根据下载完成的升级数据包，通过预设的算法计算校验值；当获取的校验值与计算出的校验值相同时，将下载完成的所述升级数据包传输给对应的所述至少一个数控机床。本方法可以有效的排除了手工下载错误升级包的情况，极大的方便用户可以批量升级多台数控机床的系统软件，节省时间、效率高，提高了用户的使用体验。

但是，上述方法存在以下问题：该发明未考虑数控车床对不同加工工件进行加工时由于加工刀具和加工过程造成数控机床加工稳定性低而导致的加工精度不够的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种用于数控机床的自适应数据处理系统，用以克服现有技术中不同工件在加工时由刀具和加工参数造成加工稳定性低而导致的加工精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于数控机床的自适应数据处理系统，包括：

反馈模块，其用以收集数控机床中工件的加工数据；

路径模块，其与所述反馈模块相连，用以根据所述加工数据对数控机床各刀具的运行路径进行记录，并生成路径数据；

判定模块，其与所述反馈模块和所述路径模块相连，用以根据所述加工数据和所述路径数据确定对应路径的路径干扰次数，并根据单次加工中工件的实际尺寸与加工控制尺寸确定单次加工的尺寸控制当量；

处理模块，其与所述判定模块相连，用以根据所述路径干扰次数以及所述尺寸控制当量确定数控机床的加工稳定度；

判决模块，其与所述反馈模块、所述路径模块和所述处理模块相连，用以根据所述加工稳定度和所述加工数据判断是否对后续加工的运行路径进行调节，根据当前路径干扰次数、后续加工使用刀具对应的历史尺寸控制当量及刀具预期路径计算后续单次加工的预期尺寸误差，并根据预期尺寸误差与对应的加工控制尺寸公差的比较结果确定加工数据的调整方式；

所述调整方式包括对单次加工的初始位置进行重新设定，对所述运行路径的过程参数进行调整以及对刀具的重新选择；

其中，所述加工数据包括单个工件的加工次数，单次加工所用刀具，单次加工的工件实际尺寸，单次加工对应的加工控制尺寸及加工控制尺寸公差，以及工件加工过程中的刀具移动次数；

所述路径数据包括单次加工中工件和所用刀具移动到预设位置的总移动次数；

所述路径干扰次数为所述刀具移动次数中超出干扰参考值的部分。

进一步地，判定模块根据所述路径数据中所述刀具移动到预设位置的移动次数与所述加工数据确定的单次加工预设移动次数确定单次加工的路径干扰次数。

进一步地，处理模块根据单次加工的路径干扰次数与尺寸控制当量确定数控机床的加工稳定度，所述加工稳定度由以下公式计算：

，/>，其中，ST为加工稳定度，P为单次加工的路径干扰次数，D为单次加工尺寸偏差，S为尺寸控制当量，a为稳定系数，M为单次加工预设移动次数，a1为路径干扰权重，a2为尺寸控制系数。

进一步地，判决模块设置有对应单次加工控制尺寸公差的加工稳定度预设值；

其中，所述单次加工控制尺寸公差的范围与所述加工稳定度预设值呈负相关。

进一步地，判决模块根据当前单次加工的所述加工稳定度和所述加工稳定度预设值的比对结果判断是否对后续加工的运行路径进行调节，包括：

若所述加工稳定度低于对应的预设稳定度预设值，所述判决模块判定需要对后续加工的运行路径进行调节。

进一步地，判决模块根据当前路径干扰次数、后续加工使用刀具对应的历史尺寸控制当量及刀具预期路径的加工预设移动次数计算后续单次加工的预期尺寸误差，预期尺寸误差Y由下式确定：

，式中，B1为当前路径干扰次数，B2为刀具预期路径的加工预设移动次数，d为使用刀具对应的历史尺寸控制当量，Y0为当前加工积累误差。

进一步地，判决模块根据预期尺寸误差与对应的加工控制尺寸公差的比较结果确定加工数据的调整方式，其中：

若所述预期尺寸误差超出对应的加工控制尺寸公差范围，判定对单次加工的对象刀具进行重新选择，以使重新选择的刀具的历史尺寸控制当量小于当前刀具的历史尺寸控制当量。

进一步地，调整方式包括：

若所述预期尺寸误差符合对应的加工控制尺寸公差范围，且预期尺寸误差小于等于0.6倍公差范围，所述判决模块判定对所述运行路径的过程参数进行调整；

其中，所述过程参数包括刀具运行速度、刀具空行程距离和刀具换向速度。

进一步地，调整方式包括：

若所述预期尺寸误差符合对应的加工控制尺寸公差范围，且预期尺寸误差大于0.6倍公差范围，所述判决模块判定对单次加工的初始位置进行重新设定。

进一步地，初始位置根据当前初始位置及历史路径干扰次数确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的自适应数据处理系统针对数控机床的特定工艺，通过实时收集和分析工件的加工数据动态调整数控机床的运行路径和参数，从而提高加工的稳定性和精度。

进一步地，本发明提供的自适应数据处理系统利用反馈模块采集的实际加工数据结合路径模块生成的路径数据，通过判定模块计算路径干扰次数和尺寸控制当量后由处理模块确定加工稳定度，本系统通过判决模块智能地判断是否需要对后续加工路径进行调节，并提供多种调整方式，如重新设定初始位置、调整过程参数以及重新选择刀具，以维持加工稳定性和确保工件符合设计要求。

附图说明

图1为本发明用于数控机床的自适应数据处理系统的连接图；

图2为本发明实施例确定加工稳定度的流程图；

图3为本发明实施例调节加工路径的流程图；

图4为本发明实施例不同条件下的调整方式。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，其分别为本发明用于数控机床的自适应数据处理系统的连接图和本发明实施例确定加工稳定度的流程图。本发明提供一种用于数控机床的自适应数据处理系统，包括：

反馈模块，其用以收集数控机床中工件的加工数据；

其中，所述单次加工为使用同一刀具单次校准初始位置后对工件执行的加工，所述加工数据包括单个工件的加工次数，单次加工所用刀具，单次加工的工件实际尺寸，单次加工对应的加工控制尺寸及加工控制尺寸公差，以及工件加工过程中的刀具移动次数；

具体而言，判定模块根据所述路径数据中所述刀具移动到预设位置的移动次数与所述加工数据确定的单次加工预设移动次数确定单次加工的路径干扰次数。

在实施中，单次加工的路径干扰次数=刀具移动到预设位置的移动次数-单次加工预设移动次数，例如根据加工数据确定单次加工预设移动次数设置为2次，在加工时刀具移动到预设位置的移动次数实际为x次，当x＞2时单次加工的路径干扰次数为（x-2）次，当x≤2时单次加工的路径干扰次数为0次。

具体而言，处理模块根据所述单次加工的路径干扰次数与所述尺寸控制当量确定数控机床的加工稳定度，所述加工稳定度由以下公式计算：

可以理解的是，尺寸控制当量（mm/次）指的是评估数控机床加工过程中尺寸控制的精度，反映了单次加工中刀具移动和所加工尺寸的偏差之间的关系，表示为单位刀具移动次数对应的尺寸偏差。假设需要在数控机床上加工一个长度为1毫米的零件，而在这个加工过程中，刀具需要移动5次。如果在最终加工完成后发现零件的实际长度与设计长度存在0.05毫米的偏差，那么尺寸控制当量为0.01毫米/次(S =0.05mm÷5次=0.01mm/次)，表示每移动一次刀具，造成的误差尺寸应该是0.01毫米。

在实施中，稳定系数a∈[0.5,1]，稳定系数越小代表数控机床在加工时的固定待加工工件的夹具越稳定；路径干扰权重a1∈[0.85,1]，路径干扰权重越大说明路径干扰次数对加工稳定度的影响越大；尺寸控制系数a2∈[5,15]，尺寸控制系数越大说明尺寸控制当量对加工稳定度的影响越大。需注意的是，a1和a2的存在第二方面是为了消除加工稳定度在计算过程中的量纲。

假设：单次加工的路径干扰次数为2次，单次加工尺寸偏差0.02mm，单次加工预设移动次数为2次，a为0.65，a1为1，a2为10，

则尺寸控制当量S=0.02mm÷2=0.01mm/次，

则加工稳定度。

具体而言，判决模块设置有对应单次加工控制尺寸公差的加工稳定度预设值；

可以理解的是，工件加工时各部分加工的精细程度的要求不同：有一部分加工属于精细加工，另一部分加工不属于精细加工；本系统会根据预期的尺寸波动情况调整加工过程中单次加工的稳定性要求：如果允许更大的尺寸波动，即单次加工精度要求不高系统就会降低对稳定性的要求（即减小该次加工的加工稳定度预设值）；反之，如果单次加工时不允许有很大的尺寸波动，即单次加工精度要求很高系统就提高对稳定性的要求（即增加该次加工的加工稳定度预设值）；在实施中这种灵活性可以帮助本系统更好地适应不同的生产需求。

如图3所示，其为本发明实施例调节加工路径的流程图。判决模块根据当前单次加工的所述加工稳定度和所述加工稳定度预设值的比对结果判断是否对后续加工的运行路径进行调节，包括：

可以理解的是，若所述加工稳定度大于等于对应的预设稳定度预设值，判决模块判定不需要对后续加工的运行路径进行调节。

具体而言，判决模块根据当前路径干扰次数、后续加工使用刀具对应的历史尺寸控制当量及刀具预期路径的加工预设移动次数计算后续单次加工的预期尺寸误差，预期尺寸误差Y由下式确定：

可以理解的是，预期尺寸误差Y代表的是完成当前加工时，实际工件尺寸的精度可能存在Y的误差的绝对值；当前加工积累误差Y0=当前实际尺寸-当前标准尺寸，当前标准尺寸可以理解为当前加工对应的加工控制尺寸的理想值/标准值。

在实施中，加工使用刀具对应的历史尺寸控制当量d为加工本工件前，使用该刀具加工其他工件的尺寸控制当量的标准差，即，

其中，n为该刀具的历史加工次数，di为第i次加工时的尺寸控制当量，为第1～n次加工控制当量的平均值。

如图4所示，其为本发明实施例不同条件下的调整方式。判决模块根据预期尺寸误差与对应的加工控制尺寸公差的比较结果确定加工数据的调整方式，其中：

若所述预期尺寸误差超出对应的加工控制尺寸公差范围（即加工控制尺寸的上偏差与下偏差做差得到的值），判定对单次加工的对象刀具进行重新选择，以使重新选择的刀具的历史尺寸控制当量小于当前刀具的历史尺寸控制当量。

可以理解的是，当预期尺寸误差大于对应的加工控制尺寸公差范围时，判断加工刀具的历史尺寸控制当量太大导致预期尺寸误差过大，或，由于刀具本身的问题造成路径干扰次数过多导致预期尺寸误差过大。因此，需要更换一个历史尺寸控制当量小的同类型刀具（刀具尺寸相同，刀具形状相同，刀具作用相同，如铣刀换铣刀，磨刀换磨刀，车刀换车刀）。

具体而言，调整方式包括：

在实施中，预期尺寸误差小于等于0.6倍公差范围时，可以确定加工刀具没有问题，造成预期尺寸误差的原因主要是加工时刀具引起的数控机床的振动导致的。

可以理解的是，在刀具移动时控制其进给速度，根据切削条件和工件材料控制合适的进给速度，以减少过快或过慢引起的振动和冲击；较小的刀具空行程距离，优化路径以减少刀具在工件表面和空隙间的不必要移动，减少空行移动次数，提高加工效率；降低刀具换向速度，以避免刀具在切削过程中出现急速转向或突然变换方向的情况，以减少机床的振动和负载冲击。

具体而言，调整方式包括：

在实施中，预期尺寸误差大于0.6倍公差范围时，判断造成预期尺寸误差的原因可能为当前加工过程中，刀具从初始位置开始加工时存在误差，因此需要重新定位刀具在本次加工过程中的初始位置。

具体而言，初始位置根据当前初始位置及历史路径干扰次数确定。

可以理解的是，历史路径干扰次数造成预期尺寸误差与加工控制尺寸公差存在不同，因此上一次单次加工会影响本次加工的刀具初始位置，因此，在确定初始位置时，需要考虑历史路径干扰次数的影响因素，以重新确定初始位置，避免历史路径干扰次数的累加导致工件的加工精度不够。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，包括：

反馈模块，其用以收集数控机床中工件的加工数据；

其中，所述加工数据包括单个工件的加工次数，单次加工所用刀具，单次加工的工件实际尺寸，单次加工对应的加工控制尺寸及单次加工对应的加工控制尺寸公差，以及工件加工过程中的刀具移动次数；

所述路径干扰次数为所述刀具移动次数中超出干扰参考值的部分；

所述单次加工为使用同一刀具单次校准初始位置后对工件执行的加工。

2.根据权利要求1所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述判定模块根据所述路径数据中单次加工对应的所述刀具移动到预设位置的移动次数与所述加工数据确定的单次加工预设移动次数确定单次加工的路径干扰次数。

3.根据权利要求2所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述处理模块根据单次加工的路径干扰次数与尺寸控制当量确定数控机床的加工稳定度，所述加工稳定度由以下公式计算：

，

其中，ST为加工稳定度，P为单次加工的路径干扰次数，D为单次加工尺寸偏差，S为尺寸控制当量，a为稳定系数，M为单次加工预设移动次数，a1为路径干扰权重，a2为尺寸控制系数。

4.根据权利要求3所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述判决模块设置有对应单次加工控制尺寸公差的加工稳定度预设值；

5.根据权利要求4所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述判决模块根据当前单次加工的所述加工稳定度和所述加工稳定度预设值的比对结果判断是否对后续加工的运行路径进行调节，包括：

若所述加工稳定度低于对应的加工稳定度预设值，所述判决模块判定需要对后续加工的运行路径进行调节。

6.根据权利要求5所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述判决模块根据当前路径干扰次数、后续加工使用刀具对应的历史尺寸控制当量及后续加工使用刀具对应的刀具预期路径的加工预设移动次数计算后续单次加工的预期尺寸误差，预期尺寸误差Y由下式确定：

，

式中，B1为当前路径干扰次数，B2为后续加工使用刀具对应的刀具预期路径的加工预设移动次数，d为使用刀具对应的历史尺寸控制当量，Y0为当前加工积累误差。

7.根据权利要求6所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述判决模块根据后续单次加工的预期尺寸误差与对应的加工控制尺寸公差的比较结果确定加工数据的调整方式，其中：

8.根据权利要求7所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述调整方式包括：

9.根据权利要求8所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述调整方式包括：

10.根据权利要求1所述的用于数控机床的自适应数据处理系统，其特征在于，所述初始位置根据当前初始位置及历史路径干扰次数确定。