TWI607830B - 工具機進給裝置設計系統及其方法 - Google Patents

Description

工具機進給裝置設計系統及其方法

本發明係有關於一種設計系統，特別是一種工具機進給裝置設計系統。本發明還涉及此系統的工具機進給裝置設計方法。

工具機的進給裝置在工具機執行加工作業時扮演著一個非常重要的角色，進給裝置的性能會直接影響工具機執行加工作業的時間、工件表面的品質以及工具機的使用壽命。

目前，設計者若欲針對特定工件的加工作業提供客戶一客製化工具機時，通常會根據此特定工件的加工作業假設一個加工情境，並根據假設的加工情境去估測此工具機之進給裝置之各元件所需要的負載條件，以決定此工具機的設計條件與設計目標，再挑選工具機的進給裝置的各個元件，如螺桿、馬達及軸承等，以提供一元件組合，並根據上述的元件組合計算在此設計條件下是否可滿足設計目標，藉此找出最適當的元件組合。然而，假設的加工情境未必能確實符合此特定工件的加工作業，因此，根據假設的加工情境所設計的工具機就未必能符合客戶的需求。

此外，為了使客製化工具機具有較高的泛用性，設計者也可能針對多種不同的加工情境來設計工具機。然而，若客戶僅需要針對特定的工件的加工作業時，此工具機可能因為具有較高的泛用性，導致某些元件的規格過高，因此使成本提高，或是某些元件的規格偏低，導致工具機的性能不 佳或甚至影響工具機的使用壽命。

另外，即使設計者己經得知客戶的需求，但客戶大多僅能提供粗略的需求描述，並非具體的量化設計參數，因此設計者仍無法設計出符合客戶確實需求的工具機。

因此，如何提出一種工具機進給裝置設計技術，能夠有效改善習知技藝之設計技術的各種缺點已成為一個刻不容緩的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種工具機進給裝置設計技術，以解決習知技藝之工具機進給裝置設計技術的各種問題。

根據本發明之其中一目的，提出一種工具機進給裝置設計系統，其包含元件資料庫、量測模組、負載條件估測模組及運算模組。元件資料庫可儲存複數個進給裝置元件之規格資料。量測模組可量測工具機在一時間區間內對一工件執行加工作業所產生之複數個運轉訊號。負載條件估測模組可根據該些運轉訊號及工具機之進給裝置之裝置規格參數，計算出複數個實際負載條件。運算模組可根據該些實際負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇出至少一元件組合做為最佳化進給裝置規格。

根據本發明之其中一目的，再提出一種工具機進給裝置設計方法，其包含下列步驟：儲存複數個進給裝置元件之規格資料；量測一工具機在一時間區間內對一工件執行加工作業所產生之複數個運轉訊號；根據該些運轉訊號及工具機之進給裝置之裝置規格參數，計算出複數個實際負載條件；以及根據該些實際負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇出至少一元件組合為最佳化進給裝置規格。

1‧‧‧工具機進給裝置設計系統

11‧‧‧量測模組

11A‧‧‧扭矩訊號量測模組

11B‧‧‧轉速訊號量測模組

12‧‧‧負載條件估測模組

13‧‧‧運算模組

14‧‧‧元件資料庫

15‧‧‧顯示模組

MT‧‧‧工具機

OS‧‧‧進給裝置之裝置規格參數

SR‧‧‧螺桿減速比

S21~S24、S71~S77‧‧‧步驟流程

第1圖 係為本發明之工具機進給裝置設計系統之第一實施例之方塊圖。

第2圖 係為本發明之工具機進給裝置設計方法之第一實施例之流程圖。

第3圖 係為本發明之工具機進給裝置設計系統之第二實施例之方塊圖。

第4圖 係為本發明之工具機進給裝置設計系統之扭矩分佈圖。

第5圖 係為本發明之工具機進給裝置設計系統之轉速分佈圖。

第6A、6B圖 係分別為本發明之工具機進給裝置設計系統之元件規格示意圖與效能分析表。

第7圖 係為本發明之工具機進給裝置設計方法之第二實施例之流程圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之工具機進給裝置設計系統及其方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖，其係為本發明之工具機進給裝置設計系統之第一實施例之方塊圖。如圖所示，本實施例之工具機進給裝置設計系統1舉例包含元件資料庫14、量測模組11、負載條件估測模組12、運算模組13及顯示模組15。

元件資料庫14可以儲存複數個進給裝置之規格資料；其中，該些進給裝置可包含複數個不同種類的元件，而各個元件又可包含多個不同型號。 該些進給裝置之元件可由元件供應商提供，其中詳細記錄各個元件的規格參數、負載條件、計算方式及精度壽命等規格資料。

量測模組11可量測工具機MT在一時間區間內對工件執行加工作業時所產生之複數個運轉訊號；因此，透過量測模組11可量測到工具機MT實際執行此工件的加工作業所產生的各種運轉訊號，而非是透過假設的加工情境。

負載條件估測模組12可根據該些運轉訊號及工具機MT之進給裝置之裝置規格參數OS計算複數個實際負載條件；其中，工具機MT之進給裝置之裝置規格參數可由元件供應商提供，其中詳細記錄各個元件的規格參數、負載條件、計算方式及精度壽命等規格資料。

運算模組13可根據該些實際負載條件及元件資料庫14之該些進給裝置之規格資料，由該些進給裝置中挑選最適合該些實際負載條件的元件，以提供一元件組合，如此可使元件組合中的各個元件之負載條件能與上述實際負載條件匹配。

顯示模組15則可顯示此元件組合做為最佳化進給裝置規格以供設計者參考選用。當然，設計者也可以根據實際情況置換任一個最佳化進給裝置的元件，並透過工具機進給裝置設計系統1評估修改後的最佳化進給裝置規格的效能。

由上述可知，在本實施例中，工具機進給裝置設計系統1可量測到工具機MT實際執行此工件的加工作業所產生的各種運轉訊號，推算出執行此加工作業的實際負載條件以進行計算最佳化進給裝置規格，因此最佳化進給裝置規格中之各個元件均可與實際負載條件匹配，故可有較適當的規格，而不會有部份元件規格過高或部份元件規格過低的情況，故可使工具機的性能能夠最佳化且有效延長工具機的使用壽命。

請參閱第2圖，其係為本發明之工具機進給裝置設計方法之第一實施例之流程圖。如圖所示，本實施例之工具機進給裝置設計系統1之工具機進給裝置設計方法可包含下列步驟：

在步驟S21中，以元件資料庫14儲存複數個進給裝置元件之規格資料。

在步驟S22中，以量測模組11量測工具機在一時間區間內對一工件執行加工作業所產生之複數個運轉訊號。

在步驟S23中，以負載條件估測模組12根據該些運轉訊號及工具機之進給裝置之裝置規格參數，計算複數個負載條件。

在步驟S24中，以運算模組13根據該些負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇至少一元件組合作為最佳化進給裝置規格。

請參閱第3圖、第4圖、第5圖及第6A，6B圖。第3圖係為本發明之工具機進給裝置設計系統之第二實施例之方塊圖；第4圖、第5圖及第6A，6B圖係分別為本發明之工具機進給裝置設計系統之扭矩分佈圖、轉速分佈圖及元件規格示意圖與效能分析表。第3圖所示，本實施例之工具機進給裝置設計系統1舉例包含元件資料庫14、扭矩訊號量測模組11A、轉速訊號量測模組11B、負載條件估測模組12、運算模組13及顯示模組15。

元件資料庫14可以預先儲存複數個進給裝置之規格資料；其中，該些進給裝置可包含複數個不同種類的元件；在本實施例中，該些進給裝置元件可包含螺桿類元件、複數個馬達類元件及軸承類元件，而螺桿類元件可包含多個不同廠牌/型號的螺桿；馬達類元件可包含多個不同廠牌/型號的馬達；軸承類元件可包含多個不同廠牌/型號的軸承。該些進給裝置元件之規格資料可由元件供應商提供，其中詳細記錄各個元件的規格參數、負載條 件、計算方式及精度壽命等規格資料。

扭矩訊號量測模組11A可量測工具機MT在一時間區間內對工件執行加工作業所產生之扭矩訊號，而轉速訊號量測模組11B可量測工具機MT在上述時間區間內對工件執行加工作業所產生之轉速訊號。因此，透過扭矩訊號量測模組11A及轉速訊號量測模組11B可量測到工具機MT實際執行此工件的加工作業所產生之各種真實運轉訊號，並非是透過假設的加工情境。

如第4圖所示，負載條件估測模組12可根據扭矩訊號在對工件實際執行加工作業的上述時間區間內各個扭矩值的時間百分比，計算出平均/最大扭矩，再根據平均/最大扭矩及工具機MT之進給裝置之螺桿減速比，計算平均/最大軸向力；其中，工具機MT之進給裝置之螺桿減速比SR等裝置規格參數可由元件供應商提供。

如第5圖所示，同樣的，負載條件估測模組12可根據轉速訊號在對工件實際執行加工作業的上述時間區間內各個轉速值的時間百分比，計算出平均/最大轉速，再根據平均/最大轉速及工具機MT之進給裝置之螺桿減速比，計算平均/最大進給速度。

如第3圖所示，運算模組13舉例可利用加權平均法並根據平均/最大扭矩、平均/最大轉速、平均/最大軸向力及平均/最大進給速度等實際負載條件，以及元件資料庫14之該些進給裝置元件之規格資料執行運算，並可根據運算結果由該些進給裝置元件中，挑選最適合上述實際負載條件的元件，以提供一元件組合，如此可使元件組合中的各個元件之負載條件能與上述實際負載條件匹配。

此外，運算模組13也可根據上述實際負載條件及工具機MT之進給裝置之裝置規格參數OS，計算進給裝置之各個元件的精度壽命以做為額外的 實際負載條件。例如，運算模組13也可根據平均/最大軸向力及工具機MT之進給裝置之關於軸承的裝置規格參數，計算進給裝置之軸承的精度壽命等規格以做為額外的實際負載條件。

如第6A，6B圖所示，顯示模組15則可顯示此元件組合做為最佳化進給裝置規格，並將該些實際負載條件與最佳化進給裝置規格對應於該些實際負載條件的效能列出，以供使用者參考。當然，設計者也可以根據實際情況置換任一個最佳化進給裝置規格中的元件，並可透過工具機進給裝置設計系統1再評估修改後的最佳化進給裝置規格的效能，使根據此最佳化進給裝置規格設計的工具機可以更符合實際需求，以達性能最佳化並有效延長使用壽命。

另外，運算模組13也可計算多個元件組合以提供多個最佳化進給裝置規格以供設計者參考，而設計者更可以根據實際情況選擇其中一個最適合的最佳化進給裝置規格，或修改任一個最佳化進給裝置規格，並可透過工具機進給裝置設計系統1評估修改後的最佳化進給裝置規格的效能，故可提供設計者更多的選擇，使用上更具彈性。

值得一提的是，若設計者欲針對特定的工件的加工作業提供客戶一客製化工具機，設計者通常會根據此特定工件的加工作業假設一個加工情境，然而，假設的加工情境未必能實際符合此特定工件的加工作業，因此，根據假設的加工情境所設計的工具機就未必能符合客戶的需求。相反的，本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統1可利用量測到工具機實際執行特定工件的加工作業所產生的各種運轉訊號，再根據工具機之進給裝置之裝置規格參數計算複數個實際負載條件，再與複數個進給裝置元件之詳細規格資料比對，藉此提供最佳化的元件組合做為最佳化進給裝置之規格以供設計者參考，並非是利用假設的加工情境進行工具機進給裝置的設 計，因此更能符合實際需求。

又，設計者也可能針對多種不同的加工情境來設計客製化工具機。然而，若客戶僅需要針對特定的工件的加工作業，此工具機可能因為具有較高的泛用性，導致某些元件的規格過高，因此使成本提高，或是某些元件的規格偏低，導致工具機的性能不佳或甚至影響工具機的使用壽命。相反的，本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統1可量測到工具機實際執行此工件的加工作業所產生的各種運轉訊號，推算出執行此加工作業的實際負載條件，進行計算出最佳化進給裝置之規格，因此最佳化進給裝置規格中之各個元件均可有較適當的規格，使工具機的性能能夠最佳化且有效延長工具機的使用壽命。

請參閱第7圖，其係為本發明之工具機進給裝置設計方法之第二實施例之流程圖。如圖所示，本實施例之工具機進給裝置設計系統1之工具機進給裝置設計方法可包含下列步驟：

在步驟S71中，以元件資料庫14儲存複數個進給裝置元件之規格資料。

在步驟S72中，以扭矩訊號量測模組11A與轉速訊號量測模組11B分別量測工具機在一時間區間內對一工件執行加工作業所產生之扭矩訊號及轉速訊號。

在步驟S73中，以負載條件估測模組12根據扭矩訊號在上述時間區間中各個扭矩值的時間百分比計算出平均/最大扭矩。

在步驟S74中，以負載條件估測模組12根據轉速訊號在上述時間區間中各個轉速值的時間百分比計算出平均/最大轉速。

在步驟S75中，以負載條件估測模組12根據平均/最大扭矩、平均/最大轉速與工具機之進給裝置之螺桿減速比，計算出平均/最大軸向力及平均/ 最大進給速度。

在步驟S76中，以運算模組13利用加權平均法，根據平均/最大軸向力、平均/最大進給速度、平均/最大扭矩、平均/最大轉速，及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中，選擇複數個元件組合作為最佳化進給裝置之規格。

在步驟S77中，顯示該些最佳化進給裝置之規格。

綜上所述，本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統與方法可利用量測到工具機實際執行特定工件的加工作業所產生的各種運轉訊號，再根據工具機之進給裝置之裝置規格參數，計算複數個實際負載條件，再與複數個進給裝置元件之詳細規格資料比對，藉此提供最佳化的元件組合做為最佳化進給裝置規格以供設計者參考，並非是利用假設的加工情境進行工具機進給裝置的設計，因此更能符合實際需求。

本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統與方法可量測到工具機實際執行此工件的加工作業所產生的各種運轉訊號，推算出執行此加工作業的實際負載條件進行計算最佳化進給裝置規格，因此最佳化進給裝置規格中之各個元件均可有較適當的規格，使工具機的性能能夠最佳化且有效延長工具機的使用壽命。

又，本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統與分法可提供最佳化進給裝置規格以供設計者參考，而設計者更可以根據實際情況置換任一個最佳化進給裝置規格中的元件，並透過工具機進給裝置設計系統評估修改後的最佳化進給裝置規格的效能，因此可使工具機更能符合實際的應用需求。

此外，本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統可提供複數個最佳化進給裝置規格以供設計者參考，而設計者更可以根據實際情況選擇 其中一個最佳的最佳化進給裝置規格，故可提供設計者更多的選擇，使用上更具彈性。

再者，本發明之一實施例中，工具機進給裝置設計系統與方法可透過簡單的設計實現，因此可以在不大幅增加成本的情況下達到所欲達到的功效。

可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧工具機進給裝置設計系統

11‧‧‧量測模組

12‧‧‧負載條件估測模組

13‧‧‧運算模組

14‧‧‧元件資料庫

15‧‧‧顯示模組

MT‧‧‧工具機

OS‧‧‧進給裝置之裝置規格參數

Claims (18)

1. 一種工具機進給裝置設計系統，包含：一元件資料庫，以儲存複數個進給裝置元件之規格資料；一量測模組，以量測一工具機在一時間區間內對一工件執行一加工作業所產生之複數個運轉訊號，其中該些運轉訊號包含扭矩訊號及轉速訊號；一負載條件估測模組，根據該些運轉訊號及該工具機之一進給裝置之一裝置規格參數，以計算出複數個實際負載條件；以及一運算模組，根據該些實際負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇出至少一元件組合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該些進給裝置元件是螺桿、馬達、軸承之一或其組合；其中該裝置規格參數是螺桿減速比。
3. 如申請專利範圍第2項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該些實際負載條件是平均軸向力、最大軸向力、平均進給速度、最大進給速度、平均扭矩、最大扭矩、平均轉速、最大轉速之一或其組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該運算模組是利用一加權平均法，根據該些實際負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇出該元件組合。
5. 如申請專利範圍第3項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該負載條件估測模組是根據該平均軸向力及該最大軸向力，計算該工具機之該進給裝置之軸承規格。
6. 如申請專利範圍第1項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該負載條件估測模組是根據該扭矩訊號在該時間區間中各個扭矩值的時間百 分比，計算出該平均扭矩及該最大扭矩。
7. 如申請專利範圍第1項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該負載條件估測模組是根據該轉速訊號在該時間區間中各個轉速值的時間百分比，計算出該平均轉速及該最大轉速。
8. 如申請專利範圍第3項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該負載條件估測模組是根據該平均扭矩、該最大扭矩及該螺桿減速比，計算出該平均軸向力及該最大軸向力。
9. 如申請專利範圍第3項所述之工具機進給裝置設計系統，其中該負載條件估測模組是根據該平均轉速、該最大轉速及該螺桿減速比，計算出該平均進給速度及該最大進給速度。
10. 一種工具機進給裝置設計方法，包含下列步驟：儲存複數個進給裝置元件之規格資料；量測一工具機在一時間區間內對一工件執行一加工作業所產生之複數個運轉訊號，其中該些運轉訊號包含扭矩訊號及轉速訊號；根據該些運轉訊號及該工具機之一進給裝置之一裝置規格參數，計算複數個實際負載條件；以及根據該些實際負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇出至少一元件組合。
11. 如申請專利範圍第10項所述之工具機進給裝置設計方法，其中該些進給裝置元件是螺桿、馬達、軸承之一或其組合；其中該裝置規格參數是螺桿減速比。
12. 如申請專利範圍第11項所述之工具機進給裝置設計方法，其中該些實際負載條件是平均軸向力、最大軸向力、平均進給速度、最大進給速度、平均扭矩、最大扭矩、平均轉速或最大轉速之一或其組合。
13. 如申請專利範圍第10項所述之工具機進給裝置設計方法，更包含下列步驟：利用一加權平均法，根據該些實際負載條件及該些進給裝置元件之規格資料，由該些進給裝置元件中選擇出該元件組合。
14. 如申請專利範圍第12項所述之工具機進給裝置設計方法，更包含下列步驟：根據該平均軸向力及該最大軸向力，計算該工具機之該進給裝置之軸承規格。
15. 如申請專利範圍第10項所述之工具機進給裝置設計方法，更包含下列步驟：根據該扭矩訊號在該時間區間中各個扭矩值的時間百分比，計算出該平均扭矩及該最大扭矩。
16. 如申請專利範圍第10項所述之工具機進給裝置設計方法，更包含下列步驟：根據該轉速訊號在該時間區間中各個轉速值的時間百分比，計算出該平均轉速及該最大轉速。
17. 如申請專利範圍第12項所述之工具機進給裝置設計方法，更包含下列步驟：根據該平均扭矩、該最大扭矩及該螺桿減速比，計算出該平均軸向力及該最大軸向力。
18. 如申請專利範圍第12項所述之工具機進給裝置設計方法，更包含下列步驟：根據該平均轉速、該最大轉速及該螺桿減速比，計算出該平均進給速度及該最大進給速度。