TWI469849B - 工具機之加工法 - Google Patents

Description

工具機之加工法

本發明係有關於一種用於工具機之加工法，尤指用於對工件設定特例加工區域並使用特例加工條件所進行之加工法。

電腦數值控制(computer numerical control，CNC)工具機具有可程式化和精密加工等優點，使用者可根據工件所需的加工程序、路徑或精度撰寫CNC加工程式。CNC程式係以單節輸入指令的方式來設計工件的加工形狀，然而，當工件的形狀趨於複雜時，單節輸入CNC程式的方式勢必花費較多的時間。因此，業界通常利用電腦輔助設計/電腦輔助製造(CAD/CAM)軟體產生CNC加工程式，以供CNC工具機對工件進行加工。

第1A圖係顯示習知以CAD/CAM軟體產生CNC加工程式的流程圖。於步驟S11中，先以CAD軟體設計欲加工之工件形狀，再令CAM軟體根據此工件形狀產生CNC加工程式，接著於步驟S12中，令工具機根據CNC加工程式進行工件的加工，進至於步驟S13，使用者檢視、量測加工後的工件公差、精密度是否符合標準，並視其誤差的結果而回到步驟S12，以調整CNC加工之進給速度、主軸轉速等加工條件，或回到步驟S11，再藉由CAD/CAM軟體重新調整先前設計的加工形狀、精密度以及加工程序等，反覆上述的方法直到工件符合公差及精密度等設計要求為止。

如第1B圖所示，使用CAD/CAM軟體產生之CNC加工程式所加工之工件1，其加工條件為加工速率F1500(mm/min)，即每分鐘可切削1500mm，粗加工時間17分鐘56秒，精加工時間31分鐘5秒，合計49分鐘1秒，以該些加工條件加工後的工件1於其稜邊具有毛邊11。因此，可利用第1A圖的方法對工件1再加工，惟，CAD/CAM軟體價格昂貴，若加工廠為了能調整加工形狀或精度數值而購置CAD/CAM軟體並雇用操作人員，勢必增加成本。

在沒有CAD/CAM軟體的情況下，工程師須從上百、上千行之加工程式中尋找出需改變的加工條件程式碼以修正工件1的瑕疵，然而如此相當花費時間且容易出錯。另一方面，現今的工具機設有控制進給與主軸轉速的旋鈕，使用者可利用該旋鈕調整進給與主軸轉速以提高精度來消除工件1的毛邊，惟，此為全面性的影響，無法僅針對瑕疵處進行調整，造成精度最差的地方達到標準規格而其他地方超越標準規格的現象。

綜上所述，如何在不藉由CAD/CAM軟體並僅針對工件的瑕疵處進行精密加工修正，以節省修改加工條件的時間及成本，已成為目前業界亟待解決的課題。

鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明揭露一種工具機之加工法，用以加工一工件，該工具機的控制器提供一人機介面，並載有具預定加工條件之加工程式，以根據該加工程式之預定加工條件控制該工具機對該工件進行加工，同時監視該工具機的加工狀態，該加工法包括以下步驟：(1)透過該人機介面設定該工件之一個或多個特例加工區域，並分別設定該些特例加工區域的特例加工條件；(2)藉該控制器判斷該工具機對該工件的加工是否進行至該些特例加工區域的其中一者；(3)若該工具機對該工件的加工進行至該些特例加工區域的其中一者，則藉該控制器令該工具機依據與其所進行至之特例加工區域相對應的特例加工條件對該工件進行加工，並持續監視該工具機的加工狀態；以及(4)若該工具機對該工件的加工脫離該特例加工區域，則藉該控制器令該工具機依據該預定加工條件對該工件進行加工。

此外，本發明之用於工具機之加工法，復包括步驟(5)藉該控制器判斷該工具機是否執行完該加工程式，若是，則結束該加工法；若否，則進至步驟(2)。

於上述步驟(1)中，該控制器可透過該人機介面預顯示該工具機依據該加工程式對該工件加工後的工件形狀，或透過該人機介面顯示該工具機依據該加工程式對該工件加工後的實際工件形狀，以供使用者對該人機介面所預顯示之加工形狀或所顯示之實際加工形狀，設定該些特例加工區域。

於上述步驟(1)中，可透過於該人機介面輸入座標來設定該特例加工區域，或透過該人機介面利用游標標示出該些特例加工區域，再令該控制器計算出該些特例加工區域的座標。

由上述可知，本發明之用於工具機之加工法，可透過人機介面設定一個或多個特例加工區域及對應該些特例加工區域之特例加工條件，並於加工時針對所設定的特例加工區域套用該區域的特例加工條件，以簡化習知技術中須重新由CAD/CAM軟體調整工件的形狀和精度或藉由工具機的旋鈕調整其進給、主軸轉速或修改加工程式之程序，進而提升工件品質並降低工件生產成本。

以下係藉由特定的具體實施型態說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施型態加以施行或應用。

請參閱第2圖，係說明本發明用於工具機的加工法流程圖。須說明的是，工具機具有控制器來控制裝載有加工刀具的主軸移動或轉動，藉以操控刀具的移動路徑。

於步驟S20中，控制器載入用以加工工件之加工程式，其中，該加工程式包括預定加工條件，而控制器根據該加工程式命令工具機的各軸移動以對工件進行加工。詳言之，工具機的控制器所載入的加工程式碼中撰寫有工具機的加工路徑及如主軸轉速、進給速度等預定加工條件，而該些預定加工條件對工件有全域性的影響。接著進至步驟S21。

於步驟S21中，使用者透過該人機介面對工件設定一個或多個特例加工區域，並分別設定該些特例加工區域的特例加工條件。具體來說，控制器可透過人機介面預顯示工具機依據該加工程式對該工件加工後的工件形狀，或顯示工具機依據該加工程式對該工件加工後的實際工件形狀，因而使用者可從人機介面上看到2D/3D的模擬圖，並透過該人機介面直接輸入所欲特別加工的特例加工區域的座標，或利用游標標示出特例加工區域，以供控制器計算出該些特例加工區域的座標。另外，控制器可將特例加工區域的座標及該些特例加工條件儲存至該控制器的儲存裝置中。

接著進至步驟S22，藉該控制器令該工具機依據該加工程式對該工件開始加工。

於步驟S23中，判斷該工具機對該工件的加工是否進行至該些特例加工區域的其中一者，亦即判斷主軸之刀具對該工件的加工是否進入至該些特例加工區域。若是，則進至步驟S24；若否，則進至步驟S25。而判斷該工具機對該工件的加工是否進行至該些特例加工區域的其中一者，係藉該控制器即時監視該工具機的刀具的座標來監視該工具機的加工狀態，其中，該刀具的座標落入該特例加工區域時，則判斷該工具機對該工件的加工已進行至該特例加工區域，而該刀具的座標沒有落入該特例加工區域時，則判斷該工具機對該工件的加工尚未進行至該特例加工區域

於步驟S24中，若該工具機對該工件的加工進行至該些特例加工區域的其中一者，則藉該控制器令該工具機根據與其所進行至之特例加工區域相對應的特例加工條件，對該工件進行加工。詳言之，工具機的刀具仍然依據原有加工程式中的加工路徑指令行走，然，為因應特例加工區域需要不同於其他區域的加工條件，因此，控制器套用該特例加工條件，以對該工件的該特例加工區域進行加工。

於步驟S25中，若該工具機對該工件的加工脫離該些特例加工區域，則藉該控制器令該工具機依據該預定加工條件對該工件進行加工。

接著於步驟S26中，藉該控制器判斷該工具機是否執行完該加工程式，即該加工程式是否被逐列讀取完畢且該工具機亦執行完畢，若是，則進至步驟S27，結束該加工法；若否，則進至步驟S23。

透過步驟S20至S27對工件初步加工完畢後，亦可對該工件進行包括外觀、輪廓誤差、切銷痕、銳利度、平滑度、換象點、加工時間…等評量，以決定是否返回步驟S21進一步對工件再設定特例加工區域及特例加工條件。

需說明的是，該特例加工條件包含加工進給速度、主軸轉速、精度等級、平滑化機能、正確定位、系統增益值、曲線擬合機能、加減速形式、切削深度與前饋補償機制，而特例加工條件的數值可設定為加工程式的加工條件的數值成比例，例如，可設定進給量之特例加工條件為原進給量的40%，或是指定特例加工條件為一指定值，例如，指定切削進給為F1200(mm/min)，即每分鐘可切削1200mm。

再者，特例加工區域可設定之特例加工條件可包含加工進給率、進給速度、主軸轉速、精度等級或平滑化機能等，使用者可根據上述特例加工區域之變化，變更上述特例加工條件以獲得更佳的加工精度或其它設計標準。

請參閱第3圖，係為應用本發明工具機之加工法之具體實施例，控制器透過人機介面20預顯示該工具機依據該加工程式對該工件加工後的模擬工件形狀3，如圖所示，若根據該加工程式進行加工，則工件的稜邊(曲線AE、BE、CE和DE)為毛邊狀。而透過本發明之加工法，使用者可對人機介面20所預顯示之模擬工件形狀3設定特例加工區域，例如利用游標表示出特例加工區域31，此特例加工區域31乃將工件的稜邊(曲線AE、BE、CE和DE)框選起來，接著再設定該些特例加工區域的特例加工條件。於第3圖所示之實施例中，係以加工速率F1500(mm/min)，粗加工時間22分鐘0秒，精加工時間41分鐘3秒之加工條件進行加工，合計63分鐘3秒。由於本發明加工至特例加工區域時，乃套用不同於加工程式中的預定加工條件之特例加工條件，因而整體加工時間可能較習知技術稍微增加，但工件的品質可大幅提升。此外，加工至容易產生毛邊的地方，例如曲線AE、BE、CE和DE時，控制器套用特例加工條件以較緩慢的加工進給速度來加工，尤其是頂點E附近以更緩慢的速度，以使工件獲得較好的精度及公差，而於曲面ABE、BCE、CDE和ADE的中央部份則可以較快速的速度進行加工。

因此，相較於第1B圖的工件1，以第2圖所示之加工法所模擬出的加工形狀，如第3圖所示，可針對易產生毛邊的地方套用特例加工條件，且節省了重新調整CAD/CAM軟體的時間和成本，更可僅針對單一區域進行精密加工。

再者，使用者另可透過第3圖所示之人機介面20根據所顯示之工件形狀，直接輸入欲套用特例加工條件之特例加工區域的座標。

接著請參閱第4圖，係為本發明用以儲存特例加工區域之座標以及特例加工條件之儲存裝置4。儲存裝置4係設於工具機的控制器內，或可設於控制器外部而與控制器連接，其可儲存第3圖中特例加工區域之座標，以及儲存用以加工該些特例加工區域之加工條件，例如加工進給速度等之加工條件，而可儲存n筆以上的座標資料。如第4圖所示，特例加工區域的座標及加工條件係以數據方式儲存於儲存裝置4中。此外，使用者可建立n個特例加工區域，如圖式中特例加工區域之座標(1)、特例加工區域之座標(2)及特例加工區域之座標(n)。且各個特例加工區域可設有複數個加工條件，如圖所示，特例加工區域之座標(1)中可建立加工條件(1)-1、加工條件(1)-2、加工條件(1)-3，可分別代表不同的加工條件，如加工進給速度、主軸轉速、精度等級、加減速形式、切削深度等。當工具機加工至某個特例加工區域時，就會套用該特例加工區域中所建立的加工條件。

綜上所述，本發明之用於工具機加工法，透過該人機介面對工件設定一個或多個特例加工區域及該些特例加工區域的特例加工條件，以令工具機針對該特例加工區域套用不同於預定加工條件的特例加工條件，以簡化設定加工條件的時間及成本，進一步使得工件可獲得更好的精度及公差。

上述實施型態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施型態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．工件

11．．．毛邊

20．．．人機介面

3．．．模擬工件形狀

31．．．特例加工區域

4．．．儲存裝置

AE、BE、CE、DE．．．曲線

ABE、BCE、CDE、ADE．．．曲面

S11~S13、S20~S27．．．步驟

第1A圖係表示習知技術之CNC工具機加工法流程圖；

第1B圖係表示以習知技術CNC工具機加工法之工件立體圖；

第2圖係表示本發明之工具機加工法流程圖；

第3圖係表示本發明之人機介面顯示工件的加工形狀及其特例加工區域之示意圖；以及

第4圖係為本發明用以儲存特例加工區域及特例加工條件之儲存裝置的示意圖。

S20~S27．．．步驟

Claims (9)

1. 一種用於工具機之加工法，該工具機的控制器提供一人機介面，並載有具預定加工條件之加工程式，以根據該加工程式之預定加工條件控制該工具機對一工件進行加工，同時監視該工具機的加工狀態，該加工法包括以下步驟：(1)透過該人機介面設定該工件之一個或多個特例加工區域，並分別設定該些特例加工區域的特例加工條件；(2)藉該控制器判斷該工具機對該工件的加工是否進行至該些特例加工區域的其中一者；(3)若該工具機對該工件的加工進行至該些特例加工區域的其中一者，則藉該控制器令該工具機依據與其所進行至之特例加工區域相對應的特例加工條件對該工件進行加工，並持續監視該工具機的加工狀態；以及(4)若該工具機對該工件的加工脫離該些特例加工區域，則藉該控制器令該工具機依據該預定加工條件對該工件進行加工；其中，步驟(1)復包括將該工件之一個或多個特例加工區域的座標儲存至該控制器的儲存裝置中，且對應個別之該特例加工區域的座標建立複數個特例加工條件，以當該工具機進行至該些特例加工區域的座標其中一者時，由該儲存裝置中擷取相對應的複數個該特例加工條件以對該工件進行加工； 其中，步驟(2)係藉該控制器即時監視該工具機的刀具的座標來監視該工具機的加工狀態，其中，該刀具的座標落入該特例加工區域時，則判斷該工具機對該工件的加工已進行至該特例加工區域，而該刀具的座標沒有落入該特例加工區域時，則判斷該工具機對該工件的加工尚未進行至該特例加工區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述之加工法，復包括步驟(5)藉該控制器判斷該工具機是否執行完該加工程式，若是，則結束該加工法；若否，則進至步驟(2)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之加工法，其中，於步驟(1)中，該控制器透過該人機介面預顯示該工具機依據該加工程式對該工件加工後的工件形狀，以供使用者對該人機介面所預顯示之加工形狀設定該些特例加工區域。
4. 如申請專利範圍第1項所述之加工法，其中，於步驟(l)中，該控制器透過該人機介面顯示該工具機依據該加工程式對該工件加工後的實際工件形狀，以供使用者對該人機介面所顯示之實際加工形狀設定該些特例加工區域。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之加工法，其中，步驟(1)係透過該人機介面輸入座標來設定該些特例加工區域。
6. 如申請專利範圍第3或4項所述之加工法，其中，步驟(1)係透過該人機介面利用游標標示出該些特例加工區域，再令該控制器計算出該些特例加工區域的座標。
7. 如申請專利範圍第1項所述之加工法，其中，該特例加工條件的數值與該加工程式的預定加工條件的數值成比例。
8. 如申請專利範圍第1項所述之加工法，其中，該特例加工條件的數值為指定值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之加工法，其中，該特例加工條件包含加工進給速度、主軸轉速、精度等級、平滑化機能、正確定位、系統增益值、曲線擬合機能、加減速形式、切削深度與前饋補償機制。