TWI662386B - 加工機台之空刀率監控方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

一種加工機台之空刀率監控方法，包括下列步驟。監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態。監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態。取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態。根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。

Description

加工機台之空刀率監控方法與裝置
本發明有關於一種監控方法與裝置，特別是一種加工機台之空刀率監控方法與裝置。
一般來說，電腦數字控制(Computer Numerical Control, CNC)工具機在進行切削加工時，造成無效切削的主要因素有加工機台快速定位的位置距離切削工件太遠或機台本身的螺桿誤差、背隙誤差或定位誤差等等，增加多餘的無效切削移動距離。
然而，加工機台本身的誤差導致多餘或不足的移動距離，皆會造成加工產品與標準尺寸不符。若加工產品出現過切的情形，則加工產品必須報廢，這不但損失產品本身的成本，無形之中更是浪費了大量的加工時間。並且，在大量的加工產品生產後才發現問題，更是會造成龐大的損失，而在加工中往往會加入切削液作為冷卻劑和潤滑劑使用，如此會造成在加工中無法有效觀察是否有過切或少切的情形。
若是能在加工中知道各部分加工時的空刀時間，便可得知是否有加工異常以及其空刀率，也能針對其異常部分進行修改及優化，提升加工效率及提早發現異常降低損失。因此，如何在加工中有效得知加工時的空刀時間，便是各家廠商所欲研究的一項課題。
有鑒於此，本發明提供一種加工機台之空刀率監控方法與裝置，藉以快速且有效地計算出加工機台所對應的空刀率，以提升加工效率並增加使用上的便利性。
本發明提供一種加工機台之空刀率監控方法，包括監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態。監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態。取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態。根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。
本發明提供一種加工機台之空刀率監控裝置，包括第一監控模組、第二監控模組、擷取模組與計算模組。第一監控模組監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態。第二監控模組監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態。擷取模組取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態。計算模組耦接第一監控模組、第二監控模組與擷取模組，接收並根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。
根據本發明所揭露的加工機台之空刀率監控方法與裝置，藉由監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態，監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態，取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態，並根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。如此一來，可以快速且有效地計算出加工機台所對應的空刀率，以提升加工效率並增加使用上的便利性。
以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
如在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的“包含”或“包括”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定於”或者“包括但不限定於”。“大致”是指在可接收的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接於所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書後續描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，並非用以限定本申請的範圍。本申請的保護範圍當視所附申請專利範圍所界定者為准。
還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者系統不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者系統所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者系統中還存在另外的相同要素。
在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或物件。
圖1是本發明一實施例所揭露的加工機台之空刀率監控裝置的示意圖。其中，本實施例的加工機台例如為CNC加工機台。加工機台之空刀率監控裝置100包括第一監控模組110、第二監控模組120、擷取模組130與計算模組140。
第一監控模組110監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態。也就是說，第一監控模組110監控加工機台的主軸負載電流的產生時間與結束時間，並據以將區段作為負載電流變化狀態。其中，負載電流變化狀態記錄有主軸負載電流的產生時間與結束時間。
在本實施例中，主軸負載電流的產生時間例如為主軸負載電流大於電流初始值。主軸負載電流的結束時間例如為主軸負載電流等於電流初始值。其中，電流初始值例如為主軸空轉時的馬達電流，例如主軸負載電流為0%。舉例來說，當第一監控模組110監控到主軸負載電流值大於電流初始值時，第一監控模組110會判斷為切削狀態，並將此時的時間點記錄為L1。當第一監控模組110監控到主軸負載電流從大於電流初始值降回到等於電流初始值時，第一監控模組110會判斷為無切削狀態，並將此時的時間點記錄為L2。
第二監控模組120監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態。也就是說，第二監控模組120監控加工機台的切削振動訊號的產生時間與結束時間，並據以將此區段作為振動訊號變化狀態。其中，振動訊號變化狀態記錄有切削振動訊號的產生時間與結束時間。
在本實施例中，切削振動訊號的產生時間例如為切削振動訊號大於切削振動初始值。主軸負載電流的結束時間例如為切削振動訊號等於切削振動初始值。其中，切削振動初始值為主軸空轉時的馬達振動值。
舉例來說，第二監控模組120監控切削振動訊號，是將切削振動訊號做均方根處理後再據以判斷。因為原始切削振動訊號的值是在正負間跳動且不易直接看出其特徵，因此在做完均方根處理的數值後，則可明顯判別出切削振動訊號是否在切削狀態，才不會造成誤判的情形。舉例來說，只要加工過程中，第二監控模組120監控到切削振動訊號大於切削振動初始值，表示此時加工機台為切削狀態，並將此時的時間點記錄為L1。同理，當第二監控模組120監控到切削振動訊號等於或小於切削振動初始值，則表示加工機台為無切削狀態，並將此時的時間點記錄為L2，以作為後續的加工時間計算使用。
擷取模組130取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態。在本實施例中，擷取模組130例如從CNC控制器中取得加工機台的切削指令。並且，在取得加工機台的切削使令後，例如透過正規表示式(Regular Expression)來對切削指令進行辨識，以得知切削指令中的NC程式碼，並據以產生加工區段變化狀態。其中，正規表示式是一種表達"具有某種規則"字串的方式，可用來完全指定需要加以處理的資料，這種表示法主要用於在龐大的資料量中找出特定且規律的字串，避免反覆判斷找尋的困擾。
另外，NC程式碼例如包括G00、G01、G02與G03。其中，G00主要使用在快速移動定位，在此狀態下都是空刀時間，亦即其加工時間為空刀時間，且無切削時間。並且，G01、G02、G03皆為切削用之NC 程式碼，因此當加工機台的加工狀態為以上三者其中之一時，則會判斷是否進入切削狀態。
此外，加工區段變化狀態為一個切削指令轉換成另一個切削指令。舉例來說，當目前執行的切削指令為G01時，將此時的時間點記錄為T1。接著，擷取模組130會持續對切削指令進行擷取。當目前執行的切削指令為G02時，表示已從一個切削指令轉換成另一個切削指令，將此時的時間點記錄為T2，並以此兩的時間點之間的區間作為加工區段變化狀態。其他切削指令(不論為G00、G02或G03)的轉換及其對應的加工區段變化狀態則可參考上述說明，故在此不再贅述。
計算模組140耦接第一監控模組110、第二監控模組120與擷取模組130，接收並根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。
在本實施例中，加工時間例如為加工區段變化狀態。也就是說，以加工區段變化狀態的時間長度作為此區段的加工時間。舉例來說，當切削指令G01對應的時間點為T1，且另一個切削指令(不論為G00、G02或G03)對應的時間點為T2，則計算模組140便可據此計算出此切削指令G01所對應的加工區段的總加工時間為T2-T1。同理，計算模組140對於切削指令G00、G02與G03所對應的加工區段的加工時間的計算方法與切削指令G01的計算方法相同，可參考切削指令G01的計算方法，故在此不再贅述。
另外，切削時間為負載電流變化狀態從主軸電流變化超過電流初始值再回到初始值以及振動訊號變化從切削振動訊號超過切削振動初始值再回到切削振動初始值。
舉例來說，以主軸負載電流判斷為例，在切削指令G01、G02或G03下的主軸負載電流大於電流初始值。假設目前執行的切削指令為G01時，第一監控模組110會對主軸負載電流進行監控。當第一監控模組110監控到主軸負載電流值大於電流初始值時，第一監控模組110會判斷為切削狀態，並將此時的時間點記錄為L1。當第一監控模組110監控到主軸負載電流從大於電流初始值降回到等於電流初始值時，第一監控模組110會判斷為無切削狀態，並將此時的時間點記錄為L2。
接著，當計算模組140接收到負載電流變化狀態時，即時間點L1和L2，計算模組140便可據以計算出此切削指令G01所對應的有效切削時間為L2-L1。同理，計算模組140對於切削指令G02與G03所對應的有效切削時間的計算方法與切削指令G01的計算方法相同，可參考切削指令G01的計算方法，故在此不再贅述。並且，計算模組140以振動訊號變化狀態計算出切削時間的方法與以負載電流變化狀態計算出切削時間的方法相同，可參考負載電流變化狀態計算出切削時間的方法，故在此不再贅述。
此外，前述空刀時間例如為加工時間減去切削時間。也就是說，當計算模組140計算出加工時間T2-T1及切削時間L2-L1，便可將加工時間T2-T1減去切削時間L2-L1，即可計算出此切削指令G01所對應的空刀時間。
由上述實施例的說明，可以歸納出一種加工機台之空刀率監控方法。圖2是本發明一實施例所揭露的加工機台之空刀率監控方法的示意圖。
在步驟S210中，監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態。在步驟S220中，監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態。在步驟S230中，取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態。在步驟S240中，根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。
在本實施例中，加工區段變化狀態為一個切削指令轉換成另一個切削指令。加工時間為加工區段變化狀態。切削時間為負載電流變化狀態從主軸電流變化超過電流初始值再回到初始值以及振動訊號變化從切削振動訊號超過切削振動初始值再回到切削振動初始值。空刀時間為加工時間減去切削時間。電流初始值為主軸空轉時的馬達電流。切削振動初始值為主軸空轉時的馬達振動值。
綜合上述，本發明實施例所揭露的加工機台之空刀率監控裝置與方法，藉由監控加工機台的主軸負載電流，產生負載電流變化狀態，監控加工機台的切削振動訊號，產生振動訊號變化狀態，取得加工機台的切削指令，產生加工區段變化狀態，並根據負載電流變化狀態、振動訊號變化狀態、加工區段變化狀態，計算加工時間、切削時間與空刀時間。如此一來，可以快速且有效地計算出加工機台所對應的空刀率，以提升加工效率並增加使用上的便利性。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100‧‧‧加工機台之空刀率監控裝置
110‧‧‧第一監控模組
120‧‧‧第二監控模組
130‧‧‧擷取模組
140‧‧‧計算模組
此處所說明的圖式用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在圖式中： 圖1是本發明一實施例所揭露的加工機台之空刀率監控裝置的示意圖。 圖2是本發明一實施例所揭露的加工機台之空刀率監控方法的示意圖。

Claims (10)

  1. 一種加工機台之空刀率監控方法，包括：監控一加工機台的一主軸負載電流，產生一負載電流變化狀態；監控該加工機台的一切削振動訊號，產生一振動訊號變化狀態；取得該加工機台的一切削指令，產生一加工區段變化狀態；以及根據該負載電流變化狀態、該振動訊號變化狀態、該加工區段變化狀態，計算一加工時間、一切削時間與一空刀時間；其中該加工時間為該加工區段變化狀態的時間長度；其中該切削時間根據該負載電流變化狀態的時間長度及該振動訊號變化狀態及時間長度進行計算；其中該空刀時間是該加工時間減去該切削時間。
  2. 如請求項1所述的加工機台之空刀率監控方法，其中該加工區段變化狀態為一個切削指令轉換成另一個切削指令。
  3. 如請求項2所述的加工機台之空刀率監控方法，其中該切削時間為該負載電流變化狀態從該主軸電流變化超過一電流初始值再回到該初始值以及該振動訊號變化從該切削振動訊號超過一切削振動初始值再回到該切削振動初始值。
  4. 如請求項3所述的加工機台之空刀率監控方法，其中該電流初始值為主軸空轉時的馬達電流。
  5. 如請求項3所述的加工機台之空刀率監控方法，其中該切削振動初始值為主軸空轉時的馬達振動值。
  6. 一種加工機台之空刀率監控裝置，包括：一第一監控模組，監控一加工機台的一主軸負載電流，產生一負載電流變化狀態；一第二監控模組，監控該加工機台的一切削振動訊號，產生一振動訊號變化狀態；一擷取模組，取得該加工機台的一切削指令，產生一加工區段變化狀態；以及一計算模組，耦接該第一監控模組、該第二監控模組與該擷取模組，接收並根據該負載電流變化狀態、該振動訊號變化狀態、該加工區段變化狀態，計算一加工時間、一切削時間與一空刀時間；其中該加工時間為該加工區段變化狀態的時間長度；其中該切削時間根據該負載電流變化狀態的時間長度及該振動訊號變化狀態及時間長度進行計算；其中該空刀時間是該加工時間減去該切削時間。
  7. 如請求項6所述的加工機台之空刀率監控裝置，其中該加工區段變化狀態為一個NC程式碼轉換成另一個NC程式碼。
  8. 如請求項7所述的加工機台之空刀率監控裝置，其中該切削時間為該負載電流變化狀態從該主軸電流變化超過一電流初始值再回到該初始值以及該振動訊號變化從該切削振動訊號超過一切削振動初始值再回到該切削振動初始值。
  9. 如請求項8所述的加工機台之空刀率監控裝置，其中該電流初始值為主軸空轉時的馬達電流。
  10. 如請求項8所述的加工機台之空刀率監控裝置，其中該切削振動初始值為主軸空轉時的馬達振動值。
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