DE102005050380A1

DE102005050380A1 - Prozessplanungsverfahren, Prozessplanungsvorrichtung und Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE102005050380A1
Application number: DE102005050380A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kakino; Atsushi Matsubara; Iwao Hikone Yamaji; Yoshifumi Urayasu Fujita; Hidenori Yamatokoriyama Saraie; Hisashi Otsubo; Yoshinori Yamaoka; Tomonori Sato
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp; Mitsubishi Electric Corp; Mori Seiki Co Ltd; Yasda Precision Tools KK; Kyoto University NUC
Current assignee: Kakino Yoshiaki Dr Jp; Yasda Precision Tools Kk Jp; Yamazaki Mazak Corp; Mitsubishi Electric Corp; DMG Mori Co Ltd; Kyoto University NUC
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: DE102005050380B4; CN100476657C; US7487005B2; ITMI20051995A1; US20060089746A1; JP4300275B2; JP2006119935A; CN1763671A

Abstract

Eine Prozessplanungsvorrichtung extrahiert einen Bereich, der zu bearbeiten ist, auf Basis des Unterschieds der Formdaten vor und nach der Bearbeitung des Werkstücks, ersetzt den extrahierten Bereich durch Kombination der vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmale, weist einen vorherbestimmten festen Zyklus jedem der ersetzten Bearbeitungsmerkmale zu und wendet eine Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und einer Lebensdauer des Schaftfräsers auf jede der Kombinationen der Bearbeitungsmerkmale an, denen die festen Zyklen jeweils zugewiesen wurden, wodurch eine Gruppe der Arbeitszyklen, welche einen Einschätzungwert, der durch die Bewertungsfunktion erhalten wird, optimal macht, als der optimale Prozess ausgewählt wird. Durch diese Schritte wird es möglich, den Prozess zu gestalten, der die NC-Maschine, die Schaftfräser als ein Schneidwerkzeug einsetzt, veranlasst, eine vorherbestimmte Bearbeitung eines Werkstücks durchzuführen, ohne auf die Erfahrung des Prozessgestalters angewiesen zu sein und ohne dass komplizierte Arbeit notwendig ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prozessplanungsverfahren, welches es ermöglicht, einen optimalen Prozess zu gestalten einschließlich der Größe der Schneidwerkzeuge, die zu verwenden sind, und der Bearbeitungsreihenfolge bei der Bearbeitung eines Werkstücks in die gewünschte Form mit einer Werkzeugmaschine, die mit Schaftfräsern ausgestattet ist, die als Schneidwerkzeuge dienen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Prozessplanungsvorrichtung, die beschaffen ist, um das oben genannte Verfahren durchzuführen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Auszeichnungsmedium, in welchem Computerprogramme gespeichert werden, um das oben genannte Verfahren mit einem Computer auszuführen.

Eine NC-(numerische Steuerung)-Maschine zum Verfahren eines Schneidwerkzeugs entlang eines Werkzeugwegs, der im Voraus numerisch relativ zu einem Werkstück, das auf einem Arbeitstisch befestigt ist, definiert wird, und dadurch spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks auf eine vorherbestimmte Art und Weise, ist umfassend eingeführt für die Schneidprozesse zur Bearbeitung von Werkstücken in verschiedene Konfigurationen mit Schaftfräsern, die als Schneidwerkzeuge verwendet werden, neben Bohrprozessen, für welche die Bohrer als Schneidwerkzeuge verwendet werden, und Innengewindeschneidprozessen, für welche Gewindebohrer als Schneidwerkzeuge verwendet werden.

Wenn eine Bearbeitung mit der NC-Maschine der oben genannten Art implementiert wird, wird zuerst eine Prozessplanung durchgeführt, um Schneidwerkzeuge, die zu verwenden sind, Bearbeitungsprozesse mit den entsprechenden Schneidwerkzeugen und die Arbeitsinhalte in jedem Bearbeitungsprozess entsprechend einer Endbearbeitungsform zu bestimmen. Als nächstes wird ein NC-Programm vorbereitet, um Werkzeugwege gemäß den Ergebnissen der Prozessplanung festzusetzen zusammen mit einer Vorschubgeschwindigkeit in jedem Teil auf dem jeweiligen Werkzeugweg, und dann wird die Bearbeitung durchgeführt durch Betreiben der Schneidwerkzeuge und des Arbeitstischs auf Basis der Servosteuerung entsprechend dem NC-Programm.

Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat bereits ein NC-Programm-generierendes Verfahren vorgeschlagen, das auf die NC-Maschine anwendbar ist, für welche Schaftfräser als Schneidwerkzeuge verwendet werden (Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2003-263208 (2003)). Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ersetzen einer Endbearbeitungsform durch eine Vielzahl von festen Zyklen, die in jedem Bearbeitungsprozess aufbereitet werden und die definiert sind als die Ergebnisse einer Prozessplanung; Abschätzen der Schneidkraft, die auf den Schaftfräser ausgeübt wird auf einem Werkzeugweg, der in den jeweiligen festen Zyklen angenommen wird; und Bestimmen eines Werkzeugwegs, in welchem der geschätzte Wert zu einem richtigen Wert konvergiert, zusammen mit der Vorschubgeschwindigkeit in jedem Abschnitt des Werkzeugwegs. Gemäß dem Verfahren ist es möglich, das NC-Programm vorzubereiten, in welchem sowohl hohe Bearbeitungswirksamkeit als auch hohe Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden können, während die Schädigung und übermäßige Abnutzung des Schaftfräsers verringert wird, ohne auf die Erfahrung des Bedieners angewiesen zu sein, und ohne dass komplizierte Arbeit notwendig wäre.

Andererseits hat es die folgenden Probleme gegeben. Eine Prozessplanung, die in dem Vorstadium zum Vorbereiten eines NC-Programms wie oben notwendig ist, ist bis jetzt von dem Entwickler, der versiert ist in industrieller Technologie, auf Basis seiner Erfahrung (vergangene Leistungen) praktisch ausgeführt worden, so dass die Ergebnisse der gegenwärtig vorbereiteten Prozessplanung von der Fähigkeit des Entwicklers abhängig sind. Darüber hinaus sind die Ergebnisse der Prozessplanung, die von dem Planer mit reichlich Erfahrung vorbereitet wird, nicht notwendigerweise optimal. Deshalb gibt es keine Sicherheit, dass das NC-Programm, das durch das zuvor beschriebene Verfahren auf Basis der Ergebnisse einer solchen Prozessplanung vorbereitet wurde, und die Bearbeitung, die entsprechend eines solchen NC-Programms praktisch ausgeführt wird, optimal sind von dem äußersten Standpunkt, die zusammengesetzten Bearbeitungskosten zu reduzieren, nachdem die Bearbeitungszeit, die Haltbarkeit des Schaftfräsers und dergleichen berücksichtigt worden sind. Somit hat es die Möglichkeit gegeben, eine Gelegenheit zur weiteren Reduktion der Bearbeitungskosten zu versäumen.

In den letzten Jahren sind Versuche unternommen worden, die Prozessplanung zu automatisieren, indem die komplizierte Bearbeitungsform in mehrere Arten von Bearbeitungsmerkmalen einfacher Form unterteilt wurden, aber diese Versuche sind nicht mehr, als die Reihenfolge des Eliminierens der Bearbeitungsmerkmale auf Basis der vergangenen Leistungen zu bestimmen. Entsprechend werden sie nur als Hilfswerkzeuge für Planer mit wenig Erfahrung verwendet.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist unter solchen Umständen gemacht worden. Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Prozessplanungsverfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, optimale Prozesse zu entwerfen, um eine NC-Maschine zu veranlassen, eine vorherbestimmte Bearbeitung eines Werkstücks durchzuführen, wobei Schaftfräser als Schneidwerkzeuge verwendet werden, ohne auf die Erfahrung des Planers angewiesen zu sein und ohne dass komplizierte Arbeit erforderlich wäre. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, die bei der Implementierung des Verfahrens zu verwenden ist, und außerdem ein Aufzeichnungsmedium bereitzustellen, welches ein Computerprogramm zum Implementieren des Verfahrens speichert.

Ein Aspekt der Erfindung ist ein Prozessplanungsverfahren zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern, wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser, die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Extrahieren eines Bereichs, der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds der Formen des Werkstückes vor und nach der Bearbeitung; Ersetzen des extrahierten Bereichs durch Kombinationen von vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmalen; Zuweisen eines vorherbestimmten festen Zyklus zu jedem der ersetzten Bearbeitungsmerkmale; und Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und einer Lebensdauer der Schaftfräser auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zyklus zugewiesen wurde, wodurch als ein optimaler Prozess eine Gruppe von festen Zyklen ausgewählt wird, welche einen Einschätzungswert, der durch die Bewertungsfunktion erhalten wird, optimal macht.

Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Prozessplanungsvorrichtung zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern, wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser, die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Datenbank, in welcher eine Vielzahl von vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmalen und festen Zyklen gespeichert sind; Extraktionsmittel zum Extrahieren eines Bereichs, der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds von extern bereitgestellten Formdaten eines Werkstücks vor und nach der Bearbeitung; Ersetzungsmittel zum Ersetzen des Bereichs, der durch das Extraktionsmittel extrahiert wurde, durch Kombinationen von Bearbeitungsmerkmalen, die in der Datenbank gespeichert sind; Zuweisungsmittel zum Zuweisen der jeweiligen festen Zyklen, die in der Datenbank gespeichert sind, zu den Bearbeitungsmerkmalen, die durch das Ersetzungsmittel ersetzt wurden; und Mittel zum Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und Lebensdauer der Schaftfräser auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zyklus durch das Zuweisungsmittel zugewiesen wurde, wodurch ein Einschätzungswert durch die Bewertungsfunktion erhalten wird.

Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Prozessplanungsvorrichtung zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern, wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser, die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Datenbank, in welcher eine Vielzahl von vorherbestimmten Arten von Bearbeitungsmerkmalen und festen Zyklen gespeichert sind; und einen Computer, der mit der Datenbank zu verbinden ist und in der Lage ist, die folgenden Operationen durchzuführen: Extrahieren eines Bereichs, der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds von extern bereitgestellten Formdaten eines Werkstücks vor und nach dem Bearbeitungsprozess; Ersetzen des extrahierten Bereichs durch Kombinationen von Bearbeitungsmerkmalen, die in der Datenbank gespeichert sind; Zuweisen der jeweiligen festen Zyklen zu den ersetzten Bearbeitungsmerkmale; und Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und Lebensdauer der Schaftfräser auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zyklus zugewiesen wurde, wodurch ein Einschätzungswert durch die Bewertungsfunktion erhalten wird.

Noch ein anderer weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerspeicherprodukt, das durch einen Computer lesbar ist, um ein Verfahren auszuführen zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern, wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser, die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei das Computerspeicherprodukt folgendes umfasst: einen ersten Schritt zum Extrahieren eines Bereichs, der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds der Formen vor und nach der Bearbeitung des Werkstücks; einen zweiten Schritt zum Ersetzen des extrahierten Bereichs durch Kombinationen von vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmalen; einen dritten Schritt zum Zuweisen eines vorherbestimmten festen Zyklus zu jedem der ersetzten Bearbei tungsmerkmale; und einen vierten Schritt zum Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und Lebensdauer der Schaftfräser auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zyklus zugewiesen wurde, wodurch als ein optimaler Prozess eine Gruppe von festen Zyklen ausgewählt wird, welche einen Einschätzungswert, der durch die Bewertungsfunktion erhalten wird, optimal macht.

In der vorliegenden Erfindung werden, wie oben dargestellt, mehrere Arten von festen Zyklen, welche durch Schaftfräser praktisch ausgeführt werden können, und die Bearbeitungsmerkmale, die durch die Kombinationen dieser festen Zyklen erhalten werden können, im Voraus festgesetzt. Zuerst wird auf Basis der Unterschiede in den Formen vor und nach der Bearbeitung des Werkstücks der Bearbeitungsbereich extrahiert, der Bearbeitungsbereich wird ersetzt durch eine Kombination der Bearbeitungsmerkmale, und mindestens ein fester Zyklus wird wahlweise den jeweiligen Bearbeitungsmerkmalen zugewiesen. Als nächstes werden die Ergebnisse der Zuweisungen auf die Bewertungsfunktionen angewendet, die mit einer Bearbeitungszeit und Haltbarkeitsdauer des Schaftfräsers verbunden sind. Dann wird eine Kombination der Bearbeitungsmerkmale und eine Zuweisung der festen Zyklen, in welcher ein Einschätzungswert, der die gesamten Bearbeitungskosten anzeigt und der erhalten wird durch die Bewertungsfunktion, optimal wird, bestimmt als der optimale Prozess. Die Bewertungsfunktion kann eine Funktion sein zum Erhalten der reinen Bearbeitungskosten aus den Maschinenkosten einschließlich Arbeitskosten, Bearbeitungszeit, Werkzeugkosten und Verbrauchsgeschwindigkeit des Werkzeugs. Alternativ kann es eine Funktion sein, um Bearbeitungskosten zu bestimmen unter Berücksichtigung eines geschätzten Gewinns nach Berücksichtigung eines Verkaufspreis für das Endprodukt und Modifizieren der Bearbeitungskosten, die oben beschrieben sind.

Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden offensichtlicher werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung mit begleitenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG VON DEN MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Blockansicht, die die Konfiguration der NC-Maschine zeigt, die mit der Prozessplanungsvorrichtung ausgerüstet ist, die bei der Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2A bis 2F sind veranschaulichende Ansichten des festen Zyklus beim Schaftfräsen;
3A bis 3D sind veranschaulichende Ansichten der repräsentativen Bearbeitungsmerkmale;
4A und 4B sind veranschaulichende Ansichten für die Beispiele von Kombinationen der festen Zyklen für das Taschen-Bearbeitungsmerkmal;
5 ist ein Flussdiagramm, das die praktische Prozedur des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine veranschaulichende Ansicht der Auswahlprozedur für die Bearbeitungsmerkmale;
7A bis 7E sind veranschaulichende Ansichten der Auswahlprozedur für die Bearbeitungsmerkmale;
8A bis 8E sind veranschaulichende Ansichten der Auswahlprozedur für die Bearbeitungsmerkmale;
9A bis 9E sind veranschaulichende Ansichten der Auswahlprozedur für die Bearbeitungsmerkmale;
10A bis 10E sind veranschaulichende Ansichten der Auswahlprozedur für die Bearbeitungsmerkmale;
11A bis 11E sind veranschaulichende Ansichten der Auswahlprozedur für die Bearbeitungsmerkmale;
12 ist eine Ansicht, um die tatsächliche Größe des Endprodukts zu zeigen, das für das beweisende Experiment für das Prozessplanungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
13A bis 13E sind graphische Darstellung, die die Ergebnisse der praktischen Ausführung der Arbeitsplanung an jedem der Muster 1 bis 5 zeigen, die in 7 bis 11 gegeben sind;
14 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse des Prozessplans auf Basis des optimalen Musters zeigt;
15 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse des Prozessplans von einem Fertigungstechniker zeigt; und
16 ist eine schematische Ansicht, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden ausführlich erklärt mit Bezug auf die Zeichnungen, die für ihre Ausführungsformen veranschaulichend sind.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer NC-Maschine zeigt, die mit einer Prozessplanungsvorrichtung ausgerüstet ist, die bei der Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist. Wie veranschaulicht ist eine Prozessplanungsvorrichtung 1 zusammengesetzt aus einem Computer, der folgendes umfasst: eine CPU (Zentraleinheit) 10 als einen Rechenprozessor; ein ROM (Nur-Lese-Speicher) 11, in welchem die Implementierungsprozeduren des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert werden; ein RAM (Lese-/Schreibspeicher) 12 zum temporären Speichern verschiedener Variablen, die für die Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind; und eine Datenbank 13, auf die bei der Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwiesen wird, und eine Eingabe- und Ausgabe-(E/A)-Schnittstelle 14. Diese Prozessplanungsvorrichtung 1 umfasst weiter eine Eingabebedienungseinheit 15 wie eine Tastatur, Maus oder dergleichen, die von einem Bediener zu bedienen ist, und eine Anzeigeeinheit 16 wie ein CRT-Display, eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen zum Anzeigen verschiedener Informationen, die in jedem Schritt bei der Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Die NC-Werkzeugmaschine 2 umfast ein Bett 20 als eine Plattform, einen Arbeitstisch 21, der auf dem Bett 20 gehalten wird und in den zwei Richtung (x-Richtung und y-Richtung) senkrecht zueinander in einer horizontalen Ebene frei verfahrbar ist, und einen Spindelkopf 23, der durch eine Säule 22 gehalten wird, die auf einer Seite des Betts 20 steht und in der vertikalen Richtung (Z-Richtung) in der Position über dem Arbeitstisch 21 frei verfahrbar ist. Der Schaftfräser E, der als ein Schneidwerkzeug dient, ist auf eine entfernbare Art und Weise über geeignete Befestigungsmittel an dem unteren Ende der Spindel 24 befestigt, die von dem Spindelkopf 23 herabhängt.
Der Arbeitstisch 21 ist so konstruiert, dass er in jede Richtung X und Y gemäß der Rotation der Kugelumlaufspindel (nicht veranschaulicht) vorwärts verfährt, die zur Rotation durch jeden der Tischvorschubmotoren M1 und M2 angetrieben wird. Der Spindelkopf 23 ist so strukturiert, dass er in der Richtung Z gemäß der Rotation der Kugelumlaufspindel (nicht veranschaulicht) vorwärts verfährt, die durch den Spindelkopfvorschubmotor M3 angetrieben wird. Weiter ist die Spindel 24 mit einem Spindelmotor M4 verbunden, der an den oberen Abschnitt des Spindelkopfs 23 angelagert ist, so dass die Spindel 24 für eine Rotation um ihre Achse herum zusammen mit dem Schaftfräser E, der an ihrem unteren Ende befestigt ist, angetrieben wird gemäß der Rotation des Spindelmotors M4. In 1 ist der Spindelmotor M4 veranschaulicht, dass er außerhalb des Spindelkopfs 23 befestigt ist, jedoch wird in NC-Maschinen zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in den letzten Jahren der Spindelmotor M4 generell in den Spindelkopf 23 eingebaut.
Die NC-Maschine 2 mit der oben genannten Konfiguration führt eine Bearbeitung aus wie unten angegeben. Zuerst wird das Werkstück 5, als ein Bearbeitungsobjekt, befestigt durch Positionseinstellung in einer vorherbestimmten Position auf dem Arbeitstisch 21. Dadurch dass der Schaftfräser E an der Spindel 24 des Spindelkopfs 23 befestigt ist, wird der Schaftfräser E durch den Spindelmotor M4 rotiert: der Schaftfräser E wird relativ zu dem Werkstück 5, das auf dem Arbeitstisch 21 befestigt ist, entlang eines Werkzeugwegs, der numerisch vorherbestimmt wurde, durch einen Vorschub in die X- und Y-Richtung verfahren, der ausgeführt wird durch die Rotation der Tischvorschubmotoren M1 und M2, und durch einen Vorschub in z-Richtung, der ausgeführt wird durch die Rotation des Spindelkopfvorschubmotors M3. Aufgrund dessen wird das Werkstück 5 in eine vorherbestimmte Form bearbeitet.
Das NC-Programm, das den Werkzeugweg des Schaftfräsers E zeigt, welches notwendig ist für diese Bearbeitung, wird in der Prozessplanungsvorrichtung 1 vorbereitet und wird an den Servo-Controller 3 über eine Ein- und Ausgabeschnittstelle 14 übergeben. Der Servo-Controller 3 steuert die Tischvorschubmotoren M1, M2, den Spindelkopfvorschubmotor M3 und den Spindelmotor M4, wodurch der Schaftfräser E gemäß dem NC-Programm vorgeschoben wird, das von der Prozessplanungsvorrichtung 1 vorgegeben wird.
Die Prozessplanungsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt wird, ist online mit dem CAD-(rechnergestützter Entwurf)-System 4 verbunden. In dem CAD-System 4 wird eine Gestaltung der Endprodukte, die durch Bearbeitung des Werkstücks 5 herzustellen sind, durchgeführt, und die Formdaten der Endprodukte und des Werkstücks 5, die von dem CAD-System 4 als ein Ergebnis dieser Gestaltung auszugeben sind, werden an die Prozessplanungsvorrichtung 1 durch die Ein- und Ausgabeschnittstelle 14 übergeben.
In der Prozessplanungsvorrichtung 1 wird unter Verwendung der Formdaten, die von dem CAD-System 4 vorgegeben werden, die Prozessplanung zum Bestimmen der Bearbeitungsprozeduren für das Werkstück 5 durchgeführt gemäß dem Prozessplanungsverfahren der vorliegenden Erfindung, das später beschrieben werden soll. Die Prozessplanung umfasst die Schritte Auswählen des Werkzeugs, das zu verwenden ist, Bestimmen der Arbeitsinhalte und Vorbereiten der CL-(Cutter Location, Werkzeugposition)-Daten in der jeweiligen Prozedur. Außerdem wird in der Prozessplanungsvorrichtung 1 das oben genannte NC-Programm vorbereitet auf Basis der Ergebnisse der Prozessplanung, wie oben angegeben, und der Bearbeitungsbedingungen, die durch eine Operation der Eingabebedienungseinheit 15 eingegeben werden.
In der Konfiguration, die in 1 gezeigt wird, werden Informationen zwischen der Prozessplanungsvorrichtung 1, dem Servo-Controller 3 und dem CAD-System 4 online ausgetauscht, jedoch können diese Vorrichtungen offline miteinander konfiguriert sein, wodurch Informationen über ein geeignetes Aufzeichnungsmedium wie eine magnetische Speicherplatte oder eine optische Speicherplatte ausgetauscht werden können. Alternativ kann die Prozessplanungsvorrichtung 1 in das CAD-System 4 integriert sein, so dass die Prozesse von der Formgestaltung des Endprodukts, über den Prozessplan bis hin zu der NC-Programmvorbereitung ein Ganzes bildend ausgeführt werden können.
In der Prozessplanungsvorrichtung 1 wird das Prozessplanungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in den Prozeduren ausgeführt, die unten angegeben werden, wodurch die Prozessplanung zum Bestimmen der Bearbeitungsprozedur für das Werkstück ausgeführt wird. In dem Prozessplanungsverfahren der vorliegenden Erfindung sind die Operationen des Schaftfräsers E bei der Bearbeitung begrenzt durch die Kombinationen mehrerer Arten von voreingestellten festen Zyklen. Hier bedeuten die festen Zyklen einen Bearbeitungszyklus, in welchem das Werkzeugwegmuster eindeutig bestimmt werden kann, entsprechend der Formen vor und nach der Bearbeitung. Wenn dieser feste Zyklus vorgegeben ist, kann ein NC-Programm vorbereitet werden durch Festsetzen des Vorschubschritts und der Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Bearbeitungsbedingungen. 2A bis 2F sind die veranschaulichenden Ansichten der festen Zyklen in dem Schaftfräsprozess. Wie in diesen Figuren gezeigt umfassen, wenn ein Schaftfräser E als ein Schneidwerkzeug verwendet wird, die festen Zyklen zum Beispiel die 6 Arten von festen Zyklen.
Ein fester Zyklus, der in 2A gezeigt ist, ist ein Bohrzyklus unter Verwendung eines spiralförmigen Wegs. Der feste Zyklus wird verwendet, wenn ein fertiges Loch H mit dem gewünschten Durchmesser gebildet wird, indem der Schaftfräser E in direkten kontakt mit dem Innenumfang eines Lochs H0 gebracht wird und der Schaftfräser E entlang des sprialförmigen Werkzeugwegs PW vorgeschoben wird, welcher sich nach außen in einem wahlweisen Vorschubschritt erweitert. Ausdrücklicher wird der zuvor genannte Werkzeugweg PW so festgesetzt, dass der Radius auf jedem Weg seriell vergrößert wird, jedoch kann er als eine Zusammensetzung der kreisförmigen Werkzeugwege festgesetzt werden, deren Radius schrittweise in jedem Schritt vergrößert wird.
Ein fester Zyklus, der in 2B gezeigt ist, ist ein Nutbildungszyklus unter Verwendung eines trochoidförmigen Wegs. Dieser feste Zyklus wird verwendet, wenn eine längliche Nut G mit einer Breite entsprechend einem Durchmesser eines vorbe reiteten Lochs G0 gebildet wird, indem das vorbereitete Loch G0 mit einem runden Querschnitt zu einer Seite hin in der Radialrichtung erweitert wird unter Verwendung des Schaftfräsers E, der einen kleineren Durchmesser hat als das vorbereitete Loch G0. Der Schaftfräser E bewegt sich vorwärts entlang des Werkzeugwegs PW, der in Trochoidkurvenform festgesetzt ist, welche auf einer Seite um einen wahlweisen Vorschubschritt fortschreitet und die hintere Seite in der Bewegungsrichtung auf den entsprechenden Wegen halbmondförmig fräst.
Ein fester Zyklus, der in 2C gezeigt ist, ist ein Bohrzyklus unter Verwendung eines schraubenförmigen Wegs. Dieser feste Zyklus wird verwendet, wenn ein fertiges Loch H mit einem tiefen Boden von dem gleichen Durchmesser wie ein vorbereitetes Loch H0 gebildet wird, indem der Schaftfräser E in direkten Kontakt mit dem Innendurchmesser des vorbereiteten Lochs mit einem runden Querschnitt gebracht wird und der Schaftfräser E entlang des spiralförmigen Werkzeugwegs PW vorgeschoben wird, welcher in einem wahlweisen Schritt in die Richtung der Tiefe (Z-Richtung) voranschreitet, wie durch Pfeilzeichen in der Zeichnung gezeigt wird.
Ein fester Zyklus, der in 2D gezeigt ist, ist ein Eckenschneidezyklus. In diesem festen Zyklus wird, wenn ein Eckteil C des Bearbeitungsbereichs in eine runde Form mit einem gewünschten Durchmesser bearbeitet wird, der Schaftfräser E mit einem Radius nicht größer als der der runden Form verwendet und der Schaftfräser E bewegt sich hin und her entlang des Eckteils C, wie durch ein Pfeilzeichen in der Zeichnung gezeigt wird, während der Vorschub in einem wahlweisen Schritt in die Richtung zum Annähern an das Eckteil C ausgeübt wird, wie durch Pfeilzeichen mit weißer Grundfläche in der Zeichnung angezeigt wird.
Ein fester Zyklus, der in 2E gezeigt ist, ist ein Seitenfräszyklus. Dieser fester Zyklus ist zum Fräsen des Werkstücks um einen wahlweisen Vorschubschritt, indem der Schaftfräser E entlang der Seitenfläche S des Werkstücks vorgeschoben wird. Dieser Zyklus wird verwendet in Kombination mit dem zuvor genannten Bohrzyklus unter Verwendung eines spiralförmigen Wegs und Nutbildungszyklus unter Verwendung eines trochoidförmigen Wegs, wenn zum Beispiel die Innenseite einer Aussparung, die in dem Werkstück bereitgestellt wird, gefräst wird, um die Aussparung nach außen zu erweitern.
Ein fester Zyklus, der in 2F gezeigt ist, ist ein Lochweiten-Nutbildungszyklus. Dieser feste Zyklus ist ein Bearbeitungszyklus zum Bilden einer Nut mit einer Weite W gleich dem Durchmesser D des obigen Schaftfräsers E durch Vorschieben des Schaftfräsers E in Richtung einer Seite in der Radialrichtung und Fräsen des Werkstücks über die gesamte Breite auf der hinteren Seite in der Vorschubrichtung.
Obwohl der Seitenfräszyklus und der Lochweiten-Nutbildungszyklus nicht feste Zyklen in einem engen Sinn sind, sind sie in Übereinstimmung mit dem festen Zyklus zu behandeln.
In dem Prozessplanungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Bearbeitungsform des Werkstück 5 gegeben ist, der Bereich-, der zu bearbeiten ist, unterteilt in eine Vielzahl von Bearbeitungsmerkmalen, und eine Kombination von festen Zyklen, die den jeweiligen Bearbeitungsmerkmalen zuzuweisen sind, wird bestimmt.
3A bis 3D sind die veranschaulichenden Ansichten der repräsentativen Bearbeitungsmerkmale. 3A zeigt ein Schulter-Bearbeitungsmerkmal zum Formen eines tieferliegenden Schulterabschnitts 5a auf einer Seite der Oberseite des Werkstücks 5. 3B ist ein Nut-Bearbeitungsmerkmal zum Formen einer vorherbestimmten Nut 5b auf der Oberseite des Werkstücks 5. 3C ist ein Taschen-Bearbeitungsmerkmal zum Formen eines Taschenabschnitts 5c vorherbestimmter Tiefe auf der Oberseite des Werkstücks 5. Das Nut-Bearbeitungsmerkmal schließt auch ein Bearbeitungsmerkmal ein zum Formen einer Nut 5d, worin nur eine Seite in der Längsrichtung offen ist, wie in 3D gezeigt.
Allgemein kann eine Vielzahl von Kombinationen der festen Zyklen den Bearbeitungsmerkmalen, wie oben gezeigt, zugewiesen werden, und eine relativ große Zahl von Kombinationen der festen Zyklen zum Bearbeiten sind vorstellbar, um alle Bearbeitungsmerkmale zu erhalten, die auf einem Werkstück 5 vorhanden sind. 4A und 4B sind die veranschaulichenden Ansichten eines Beispiels für die Kombinationen der festen Zyklen für das Taschen-Bearbeitungsmerkmal.
In 4A wird ein vorbereitetes Loch 51 mit einem wahlweisen Durchmesser geformt an der vorherbestimmten Position innerhalb des Bearbeitungsbereichs 50, der durch eine gestrichelte Linie mit abwechseln einem langen und zwei kurzen Strichen in der Zeichnung gezeigt wird. Das vorbereitete Loch 51 kann geformt werden während des Bohrzyklus unter Verwendung eines schraubenförmigen Wegs, und der feste Zyklus kann ersetzt werden durch Bohren, wenn es möglich ist, einen Bohrer als ein Werkzeug zu verwenden. Als nächstes wird das so geformte vorbereitete Loch 51 ausgeweitet zu einem Loch großen Durchmessers 52 von rundem Querschnitt mit einem Durchmesser, der der Breite des Bearbeitungsbereichs 50 entspricht, während des Bohrzyklus unter Verwendung eines schraubenförmigen Wegs, gefolgt von Erweitern dieses Lochs großen Durchmessers 52 zu einer Seite während des Nutbildungszyklus unter Verwendung eines trochoidförmigen Wegs, um ein Langloch 53 mit einem Längsdurchmesser zu formen, der der Länge des Bearbeitungsbereichs 50 entspricht. Zuletzt werden die halbmondförmigen Abschnitte, die in den vier Ecken des Langlochs 53 übrig bleiben, entfernt durch den Eckenschneidezyklus, um die Bearbeitung über die gesamten Bereiche des Bearbeitungsbereichs 50 zu vervollständigen.
In 4B wird nach Formen des oben beschriebenen vorbereiteten Lochs 51 das vorbereitete Loch 51 auf einer Seite erweitert um eine vorherbestimmte Länge, um einen Schlitz 54 mit schmaler Breite durch den Nutbildungszyklus zu bilden unter Verwendung eines trochoidförmigen Wegs, worin ein Schaftfräser von kleinem Durchmesser verwendet wird. Als nächstes wird der Schlitz 54 erweitert durch Bearbeiten der inneren Umfangsfläche während des Seitenfräszyklus, um ein Langloch 55 zu formen, das sich über die gesamte Länge und die gesamte Breite des Bearbeitungsbereichs 50 erstreckt. Zuletzt werden die halbmondförmigen Abschnitte, die in den vier Ecken des Langlochs 55 übrig bleiben, entfernt während des Eckenschneidezyklus, um die Bearbeitung über die gesamten Bereiche des Bearbeitungsbereichs 50 zu vervollständigen.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Implementierungspro zedur des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Prozessplanungsvorrichtung 1 zeigt, ausdrücklicher die Implementierungsprozedur des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung durch die CPU 10 der Prozessplanungsvorrichtung 1.
Die Prozessplanungsvorrichtung 1 startet ihren Gang gemäß der vorherbestimmten Operation der Eingabebedienungseinheit 15. Zuerst übernimmt sie die Bearbeitungsbedingungen, die durch die Operation der Eingabebedienungseinheit 15 vorgegeben werden (Schritt 1) und übernimmt die Formdaten des Werkstücks 5, die von dem CAD-System 4 vorgegeben werden (Schritt 2).
Die Formdaten, die von dem CAD-System 4 vorgegeben werden, sind die Formdaten des Werkstücks 5 nach Beendigung der Bearbeitung, das in dem CAD-System 4 entworfen wurde (was nachfolgend als Endprodukt bezeichnet werden soll), welche die Formdaten des Werkstücks 5 vor der Bearbeitung enthalten können (was nachfolgend als Rohmaterial bezeichnet werden soll). Die Bearbeitungsbedingungen, die von der Eingabebedienungseinheit 15 vorgegeben werden, sind die Parameter, die für die Prozessplanung und die Vorbereitung eines NC-Programms notwendig sind, wie die Materialqualität des Rohmaterials, Größe des auswählbaren Schaftfräsers, Material und dergleichen. Die Formdaten des oben beschriebenen Rohmaterials können durch die Operation der Eingabebedienungseinheit 15 vorgegeben werden.
Nach Beendigung der Datenübernahme wie oben beschrieben erkennt die Prozessplanungsvorrichtung 1 die Unterschiede der Formen zwischen dem Rohmaterial und dem Endprodukt und extrahiert den Bearbeitungsbereich (Schritt 3), und wählt dann die Bearbeitungsmerkmale einschließlich der Reihenfolge der Implementierung (Schritt 4). Diese Auswahl ist anwendbar auf die Vielzahl von Arten von Bearbeitungsmerkmalen wie in 3A bis 3D gezeigt. Die auswählbaren Bearbeitungsmerkmale werden im Voraus in der obigen Datenbank 13 registriert. Die Bearbeitungsbereiche können als Mehrfachbereiche extrahiert werden, und weiter sind mehrere Arten der Auswahl vorstellbar für die Auswahl der Bearbeitungsmerkmale, die auf eine Art und Weise ausgeführt wird wie unten gezeigt. Entsprechend werden die folgenden Prozeduren wiederholt ausgeführt an jedem extrahierten Bearbeitungsbereich und bei jeder Auswahl der Bearbeitungsmerkmale.
6 bis 11 sind die veranschaulichenden Ansichten der Auswahlprozeduren für die Bearbeitungsmerkmale. 6 zeigt ein Ziel-endprodukt 7. Wenn eine Aussparung mit der veranschaulichten Form auf der Oberseite des Rohmaterials 70 von rechteckiger Blockform geformt wird als Endprodukt 7, wird die gesamte Aussparung als ein einziger Bearbeitungsbereich 71 extrahiert. Für den veranschaulichten Bearbeitungsbereich 71 sind fünf Auswahlmuster für die Bearbeitungsmerkmale, wie unten gezeigt, vorstellbar.
In einem ersten Muster, das in 7 gezeigt wird, wird zuerst, wie in 7A gezeigt, ein Nut-Bearbeitungsmerkmal für eine Nut, die durch die Mitte der Oberseite hindurchgeht, ausgewählt. Als nächstes, wie in 7B gezeigt, wird ein Schulter-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt, um die Taschen der gleichen Tiefe zu erhalten durch Erweitern der Breite des mittleren Teils dieser Nut zu beiden Seiten hin, und dann, wie in 7C gezeigt, ein Schulter-Bearbeitungsmerkmal zum Erweitern des oberen Halbteils der Nut, die auf beiden Seiten der Tasche übrig bleibt, und als nächstes, wie in 7D gezeigt, wird ein einseitig offenes Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Vergrößern der Tiefe der zuvor beschriebenen Nut und Erweitern in das Innere der Tasche, und zuletzt, wie in 7E gezeigt, wird ein einseitig offenes Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt, um die Nut mit dem flacheren Boden als die Tasche in der Mitte der zwei Seitenflächen der Tasche zu formen.
In einem zweiten Muster, das in 8 gezeigt wird, wird zuerst, wie in 8A gezeigt, ein Taschen-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt, damit eine Tasche mit großer Fläche in der Mitte der Oberseite geformt wird, und als nächstes wird, wie in 8B gezeigt, ein Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt, um die Nuten mit der gleichen Tiefe in der Mitte der Randteile zu formen, die auf beiden Seiten der Tasche übrig bleiben, und nacheinander, wie in 8C bis 8E gezeigt, wird ein Bearbeitungsmerkmal ähnlich denen des ersten Musters ausgewählt.
In einem dritten Muster, das in 9 gezeigt wird, werden zuerst, wie in 9A und 9B gezeigt, ein Taschen-Bearbeitungsmerkmal und ein Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt in dieser Reihenfolge, um eine Tasche und eine Nut zu formen, die sich in der Mitte der Oberseite überkreuzen, und als nächstes, wie in 9C gezeigt, wird ein Schulter-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Erhalten der Tasche gleicher Tiefe durch Vergrößern des Kreuzungsteils der Tasche und der Nut in vier Richtungen, und als nächstes, wie in 9D gezeigt, wird das Taschen-Bearbeitungsmerkmal wieder ausgewählt zum Erhöhen der Tiefe der vergrößerten Tasche, und zuletzt, wie in 9E und 9F gezeigt, wird ein Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Erhöhen der Tiefe der offenen Nuten, die auf beiden Seiten der Tasche mit der erhöhten Tiefe übrig bleiben.
In einem vierten Muster, das in 10 gezeigt wird, wird zuerst, wie in 10A gezeigt, ein Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen einer Nut mit großer Breite und flachem Boden, die die Mitte der Oberseite durchquert, und als nächstes, wie in 10B gezeigt, wird ein einseitig offenes Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen einer Nut von enger Breite und mit tiefem Boden über die vorherbestimmte Länge auf beiden Seiten der geformten Nut. Als nächstes, wie in 10C gezeigt, wird ein Schulter-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen der Taschen der gleichen Tiefe durch Vergrößern des Mittelteils der Nut mit flachem Boden zu beiden Seiten hin. Als nächstes, wie in 10D gezeigt, wird ein Taschen-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Erhöhen der Tiefe der geformten Tasche, und zuletzt, wie in 10E gezeigt, wird ein einseitig offenes Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen einer Nut mit dem flacheren Boden als die Tasche in der Mitte von beiden Seitenflächen der Tasche mit der erhöhten Tiefe.
In einem fünften Muster, das in 11 gezeigt wird, wird zuerst, wie in 11A gezeigt, ein Taschen-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen einer Tasche mit großer Fläche in der Mitte der Oberseite, und als nächstes wird, wie in 11B gezeigt, ein einseitig offenes Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen einer Nut mit einem flacheren Boden als die geformte Tasche in der Mitte von beiden Seitenflächen davon, dann, wie in 11C gezeigt, wird ein Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Formen einer offenen Nut mit flachem Boden in der Mitte des Rands, der auf beiden Endstücken der Tasche übrig bleibt, und als nächstes, wie in 11D gezeigt, wird ein Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum Erhöhen der Tiefe der offenen Nut, und zuletzt, wie in 11E gezeigt, wird ein einseitig offenes Nut-Bearbeitungsmerkmal ausgewählt zum weiteren Erhöhen der Tiefe der offenen Nut so, dass sie sich in das Innere der Tasche erstreckt.
In Schritt 3 des Flussdiagramms, das in 5 gezeigt ist, wird ein Bearbeitungsbereich 71, wie in 6 gezeigt, ausgewählt. Und in Schritt 4 wird eine Auswahl der Bearbeitungsmerkmale für den extrahierten Bearbeitungsbereich 71 durchgeführt, wie in 7 bis 11 gezeigt. Obwohl die Auswahlmuster für die Bearbeitungsmerkmale zahllos sind, kann die Zahl der ausgewählten Muster verringert werden durch Festlegen der wahlweisen Einschränkungsbedingungen, zum Beispiel durch Ausschließen der Bearbeitungsmerkmale, welche nicht letzten Endes in dem jeweiligen Teil des Endprodukts 7 übrig bleiben.
Nach Beendigung der Auswahl der Bearbeitungsmerkmale auf die Art und Weise wie oben werden die ausgewählten Bearbeitungsmerkmale in einer Reihenfolge angeordnet (Schritt 5). Diese Anordnung ist eine Verarbeitung, in welcher zum Beispiel, wenn die Merkmalsfaktoren sich überlappen, sie zu einem einzigen Block vereinigt werden, und solche Merkmale, die die gleiche Konfiguration und Größe haben, werden in einer Gruppe in der jeweiligen Blockeinheit angeordnet. Zum Beispiel werden in dem zweiten Muster, das in 8 gezeigt ist, die Nut-Bearbeitungsmerkmale auf beiden Seiten der Tasche als eine identische Gruppe angeordnet.
Als nächstes führt die Prozessplanungsvorrichtung 1 eine Arbeitsgestaltung an den Kombinationsmustern der ausgewählten Bearbeitungsmerkmale durch, um die Bearbeitungskosten zu berechnen, die zum Implementieren der Arbeitsgestaltung erforderlich sind (Schritt 6). Hier ist die Arbeitsplanung eine Verarbeitung für die Segmentierung, um die festen Zyklen, die in 2A bis 2F gezeigt sind, den jeweiligen ausgewählten Bearbeitungs merkmalen zuzuweisen, wie oben angegeben. Die Bearbeitungskosten C_m werden berechnet durch die Schritte zum Vorbereiten der NC-Programme für jedes Zuteilungsmuster aus einer Vielzahl von Zuteilungsmustern der festen Zyklen, Auswählen des Schaftfräsers als ein Bearbeitungswerkzeug für jeden einzelnen festen Zyklus aus einer Vielzahl fester Zyklen und Erhalten der Bearbeitungszeit und des Beschädigungsgrads des Schaftfräsers durch Festlegen des Werkzeugwegs und der Vorschubgeschwindigkeit mittels einer Bewertungsfunktion, die in der folgenden Gleichung gezeigt wird, Verwendung der erhaltenen Bearbeitungszeit und des Beschädigungsgrads des Schaftfräsers und der Fixkosten einschließlich der Maschinenkosten, der Arbeitskosten und der Werkzeugkosten usw. Cm = cmTm + cLLt/Lf (1)worin

c_m:: Maschinenkosten und Arbeitskosten pro Stunde (¥/h)
T_m:: Bearbeitungszeit (h)
c_L:: Scheidwerkzeugkosten (¥)
L_t:: Verbrauchsgeschwindigkeit der Lebenszeit von Scheidwerkzeug (Wenn ΣL_t/L_f = 1 ist, wird das als die Auslöschung der Werkzeuglebenszeit betrachtet)
L_f:: Lebensdauer des Schneidwerkzeug

In dem Fall, wo der Verkaufspreis C_k des Endprodukts festgesetzt ist, kann zusätzlich zu der Berechnung der Bearbeitungskosten C_m durch die Gleichung (1) die Gewinnrate P berechnet werden durch die folgende Gleichung: P = (Ck – Cm)/Tm (2)
Andererseits kann für den Fall der allgemeinen Endprodukte, deren Verkaufpreise C_k schwanken, anstatt dass die Gewinnrate durch die Gleichung (2) berechnet wird, ein Wert für modifizierte Bearbeitungskosten C_s unter Berücksichtigung des geschätzten Gewinns berechnet werden, der durch die Gleichung (3) definiert ist. Der Faktor c_p in der Gleichung (3) bezeichnet einen Gewinn pro Stunde (¥/h), welcher zum Beispiel erhaltbar ist in der Prozessplanungsvorrichtung 1 als ein Schwankungswert auf Basis des Verkaufspreises C_k, gegeben als ein Eingabewert zu jeder Bearbeitungszeit. Cs = Cm + cpTm = cmTm + cLLt/Lf + cpTm (3)
Zum Vorbereiten des NC-Programms, das für die Berechung der obigen Bearbeitungskosten verwendet werden soll, kann das Verfahren verwendet werden, das in dem vorhergehenden Patentdokument (Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2003-263208 (2003)) durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung offenbart wurde. Gemäß dem Verfahren werden die voraussichtlichen Werte erhalten für die Schneidkraft, die an dem Schaftfräser ausgeübt wird, welcher sich durch Vorschub gemäß der jeweiligen festen Zyklen bewegt, und der Werkzeugweg des Schaftfräsers wird bestimmt zusammen mit der Vorschubgeschwindigkeit, um zu erhalten, dass dieser voraussichtliche Wert ein richtiger Wert wird. Auf diese Weise wird es möglich, ein NC-Programm vorzubereiten, das sowohl hohe Bearbeitungswirksamkeit als auch hohe Bearbeitungsgenauigkeit erreichen kann, während die Schädigung und die übermäßige Abnutzung des Schaftfräsers verringert wird, und die Lebensdauer des Schaftfräsers und die Verbrauchsgeschwindigkeit, die für die Berechnung der Bearbeitungskosten durch jede Gleichung, die oben gegeben ist, verwendet werden, können mit hoher Genauigkeit angenommen werden.
Nach Abschluss der Berechnung der Bearbeitungskosten prüft die Prozessplanungsvorrichtung 1, ob andere Auswahlmuster für Bearbeitungsmerkmale vorstellbar sind (Schritt 7), und wenn ein anderes Auswahlmuster von anderen Bearbeitungsmerkmalen vorstellbar ist, kehrt die Operation zurück zu Schritt 5, um die gleiche Verarbeitung an dem neuen Auswahlmuster zu wiederholen. Wenn andererseits ein anderes Auswahlmuster von Bearbeitungsmerkmalen nicht vorstellbar ist, wird die Prüfung vorgenommen, ob irgendein anderer Bearbeitungsbereich vorhanden ist (Schritt 8), und wenn ein anderer Bearbeitungsbereich vorhanden ist, kehrt die Operation zurück zu Schritt 4, um die ähnliche Verarbeitung für einen neuen Bearbeitungsbereich zu wiederholen.
Wenn in Schritt 8 bestimmt wird, dass es keinen neuen Bearbeitungsbereich gibt, macht die Operation weiter mit Schritt 9. In Schritt 9 wird zum Beispiel das Auswahlmuster für die Bearbeitungsmerkmale, in welchem die Gesamtsumme der Bearbeitungskosten C_m, berechnet durch die obige Gleichung (1) als Bewertungsfunktion, ein Minimum wird, übernommen als das Ergebnis des optimalen Prozessplans, und das NC-Programm auf Basis dieses Auswahlmusters wird ausgegeben, um eine Reihe von Prozessplanungsarbeiten abzuschließen.
In Schritt 9 kann eine Optimierung erreicht werden unter Verwendung der Gleichung (2) zum Berechnen der Gewinnrate P oder der Gleichung (3) zum Berechnen der modifizierten Bearbeitungskosten C_s als Bewertungsfunktion. Hier wird für den Fall, dass die Gewinnrate P verwendet wird, das Auswahlmuster für das Bearbeitungsmerkmal, in welchem die Gewinnrate P am größten wird, übernommen als ein Ergebnis der optimalen Prozessplanung, und für den Fall, dass die modifizierten Bearbeitungskosten C_s verwendet werden, wird das Auswahlmuster für das Bearbeitungsmerkmal, in welchem die modifizierten Bearbeitungskosten am kleinsten werden, übernommen als ein Ergebnis des optimalen Prozessplans. In Schritt 9 kann eine Berechnung, die für den Einschätzungswert (Bearbeitungskosten C_m, Gewinnrate P oder modifizierte Bearbeitungskosten C_s) unter Verwendung der Bewertungsfunktion durchgeführt wird, ausgeführt werden, um die Ergebnisse alle auf einmal auf der Anzeigeeinheit 16 anzuzeigen, so dass die Auswahl der letztendlichen Bearbeitungsmerkmale von dem Bediener vorgenommen wird.
Als nächstes wird eine Erklärung abgegeben zu den Ergebnissen des Prozessplans, der durch Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, wobei das Endprodukt 7, das in 6 gezeigt ist, als ein Gegenstand genommen wird. In 12 werden die tatsächlichen Abmessungen des Endprodukts 7 gezeigt. Das Rohmaterial 70 ist ein rechteckiger Block, der gefertigt ist aus Kohlenstoffstahl SSOC (J.I.S.) für Konstruktionszwecke.
Die Bearbeitungsbedingungen sind wie unten angezeigt.
Werkzeugmaschine: vertikales Bearbeitungszentrum
Schneidwerkzeug: (Al, Ti) N-beschichteter fester Hartmetall- Schaftfräser, Φ 10 bis 20 (4 Schneiden)
Schneidbedingungen: Schneidgeschwindigkeit 175 m/min bis 230 m/min (Einschnittswert in der Axialrichtung nicht mehr als der Durchmesser des Schaftfräsers)
13A bis 13E sind die Diagramm, um die Ergebnisse zu zeigen, die für die Bearbeitungskosten C_m durch die Gleichung (1) erhalten wurden durch Ausführen der Arbeitsplanung für die jeweiligen Muster 1 bis 5, die in 7 bis 11 gezeigt sind. In diesen Diagrammen werden die Bearbeitungszeit und die Schneidlänge ebenfalls angezeigt. Durch Vergleich dieser Diagramme kann gesehen werden, dass die Bearbeitungskosten C_m ein Minimum werden, wenn das Muster 1, das in 7 gezeigt ist, ausgewählt wird. In diesem Fall wird in Schritt 9 das Muster 1 übernommen als ein Ergebnis des optimalen Prozessplans.
14 ist ein Diagramm, das das Ergebnis des Prozessplans auf Basis des optimalen Musters zeigt. Gezeigt werden in diesem Diagramm die Ergebnisse des Prozessplans, welcher die modifizierten Bearbeitungskosten C_s, die durch die oben genannte Gleichung (3) festgesetzt werden, minimal macht, zusammen mit den Ergebnissen für die Prozessplanung, welche die Bearbeitungskosten C_m, die durch die oben genannte Gleichung (1) festgesetzt werden, minimal macht. Die modifizierten Bearbeitungskosten C_s sind unter der Annahme berechnet worden, dass der Gewinn c_p pro Stunde 0,3 ist.
15 ist ein grafisches Diagramm, das die Ergebnisse des Prozessplans von einem Fertigungstechniker zeigt. Die Ergebnisse der Prozessplanung, die in diesem Diagramm gezeigt werden, sind diejenigen, die von dem Fachtechniker auf Basis seiner Erfahrung in der Vergangenheit bestimmt wurden, unter der Annahme, dass das Endprodukt 7, das in 12 gezeigt wird, unter den völlig gleichen Bearbeitungsbedingungen verarbeitet wird. Die Ergebnisse dieses Prozessplans unterscheiden sich völlig von den Ergebnissen des Prozessplans, der in 14 gezeigt wird.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse für den Vergleich von Bearbeitungszeit und Bearbeitungskosten für den Fall, dass die Ergebnisse der Prozesspläne, die in 14 und 15 gezeigt werden, übernommen werden.
Tabelle 1
Wie in dieser Tabelle 1 gezeigt werden in den Ergebnissen des Prozessplans gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Gleichung (1) als Bewertungsfunktion (Prozessplan ohne Gewinn) die Bearbeitungskosten minimal 022,000). Diese Bearbeitungskosten sind nahezu die Hälfte der Bearbeitungskosten, die erhalten werden als ein Ergebnis des Prozessplans von dem Techniker (¥39,273). Andererseits ist, entsprechend dem Bearbeitungszeitvergleich, die Bearbeitungszeit in dem Fall des Prozessplans ohne Schätzung des Gewinns nahezu das Dreifache der Bearbeitungszeit für den Fall des Prozessplans von dem Techniker. Ein Vergleich zwischen 14 und 15 zeigt, dass in dem Prozessplan von dem Techniker die Priorität gesetzt ist auf eine Verringerung der Bearbeitungszeit, und rigorose Vorschubgeschwindigkeits- und Einschnittswerteinstellungen dem Schaftfräser auferlegt werden, der als ein Schneidwerkzeug verwendet wird, so dass die erhöhten Schneidwerkzeugkosten durch diese Einstellungen eine Erhöhung der Bearbeitungskosten C_m herbeigeführt haben.
Außerdem sind, wie in Tabelle 1 gezeigt, in dem Prozessplan unter Verwendung der Gleichung (3) als Bewertungsfunktion (Prozessplan mit Schätzung des Gewinns) die Bearbeitungskosten und die Bearbeitungszeit jeweils die Zwischenwerte der anderen zwei Ergebnisse. Diese Ergebnisse ergeben sich wegen der Tatsache, dass in einem Umfeld, in welchem eine optimale Gewinnmarge pro Zeiteinheit geschätzt werden kann, eine Verkürzung der Bearbeitungszeit vorteilhaft wirkt.
In der oben genannten Ausführungsform gibt es eine Vorrichtung (Prozessplanungsvorrichtung 1), die ausgestattet ist mit einer Hardware zur ausschließlichen Verwendung für die Implementierung des Prozessplanungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Jedoch können die zuvor genannten Prozeduren in dem Prozessplanungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Computerprogramm auf einem Computer-lesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden. Dieses Aufzeichnungsmedium kann an einem Universalcomputer montiert werden, wodurch das Programm hochgeladen werden kann. Dann kann das Verfahren gemäß der Erfindung implementiert werden unter Verwendung der CPU und des RAMs des Computers als die Verarbeitungseinheit und der Speichereinheit der Erfindung.
16 ist ein schematisches Diagramm, das eine solche Ausführungsform veranschaulicht. In der Figur bezeichnet 8 ein Aufzeichnungsmedium wie eine optische Speicherplatte oder eine magnetische Speicherplatte. In dem Aufzeichnungsmedium 8 ist ein Computerprogramm-haltiger Programmcode 80 aufgezeichnet, um zu veranlassen, dass ein Computer die Prozeduren entsprechend der jeweiligen Schritte ausführt, die in dem Flussdiagramm von 5 gezeigt sind.
Das Aufzeichnungsmedium 8 wird in einem Laufwerk 92 eines Universalcomputers 9 montiert, der Eingabemittel 90 wie eine Tastatur und eine Maus umfasst; und ein Anzeigemittel 91 wie ein CRT-Display oder eine Flüssigkristallanzeige; wodurch das Programm durch den Computer ausgelesen wird. Entsprechend wird das Computerprogramm 80, das in dem Aufzeichnungsmedium 8 gespeichert ist, in den Computer 9 hochgeladen, wodurch der Computer 9 das Prozessplanungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert.
Zusätzlich zu der Verwendung des Aufzeichnungsmediums 8 kann das Hochladen des Computerprogramms 80 in den Computer 9 ausgeführt werden mit einem anderen geeigneten Verfahren, zum Beispiel durch die Verwendung eines anderen Computers, der online durch ein Netzwerk wie das Internet angeschlossen ist.
Wie aus der oben gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich sein wird, wird in dem Prozessplanungsverfahren und der Prozessplanungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Bearbeitungsbereich, der aus dem Unterschied der Formen vor und nach der Bearbeitung des Werkstücks extrahiert wird, ersetzt durch die vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmale; die festen Zyklen werden den jeweiligen Bearbeitungsmerkmalen so zugewiesen, dass sie als eine Zusammensetzung der festen Zyklen zu erkennen sind, wodurch eine Zusammensetzung ausgewählt wird, die eine Bewertungsfunktion bezüglich der Bearbeitungskosten optimal macht. Entsprechend kann ein optimaler Prozessentwurf zum Ausführen einer vorherbestimmten Bearbeitung an einem Werkstück erhalten werden, welcher Bedingungen zum Minimieren der Gesamtbearbeitungskosten, die die Maschinenkosten, Werkzeugkosten, Verkaufspreis des Endprodukts usw. berücksichtigen, befriedigt, ohne dass die Erfahrung des Entwicklers und komplizierte Arbeit notwendig ist.
Weiter wird, wenn das Computerprogramm, das in einem Aufzeichnungsmedium der vorliegenden Erfindung gespeichert wird, auf einen Universalcomputer hochgeladen wird, das Prozessplanungsverfahren der vorliegenden Erfindung implementiert. Das ermöglicht, dass der Prozessplan, der Bedingungen zum Minimieren der Gesamtbearbeitungskosten erfüllt, einfach implementiert werden kann. Das sind die Vorteile der Erfindung.

Claims

Ein Prozessplanungsverfahren zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks (5, 70) unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern (E), wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser (E), die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Extrahieren eines Bereichs (50, 71), der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds der Formen des Werkstücks (5, 70) vor und nach der Bearbeitung; Ersetzen des extrahierten Bereichs (50, 71) durch Kombinationen vorherbestimmter Bearbeitungsmerkmale; Zuweisen eines vorherbestimmten festen Zyklus zu jedem der ersetzten Bearbeitungsmerkmale; und Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und einer Lebensdauer der Schaftfräser auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zyklus zugewiesen wurde, wodurch, als ein optimaler Prozess, eine Gruppe der festen Zyklen ausgewählt wird, welche einen Einschätzungswert, der durch die Bewertungsfunktion erhalten wird, optimal macht.
Eine Prozessplanungsvorrichtung (1) zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks (5, 70) unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern (E), wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser (E), die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei die Vorrichtung (1) folgendes umfasst: eine Datenbank (13), in welcher eine Vielzahl von vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmalen und festen Zyklen gespeichert sind; Extraktionsmittel zum Extrahieren eines Bereichs (50, 71), der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds extern bereitgestellter Formdaten eines Werkstücks (5, 70) vor und nach der Bearbeitung; Ersetzungsmittel zum Ersetzen des Bereichs (50, 71), der durch das Extraktionsmittel extrahiert wurde, durch Kombinationen der Bearbeitungsmerkmale, die in der Datenbank (13) gespeichert sind; Zuweisungsmittel zum Zuweisen von festen Zyklen, die in der Datenbank (13) gespeichert sind, jeweils zu den Bearbeitungsmerkmalen, die durch das Ersetzungsmittel ersetzt wurden; und Mittel zum Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und einer Lebensdauer der Schaftfräser (E) auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zykus durch das Zuweisungsmittel zugewiesen wurde, wodurch ein Einschätzungswert durch die Bewertungsfunktion erhalten wird.
Eine Prozessplanungsvorrichtung (1) zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks (5, 70) unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern (E), wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser (E), die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei die Vorrichtung (1) folgendes umfasst: eine Datenbank (13), in welcher eine Vielzahl von vorherbestimmten Arten von Bearbeitungsmerkmalen und festen Zyklen gespeichert sind; einen Computer (10), der mit der Datenbank (13) zu verbinden ist, und der in der Lage ist, die folgenden Operationen durchzuführen: Extrahieren eines Bereichs (50, 71), der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds extern bereitgestellter Formdaten eines Werkstücks (5, 70) vor und nach dem Bearbeitungsprozess; Ersetzen des extrahierten Bereichs (50, 71) durch Kombinationen der Bearbeitungsmerkmale, die in der Datenbank (13) gespeichert sind; Zuweisen der jeweiligen festen Zyklen zu den ersetzten Bearbeitungsmerkmalen; und Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbei tungszeit und einer Lebensdauer der Schaftfräser (E) auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zykus durch das Zuweisungsmittel zugewiesen wurde, wodurch ein Einschätzungswert durch die Bewertungsfunktion erhalten wird.
Ein Computerspeicherprodukt (8), das durch einen Computer (9) lesbar ist, um ein Verfahren zum Bestimmen eines Prozesses zum Durchführen einer vorherbestimmten Bearbeitung eines Werkstücks (5, 70) auszuführen, unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von Schaftfräsern (E), wobei der Prozess die Auswahl der Schaftfräser (E), die zu verwenden sind, und einer Reihenfolge der Bearbeitung einschließt, wobei das Computerspeicherprodukt (8) folgendes umfasst: einen ersten Schritt zum Extrahieren eines Bereichs (50, 71), der zu bearbeiten ist, auf Basis eines Unterschieds der Formen vor und nach der Bearbeitung eines Werkstücks (5, 70); einen zweiten Schritt zum Ersetzen des extrahierten Bereichs (50, 71) durch Kombinationen von vorherbestimmten Bearbeitungsmerkmalen; einen dritten Schritt zum Zuweisen eines vorherbestimmten festen Zyklus zu jedem der ersetzten Bearbeitungsmerkmale; und einen vierten Schritt zum Anwenden einer Bewertungsfunktion bezüglich einer Bearbeitungszeit und einer Lebensdauer der Schaftfräser (E) auf jede Kombination der Bearbeitungsmerkmale, denen der feste Zykus zugewiesen wurde, wodurch als ein optimaler Prozess eine Gruppe der festen Zyklen ausgewählt wird, welche einen Einschätzungswert, der durch die Bewertungsfunktion erhalten wird, optimal macht.