TW201921203A - 用於機床之整合cad/cam/cnc軟體及具有該軟體之機床 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示藉由獨特系統整合技術混合在一起之電子硬體、一微處理器(例如，體現於一個人型式電腦(「PC」)中)及控制軟體的一種組合。當安置於一機床處時，得到一種具有如下能力之整合式、互動式且直觀的機床或工作站：藉由一個人在一個工作站處使用一通用人機介面(HMI)及通用檔案格式進行電腦輔助設計(CAD)、經由座標量測機械加工(CMM)對部件進行可選逆向工程改造、進行工具路徑產生電腦輔助製造(CAM)，及直接機床控制(直接CNC)。

Description

用於機床之整合CAD/CAM/CNC軟體及具有該軟體之機床
CNC機床已多年用於使用原料產生諸如鋼片、鋁胚等之機器部件。CNC機床指一種藉由伺服馬達控制，以線性及/或旋轉方式相對於切割工具移動有時被稱為工件之原料的大型的重型機器。此移動使得切割工具能夠穿過工件，以自工件精確地移除材料，由此產生一機器部件或該機器部件的一個程序狀態。
使用CNC機床進行的部件製造可劃分成三個不同的領域(discipline)。設計(CAD)、工具路徑策略(CAM)及製造(CNC)。此等領域中之每一者可進一步劃分成分支領域。此等領域通常並不串聯操作，而是經由多次修訂而執行，直至滿足所有要求為止。
習知系統通常具有三個獨立系統，對於該等三個不同領域中之每一者而言，一個領域用一個系統。此等系統通常位於實體上單獨的位置。CAD及CAM為軟體工具，而機床為軟體、電子器件及機械系統之組合。由於此等系統為大體獨立的系統，因此對一個系統之修訂可能需要完整地再生另一個系統(亦即，若CAD設計改變，則可能必須重新導入新CAD檔案且同樣需要新的CAM程式)。
視部件複雜性及執行此等領域之個人的技能位準而定，可能需要一個人至數百個人來達成所要結果。分配至此等領域中之每一者的時間可能但未必總是彼此相等的。
根據本發明之一態樣，提供一種用於經由一整合式工作站上的一或多個機械加工操作，使用一或多個工具對一工件機械加工的電腦實施之方法。該電腦實施之方法包含以下步驟：獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案；在不使用G碼(GCode)的情況下自該CAD檔案產生電腦輔助製造(CAM)指令；及根據該等所產生的CAM指令對該工件機械加工。
在該電腦實施方法之一些實施例中，獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括基於操作者輸入在一電腦上產生該電腦輔助設計(CAD)檔案。
在該電腦實施方法之一些實施例中，產生該CAD檔案包括實行一CAD操作序列，其中該CAD操作序列顯現於該GUI中，作為包括可編輯參數之一清單。在一些實施例中，該等可編輯參數包括座標位置、尺寸及材料類型中之一者。
在該電腦實施方法之一些實施例中，獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括經由一座標量測機械加工(CMM)程序在該電腦上產生該電腦輔助設計(CAD)檔案。
在該電腦實施方法之一些實施例中，獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括自儲存於記憶體中之一部件程式庫提取該電腦輔助設計(CAD)檔案。
在一些實施例中，該電腦實施方法進一步包括檢查自該CAD檔案產生之該等電腦輔助製造(CAM)指令及改變該CAD檔案之一或多個參數。在一實施例中，該一或多個參數包括選自一長度、一寬度、一高度、一直徑及一半徑之一度量。
在該電腦實施方法之一些實施例中，產生CAM指令包括使用使用者輸入參數產生一第一工具路徑；及使用使用者輸入參數產生一第二工具路徑。
在一些實施例中，該電腦實施方法進一步包含：改變該第一或第二工具路徑之該等使用者輸入參數之至少一個參數，其中對該至少一個參數的一改變自動地改變該CAD檔案之一對應參數。
在該電腦實施方法之一些實施例中，根據該等所產生的CAM指令對該工件機械加工包括經由使用者輸入選擇該等第一及第二工具路徑中之至少一者及啟動CNC起始指令。
在一些實施例中，該電腦實施方法進一步包含：儲存表示載入至一工具台中之一或多個工具的資訊；及在產生該等CAM指令時存取表示一或多個工具之該資訊。
在一些實施例中，該電腦實施方法進一步包含：顯現具有數個介面區之一圖形使用者介面，每一介面區具有一或多個控制元件，其中該數個介面區之一第一介面區包括提供電腦輔助製造(CAM)控制之一或多個控制元件，且一第二介面區包括提供電腦輔助設計(CAD)控制之一或多個控制元件。
在一些實施例中，該電腦實施方法進一步包含在該第二介面區於該電腦輔助設計(CAD)控制與一電腦數值控制(CNC)控制之間切換。
在該電腦實施方法之一些實施例中，獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括與該第二圖形使用者介面區互動；其中該自該CAD檔案產生電腦輔助製造(CAM)指令包括與該第一圖形使用者介面區互動，且其中該根據該等所產生的CAM指令對該工件機械加工包括與一第三圖形使用者介面區之一電腦數值控制(CNC)控制或第二圖形使用者介面區之該電腦數值控制(CNC)控制互動。
根據本發明之另一態樣，如技術方案1至技術方案15之實施方法藉由一整合式工作站實行，該整合式工作站包括：一機床，其包含用於支撐該工件之一台、至少一個主軸、經組態以相對於該台移動該主軸的一或多個伺服馬達、一組工具；及經程式化以實行每一電腦實施方法之一電腦。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於對一工件機械加工之一電腦控制設備。該設備包含：一基座；一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件；一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料；一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具；一或多個驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該一或多個驅動器包括一或多個電動馬達；及一計算裝置，其藉由該基座支撐或經定位鄰近該基座。在一些實施例中，該計算裝置包含一處理器及儲存於記憶體中之電腦程式產品，該電腦程式產品在由該處理器實施時使得該計算裝置執行技術方案1至技術方案16之該方法。
根據本發明之另一態樣，提供一種於其上儲存有電腦可執行指令之非暫時性電腦可讀媒體，回應於藉由一計算裝置之一或多個處理器的執行，該等電腦可執行指令使得該計算裝置執行技術方案1至技術方案16之該方法。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於對一工件機械加工之一電腦控制設備。該設備包含：一基座；一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件；一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料；一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具；一或多個驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該一或多個驅動器包括一或多個電動伺服馬達；及一計算裝置，其藉由該基座支撐。在一些實施例中，該計算裝置包含一處理器、一顯示器及儲存於記憶體中之電腦程式產品，該電腦程式產品在藉由該處理器實施時使得該顯示器顯現一圖形使用者介面，該圖形使用者介面包含：一第一介面區，其具有提供電腦輔助製造(CAM)控制之一或多個控制元件；及一第二介面區，其具有可在電腦輔助設計(CAD)控制與電腦數值控制(CNC)控制之間切換的一或多個控制元件。
根據本發明之另一態樣，提供一種於其上儲存有指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在經執行時使得一計算裝置執行以下操作：至少顯示一第一介面區、一第二介面區及一第三介面區，其中該等第一、第二及第三介面區中之每一者包括使用者操縱之控制；自該等介面區中之一者接收產生對應於藉由該計算裝置顯現之一CAD部件的CAM指令的一請求，該請求使得一CAM指令集合得以產生；及自該等介面區中之一者接收開始經由該CAM指令集合之執行製造一機器部件的一請求。
在一些實施例中，該非暫時性電腦可讀媒體上進一步儲存有指令，該等指令在經執行時使得一計算裝置執行以下操作：基於表示一操作序列之複數個使用者輸入產生一電腦輔助設計(CAD)部件；及在該等介面區中之一者中顯示指示藉由該使用者輸入之該操作序列的一清單。
在一些實施例中，該非暫時性電腦可讀媒體上進一步儲存有指令，該等指令在經執行時使得一計算裝置：經由該等使用者可操縱控制中之一者，接收編輯藉由指示該操作序列之該清單顯示的資訊的一請求；及回應於接收編輯該資訊的該請求，自動地編輯對應於該經編輯資訊的與該等CAM指令相關聯之資訊。
在一些實施例中，該非暫時性電腦可讀媒體上進一步儲存有指令，該等指令在經執行時使得一計算裝置：接收將一工具載入至一工具台的一請求；及回應於接收到該請求，自動地儲存表示該所載入工具的資訊於一工具台區中，該工具台區藉由該等介面區中的在產生該等CAM指令時可存取的一個介面區顯示。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於對一工件機械加工之一電腦控制設備。該設備包含一基座；一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件；一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料；一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具；一或多個線性驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該一或多個線性驅動器包括一或多個電動伺服馬達；及一個人電腦，其與該基座相關聯，該個人電腦經程式化以執行技術方案1至技術方案16之該方法。
根據本發明之另一態樣，提供一種工作站。該工作站包含一機床及一個人電腦。在一些實施例中，該個人電腦經程式化以經由使用者輸入一體地實行用於用該工件製造一機器部件的電腦輔助設計、電腦輔助製造及控制數值控制。
根據本發明之另一態樣，提供一種具有指令之電腦程式產品，該等指令在由一個人電腦執行時使得：產生一機器部件之一二維或三維幾何表示；產生一或多個工具路徑，該等工具路徑表示為用於產生一機器部件之該幾何表示之一特徵的電腦指令；及控制一機床之一或多個工具的移動，該機床用於在不轉換該等電腦指令的情況下，根據該等所產生的工具路徑對一工件機械加工。
根據本發明之另一態樣，提供一種圖形使用者介面(GUI)。該GUI在藉由一機床之至少一個計算裝置顯現時顯示：一第一介面區，其提供CAD控制；一第二介面區，其提供CAM控制；及一第三介面區，其提供CNC控制。
在一些實施例中，該GUI進一步包含一第四介面區，其提供CMM控制。
根據本發明之另一態樣，提供一種圖形使用者介面。該GUI在藉由一機床之至少一個計算裝置顯現時顯示：一第一介面區，其提供CAM控制；及一第二介面區，其可在CAD控制與CNC控制之間切換。
在該圖形使用者介面之一些實施例中，該第二介面區經由使用者可選擇欄標在CAD控制與CNC控制之間切換。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於對一工件機械加工以形成一機器部件的電腦控制工作站。該工作站包含：具有一基座之機床；一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件；一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料；一主軸，其經組態以攜載且旋轉選自該組工具之一工具；及複數個驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該複數個驅動器包括一或多個伺服馬達。該工作站亦包括一計算裝置，其藉由該機床支撐且經定位鄰近該機床。在一些實施例中，該計算裝置包含一處理器及電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體在藉由該處理器實施時使得該計算裝置：經由使用者與顯示於一顯示器上之一第一圖形使用者介面區的互動，產生表示該機器部件之一CAD檔案；經由使用者與顯示於該顯示器上之一第二圖形使用者介面區的互動，產生對應於該CAD檔案之一或多個工具路徑；及經由使用者與顯示於該顯示器上之該第一圖形使用者介面區或一第三圖形使用者介面區的互動，根據該一或多個所產生的工具路徑移動該主軸。
提供此概述，以簡化形式引入下文在[實施方式]中進一步描述的概念選擇。此概述並不意欲識別所主張之標的物之關鍵特徵，並且亦不意欲被用作對判定所主張之標的物之範疇之輔助。
對相關申請案之交叉參考 本申請案主張2017年6月15日申請的US臨時申請案第62/520435號之益處，該申請案以全文引用的方式併入本文中。
下文結合附圖列舉的詳細描述(其中相同編號參考相同元件)意欲作為對所揭示標的物之各種實施例的描述，且並不意欲表示唯一的實施例。本發明中所描述之每一實施例僅作為實例或說明提供且不應被解釋為較佳或優於其他實施例。本文中所提供之說明性實例並不意欲為窮盡性的或將所主張標的物限於所揭示之精確形式。
以下揭示內容將呈現提供電子硬體、微處理器(例如，體現於個人型式電腦中)及與獨特系統整合技術混合的控制軟體之組合的實例。當安置於一機床處時，得到一種能夠進行電腦輔助設計(CAD)之整合式、互動式且直觀的機床或工作站、經由座標量測機械加工(CMM)的可選逆向工程改造部件、工具路徑產生電腦輔助製造(CAM)，及藉由一個人在一個工作站處使用一通用人機介面(HMI)及通用檔案格式進行的直接機床控制(直接CNC)。
在本發明之整合式解決方案的更詳細描述之前，且為了完全理解當前提供之整合式解決方案之能力，現將參看圖1相當詳細地描述習知CAD/CAM/CNC工作流。當前在常常間隔開數十哩、數百哩，或甚至數千哩的離散地理位置中實行工作流之階段。
典型工作流以識別待由機床產生之機器部件開始。通常，首先在CAD之輔助下設計待由機床產生之機器部件。CAD係設計一2D或3D部件或組合成品機械組合件中之結果的一組3D部件的程序。逐漸地，在3D CAD系統中進行機械設計，諸如SolidWORKS，其在螢幕上作為實體模型予以顯示及操縱。當前，諸如售後引擎部件製造商之公司用內部CAD技術員或工程師設計機器部件或組合件。待由此公司設計的機器部件之實例為用於內燃機之汽缸頭的安裝板。此公司可位於(例如)密歇根的底特律。
一旦該機器部件已經識別，便必須獲得該部件的數位檔案或模型。因此，獲得待由製造商機械加工之安裝板的諸如CAD實體模型(3D)或CAD表面模型(2D)之數位模型。可以數種方法獲得該數位模型。舉例而言，可藉由製造商之CAD技術員使用CAD軟體程式獲得該數位模型，以根據各種幾何參數產生安裝板之實體模型。替代地，CAD操作者可自資料儲存器獲得該數位模型，該資料儲存器針對來自諸如福特、GM、卡特彼勒、康明斯、底特律柴油公司等公司之初始設備製造商(OEM)的標準燃氣與柴油引擎塊(諸如V6s、小塊V8s、大塊V8s、內嵌4s、6s等)之氣缸頭儲存安裝板之一或多個CAD模型。此資料儲存器可與CAD系統相關聯或為第三方系統之部分，諸如與特定OEM相關聯之一個資料儲存器。
視如何獲得模型而定，可藉由CAD技術員對安裝板設計進行改變。舉例而言，CAD技術員或其類似者可經由CAD軟體互動式地修改數位模型，以便更改安裝板之一或多個部分的幾何形狀，諸如安裝孔之大小或位置。一旦CAD技術員對數位模型滿足，便根據與彼特定CAD程式相關聯之特定檔案類型保存該數位模型作為一部件檔案。
一旦已在CAD系統中設計機器部件，售後引擎部件製造商便通常承包給具有CAM及CNC體驗之合同製造商，諸如工作現場，此係由於部件之機械加工需要使用太多複雜步驟進行太專門瞭解，以供典型製造商處置。因此，製造商會將3D CAD實體模型部件檔案傳送至工作現場，隨後使用其CAM/CNC技能及設備來產生用於機床之工具路徑，且用該機床製作部件。因此，CAM系統為介於CAD設計階段(亦即，機器部件之幾何設計)與CNC機器規範之間的介面。此等工作現場可定位於不同地理位置，通常位於實體上不同於設計機器部件之CAD技術員或工程師的位置處。在本文中所描述之實例中，工作現場定位於密歇根的弗林特。
CAM係將工具路徑置放於CAD幾何形狀上的程序。使用數個檔案格式中之一者自很多主要CAD程式中之一者導入CAD部件檔案。一旦導入至CAM軟體中，CAM操作者便根據諸如待用於對所設計之機器部件機械加工的特定CNC機器、工具及材料的參數，使用CAM軟體來產生工具路徑。大體而言，工具路徑為切割工具遵循以在CNC程序期間對實體機器部件機械加工的路徑。
計算工具路徑可具有計算密集性，且難以處理。存在可使用的許多不同方法，此取決於材料程序(例如，銑削、打孔等)及手邊的任務。在此程序期間選擇工具類型、進料速率及轉速。因此，CAM軟體可包括速度與進料計算器，其基於對待用於機械加工程序之工件材料、工具類型及機器能力的瞭解。CAM軟體亦允許藉由CAM技術員對工具路徑進行修改。隨後基於CAM程式設計師之體驗及應用而選擇工具路徑循環。存在許多種類型的工具路徑循環，每一者經設計供特定使用。
一旦此CAM程序完成，所產生的工具路徑便必須轉換成可藉由用於產生機器部件之CNC理解且實行的指令。CNC機器通常基於以本文為基礎之程式檔案或「G碼程式」而操作。「G碼程式」係呈藉由習知CAM系統產生之機器語言的程式。G碼檔案通常藉由電腦輔助製造(CAM)技術員人工地寫碼，抑或藉由CAM軟體程式產生，或該等兩者。若使用CAM軟體，則所產生的工具路徑「經後處理」成G碼檔案。此等G碼檔案通常包括識別為G碼以及呈ASCII格式之各種相關聯參數的指令之清單(每一指令線被視為區塊)。後處理亦可同樣產生MCode檔案。M碼指代通常用以表示諸如主軸啟動、工具改變、冷卻液關閉等之指令的標準機器碼，而G碼之線可指示機床進行諸如組件動作、打孔等若干事情中之一者。在轉換程序期間，所產生的工具路徑被轉換成特定於其中將產生部件之CNC的軟體碼。針對所有不同主要機床建立器，存在數百種稍微不同的碼檔案格式。
當G碼檔案被導入至特定機床時，被提供至CNC的G碼檔案之內容可經進一步編輯以符合特定應用或機床。此定製編輯在實際CNC HMI介面上完成，且通常限於諸如進料速率及主軸速度之簡單變化。工具路徑極少發生變化。此編輯程序對於小型G碼檔案而言係費時的，且在較大G碼檔案上不可能，此係因為此需要單獨G碼逐行變化。若需要此等變化作為永久性變化，則該等變化必須在CAM軟體中進行人工調和，或在G碼檔案在未來用其他變化或針對其他CNC機器重新發佈的情況下/時，不會反映該等變化。又，來自CAM系統的所導出G碼檔案呈與CAM檔案及CAD檔案不同的一檔案格式。
一旦完成，原料儲備便藉由機床之夾治具緊固，且相對於機器之正交座標而放置。機床接著可由CNC指示以按「循環起始」命令產生機器部件。在啟動循環起始之前，機床之工具更換器部分(若如此進行裝備)可載入有G碼檔案中所指定的工具，以便實行G碼檔案之特定機器指令。在此步驟期間，操作者一般檢查G碼檔案，以獲得合理的進料速率及主軸RPM。若出現問題，則有時需要操作者人工地編輯G碼檔案，但CAM程式一般不支持此行為，因為對G碼進行的人工改變不會反映回CAM程式設計程序。
剛描述之工作流並非不存在其問題，此出現在工作流之整體所有階段。舉例而言，在CAD設計階段期間，通常極少考慮將如何製造部件。通常，設計工程師可產生出於多種原因(諸如切割工具無法觸及的區域)不可能製造的部件。此常常不會被偵測到，直至設計被導入至CAM程序或甚至更糟狀況(被導入至CNC程序)為止。此等問題未經偵測的時間愈長，自其恢復的代價愈昂貴。
另外，存在許多主要CAD套裝軟體及許多不太常用的CAD封裝。每一CAD封裝本身以其自身原有的檔案格式儲存資料。所有CAD封裝可導出至可藉由CAD或CAM軟體讀入的幾個標準化中性檔案格式。因為所有不同檔案格式含有不同類型的資料，所以此轉換程序可造成問題。各種套裝軟體之間的導出及導入為複雜轉變程序，其導致與CAD設計相關聯之一些資訊丟失或損壞。
此外，CAD部件通常使用一系列操作建構。一旦此等操作完成，便更新CAD部件以反映該操作。隨著更多操作得以執行，CAD部件不斷改進，直至其符合其意欲目的為止。然而，傳統的CAD軟體在執行最後一個操作之後儲存CAD幾何形狀。此意謂，經執行以獲得成品部件之操作序列未儲存，且在部件完成時係未知的。此自理解所執行的序列及操作限制新的CAD運算符，且可甚至同樣限制初始CAD操作者。此架構亦防止除所執行之最終操作之外的操作發生變化。
由於部件之機械加工需要極大量的專業瞭解及資源投入，因此製造商通常租用機械工廠(有時被稱作工作現場)來實行設計部件之機械加工。因此，製造商會將CAD 3D實體模型部件檔案傳送至位於離散實體位置處的工作現場，隨後使用其廣泛CAM/CNC技能及設備來產生用於所選擇機床之工具路徑，且用該所選擇機床製作部件。因此，存在於此外包程序期間論述的大量價格、傳遞時間及技術細節。外包因此昂貴，且對於製造商而言產生長期延遲。
CAM程序常常呈現為經正確地程式化，但在CNC程序期間可能出於多種原因及疏忽而不會起良好作用。在此狀況下，CNC操作者必須報告問題，且可向CAM程式設計師建議校正動作，該程式設計師隨後進行將被發送回至CNC且再次測試的改變。此造成低效率及時間延遲。通常，CNC運算符偵測一問題且試圖繼續，而非校正此等問題以避免時間延遲。此常常導致工具斷裂、部件斷裂及安全危害。
一些CAM系統經由模擬技術在機械加工部件程式被發送至CNC機器之前提供驗證該機械加工部件程式的機會。此方法之不足之處在於，因為存在許多待設定之CNC參數，所以吾人可能從不確定模擬是否真正等同於機器上的CNC。因此，經驗證的脫機模擬可能在於特定CNC機器上執行時仍然造成問題。
CNC階段亦具有其獨有的問題。待進行機械加工的每一部件需要在CNC切割程序予以執行時固持彼部件的獨特方式。固持機制常常需要完整設計來製造夾治具，其需要上文程序中之所有三者來產生一夾治具。CNC操作者必須亦恰當地指定在CAM程序中使用的相同工具。若CNC操作者故意地或意外地嘗試使用不同於在CAM程序中進行程式化的類型之工具，則此常常造成部件損壞、工具斷裂或安全危害。
此外，若機床操作者需要改變G碼檔案且接著執行程式，則首先停止CNC機器，隨後將G碼檔案載入至記憶體中，且最終重新起始機器。在多個機器運行相同程序的狀況下，經更新部件程式需要載入至每一CNC機器中。部件程式亦可能需要藉由CAM程式設計師進行修改，從而造成程序中的延遲。
如可自上文識別的，CAD、CAM及CNC目前為不同的獨立技術、程序及程式，其中每一者具有極為不同的目標、要求、使用者介面及檔案類型。每一CAD、CAM、CNC階段需要單獨的系統及困難的常常需要長學習曲線的技能。此已導致用於使用機床產生部件的效率低下的、複雜的且昂貴的商業模型。此外，均使用不同使用者介面概念及檔案格式的現有不同CAD及CAM系統之複雜性及種類已對於製造商而言產生極大進入阻礙。
為此，且如將在下文更詳細描述的，根據本發明之實施例的整合式解決方案旨在解決一些問題(若並非先前技術工作流程之所有問題)。所得系統與機床之剩餘部分自然地整合，其消除檔案處置導出與導入時間及混亂。資料係自然恆定的，以其原有格式在整個程序進行處置，且始終同步。
藉由將CAD、CMM(可選)、CAM及CNC程序組合至附接至機床的一個軟體實施中，可在整個製造生命週期對此等單獨程序中之任一者進行改變。此以多種方法縮減自概念至成品機器部件的時間。如在下文將更詳細地描述，CAD可呈2D或3D幾何形狀，且自諸如SOLIDWORKS®之外部CAD封裝導入，或在本發明之整合式解決方案中直接產生。自所選擇CAD幾何形狀直接產生CAM工具路徑。HMI含有一「循環起始」按鈕，其起始操作當前顯示於顯示器上之任何CAM工具路徑的機器。每一程序之此統一允許互動式的製造生命週期，其中可考慮此等程序如何彼此影響而同步地建構CAD、CAM及CNC程序。此外，在一些實施例中，將在一個程序期間出現的改變自動地填入至其他程序。
舉例而言，若機器部件之幾何形狀在CAD中改變，則CAM工具路徑自動地更新以反映發生改變的CAD幾何形狀，且CNC可藉由按壓「循環起始」而立即操作。此外，CAM系統及CNC系統自然地使用同一工具台，且兩者均知曉將哪些工具載入至工具更換器匣中。此大幅度減少斷裂工具，或減小對待進行機械加工之部件的損害。
在使用本發明之整合式解決方案的情況下，自一個程序至另一程序之轉變並不需要改變套裝軟體或甚至保存且載入檔案。藉由消除檔案處置，錯誤及時間得以縮減。另外，若操作者在CAM或CNC程序期間偵測到問題，則先前程序中的校正動作亦不需要改變軟體頁面或檔案處置。因為每一程序並非獨立而實情為直接連接至其父代或同胞程序，所以此產生更整合的設計與製造生命週期。此外，設置系統得以統一，而非複製。舉例而言，工具台予以儲存一次，而非在CAM及CNC兩者中複製。此消除工具失配之可能性或其他設定。
若裝備，則使用機床之逆向工程改造(CMM)使用本發明之架構而顯著增強，此係因為座標可直接用以輔助建構CAD設計。舉例而言，觸摸或掃描探針可被置放於機床之主軸中，且可將2D平坦剖面或3D表面自動數位化。在本發明之整合式解決方案中，來自探針的此資訊可直接產生CAD幾何形狀。此消除人工逐點逆向工程改造，且允許複雜形狀及部件的基於自動探針之逆向工程改造。
整合式解決方案之CAD部件檔案的檔案格式並不保存最終CAD幾何形狀。實情為，整合式解決方案之實施例保存用以產生所意欲CAD部件的若干系列之操作。每一操作可臨時停止，且部件圖形經更新以反映移除該操作。此允許任何人理解最初用以產生CAD部件的準確操作序列。亦允許每一操作之性質甚至在隨後其他操作之後仍發生改變。舉例而言，圓角半徑可發生改變，其可影響倒圓角半徑操作之後的操作。
在本發明之實施例之以下詳細描述中，闡述眾多特定細節，以便提供對本發明之一或多個實施例的透徹理解。然而，對於熟習此項技術者而言將顯而易見的是，可在無一些或所有特定細節的情況下實踐本發明之許多實施例。在一些情況下，尚未詳細地描述熟知程序步驟，以便不會不必要地混淆本發明之各個態樣。此外，應瞭解，本發明之實施例可採用本文中所描述之特徵的任何組合。
圖2示意性地說明用於用選自工具匣或工具台28(圖4)之一或多個工具26對工件24進行機械加工的機床20之一項實施例。圖4為圖2之機床20的方塊圖。為了使此狀況發生，根據本發明之一態樣，藉由具有CAD/CMM(可選)/CAM/CNC能力之整合式硬體與軟體系統30控制機器。此等能力包括根據各種幾何形狀設計且編輯機器部件的CAD 32功能性，自現有部件對設計進行逆向工程改造的CMM 34功能性，及基於CAD設計開發且編輯工具路徑的CAM 36功能性。系統30進一步包括CNC 38功能性，其用於使用位置反饋操作數個伺服器，以便實行(例如)工件24之高達5軸或多於5軸的機械加工。通用人機介面(HMI) 40允許技術員與系統30互動。具有此等能力之系統30現將被稱作C4系統。C4系統被安裝至機床20、由該機床支撐，或緊挨該機床定位(例如，自幾吋至幾呎)或以其他方式與該機床整合。具有整合式的基於電腦之系統30的機床20有時在本文中被稱作「工作站」或「C4工作站」。圖24中描繪根據本發明之一實施例的工作站之一個實例。
現轉而參看圖3，展示C4系統30之一個實例之代表性組件架構的方塊圖。系統30包括計算裝置44，該計算裝置由經由一或多個匯流排以適當方式互連的硬體組件構成，諸如中央處理單元(CPU)或處理器48、I/O介面52及記憶體56。可包括可選通信電路系統58，以便將資料導入至系統30，及/或自該系統導出資料。取決於計算裝置之準確組態及類型，記憶體56可包括呈揮發性或非揮發性記憶體形式之系統記憶體，諸如唯讀記憶體(「ROM」)、隨機存取記憶體(「RAM」)、EEPROM、快閃記憶體或類似記憶體技術。一般熟習此項技術者及其他者將認識到系統記憶體通常儲存處理器48可即刻存取及/或當前藉由該處理器操作的資料及/或程式模組。就此而言，處理器48藉由支援指令之執行而充當計算裝置44之計算中心。
記憶體56亦可包括儲存器記憶體。儲存器記憶體可為使用能夠儲存資訊之任何技術實施的任何揮發性或非揮發性、抽取式或非抽取式記憶體。儲存器記憶體之實例包括(但不限於)硬碟機、固態磁碟機、CD ROM、DVD或其他磁碟儲存器、盒式磁帶、磁帶、磁碟儲存器及其類似者。儲存於儲存器記憶體中之資訊包括(但不限於)待由處理器44存取之程式模組及資料。一般而言，程式模組可包括執行特定任務或實施特定抽象資料類型的常式、應用程式、物件、組件、資料結構等等。應瞭解，本文中所描述之系統記憶體及儲存器記憶體僅為電腦可讀儲存媒體之實例。
在圖3中所示之實施例中，記憶體56儲存用於控制計算裝置44之操作的作業系統64。在本發明之一個實施例中，作業系統64提供諸如微軟公司的WINDOWS®、LINUX、谷歌Android或谷歌Chrome圖形作業系統等的圖形操作環境，其中所啟動的應用程式或程式模組表示為具有使用者可見之介面(諸如圖形使用者介面(GUI))的一或多個圖形應用程式視窗。大體而言，計算邏輯可儲存於任何類型的電腦可讀媒體(例如，諸如記憶體或儲存媒體之非暫時性媒體)或電腦儲存裝置上，且由一或多個通用或專用處理器執行，因此產生經組態以提供本文中所描述之功能性的專用計算裝置。
為與計算裝置44互動，輸入/輸出介面52可包括多種組件或與該等組件介接，該等組件使得計算裝置44能夠自使用者及/或其他裝置獲得輸入，且將輸出提供至該使用者及/或其他裝置，包括機床20。舉例而言，輸入/輸出介面52可形成HMI之部分，且包括(但不限於)諸如LCD、LPD、OLED顯示器等之顯示器70、小鍵盤、硬式或軟式鍵盤、觸控板、控制、實體按鈕、滾輪、數位筆、軌跡球、操縱桿等。在一個實施例中，顯示器70可經組態為觸控式螢幕。
記憶體56亦儲存在由處理器48執行時向系統30提供CAD/CMM(可選)/CAM/CNC功能性的C4應用程式74。為此，C4應用程式74可包括一或多個應用程式或程式模組，其可以程式設計語言寫入，諸如C、C++、COBOL、JAVA™、PHP、Perl、HTML、CSS、JavaScript、VBScript、ASPX、諸如C#之微軟NET™語言及/或其類似者。應瞭解，C4應用程式74之功能性可在多個程式模組或子模組當中分裂。
如在下文將更詳細地描述，在一些實施例中藉由處理器48執行C4應用程式74產生具有一或多個介面元件之一或多個使用者介面。在一些實施例中，一或多個使用者介面經由顯示器70藉由數個「視窗」呈現至使用者，其各自具有以層級方式配置的數個控制(諸如選單、子選單等)。在一些實施例中，使用者可經由欄標(參見圖14)在使用者介面「視窗」之間切換。記憶體56亦儲存C4資料78以供藉由C4應用程式74使用，諸如具有進料與速度速率之工具庫、已載入至可選自動工具更換器中的工具之清單、可選g碼庫、單元轉換庫、產品設計等等。當然，記憶體56可儲存可有益於部件之機械加工的任何資訊，如藉由C4應用程式74之操作所實行。
舉例而言，圖14、圖15、圖19、圖20及圖23說明藉由應用程式74產生且顯現於顯示器70上的圖形使用者介面之實例。應用程式74之實施例可採用任何數目之不同控制件，包括(但不限於)下拉選單、值輸入、核取方塊、按鈕及用於鍵入資訊及資料之其他輸入構件。藉由操作者經由GUI「視窗」輸入的資訊及資料被傳輸至處理器48以供執行，等等。
圖14為在CAD程序期間藉由本發明之系統顯現的圖形使用者介面(GUI)之一項代表性實施例的示意性顯現，其中該GUI在CMM期間顯現藉由量測探針獲得的量測之幾何表示。
圖19為在CAM程序期間顯現的圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現。該GUI顯示一個視窗中之工具路徑屬性、CAD操作之清單、單獨視窗中之可能的工具路徑函數之清單、另一視窗中的進料與速度之清單，及顯現於中心視窗中且顯示第一所產生工具路徑的3D CAD部件。
圖20為在CAM程序期間顯現的圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現。該GUI顯示在中心視窗中顯現之3D CAD部件，且顯示用於待進行機械加工之部件之不同部分(諸如中心形狀)的第二所產生工具路徑。
圖23為在CNC程序期間顯現的圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現。該GUI顯示在中心視窗中顯現之3D CAD部件，且顯示隨著部件進行機械加工位於所選擇工具路徑之後的工具。
系統30經由I/O介面52與機床20介接。在一個實施例中，機床20經組態為垂直軸機床。機床之軸包括(例如) X、Y及Z方向上的線性驅動，及經組態以經由旋轉驅動器相對於A軸旋轉的主軸。機床之其他實施例可包括額外軸控制，諸如B軸控制、C軸控制等。機床包括對應於機床之每一軸的伺服器80。在彼方面，I/O介面52具有I/O埠及/或相關電路系統，其允許該I/O介面與外部電力電路82通信。在一些實施例中，一個電力電路82在系統30之控制下與每一軸相關聯。連接至每一電力電路的係伺服器80A至80N，其各自包括向該軸提供驅動力之馬達86，及提供馬達位置及/或速度反饋資訊之合適的感測器88 (諸如編碼器)。
在一些實施例中，伺服迴路可藉由PC CPU使用中斷啟動之即時視窗標準裝置驅動器閉合。裝置驅動器可藉由視窗OS設定給定最高優先級。裝置驅動器可將變數儲存至RAM以供在系統崩潰或失效之事件中診斷使用，或用於監視正常或異常系統操作。
對於關於可如何使用系統30及機床20即時實施CNC功能性的一項代表性實施例的更多資訊，請參見美國專利第5,926,389號，該專利以全文引用的方式併入本文中。
機床20進一步包括夾緊夾治具90，其將工件24向下固持或夾持於機床20之台92上，以便靜態固定至其上。台92可藉由安裝於機床20之機台100上的Y導軌96上的托架94在Y方向上沿Y導軌96按Y進料軸移位。此外，定向於X方向中且垂直於Y方向延伸的X導軌104安裝於機床之機台100上。機器柱106安置於X導軌104上，該機器柱可沿X導軌104在X方向上按X進料軸移位。當然，在其他實施例中，台92可經組態為X-Y行進台。其他組態係可能的，且因此，圖2中所說明之實施例僅僅出於說明之目的，且不應被視為限制性的。
機床進一步包含機械加工頭110，其可沿Z導軌114在Z方向上按Z進料軸移位，該Z導軌114安裝於機器柱106上。在此狀況下，Z方向分別垂直於X方向及Y方向延伸。在機械加工頭110上安置有工具支撐工作主軸(work spindle) 120，其經調適以接納且驅動用於對工件24機械加工之工具(例如，打孔工具、攻牙工具、銑削工具等等)。在一些實施例中，機床20亦包括用於固持一組工具之工具台(參見圖4)，及用於自動地改變耦接至主軸120之工具的自動工具更換器(參見圖3及圖4)。
圖5為根據本發明之一或多個態樣的工作流程序500。工作流程序可使用系統30控制之機床20實行。如圖5中所示，工作流程序500以CAD設計程序開始，其中獲得待產生機器部件的數位部件檔案，諸如3D實體模型。在本文中提供之實例中，機器部件為汽缸頭安裝板。可以數種方法獲得數位部件檔案，如在下文參看圖6更詳細地描述。
圖6為用於實行CAD設計程序之功能性以獲得3D數位部件檔案的藉由系統30實施之常式600之一項實施例。常式600在區塊602處起始，且繼續決定區塊604。在區塊604處關於機床技術員是否可針對待產生之機器部件存取現有CAD部件檔案而作出決定。舉例而言，售後引擎部件製造商可已經具有用於儲存於相關聯資料儲存器中之汽缸頭安裝板的現有CAD部件檔案。若答案為是，則常式600前進至區塊606，其中將諸如來自相關聯資料儲存器之CAD部件檔案導入至系統30，且常式結束。在一個實施例中，經由通信電路系統58獲得CAD部件檔案。
否則，常式600繼續另一決定區塊608，其中關於機床技術員是否可存取機器部件之實體拷貝而作出決定。舉例而言，售後引擎部件製造商可擁有安裝板之原型，或可具有足夠類似於所需部件的來自先前項目之產品。在其他實施例中，技術員實際上可能夠存取安裝板之協作部件。舉例而言，技術員可能夠存取汽缸頭200(參見圖11)，其中將針對該汽缸頭安裝有安裝板。
若對決定區塊608之答案為是，則常式600前進至區塊610，其中可經由CMM俘獲實體部件或協作部件之幾何形狀。舉例而言，可藉由量測(例如，掃描)汽缸頭安裝板之各別表面、開口、埠、孔等等來獲得數位資料，以供輸入至C4應用程式。替代地，可藉由量測(例如，掃描)協作汽缸頭200之各別表面、開口、埠、孔等等來獲得數位資料，以供輸入至C4應用程式(參見圖12及圖13)。
為了量測機械加工部件或協作部件，掃描探針72可插入至通常藉由切割工具佔據的主軸120中，且待量測之各別部件可安裝至夾緊夾治具90。在一個實施例中，探針72 「發現」有時被稱作「零點」或「源點」之參考位置，諸如緊固部件之左上角。探針72隨後在系統30之CNC部分的控制下相對於部件移動，從而使得探針的觸針尖端在所要位置接觸所安裝部件。隨著探針72橫穿該部件，探針72可將部件或部件之部分的2D平坦剖面或3D表面剖面自動地數位化，諸如圖13中所示之燃燒室開口。可同樣獲得其他幾何屬性。舉例而言，如圖12中所示，可量測其間孔及空間之中心點的位置。來自探針72之此資訊可在系統30中直接產生CAD幾何形狀，如圖14之示意性顯現中所示。此消除人工逐點逆向工程改造，且允許複雜形狀及部件的基於自動探針之逆向工程改造。因此，與探針72結合的系統30之CNC控制功能性可用作座標量測機器(CMM)。可使用本發明之實施例實踐的掃描探針之類型包括來自雷尼紹之探針，諸如雷尼紹SP25M、SP600及SP80。
為實行待由系統之CAD功能性進行機械加工或經由CMM產生的部件之幾何產生，顯示器70顯現藉由計算系統44產生的GUI。圖14為藉由(例如)C4應用程式74產生且藉由顯示器70顯現的GUI之一項實施例。如圖14中所示，可採用多個介面區或「視窗」。舉例而言，在圖14中所示之實施例中，左上方視窗展示呈CAD操作之形式的第一介面區1410。此介面區1410包括用於在CAD介面、CNC介面與可選CMM介面(圖中未示)之間變化或切換的欄標1430、1432等等。替代地，CMM介面可實施於CAD介面抑或CNC介面或該等兩者之選單內。在另外其他實施例中，CMM介面實施於與介面區1922相關聯之單獨視窗中(參見圖19)。
介面區1410進一步包括控制1440，諸如下拉選單、值輸入、核取方塊及用於鍵入資訊及資料的其他輸入構件。左下方視窗展示呈工具介面之形式的第二介面區1414。此介面區1414包括用於在工具台、夾治具台及進料與速度之間改變的欄標1450、1452、1456等。介面區1414進一步包括控制件，諸如值輸入、按鈕及用於鍵入資訊及資料之其他輸入構件等等。介面1414中之一些控制亦可用以與CNC裝置介接。舉例而言，工具台可控制機器之工具更換器(若裝備有)(參見例如圖14中之負載ATC按鈕)。當然，在一些實施例中，工具之清單對應於被載入工具台28抑或ATC 76中之實際工具。圖14之所產生GUI進一步包括用於與2D或3D CAD部件互動的第三介面區1426，作為具有諸如下拉選單等等之數個控制的主要中心視窗。應瞭解，C4應用程式經組態以允許操作者將視窗拖動且降至顯示器上的任何位置，以便允許操作者根據特定偏好改變GUI之佈局。
在另一方面，若判定機器部件之實體拷貝不可用，則常式600繼續至區塊612，其中機床技術員經由來自HMI之輸入在系統30內產生CAD部件檔案。在彼方面，可藉由製造商之CAD技術員使用系統30之CAD功能性產生數位部件檔案，以根據各種幾何參數產生安裝板之2D平坦剖面或3D實體模型。在一個實施例中，系統30經組態以追蹤且顯示CAD部件檔案之產生程序，作為可編輯指令碼中之操作清單1460，如介面區1410之視窗中所示。此允許技術員藉由僅改變指令碼中之數值來改變許多設計細節。此亦允許創建者記得其用以產生設計的程序及序列。操作之序列可顯示於藉由系統30之GUI顯現的「視窗」中，諸如在第一介面區1410中指示為1460。
在任一狀況下，一旦表示機器部件之幾何形狀的數位資料駐留於系統30中，該數位資料便可在顯示器70上查看(諸如在視窗1426中)且藉由HMI操縱。圖15為可在顯示器70上查看且可借助於GUI在應用程式74內操縱的數位模型之一個實例。CAD技術員或其類似者接著可經由與圖形使用者介面之互動(諸如介面區1410及1426)而以互動方式修改數位部件檔案，以便更改機器部件之幾何形狀的一或多個屬性。舉例而言，可改變板厚度、安裝孔之尺寸標定、安裝孔之間隔、總體形狀等等。
在區塊614處的可選錯誤檢查之後，常式在區塊616處結束。
在獲得CAD部件檔案之後返回至常式500，工作流程序500繼續機床設置。機器設置可採取許多形式，此取決於機床之類型及將產生的機器部件之細節，如參看圖7在下文將更詳細地描述。
圖7為借助於系統30實施之設置常式700的一項實施例。常式700在區塊702處起始，且繼續區塊704。在區塊704處，識別適合於產生機器部件的工具。接下來，在區塊706處，設定每一所選擇工具26a-n的參數(諸如工具長度)(參見圖17)，且將工具載入至工具台28中(參見圖16)。應瞭解，在一些實施例中，機床之工具更換器部分可載入有多種大小經設定的工具、鑽機、攻絲工具等等(例如，工具26)，以便產生機器部件。在一項實施例中，機床20裝備有將來自工具台之工具與藉由主軸固持之工具自動地交換的自動工具更換器(ATC) 76 (參見圖3及圖4)，或具有載入有使用者所選擇之一組工具的整合式工具匣。每一所載入工具及其特性(例如，類型、大小、進料速率等等)儲存於藉由CAM程序存取的C4記憶體中，下文詳細地描述。
在區塊710處，諸如鋼板或鋁坯的原料儲備(例如，工件26)被安裝至機床20之夾治具(諸如夾緊夾治具90)，且相對於機器及/或CAD源之正交座標放置(參見圖18)。設置程序在區塊712處結束。
在設置程序完成之後，工作流程序500繼續CAM程序。如參看圖8在下文將更詳細地描述，CAM程序需要沿CAD部件檔案產生工具路徑，該CAD部件檔案將導致系統30之CNC產生機器部件。
圖8為用於實行CAM程序之功能性的藉由系統30實施之常式800的一項實施例。常式800在區塊802處起始且繼續區塊804。在區塊804處，判定第一工具路徑。舉例而言，CAD部件檔案以圖形方式在圖15中說明經攻絲之孔的數目(展示為10)。為產生用於將每一孔鑽孔且攻絲的工具路徑，自經由GUI之合適欄標或選單可存取的工具路徑清單選擇「鑽孔與攻絲」指令。舉例而言，可自經由欄標(一般為介面區1922之設計工具箱1970)可存取的工具路徑清單選擇「鑽孔與攻絲」指令。在選擇此指令之後，在區塊806處，機床技術員(諸如經由介面區1926)選擇將切割之每一孔，且經由介面區1914設定適當的切割工具及切割參數(諸如深度)(圖19中所示)。
為實行工具路徑之產生，顯示器70顯現藉由計算系統44產生之GUI。圖19為藉由(例如)C4應用程式74產生且藉由顯示器70顯現的GUI之一項實施例。如圖19中所示，可採用多個介面區或「視窗」。舉例而言，在圖19中所示之實施例中，左上方視窗展示呈CAD操作之形式的第一介面區1910。此介面區1910包括用於在CAD介面、CNC介面與可選CMM介面(圖中未示)之間變化或切換的欄標1930、1492等等。介面區1910進一步包括控制件，諸如下拉選單、值輸入、核取方塊及用於鍵入CAD資訊及諸如擠塑量、半徑、偏移量之資料的其他輸入構件等等。
左下方視窗展示呈工具介面之形式的第二介面區1914。此介面區1914包括用於在工具台、夾治具台及進料與速度之間改變的欄標1950、1952、1956等。介面區1914進一步包括控制件，諸如值輸入、按鈕及用於鍵入資訊及資料之其他輸入構件等等。介面1914中之一些控制亦可用以與CNC裝置介接。當然，在一些實施例中，闡述於工具台欄標中且保存於C4記憶體中的工具之清單對應於被載入工具台28抑或ATC 76中之實際工具。
右上方視窗展示呈CAM操作之形式的第三介面區1918。此介面區1918包括用於在CAM操作與G碼編輯器之間改變的欄標1960、1962(例如，此供用於自習知CAM系統導入G碼時)。介面區1918進一步包括控制件，諸如下拉選單、值輸入、核取方塊及用於鍵入CAM及工具路徑資訊及諸如所用工具、深度、進料速率等等之資料的其他輸入構件。
右下方視窗展示第四介面區1922。此介面區1922包括用於在以下項之間改變或切換的欄標：工具箱欄標1970、列出(例如)藉由介面區1918產生之工具路徑的工具路徑清單欄標1972、自上文工具路徑清單選擇之工具路徑的性質欄標1974，及互動式欄標1976(在所選擇工具路徑與機器之CMM部分之間互動的方式)。介面區1922進一步包括控制件，諸如下拉選單、值輸入、核取方塊及用於鍵入資訊及資料的其他輸入構件。應瞭解，C4應用程式經組態以允許操作者將視窗拖動且降至顯示器上的任何位置，以便允許操作者根據特定偏好改變GUI之佈局。
若未規定，則將基於內部進料與速度計算器指派預設轉速及z軸進料速率，該內部進料與速度計算器輸入來自工具台28之工具26及工件材料類型，且輸出工具路徑進料速率及主軸轉速。在一些實施例中，技術員可修改此等預設設定，以便諸如經由進料與速度欄標1954調整每一切割工具之進料與速度。因此，可見元件之工具路徑1980顯現至所顯示的CAD設計上。除顯現至顯示器上的孔工具路徑之外，系統30產生諸如CNC機械加工指令之機械加工指令，作為表示用於對機器部件機械加工之工具路徑及相關聯切割參數的電腦代碼。應理解，在一些實施例中，系統30不使用G碼或其類似者，而使用可易於由系統30在CNC程序期間執行的系統30原有之電腦指令。在其他實施例中，系統可導入G碼、編輯G碼，將G碼轉換成原有系統語言，或其類似者。
常式800前進至決定區塊808，其中檢查工具路徑1980用於發現問題。可藉由系統30運行模擬工具沿工具路徑之移動的可選模擬。若經由可選模擬抑或以其他方式識別出問題，則在區塊812處，機床技術員經由HMI校正工具路徑。此亦可涉及修改CAD檔案，其可藉由機床技術員在系統30順暢地進行。舉例而言，技術員可使用第一介面區1910 (及CAD介面欄標1932)來編輯CAD檔案之CAD資訊。當然，CAD資訊的任何變化在顯示於介面區1918中的CAM介面欄標1960中自動地更新CAM資訊中的對應資訊。
在另一方面，若如以圖形方式展示於顯示器上的工具路徑1980適合於進行所要切割或程序，則常式800可繼續決定區塊810，其中關於是否需要另一工具路徑用於機器部件之製造而進行判定。若答案為否，則常式800結束。
在另一方面，若答案為是，則常式800返回至區塊804，且重複上文關於區塊804-812所描述之步驟。舉例而言，在安裝板實例中，除經鑽孔且攻絲之安裝孔之外，安裝板包括需要進行銑削之數個(4)燃燒室開口，如圖19中所示。就此而言，為產生用於銑削該等數個腔室開口的工具路徑，例如，經由GUI使用工具箱欄標1970選擇「口袋(Pocket)」指令。在選擇此指令之後，機床技術員自顯示於視窗1926中的CAD部件選擇將切割的四個開口，且將工具設定為½"端銑刀(endmill)。又，可見元件之工具路徑1982a至1982d被顯現至展示於GUI之視窗中的所顯示CAD設計上。除顯現至顯示器上的工具路徑之外，系統30產生諸如CNC機械加工指令之機械加工指令，作為表示用於對機器部件機械加工之工具路徑及相關聯切割參數的電腦代碼。在已產生所有工具路徑之後，常式800在區塊814處結束。
在已於CAM程序期間產生所有工具路徑之後，圖5之常式500前進至工作流之CNC製造階段。如在下文參考圖9將更詳細地解釋，系統30之CNC製造功能性實行在用於產生機器部件之CAM程序期間產生的機器指令。
圖9為用於實行CNC功能性的藉由系統30實施之常式900的一項實施例。常式900在區塊902處起始，且繼續區塊904。在區塊904處，選擇藉由CAM程序產生之工具路徑中之一者。替代地，操作者亦可在使用具有ATC之機床時選擇多個工具路徑。在此等實施例中，機床會自動地更換工具，且連續地運行所有所選擇之工具路徑。接下來，在決定區塊906作出關於工件(例如，諸如鋼片之原料)是否被緊固於夾治具中且其位置是否相對於系統30之正交座標對準(register)的決定。若答案為否，則在區塊908處，機床技術員緊固該工件，且在系統30中設定工件之參考位置，如圖18中所示。另一方面，若答案為是，則常式900前進至區塊910，在該區塊處，機床在HMI之循環起始輸入啟動後便開始根據所選擇工具路徑對工件進行機械加工(參見圖23，CNC介面欄標1932)。
應瞭解，在循環起始輸入啟動之前，可藉由機床操作者進行一次或數次安全檢查。舉例而言，操作者可將工具依序載入至主軸中，且將工具移動至安裝板之第一孔將進行切割的大致位置。隨後在顯示器上驗證工具之位置，以確認工具接近於鑽孔位置而定位。
為了實行工件之機械加工，顯示器70顯現藉由計算系統44產生之GUI。圖23為藉由(例如)C4應用程式74產生且藉由顯示器70顯現的GUI之一項實施例。如圖23中所示，可採用多個介面區或「視窗」。舉例而言，在圖23中所示之實施例中，左上方視窗展示呈CNC介面之形式的第一介面區1910。應瞭解，在一個實施例中，第一介面區1910可藉由操作者可選擇欄標1930、1932在CAD介面與CNC介面之間切換。又所顯示為呈視窗形式之中心或主要介面區，其描繪3D CAD部件與橫穿所選擇工具路徑之工具。在一些實施例中，自顯示於介面區1918中的清單1966(或視需要在視窗1922之工具路徑欄標1974之清單下)選擇諸如工具路徑1980及/或工具路徑1982之工具路徑，選擇CNC介面欄標1932，且按壓或選擇「起始」或「循環起始」按鈕以便啟動用於根據所選擇工具路徑使用機床20對工件24進行機械加工的CNC機械加工指令。
在對應於第一工具路徑1980之機械加工完成之後，常式900前進至決定區塊912。圖21為工件之一項實例在第一工具路徑之機械加工之後的透視圖。在所展示之實施例中，在工件24中鑽孔且攻絲出十個孔210。在決定區塊912，技術員判定第一工具路徑之機械加工是否存在任何問題。若答案為是，則常式900前進至區塊914，且技術員校正工具路徑。此可包括(例如)經由系統30之HMI 40及通用GUI修改具有系統30之CAM功能性及/或CAD功能性的工具路徑。在一些實施例中，任何變化與其他系統程序自動同步。舉例而言，CAM資料之變化自動地更新對應CAD資料，且反之亦然。若答案為否，則常式900前進至決定區塊916。
在區塊916處，若需要另一切割操作，則可藉由機床20經由循環起始輸入之啟動選擇且實行諸如工具路徑1982之下一工具路徑。
在實行所有機器指令之後，應瞭解，可隨後修整掉過量材料及/或可進行輪廓修整。替代地，可使用人工修整操作。亦可視需要執行其他後處理。在任何情況下，保留經完全機械加工之安裝部件，諸如安裝板。圖22為藉由工作流程序500借助於本文中所描述之技術及方法形成的安裝板之一項實例的透視圖。
近年來，合作之概念已在使用連接有網際網路之電子裝置的幾乎每一行業中達成主流接受。CAD系統並非例外。許多CAD系統連接至中心伺服器，且CAD程式在多個使用者之間即時地共用。此等使用者不限於一個實體位置，實情為可為全球任何位置，且在相同CAD程式上合作。
應瞭解，CAM系統亦可整合於相同合作CAD系統中。此同樣允許CAM工具路徑上的合作，且在CAD設計予以執行時減小CAM變化。
在使用本發明之整合式工作站之實施例的情況下，可減少或消除仍存在於CAD與CAM系統之間及CAM與CNC系統之間的任何阻礙。在習知工作流中，若CAM操作者改變其工具路徑策略，則此改變必須人工地再生且發送至CNC以供操作。藉由將此CNC引入此相同合作系統，CAD/CAM之變化將在無任何人類努力的情況下自動地更新機器。
C4系統——基於PC之CAD/CAM/CNC系統——為現今可與合作工具整合之唯一平台。C4系統可經由任何合適的通信鏈路連接至中心伺服器。此亦允許整個CNC得益於合作系統，而先前技術基於非PC之系統無法適應此相同合作位準。
在一些實施例中，C4系統或工作站可連接至網際網路。在此等實施例中，該領域中之任何C4系統可經組態以針對儲存於本地或分佈式儲存器解決方案而不斷地報告操作條件及任何錯誤，諸如基於雲端之伺服器。基於C4工作站之PC本質，可經由諸如skype及logmein之網際網路通信工具實行訓練及支撐。可藉由基於網際網路之服務(諸如DMerp.com)產生支援票證，且在所涉及的任何支援人當中共用。訓練視訊始終經由GUI之選單可存取，以供顯示於顯示器70之視窗中，且部件檔案可易於共用。雲端儲存器允許其他使用者在其他C4工作站或其他桌上型PC或膝上型PC上存取且使用此等檔案。
基於PC之C4工作站亦允許即時地在C4程式設計與編輯程序之任何部分上合作的能力。舉例而言，一或多個額外使用者可遠端地存取C4機器之PC，且與位於機器前的操作者同步地運行C4機器上的軟體。每一合作者具有其自身HMI，諸如滑鼠及鍵盤及觸控式螢幕。每一合作者可在相同部件上在相同時間執行獨立的部件程式設計功能。合作者可觀看其他合作者之動作，且可藉由(例如)skype同步傳達，以便避免彼此的干涉或衝突。合作可用於訓練、支撐、共用想法、加速項目等等。
C4系統亦可使用人工智慧來改良機器之能力及可靠性。C4系統亦可經程式化以使用區塊鏈原理(blockchain principle)保護任何資料。舉例而言，可永久地記錄程式設計、生產、錯誤等等之記錄。預見使用C4系統進行的人工智慧及區塊鏈之其他用途。
在上文所描述之實施例中，單一處理器被用於個人電腦類型設定中，以實行系統30之計算。應瞭解，在另一實施例中，系統可將單獨CPU用於CNC運動控制，但允許整個使用者介面在端對端視窗使用者介面下實施，其顯現於顯示器70上。
本文所描述之一或多個實施例的結果可為整合式端對端設計與製造工作站系統及機床。工作站可包括(例如)大螢幕4K監視器或多個監視器，以提供大螢幕面積，以供獲得較佳使用者介面效率。各種人體工學實施係可能的，其包括具有坐式(sit)或立式(stand)監視器及桌上型電腦的車間設計製造工作站。
在一些實施例中，系統可由低成本常用消費水平的現成PC母板構成，該PC母板在32或64位元視窗OS上運行定製寫入視窗標準使用者介面桌上型應用程式。HMI軟體與機床電子硬體之間的通信可借助於插入至PC母板中的經定製設計之高速低潛時PCIe卡。PC可連接有網際網路，以允許遠端支援、網際網路搜尋、雲端儲存等等。視窗OS提供廣泛知曉且使用之環境，從而以短學習曲線實現強大的易於使用之系統。對於諸如在ARM CPU硬體上運行之安卓OS的其他常用系統，可易於達成類似結果。其他高速低潛時I/O可易於實施，諸如USB型C。
雖然已參看圖3描述一個表示計算環境，但系統之其他實施例可採用一或多個組件，其包含具有視需要可操作以供與經組態以轉送使用者輸出及/或輸入之一或多個輸入/輸出組件通信的一或多個模組的電路系統。在一實施例中，模組包括電氣、電機械、實施有軟體、實施有韌體或其他控制裝置的一或多個情況。此等裝置包括以下一或多個情況：記憶體；計算裝置；天線；電力或其他供應器；邏輯模組或其他發信模組；感測器、量規或其他此等主動或被動偵測組件；等等。
在一實施例中，系統30包括具有可操作地耦接至彼此(例如，以通信方式、以電磁方式、以磁性方式、以超音波方式、以光學方式、以電感方式、以電方式、以電容耦接方式或其類似者)之一或多個組件的電路系統。
本文中揭示之某些實施例利用電路系統，以便操作機床20、可操作地耦接兩個或兩個以上組件、產生資訊、判定操作條件、控制一設備或方法及/或其類似者。可使用任何類型之電路系統。在一實施例中，除其他之外，電路系統包括一或多個計算裝置，諸如處理器(例如，微處理器)、具有整合式圖形處理單元(GPU)之多核心中央處理單元(CPU)、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)、可程式化邏輯控制器(PLC)或其類似者，或其任何組合，且可包括離散數位或類比電路元件或電子器件，或其組合。在一實施例中，電路系統包括具有複數個預定義邏輯組件之一或多個ASIC。在一實施例中，電路系統包括具有複數個可程式化邏輯組件之一或多個FPGA。
在一實施例中，電路系統包括硬體電路實施(例如，類比電路系統中之實施、數位電路系統中之實施及其類似者，及其組合)。在一實施例中，電路系統包括一起作用以使得裝置執行本文中所描述之一或多種方法或技術的具有儲存於一或多個電腦可讀記憶體上之軟體或韌體指令的電路及電腦程式產品之組合。在一實施例中，電路系統包括需要軟體、韌體及其類似者以供操作的電路，諸如微處理器或微處理器之部分。在一實施例中，電路系統包括包含一或多個處理器或其部分及隨附軟體、韌體、硬體及其類似者的實施。在一實施例中，電路系統包括基頻積體電路或應用程式處理器積體電路或伺服器、蜂巢式網路裝置、其他網路裝置或其他計算裝置中之類似積體電路。在一實施例中，電路系統包括一或多個位於遠端的組件。在一實施例中，位於遠端的組件經由無線通信可操作地耦接。在一實施例中，位於遠端的組件經由一或多個接收器、傳輸器、收發器或其類似者可操作地耦接。
在一實施例中，電路系統包括(例如)儲存指令或資料之一或多個記憶體裝置。一或多個記憶體裝置之非限制性實例包括揮發性記憶體(例如，隨機存取記憶體(RAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)或其類似者)、非揮發性記憶體(例如，唯讀記憶體(ROM)、電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、緊密光碟唯讀記憶體(CD-ROM)或其類似者)、持續記憶體或其類似者。一或多個記憶體裝置之其他非限制性實例包括可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、快閃記憶體或其類似者。一或多個記憶體裝置可藉由一或多個指令、資料或功率匯流排耦接至(例如)一或多個計算裝置。在一些實施例中，圖形使用者介面(GUI)儲存於一或多個記憶體裝置上且由處理器或其類似者執行。
在一實施例中，機床20之電路系統包括一或多個電腦可讀媒體驅動器、介面插口、通用串列匯流排(USB)埠、記憶卡槽或其類似者，及諸如圖形使用者介面、顯示器、鍵盤、小鍵盤、軌跡球、操縱桿、觸控式螢幕、滑鼠、開關、撥號盤或其類似者之一或多個輸入/輸出組件，及任何其他周邊裝置。在一實施例中，電路系統包括可操作地耦接至至少一個計算裝置之一或多個使用者輸入/輸出組件，以控制(電氣、電機械、實施有軟體、實施有韌體或其他控制或其組合)與機床20相關聯之至少一個參數。
在一實施例中，客戶端裝置或電器20之電路系統包括經組態以接納信號攜載媒體之電腦可讀媒體驅動器或記憶體槽(例如，電腦可讀記憶體媒體、電腦可讀記錄媒體或其類似者)。在一實施例中，用於使得系統執行所揭示方法中之任一者的程式可儲存於(例如)電腦可讀記錄媒體(CRMM)、信號攜載媒體或其類似者上。信號攜載媒體之非限制性實例包括可記錄類型媒體，諸如任何形式之快閃記憶體、磁帶、軟碟、硬碟驅動機、緊密光碟(CD)、數位視訊磁碟(DVD)、藍光光碟、數位磁帶、電腦記憶體或其類似者，以及傳輸類型媒體，諸如數位及/或類比通信媒體(例如，光纖電纜、波導、有線通信鏈路、無線通信鏈路(例如，傳輸器、接收器、收發器、傳輸邏輯、接收邏輯等等)。信號攜載媒體之其他非限制性實例包括(但不限於)DVD-ROM、DVD-RAM、DVD+RW、DVD-RW、DVD-R、DVD+R、CD-ROM、超音訊CD、CD-R、CD+R、CD+RW、CD-RW、視訊緊密光碟、超視訊碟、快閃記憶體、磁帶、磁性光碟、MINIDISC、非揮發性記憶體卡、EEPROM、光碟、光學儲存器、RAM、ROM、系統記憶體、網頁伺服器，或其類似者。
本文中所描述之系統及裝置的許多替代物係可能的。舉例而言，單獨模組或子系統可被分成額外模組或子系統，或組合為較少模組或子系統。作為另一實例，可省略模組或子系統，或用其他模組或子系統進行補充。作為另一實例，指示為由特定裝置、模組或子系統執行的功能可實際上由一或多個其他裝置、模組或子系統執行。儘管本發明中的一些實例包括對在特定配置中包含特定硬體組件之裝置的描述，但本文中所描述之技術及工具可經修改以適應不同硬體組件、組合或配置。此外，儘管本發明中的一些實例包括對特定使用情境之描述，但本文中所描述之技術及工具可經修改以適應不同使用情境。描述為以軟體實施之功能性可實際上以硬體實施，或反之亦然。
本文中描述之技術的許多替代物係可能的。舉例而言，各種技術中之處理階段可被分成額外階段或組合為較少階段。作為另一實例，可省略各種技術中之處理階段，或用其他技術或處理階段進行補充。作為另一實例，描述為以特定次序出現的處理階段可實際上以不同次序出現。作為另一實例，描述為在一系列步驟中執行的處理階段可實際上以平行方式處置，其中多個模組或軟體程序同時處置所說明處理階段之一或多者。作為另一實例，指示為由特定裝置或模組執行的處理階段可實際上由一或多個其他裝置或模組執行。
本文中所描述之使用者介面的許多替代物係可能的。實際上，本文中所描述之使用者介面可實施為單獨使用者介面，或實施為相同使用者介面之不同狀態，且該等不同狀態可回應於不同事件(例如，使用者輸入事件)而呈現。使用者介面中所示之元件可在各種可能實施中進行修改、補充，或與其他元件替換。
應注意，出於本發明之目的，諸如「較高」、「較低」、「垂直」、「水平」、「朝內」、「朝外」、「內部」、「外部」、「前部」、「後部」等等的術語應被解釋為描述性的，且不限於所主張之標的物的範疇。本文所使用之「包括」、「包含」或「具有」及其變化意欲涵蓋其後列出之項目及其等效物以及額外項目。除非以其他方式受限，否則本文中的術語「連接」、「耦接」及「安裝」及其變化廣泛使用，且涵蓋直接及間接的連接、耦接及安裝。術語「約」意謂著所陳述之值加或減5%。
已經在前述描述中描述本發明之原理、代表性實施例及操作模式。然而，意欲受保護之本發明之態樣並不解釋為限於所揭示之特定實施例。另外，本文中所描述之實施例被視為說明性的而非限制性的。應瞭解，可在不脫離本發明之精神的情況下由其他人進行變化及改變，以及採用等效物。因此，明確地意欲所有此類變化、改變及等效物均處於本發明之精神及範疇內，如所主張。
20‧‧‧機床
24‧‧‧工件
26‧‧‧工具
26a至26n‧‧‧工具
28‧‧‧工具台
30‧‧‧系統
32‧‧‧CAD
34‧‧‧CMM
36‧‧‧CAM
38‧‧‧CNC
40‧‧‧人機介面(HMI)
44‧‧‧計算裝置
48‧‧‧處理器
52‧‧‧I/O介面
56‧‧‧記憶體
58‧‧‧通信電路系統
64‧‧‧作業系統
70‧‧‧顯示器
72‧‧‧掃描探針
74‧‧‧C4應用程式
76‧‧‧自動工具更換器(ATC)
78‧‧‧C4資料
80A-80N‧‧‧伺服器
82‧‧‧外部電力電路
86‧‧‧馬達
88‧‧‧感測器
90‧‧‧夾緊夾治具
92‧‧‧台
94‧‧‧托架
96‧‧‧Y導軌
100‧‧‧機台
104‧‧‧X導軌
106‧‧‧機器柱
110‧‧‧機械加工頭
114‧‧‧Z導軌
120‧‧‧工具支撐工作主軸
200‧‧‧汽缸頭
210‧‧‧孔
500‧‧‧工作流程序
600‧‧‧常式
602至616‧‧‧區塊
700‧‧‧常式
702至712‧‧‧區塊
800‧‧‧常式
802至814‧‧‧區塊
900‧‧‧常式
902至918‧‧‧區塊
1410‧‧‧第一介面區
1414‧‧‧第二介面區
1426‧‧‧第三介面區
1430‧‧‧欄標
1432‧‧‧欄標
1440‧‧‧控制
1450‧‧‧欄標
1452‧‧‧欄標
1456‧‧‧欄標
1460‧‧‧操作清單
1910‧‧‧第一介面區
1914‧‧‧第二介面區
1918‧‧‧第三介面區
1922‧‧‧視窗
1926‧‧‧介面區/視窗
1930‧‧‧欄標
1932‧‧‧CNC介面欄標
1950‧‧‧欄標
1952‧‧‧欄標
1954‧‧‧進料與速度欄標
1960‧‧‧欄標
1962‧‧‧欄標
1966‧‧‧清單
1970‧‧‧工具箱欄標
1972‧‧‧工具路徑清單欄標
1974‧‧‧工具路徑欄標/性質欄標
1976‧‧‧互動式欄標
1980‧‧‧工具路徑
1982a至1982d‧‧‧工具路徑
所揭示之技術之前述態樣及許多伴隨優勢將變得更加易於瞭解，此係由於當結合附圖時，參看以下詳細描述，該等態樣及優勢變得更好理解，其中： 圖1為用於使用機床產生機器部件之習知工作流過程； 圖2為根據本發明之一態樣的合併C4系統之實施例的機床之一個表示之側視圖示意性表示； 圖3為根據本發明之一態樣的C4系統之一項代表性實施例的方塊圖； 圖4為圖2之機床之一項實施例的方塊圖表示； 圖5為根據本發明之一實施例的用於產生機器部件之整合式工作流過程； 圖6為用於在圖5之工作流過程的CAD設計階段期間獲得CAD部件檔案之常式的一項實施例； 圖7為用於在圖5之工作流過程的機器設置階段期間設置機床之常式的一項實施例； 圖8為用於在圖5之工作流過程的CAM階段期間產生工具路徑之常式的一項實施例； 圖9為用於在圖5之工作流過程的CNC階段期間產生機器部件之常式的一項實施例； 圖10為諸如鋼板之一種類型的原始儲備材料的圖像表示； 圖11為在用於獲得CAD量測資料之CMM中使用的諸如汽缸頭之一種類型的協作機器部件的圖像表示； 圖12為緊固至夾緊夾治具(fixture)之一項實施例的協作機器部件的圖像表示，其展示在CMM期間掃描協作部件之部分的觸摸或量測探針； 圖13為緊固至夾緊夾治具之一項實施例的協作機器部件的圖像表示，其展示在CMM期間掃描協作部件之部分的觸摸或量測探針； 圖14為在CAD程序期間藉由本發明之系統顯現的圖形使用者介面(GUI)之一項代表性實施例的示意性顯現，該GUI在CMM期間顯現藉由量測探針獲得的量測之幾何表示； 圖15為經擠製成待進行機械加工之機器部件的3D模型的圖14之圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現，該GUI經由藉由HMI之輸入允許該3D模型之操縱及修改； 圖16為載入有待用於對一機器部件機械加工之數個工具的工具台之圖像表示； 圖17為在藉由機床使用時獲得工具設定之圖像表示； 圖18為緊固至機床之夾緊夾治具的原始儲備材料或工件之圖像表示； 圖19為在CAM程序期間顯現的圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現，該GUI顯示一個視窗中之工具路徑屬性、CAD操作之清單、單獨視窗中之可能的工具路徑函數之清單、另一視窗中的進料與速度之清單，及顯現於中心視窗中且顯示第一所產生工具路徑的3D CAD部件； 圖20為在CAM程序期間顯現的圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現，該GUI顯示在中心視窗中顯現之3D CAD部件，且顯示用於待進行機械加工之部件之不同部分(諸如中心形狀)第二所產生工具路徑； 圖21為在第一工具路徑已由機床之CNC執行之後的工件之圖像表示； 圖22為在所有工具路徑已由機床之CNC執行之後的機器部件之圖像表示； 圖23為在CNC程序期間顯現的圖形使用者介面(GUI)之示意性顯現，該GUI顯示在中心視窗中顯現之3D CAD部件，且顯示在所顯現3D CAD部件上進行機械加工的工具路徑；及 圖24為表示整合機床與圖3之C4系統的工作站之一項實施例的示意圖。

Claims (31)

  1. 一種用於在一整合式工作站上經由一或多個機械加工操作使用一或多個工具對一工件進行機械加工的電腦實施方法，該電腦實施方法包含： 獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案； 在不使用G碼的情況下自該CAD檔案產生電腦輔助製造(CAM)指令； 根據該等所產生的CAM指令對該工件進行機械加工。
  2. 如請求項1之電腦實施方法，其中該獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括基於操作者輸入在一電腦上產生該電腦輔助設計(CAD)檔案。
  3. 如請求項2之電腦實施方法，其中產生該CAD檔案包括實行一CAD操作序列，其中該CAD操作序列顯現於該GUI中作為包括可編輯參數之一清單。
  4. 如請求項3之電腦實施方法，其中該等可編輯參數包括座標位置、尺寸及材料類型中之一者。
  5. 如請求項1之電腦實施方法，其中該獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括經由一座標量測機械加工(CMM)程序在該電腦上產生該電腦輔助設計(CAD)檔案。
  6. 如請求項1之電腦實施方法，其中該獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括自儲存於記憶體中之一部件程式庫提取該電腦輔助設計(CAD)檔案。
  7. 如請求項1之電腦實施方法，其進一步包括檢查自該CAD檔案產生之該等電腦輔助製造(CAM)指令及改變該CAD檔案之一或多個參數。
  8. 如請求項7之電腦實施方法，其中該一或多個參數包括選自一長度、一寬度、一高度、一直徑及一半徑的一度量。
  9. 如請求項1之電腦實施方法，其中該產生CAM指令包括 使用使用者輸入之參數產生一第一工具路徑；及 使用使用者輸入之參數產生一第二工具路徑。
  10. 如請求項9之電腦實施方法，其進一步包含 改變該第一工具路徑或第二工具路徑之該等使用者輸入之參數中的至少一個參數，其中對該至少一個參數的一改變自動地改變該CAD檔案之一對應參數。
  11. 如請求項9之電腦實施方法，其中該根據該等所產生的CAM指令對該工件進行機械加工包括經由使用者輸入選擇該等第一工具路徑及第二工具路徑中之至少一者及啟動CNC起始指令。
  12. 如請求項1之電腦實施方法，其進一步包含 儲存表示載入至一工具台中之一或多個工具的資訊；及 在產生該等CAM指令時存取表示一或多個工具之該資訊。
  13. 如請求項1之電腦實施方法，其進一步包含 顯現具有數個介面區之一圖形使用者介面，每一介面區具有一或多個控制元件，其中該數個介面區中之一第一介面區包括提供電腦輔助製造(CAM)控制項之一或多個控制元件，且一第二介面區包括提供電腦輔助設計(CAD)控制項之一或多個控制元件。
  14. 如請求項13之電腦實施方法，其進一步包含 在該第二介面區處於該電腦輔助設計(CAD)控制項與一電腦數值控制(CNC)控制項之間切換。
  15. 如請求項13或請求項14之電腦實施方法，其中該獲得指示待機械加工之一實體部件的一電腦輔助設計(CAD)檔案包括與該第二圖形使用者介面區互動；其中該自該CAD檔案產生電腦輔助製造(CAM)指令包括與該第一圖形使用者介面區互動，且其中該根據該等所產生的CAM指令對該工件進行機械加工包括與一第三圖形使用者介面區之一電腦數值控制(CNC)控制項或第二圖形使用者介面區之該電腦數值控制(CNC)控制項互動。
  16. 如請求項1至請求項15之電腦實施方法，其中該整合式工作站包括：一機床，該機床包含用於支撐該工件之一台、至少一個主軸、經組態以相對於該台移動該主軸的一或多個伺服馬達、一組工具；及經程式化以實行該電腦實施方法之一電腦。
  17. 一種用於對一工件進行機械加工之電腦控制設備，該設備包含： 一基座； 一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件； 一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料； 一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具； 一或多個驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該一或多個驅動器包括一或多個電動馬達； 一計算裝置，其藉由該基座支撐或經定位鄰近該基座，該計算裝置包含一處理器及儲存於記憶體中之電腦程式產品，該電腦程式產品在由該處理器實施時使得該計算裝置執行請求項1至請求項16之方法。
  18. 一種於其上儲存有電腦可執行指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等電腦可執行指令回應於藉由一計算裝置之一或多個處理器執行使得該計算裝置執行請求項1至請求項16之方法。
  19. 一種用於對一工件進行機械加工之電腦控制設備，該設備包含： 一基座； 一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件； 一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料； 一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具； 一或多個驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該一或多個驅動器包括一或多個電動伺服馬達； 一計算裝置，其藉由該基座支撐，該計算裝置包含一處理器、一顯示器及儲存於記憶體中之電腦程式產品，該電腦程式產品在藉由該處理器實施時使得該顯示器顯現一圖形使用者介面，該圖形使用者介面包含： 一第一介面區，其具有提供電腦輔助製造(CAM)控制項之一或多個控制元件；及 一第二介面區，其具有可在電腦輔助設計(CAD)控制項與電腦數值控制(CNC)控制項之間切換的一或多個控制元件。
  20. 一種於其上儲存有指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在經執行時使得一計算裝置執行以下操作： 顯示至少一第一介面區、一第二介面區及一第三介面區，其中該等第一介面區、第二介面區及第三介面區中之每一者包括使用者操縱之控制項； 自該等介面區中之一者接收產生對應於藉由該計算裝置顯現之一CAD部件的CAM指令的一請求，該請求使得一CAM指令集合得以產生；及 自該等介面區中之一者接收經由該CAM指令集合之執行開始製造一機器部件的一請求。
  21. 如請求項20之非暫時性電腦可讀媒體，其上進一步儲存有指令，該等指令在經執行時使得一計算裝置執行以下操作： 基於表示一操作序列之複數個使用者輸入產生一電腦輔助設計(CAD)部件；及 在該等介面區中之一者中顯示指示藉由該使用者輸入之該操作序列的一清單。
  22. 如請求項21之非暫時性電腦可讀媒體，其上進一步儲存有指令，該等指令在經執行時使得一計算裝置執行以下操作： 經由該等使用者可操縱控制項中之一者接收編輯藉由指示該操作序列之該清單顯示的資訊的一請求；及 回應於接收到編輯該資訊的該請求，自動地編輯對應於該經編輯資訊的與該等CAM指令相關聯之資訊。
  23. 如請求項20至請求項22之非暫時性電腦可讀媒體，其上進一步儲存有指令，該等指令在經執行時使得一計算裝置執行以下操作： 接收將一工具載入至一工具台中的一請求；及 回應於接收到該請求，自動地儲存表示該所載入工具的資訊於一工具台區中，該工具台區藉由該等介面區中的在產生該等CAM指令時可存取的一個介面區顯示。
  24. 一種用於對一工件進行機械加工之電腦控制設備，該設備包含： 一基座； 一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件； 一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料； 一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具； 一或多個線性驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該一或多個線性驅動器包括一或多個電動伺服馬達；及 一個人電腦，其與該基座相關聯，該個人電腦經程式化以執行請求項1至請求項16之方法。
  25. 一工作站，其包含： 一機床，其包含： 一台，其用於支撐一工件； 一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料； 至少一個工具匣，其經組態以固持該組工具； 一主軸，其經組態以攜載且旋轉來自該組工具之一工具； 一或多個伺服馬達，其經組態以相對於該台移動工具架；及 一個人電腦，其經程式化以經由使用者輸入一體式地實行用於自該工件製造一機器部件的電腦輔助設計、電腦輔助製造及控制數值控制項。
  26. 一種具有指令之電腦程式產品，該等指令在由一個人電腦執行時使得： 一機器部件之一二維或三維幾何表示被產生； 一或多個工具路徑被產生，該等工具路徑藉由用於產生一機器部件之該幾何表示之一特徵的電腦指令表示；及 控制一機床之一或多個工具的移動，從而在不轉換該等電腦指令的情況下根據該等所產生的工具路徑對一工件進行機械加工。
  27. 一種圖形使用者介面，其藉由一機床之至少一個計算裝置顯現，以顯示： 一第一介面區，其提供CAD控制項； 一第二介面區，其提供CAM控制項； 一第三介面區，其提供CNC控制項。
  28. 如請求項27之圖形使用者介面，其進一步包含： 一第四介面區，其提供CMM控制項。
  29. 一種圖形使用者介面，其藉由一機床之至少一個計算裝置顯現，以顯示： 一第一介面區，其提供CAM控制項； 一第二介面區，其可在CAD控制項與CNC控制項之間切換。
  30. 如請求項29之圖形使用者介面，其中該第二介面區經由使用者可選擇欄標在CAD控制項與CNC控制項之間切換。
  31. 一種電腦控制工作站，其用於對一工件進行機械加工以形成一機器部件，該工作站包含： 一基座； 一工件支架，其安裝於該基座上且經組態以支撐一工件； 一組工具，每一工具經組態以自該工件移除材料； 一主軸，其經組態以攜載且旋轉選自該組工具之一工具； 複數個驅動器，其經組態且配置以相對於該工件移動該主軸，該複數個驅動器包括一或多個伺服馬達； 一計算裝置，其藉由該基座支撐或經定位鄰近該基座，該計算裝置包含一處理器及電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體在藉由該處理器實施時使得該計算裝置進行以下操作： 經由使用者與顯示於一顯示器上之一第一圖形使用者介面區的互動，產生表示該機器部件之一CAD檔案； 經由使用者與顯示於該顯示器上之一第二圖形使用者介面區的互動，產生對應於該CAD檔案之一或多個工具路徑；及 經由使用者與顯示於該顯示器上之該第一圖形使用者介面區或一第三圖形使用者介面區的互動，根據該一或多個所產生的工具路徑移動該主軸。
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