TWM496785U - 用於工具機之切削速度控制設備 - Google Patents

Description

用於工具機之切削速度控制設備

本創作係有關於一種控制設備，特別是有關於一種用於工具機之切削速度控制設備；本創作之設計可兼容於各製造產業的複合型機床，針對圓弧加工路徑來達成動態調變其運行速度的效果，讓使用者在不同的工件加工使用情境下，無須特別經過計算等複雜程序來改變先前設定的加工速度設定與更改任何加工操作習慣，可大幅提昇生產效率。

在機床加工製造產業中，為達成提升產業競爭力之目的，高效率的生產製造技術為關鍵的指標之一，其中對於製造加工之速度控制更是極為重要的一環。然而，在此一環節中，為了配合機床機構可承受之負載範圍，因此對於加工製造速度必存在一理想上限值，以防止過大的機構抖動，影響機床的使用年限與加工生產的品質。但擬定此一加工速度之上限具有一定之困難度，通常必須依照經驗法則以設定一適當數值，但若採用過低的加工製造速度限制，又會造成生產效率不佳，於是如何在能夠權衡機床使用年限與加工生產效率之情況下，調整一適當的加工製造速度，便成為一項重要的課題。

通常此加工製造速度，是由使用者透過描述工件外型的加工 程式指定於其中，例如：第1圖為加工程序控制程式示意圖，其中的F1000代表加工製造速度的上限值為1000mm/min，控制裝置便按照此設定速度做運動上的規畫，若控制裝置未做額外的速度限制，加工製造速度會直接以加工程式輸入的速度為其上限值。除了加工製造速度限制之外，加工路徑上的規劃亦為一重要影響加工的因素，並且路徑上的規劃也有可能影響加工製造的速度限制。通常加工程序控制程式所描述的加工路徑都為單純的工件外型，但由於實際工件的加工必須仰賴切削工具(例如：刀具、砂輪、刀片等)方以完成加工，如第2圖所示，切削工具本體中心21多半與加工程式所直接描述之工件外型加工路徑22，存在一半徑的差量，此差量一般稱為刀具半徑23。因此，在進行加工時，控制裝置必須在針對刀具半徑進行補償後，重新規劃切削工具的實際加工路徑，使其可完成所描述之工件外型。

然而，複雜的工件外型，基本上是以若干小段的加工路徑所組成，而依照加工路徑的輪廓分類，大致上可簡易分成直線與圓弧兩大類。直線加工路徑如圖3所示，加工程式的原始路徑31與刀具半徑補償後的路徑32皆為直線，因此加工製造速度會直接以加工程式輸入的速度為上限值，控制裝置不會做額外的速度調整；若是圓弧加工路徑如圖4所示，加工程式的原始路徑41與刀具半徑補償後的路徑42皆為圓弧，兩者的輪廓雖相同，但其對應的加工程式原始的圓弧半徑43與實際刀具的圓弧半徑44卻存在一刀具半徑45的差距，因此對應的加工程式原始的圓弧路徑長與實際刀具的圓弧徑長也會有所差異。於是一般來說，皆會讓刀具與工件表面接觸之合成切線速度保持在使用者所指定之加工製造速度，來進行等速率 圓弧切削運動，以維持工件之加工品質。

然而，影響工件加工品質的因素，除了切削工具與工件表面的切削速度之外，工件的材料性質、機床工作環境溫度與濕度、機床組裝的機構穩定性、主軸轉速所造成的離心力引起的加工偏移等種種因素，皆可能影響工件成品的加工品質優劣。換句話說，切削工具與工件表面間的切削速度並不是決定加工成品好壞的唯一因素，因此在某些產業(例如：磨床)的需求上，希望能夠適當加快角速度並維持線速度最大進給限制，過往僅能夠透過修改加工程式提高其最大進給速率限制來達成。但依照此方式，針對不同的加工成品所對應之加工程式或是使用不同刀具使得刀具半徑變化時，則必須一一調整其加工程式之進給速率限制，在講求高速生產的產業特性下，此舉將增加人事成本並且嚴重拖垮生產效率，導致可能帶來企業收益的下降。

為了解決上述有關的問題，本創作之一主要目的在於提供一種用於工具機之切削速度控制設備，讓使用者在不同的工件加工使用情境下，無須特別經過計算等複雜程序來改變先前設定的加工速度設定與更改任何加工操作習慣，即可針對圓弧加工路徑來達成動態調變其運行速度的效果，以避免於刀具半徑過大時，因圓弧加工運行過慢而導致加工效率不佳，因此可有效節省加工時間、降低生產成本之效益。

依據上述之目的，本創作提供一種用於工具機之切削速度控制設備，包括：一加工機台，具有一刀具以及一工件台，其中工件台係用以供一加工工件置放，該刀具係位於工件台上方用以對加工工件進行切削 加工；以及一電腦數值控制裝置，電性連接至加工機台，係用以載入並使加工機台執行一具有複數行加工單節指令之加工程序控制程式，其包含一命令操作面板及一顯示介面，命令操作面板係供輸入一執行操作命令至加工機台，而顯示介面係顯示經由命令操作面板輸入之執行操作命令後所載入之複數加工資訊；其中電腦數值控制裝置具有一圓弧動態調速模組，圓弧動態調速模組具有一加工程序控制程式預讀單元、一加工路徑判別單元、一圓弧路徑速度生成單元以及一加工時間估測比較單元，當加工程序控制程式預讀單元接收電腦數值控制裝置之加工程序控制程式，並讀取附屬於加工程序控制程式中之加工資訊後，經由加工路徑判別單元判別加工資訊當中之加工路徑資訊，尋找一待重新調整加工速度之圓弧路徑，並依據自顯示介面預先輸入之一圓弧限速比輸入至圓弧路徑速度生成單元，將待重新調整加工速度之圓弧路徑其最低加工速度以圓弧限速比做限制而重新規劃其加工速度，完成後傳遞一控制訊號至電腦數值控制裝置，以間接執行加工程序控制程式，同時加工時間估測比較單元會同步估算重新規劃圓弧路徑其加工速度後執行加工程序控制程式所需之加工總時間，並與初始預定所需之加工總時間進行比較，產生一參考訊息供使用者參酌以進行加工。

經由本創作所提供之用於工具機之切削速度控制設備，可有效縮短加工時間，進而提昇加工效能以及達到較佳的系統穩定性。

1‧‧‧用於工具機之切削速度控制設備

10‧‧‧加工機台

101‧‧‧刀具

102‧‧‧工件台

11‧‧‧加工程序控制程式

12‧‧‧電腦數值控制裝置

120‧‧‧命令操作面板

121‧‧‧顯示介面

122‧‧‧圓弧動態調速模組

123‧‧‧加工速度智能學習與記憶模組

1221‧‧‧加工程序控制程式預讀單元

1222‧‧‧加工路徑判別單元

1223‧‧‧圓弧路徑速度生成單元

1224‧‧‧加工時間估測比較單元

1231‧‧‧速度比例保存單元

1232‧‧‧加工時間記錄單元

21‧‧‧切削工具本體中心

22‧‧‧工件外型加工路徑

23 45‧‧‧刀具半徑

31 41‧‧‧加工程式的原始路徑

32 42‧‧‧刀具半徑補償後的路徑

43‧‧‧加工程式原始的圓弧半徑

44‧‧‧實際刀具的圓弧半徑

第1圖 係一程式碼示意圖，顯示目前已知包含加工製造速度的上限值之加 工程序控制程式。

第2圖 係一示意圖，顯示依據加工程序控制程式所描述的加工路徑。

第3圖 係一示意圖，顯示目前常見直線加工路徑。

第4圖 係一示意圖，顯示目前常見圓弧加工路徑。

第5圖 係一示意圖，顯示本創作用於工具機之切削速度控制設備之各部元件的連接關係。

第6圖 係一示意圖，顯示本創作之用於工具機之切削速度控制設備之各部元件的系統架構。

第7圖 係一示意圖，顯示本創作一實施例之使用圓弧限速比的圓弧加工路徑。

本創作主要係揭露一種用於工具機之切削速度控制設備，主要包含一電腦數值控制裝置，其具有一圓弧動態調速模組與一加工速度智能學習與記憶模組，特別針對圓弧加工路徑來達成動態調變其運行速度的效果，並進一步藉由主動動態記錄其運動行為並保存於裝置中，來配合機台使用者之加工速度操作習慣及其機構運動特性，減少日後使用上不必要的速度設定。而與本創作有關之電腦數值控制裝置的基本原理與功能，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，僅針對與本創作之用於工具機之切削速度控制設備的特徵處進行詳細說明。此外，於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本創作特徵有關之示意圖。

首先，請參閱第5圖，第5圖係顯示本創作用於工具機之切 削速度控制設備1之各部元件的連接關係圖。如第5圖所示，在本實施例中，用於工具機之切削速度控制設備1，包括：一加工機台10，具有一刀具101以及一工件台102，其中工件台102係用以供一加工工件(未顯示於第5圖)置放，刀具101係位於工件台102上方，沿一實體運動軸X、一實體運動軸Y或一實體運動軸Z運動，並對加工工件進行切削加工，其中實體運動軸X、實體運動軸Y及實體運動軸Z係兩兩互相垂直；一電腦數值控制裝置12，係電性連接至加工機台10，用以載入一具有複數行加工單節指令之加工程序控制程式11，並使加工機台10執行加工程序控制程式11，其中電腦數值控制裝置12具有一命令操作面板120、一顯示介面121、一圓弧動態調速模組122(顯示於第6圖)及一加工速度智能學習與記憶模組123(顯示於第6圖)。

此外，命令操作面板120係用以供使用者輸入執行操作命令至加工機台10，使得加工機台10產生相對應之控制動作，而顯示介面121係顯示經由命令操作面板120輸入之執行操作命令後所產生之一加工資訊，其中加工資訊包括：一機械座標、一進給速率、一主軸轉速、一工件加工路徑及一所使用的刀具半徑等；圓弧動態調速模組122，裝設於電腦數值控制裝置12內，具有一加工程序控制程式預讀單元1221、一加工路徑判別單元1222、一圓弧路徑速度生成單元1223以及一加工時間估測比較單元1224(顯示於第6圖)，係依使用者的操作產生之一執行操作命令而觸發作動，使得加工程序控制程式預讀單元1221接收電腦數值控制裝置12之加工程序控制程式11，並讀取附屬於加工程序控制程式11中之複數加工資訊，經由加工路徑判別單元1222判別該些加工資訊當中之加工路徑資訊，尋找 一待重新調整加工速度之圓弧路徑，並依據自顯示介面121預先輸入之一圓弧限速比輸入至圓弧路徑速度生成單元1223，將待重新調整加工速度之圓弧路徑其最低加工速度以圓弧限速比做限制而重新規劃其加工速度，完成後傳遞一控制訊號至電腦數值控制裝置12，以間接執行加工程序控制程式11，同時加工時間估測比較單元1224會同步估算重新規劃圓弧路徑其加工速度後執行加工程序控制程式11所需之加工總時間，並與初始預定所需之加工總時間進行比較，產生一參考訊息供機台使用者參酌，以完成切削工件之加工。而在使用者透過顯示介面121預先輸入之一圓弧限速比後，便將此比例自動分類並記憶於加工速度智能學習與記憶模組123。當使用者使用某加工程序控制程式進行重複加工時，加工速度智能學習與記憶模組123將於速度比例保存單元1231與加工時間記錄單元1232中，自動搜尋加工程序控制程式先前已設定過之圓弧限速比以及所儲存的加工程式之加工總時間，讓系統可直接按照此比例和加工時間進行加工，避免額外的操作設定，省去加工過程中多餘時間的浪費。

另外，本實施例之用於工具機之切削速度控制設備1之電腦數值控制裝置12之命令操作面板120包含有複數個開關或按鍵以供使用者輸入執行操作命令至加工機台10，而顯示介面121可以是一液晶顯示器或一電漿顯示器之顯示介面。

接著，請參閱第6圖，第6圖則係顯示本創作之用於工具機之切削速度控制設備1之各部元件的系統架構圖。依據前面內容所述，當使用者選取並指定所欲執行之加工程序控制程式後，在加工機台10尚未開始實際移動時，本創作之控制設備便已將使用者指定的加工程序控制程式 中所描述的工件加工路徑、所使用的刀具半徑和機台加工速度限制等資訊，以加工程序控制程式預讀單元1221做初步的讀取動作；接著，將加工程序控制程式預讀單元1221所儲存的加工路徑資訊，透過加工路徑判別單元1222找出所有可重新規劃其速度之圓弧路徑；然後，此時使用者可依其產業需求，透過顯示介面121預先輸入一圓弧限速比，便透過圓弧路徑速度生成單元1223依據此圓弧限速比調變整體圓弧路徑的加工速度，亦即將所有圓弧路徑的最低加工速度以此比例做限制，重新規劃所有圓弧路徑的加工速度後輸出至加工時間估測比較單元1224，而加工時間估測比較單元1224便能夠精準估算出在重新規劃圓弧路徑的加工速度後，執行加工程序控制程式總實行加工時間，讓使用者得以與調整前之初始預定所需之總實行加工時間作比較，進而得知以此比例限制模擬之圓弧路徑加工速度對於整體加工速度之改善情況，藉此讓使用者得以以此為依據來考量對於加工效率之影響，於實際執行加工時設定一適當之比例來進行加工，完成此設定後，機台便可於實際運行圓弧路徑加工時依照此比例速度做動。

此外，由於使用者於機台使用上通常會不只執行單一加工程序控制程式，而不同的加工程序控制程式可能會有對應不同的圓弧限速比，因此本創作之控制設備為滿足此需求，在使用者輸入圓弧限速比後，便將此比例自動分類並記憶於加工速度智能學習與記憶模組123。當使用者使用某一加工程序控制程式進行重複加工時，此一模組將於速度比例保存單元1231與加工時間記錄單元1232中，自動搜尋加工程序控制程式先前已設定過之圓弧限速比以及所儲存的加工程序控制程式之加工總時間，系統可直接按照此比例和加工時間進行加工，避免額外的操作設定，並省去加 工過程中多餘時間的浪費。

請再繼續參閱第7圖，第7圖係顯示本創作一實施例之圓弧加工路徑示意圖。在本實施例中，原始圓弧加工路徑之加工製造速度的上限值F為1000mm/min、圓弧半徑R為10mm、刀具半徑為2mm，則刀具半徑補償後的圓弧半徑r為8mm，根據線速度等於半徑乘以角速度的計算公式，為保持角速度守恆，所推算刀具半徑補償後的線速度為800mm/min。換句話說，補償後的線速度為原本速度的80%，但若此時使用者輸入圓弧限速比例如：90%，即可在不改變加工程式的情況下，重新將圓弧加工路徑的最低速限限制為所指定的加工製造速度之90%，據以增加10%的加工製造速度。

綜上所述，透過前述的設計說明可知，使用者預先輸入圓弧限速比，將所有圓弧路徑的最低加工速度以此比例做限制，重新規劃所有圓弧路徑的加工速度，來達成動態調變其運行速度的效果，並進一步藉由主動動態記錄其運動行為並保存於裝置中，來配合機台使用者之加工速度操作習慣及其機構運動特性，有效節省改寫加工程式所需的時間，如此不僅增加了操作的便利性，更提高了加工的效率。

雖然本創作以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習相像技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧用於工具機之切削速度控制設備

10‧‧‧加工機台

101‧‧‧刀具

11‧‧‧加工程序控制程式

12‧‧‧電腦數值控制裝置

120‧‧‧命令操作面板

121‧‧‧顯示介面

122‧‧‧圓弧動態調速模組

123‧‧‧加工速度智能學習與記憶模組

1221‧‧‧加工程序控制程式預讀單元

1222‧‧‧加工路徑判別單元

1223‧‧‧圓弧路徑速度生成單元

1224‧‧‧加工時間估測比較單元

1231‧‧‧速度比例保存單元

1232‧‧‧加工時間記錄單元

Claims (5)

1. 一種用於工具機之切削速度控制設備，包括：一加工機台，具有一刀具以及一工件台，其中該工件台係用以供一加工工件置放，該刀具係位於該工件台上方用以對該加工工件進行切削加工；以及一電腦數值控制裝置，電性連接至該加工機台，係用以載入並使該加工機台執行一具有複數行加工單節指令之加工程序控制程式，其包含一命令操作面板及一顯示介面，該命令操作面板係供輸入一執行操作命令至該加工機台，而該顯示介面係顯示經由該命令操作面板輸入之該執行操作命令後所載入之複數加工資訊；其中該電腦數值控制裝置具有一圓弧動態調速模組，該圓弧動態調速模組具有一加工程序控制程式預讀單元、一加工路徑判別單元、一圓弧路徑速度生成單元以及一加工時間估測比較單元，當該加工程序控制程式預讀單元接收該電腦數值控制裝置之該加工程序控制程式，並讀取附屬於該加工程序控制程式中之該些加工資訊後，經由該加工路徑判別單元判別該些加工資訊當中之加工路徑資訊，尋找一待重新調整加工速度之圓弧路徑，並依據自該顯示介面預先輸入之一圓弧限速比輸入至該圓弧路徑速度生成單元，將該待重新調整加工速度之圓弧路徑其最低加工速度以該圓弧限速比做限制而重新規劃其加工速度，完成後傳遞一控制訊號至該電腦 數值控制裝置，以間接執行該加工程序控制程式，同時該加工時間估測比較單元會同步估算重新規劃圓弧路徑其加工速度後執行該加工程序控制程式所需之加工總時間，並與初始預定所需之加工總時間進行比較，產生一參考訊息供機台使用者參酌以進行加工。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之用於工具機之切削速度控制設備，其中該電腦數值控制裝置更包括一加工速度智能學習與記憶模組。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之用於工具機之切削速度控制設備，其中該加工速度智能學習與記憶模組包含：一速度比例保存單元，係用以儲存已設定過之該圓弧限速比；以及一加工時間記錄單元，係用以記錄該加工時間估測比較單元所進行估算該圓弧路徑速度生成單元重新規劃圓弧路徑其加工速度後，執行該加工程序控制程式所需之加工總時間。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之用於工具機之切削速度控制設備，其中該命令操作面板包含有複數個開關或按鍵以供輸入該執行操作命令至該電腦數值控制裝置。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之用於工具機之切削速度控制設備，其中該顯示介面係為一液晶顯示器或為一電漿顯示器。