本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化關(guān)于一個(gè)給定數(shù)控程序的至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的加工進(jìn)程的生產(chǎn)率的方法。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器通常包括可由一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)的至少一個(gè)加工工具。所述加工進(jìn)程本身由一個(gè)給定數(shù)控程序所控制，該給定數(shù)控程序定義了用于所述至少一個(gè)加工工具的至少一個(gè)工具路徑，以及沿著所述工具路徑的一個(gè)路徑速度分布。

關(guān)于數(shù)控編程的進(jìn)程，主要目標(biāo)主要集中在確保機(jī)器產(chǎn)生所需的部件幾何形狀和部件表面質(zhì)量。對(duì)于執(zhí)行銑削、磨削和車削等切削加工的機(jī)器工具，切削參數(shù)的編程方式首先和最重要的在于切削速度(刀刃和材料之間的速度)符合材料屬性和計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的性能。然而，今天的數(shù)控編程大多數(shù)沒有最大化機(jī)器的全部加工潛力，因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)性能尚未完全被理解或者未被充分考慮，如現(xiàn)在關(guān)于銑削進(jìn)程將要描述的那樣。因此，計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的實(shí)際生產(chǎn)率通常遠(yuǎn)低于理論最大生產(chǎn)率。

仔細(xì)觀察銑削進(jìn)程后，數(shù)控編程人員正在使用cam(計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器生成數(shù)控程序。銑削加工的生產(chǎn)率很大程度上取決于計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，如軸速度、軸加速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和銑削工具的切削量。截至今天，這些參數(shù)通常如下確定。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大速度和加速度由機(jī)器制造商提供。在對(duì)工具路徑的參數(shù)進(jìn)行編程時(shí)(在銑削進(jìn)程中機(jī)器工具沿著工具路徑前行)，數(shù)控編程人員會(huì)考慮這些數(shù)字。為了避免任何質(zhì)量問題，數(shù)控程序員通常選擇遠(yuǎn)低于指定最大值的速度和加速度值，以確保所需的部件質(zhì)量。

刀具的切削刃與材料之間的速度是切削速度，切削速度取決于銑削工具沿著工具路徑的路徑速度(進(jìn)給速度)、用于轉(zhuǎn)動(dòng)銑削工具的主軸轉(zhuǎn)速(公轉(zhuǎn))和銑刀的幾何設(shè)計(jì)，對(duì)此主軸轉(zhuǎn)速為主要參數(shù)。優(yōu)選的也是最大切削速度由刀具供應(yīng)商定義，而這對(duì)不同材質(zhì)是不同的。在數(shù)控編程進(jìn)程中，實(shí)際切割速度通常選擇為低于刀具供應(yīng)商的最大定義速度，因?yàn)閿?shù)控程序員希望避免機(jī)器過載的風(fēng)險(xiǎn)、刀具老化速度非?？斓娘L(fēng)險(xiǎn)，以及加工導(dǎo)致不良部件表面的風(fēng)險(xiǎn)。

在刀具與材料之間的體積交集以及刀具沿著工具路徑的行程限定了在銑削期間被移除的體積。切割量越大，所需的切削力越高，材料去除所需的切割功率越高。關(guān)于所需的切削力和功率，限制因素由銑削工具本身、主軸的最大功率以及計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)剛度給出。然而，今天的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)不提供任何智能或算法對(duì)數(shù)控編程進(jìn)程的這些限制進(jìn)行考慮，至少不適用于5軸銑削操作。因此，數(shù)控程序在最大切割量和最大切割負(fù)載方面再次采用非常保守的做法。

由計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)生成的數(shù)控程序由后處理器進(jìn)一步處理，后處理器使數(shù)控程序適配于特定的計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器和目標(biāo)機(jī)器的功能。后處理的結(jié)果是，生產(chǎn)率進(jìn)一步降低。最后，如果首次將一個(gè)新數(shù)控程序加載到一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器中，則新的制造進(jìn)程的實(shí)施和設(shè)置由機(jī)器操作員或數(shù)控程序員完成，在加工進(jìn)程中出于安全考慮，他們通常會(huì)在此之前再次降低機(jī)器的進(jìn)給速度和機(jī)器速度。

結(jié)果是，加工進(jìn)程產(chǎn)生符合所有質(zhì)量要求的良好部件。然而，關(guān)于每部分生產(chǎn)時(shí)間方面的生產(chǎn)率，這個(gè)進(jìn)程大多遠(yuǎn)離最大可能。我們?cè)阢@削、車削、激光切割、水刀切割和焊接進(jìn)程方面也發(fā)現(xiàn)了相同的情況。

總之，可以說，加工進(jìn)程的現(xiàn)實(shí)最大生產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際使用的生產(chǎn)率，原因如下：

-數(shù)控程序員的安全和保守思維；

-計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)使用簡(jiǎn)化的、不切實(shí)際的機(jī)型；

-計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)不為5軸操作考慮切割量；

-缺少用于生產(chǎn)率分析和優(yōu)化的分析it工具；

-后處理器操作缺陷；

-機(jī)器操作員的安全和保守思維；

因此，由于對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)力限制、工具的最大切削速度、切削量的考慮不足，今天的數(shù)控加工進(jìn)程并不能最大限度地發(fā)揮其生產(chǎn)率潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供用于優(yōu)化由一個(gè)給定數(shù)控程序定義的至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的一個(gè)給定加工進(jìn)程的生產(chǎn)率的一種方法。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的方法包括：

-與所述給定數(shù)控程序所定義的所述路徑速度分布相比，迭代地提高沿著所述工具路徑的所述路徑速度，其中沿著所述工具路徑提高所述路徑速度的實(shí)現(xiàn)適當(dāng)考慮了所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的所述相應(yīng)動(dòng)力限制，特別是適當(dāng)考慮了所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大軸速度和最大軸加速度，以及適當(dāng)考慮了由于所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的加工能力影響所述路徑速度的加工極限，特別是所述加工工具；

以及

-通過沿著所述工具路徑的所述提高的路徑速度，來適配所述給定數(shù)控程序。

根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到數(shù)控編程中的常見安全思想忽略了機(jī)器制造商定義的最大速度和加速度值實(shí)際上不反映關(guān)于適當(dāng)工件質(zhì)量的任何限制值，而是反映了關(guān)于計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的損傷閾值及其動(dòng)力能力的最大允許值。同樣地，也已經(jīng)意識(shí)到到目前為止，對(duì)影響路徑速度的加工參數(shù)作為加工極限是非常小心的，因此影響了加工進(jìn)程的生產(chǎn)率。

例如，銑削工具的轉(zhuǎn)速經(jīng)常被選擇為低于工具的實(shí)際允許的最大切削速度，因?yàn)閿?shù)控程序員希望避免機(jī)器過載、刀具老化和不良部件表面的風(fēng)險(xiǎn)。然而，減少轉(zhuǎn)速通常伴隨著路徑速度的降低，由于其他原因主軸轉(zhuǎn)速(公轉(zhuǎn))和路徑速度之間的固定比例將被保持。由于工具路徑速度與給定進(jìn)程的生產(chǎn)率成正比，因此路徑速度的任何不必要的降低都自動(dòng)意味著生產(chǎn)率的損失。

因此，在第一階段中，本發(fā)明教導(dǎo)了與所述給定數(shù)控程序所定義的所述路徑速度分布相比，迭代地提高沿著所述工具路徑的所述路徑速度，適當(dāng)考慮了所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的所述相應(yīng)動(dòng)力限制，特別是適當(dāng)考慮了所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大軸速度和最大軸加速度，以及適當(dāng)考慮了由于所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的加工能力影響所述路徑速度的實(shí)際加工極限。這樣做，通過沿著所述工具路徑(路徑速度分布)的所述提高的路徑速度，可適配所述給定數(shù)控程序。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提高沿著工具路徑的路徑速度包括最大化沿著工具路徑的路徑速度，直到到達(dá)所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的一個(gè)或至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的相應(yīng)動(dòng)力限制或者達(dá)到至少所述加工極限之一。

提高或最大化路徑速度優(yōu)選在整個(gè)數(shù)控程序上逐段執(zhí)行，該數(shù)控程序通常包括多個(gè)數(shù)控程序段，即數(shù)控程序的每個(gè)程序段。每個(gè)數(shù)控程序段定義一個(gè)特定子程序，該子程序包括一個(gè)相應(yīng)子工具路徑、一個(gè)相應(yīng)子路徑速度和其他加工參數(shù)，例如在銑削進(jìn)程的情形下驅(qū)動(dòng)所述銑削工具的主軸轉(zhuǎn)速(公轉(zhuǎn))。每個(gè)數(shù)控程序段可定義相應(yīng)工具路徑的(子)路徑速度的一個(gè)單值，該值表示相應(yīng)工具路徑的幾何形狀。例如，如果一個(gè)工具路徑非常彎曲，那么與一條直線工具路徑相比，工具路徑速度通常要小得多。

當(dāng)然，路徑速度不能任意提高?？傮w限制由要實(shí)現(xiàn)的預(yù)定義工件質(zhì)量決定。確定關(guān)于預(yù)定義工件質(zhì)量的絕對(duì)最大路徑速度的最簡(jiǎn)單方法是一種試錯(cuò)法，即迭代地提高數(shù)控程序中沿著工具路徑的路徑速度，并就每個(gè)迭代加工一個(gè)工件，并對(duì)該工件進(jìn)行質(zhì)量測(cè)量。重復(fù)這個(gè)迭代進(jìn)程，直到加工的工件超出了對(duì)于工件質(zhì)量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，或直到達(dá)到多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的一個(gè)或至少其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的相應(yīng)動(dòng)力限制，或直到達(dá)到至少一個(gè)加工極限。

然而，使用今天的測(cè)量系統(tǒng)確定工件質(zhì)量非常耗時(shí)，因?yàn)樵谙乱淮蔚氨仨毜却鱾€(gè)相應(yīng)測(cè)量的結(jié)果。如果加工的工件非常復(fù)雜，則可能需要幾天甚至幾周才能確定工件的質(zhì)量。截至今天，實(shí)現(xiàn)部件測(cè)量的最常用方法是將成品部件轉(zhuǎn)移到一個(gè)測(cè)量裝置。這種方法的缺點(diǎn)是制造和測(cè)量是兩個(gè)顯著斷開的進(jìn)程。通常，在機(jī)器內(nèi)部沒有測(cè)量，除了在某些情況下僅僅允許簡(jiǎn)單測(cè)量的進(jìn)程中測(cè)量，例如測(cè)量一個(gè)孔的位置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，可使用用于計(jì)算機(jī)數(shù)控加工進(jìn)程的“在線”質(zhì)量分析的基于模擬的方法來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)率，如在美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)us62/073,381(名稱為“離散部件制造中的虛擬質(zhì)量和進(jìn)程控制”)所公開的、如美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)us62/073,350(名稱為“數(shù)字機(jī)器模型”)所公開的、并且如pct國(guó)際專利申請(qǐng)(名稱：“計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法用于由至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)加工的工件的部件分析”；代理人案卷號(hào)：be-22975-wo；由與us62/073,381、us62/073,350和本申請(qǐng)的同一申請(qǐng)人于2015年10月30日申請(qǐng))所公開的?；鞠敕ㄊ峭ㄟ^計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的數(shù)字機(jī)器模型(配有加工進(jìn)程中記錄的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù))，模擬所考慮的相應(yīng)加工進(jìn)程。模擬產(chǎn)生了實(shí)際加工的工件的虛擬重新設(shè)計(jì)的模型，該模型可容易地與工件的理想cad模型實(shí)現(xiàn)比較?；谠摫容^，可直接確定工件的質(zhì)量。數(shù)字機(jī)器模型可是所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的一個(gè)多體模擬模型、一個(gè)有限元(fem)模型或僅僅是一個(gè)純幾何運(yùn)動(dòng)模型。

該方法可作為在所述記錄被傳送到的基于云的平臺(tái)上的服務(wù)器應(yīng)用來實(shí)施。來自計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的數(shù)據(jù)記錄以及對(duì)于所述云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸可通過一個(gè)客戶端裝置來完成，如美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)us62/073,398(名稱“嵌入式系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)客戶端”)所公開的以及pct國(guó)際專利申請(qǐng)(名稱為“用于對(duì)來自至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器或工業(yè)機(jī)器人的與進(jìn)程有關(guān)的大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理的客戶端裝置”)(代理人案卷號(hào)：be-22976-wo；由與us62/073,398和本申請(qǐng)相同的申請(qǐng)人于2015年10月30日提交)所公開的。

由于上述描述的方法基于與加工并行的加工數(shù)據(jù)的“在線”記錄，并且由于優(yōu)選地在基于云的服務(wù)器上實(shí)施該方法，因此上述質(zhì)量分析應(yīng)用的結(jié)果在加工進(jìn)程結(jié)束后不久或幾乎可立即使用。因此，關(guān)于工件的幾何形狀和表面或表面粗糙度信息可分別在加工進(jìn)程中或在加工進(jìn)程之后立即獲得，從而立即產(chǎn)生關(guān)于工件質(zhì)量的信息。因此，如上所述，該分析方法可極大地減少如上所述的使用試錯(cuò)法優(yōu)化路徑速度的時(shí)間。

因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，最大化路徑速度包括：

a)基于所述實(shí)際數(shù)控程序加工一個(gè)工件，并在所考慮的所述加工進(jìn)程期間對(duì)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄；

b)通過配有所述記錄的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)字機(jī)器模型來模擬所考慮的所述加工進(jìn)程，以在所考慮的所述加工進(jìn)程期間對(duì)所述加工工件實(shí)現(xiàn)虛擬重新設(shè)計(jì)；

c)通過將所述虛擬重新設(shè)計(jì)工件與所述工件的一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型實(shí)現(xiàn)比較，來確定所述加工工件關(guān)于一個(gè)預(yù)定義質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量；

d)提高數(shù)控程序中沿著所述工具路徑的所述路徑速度；

e)重復(fù)步驟a)至d)，直到所述虛擬重新設(shè)計(jì)工件超出了用于所述工件質(zhì)量的所述預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)，或直到達(dá)到所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的一個(gè)或至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的相應(yīng)動(dòng)力限制，或者直到達(dá)到至少所述一個(gè)加工極限。

對(duì)于要記錄的數(shù)據(jù)，所述記錄的實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)可主要是包括工具路徑參數(shù)，特別是關(guān)于所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的驅(qū)動(dòng)軸的指令和/或?qū)嶋H位置、指令和/或?qū)嶋H速度、指令和/或?qū)嶋H加速度、指令和/或?qū)嶋H沖擊、指令和/或?qū)嶋H轉(zhuǎn)矩、指令和/或?qū)嶋H驅(qū)動(dòng)力和/或指令和/或?qū)嶋H驅(qū)動(dòng)電流。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可包括來自附接到計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的外部測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)。所述記錄的非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)可包括數(shù)控程序代碼、機(jī)器配置數(shù)據(jù)、控制器配置數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)配置數(shù)據(jù)、工件的材料屬性、加工進(jìn)程中的用戶動(dòng)作和/或加工工具的配置數(shù)據(jù)，特別是工具幾何和/或工具特性。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該方法包括-作為用于優(yōu)化生產(chǎn)率的第二階段-提高影響路徑速度的加工極限，以進(jìn)一步提高沿著工具路徑的路徑速度，而該實(shí)現(xiàn)反過來又適當(dāng)考慮到所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的相應(yīng)動(dòng)力限制以及適當(dāng)考慮到現(xiàn)在提高的加工極限。

優(yōu)選地，提高加工極限以進(jìn)一步提高路徑速度可通過提高加工能力來實(shí)現(xiàn)，而加工能力又可通過提高能夠提高加工能力的至少一個(gè)加工參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于路徑速度和生產(chǎn)率的最大化，優(yōu)選地提高至少一個(gè)加工參數(shù)，直到達(dá)到相應(yīng)的加工參數(shù)的一個(gè)限制。

根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，除了數(shù)控機(jī)器的動(dòng)力限制之外，由于影響路徑速度的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的有限加工能力的加工極限通常是整體生產(chǎn)率的主要限制。例如，考慮允許最大速度為100米/分鐘和加速度為1g的激光切割機(jī)。激光束能量是例如是1千瓦。假設(shè)材料是厚度為10毫米的鋼板，則在該進(jìn)程中可能施加的最大激光速度僅在幾米/分鐘的范圍內(nèi)，因?yàn)槿绻麢C(jī)器轉(zhuǎn)得更快，激光束能量將不足以切割10毫米厚的鋼。在這種情況下，機(jī)器軸不是激光切割進(jìn)程的限制因素。反之亦然，如果相同的激光切割機(jī)(最大速度100米/分鐘；最大加速度1g；最大激光功率1千瓦)是為了切割厚度為0.1毫米的非常薄的金屬片，即使以超過100米/分鐘的速度切割這種薄材料,激光功率也足夠高。在這種情況下，機(jī)器軸的最大速度和加速度將成為限制因素。

通常，能夠提高加工能力的至少一個(gè)加工參數(shù)可是以下之一：

-在銑削或鉆削機(jī)器的情況下：用于驅(qū)動(dòng)所述銑削或鉆削工具的所述主軸的主軸轉(zhuǎn)速和主軸功率；

-在車床的情況下：用于驅(qū)動(dòng)所述工件的所述主軸的主軸轉(zhuǎn)速和主軸功率；

-在激光切割機(jī)的情況：激光束的功率、激光束的能量密度和激光束的光斑尺寸；

-在水刀切割機(jī)的情況下：水刀的壓力、水刀的點(diǎn)尺寸(spotsize)、添加磨料的量。

關(guān)于相應(yīng)加工參數(shù)的限制，可由下述確定：

-在銑削或鉆削機(jī)器的情況下：用于驅(qū)動(dòng)所述銑削或鉆削工具的所述主軸的最大主軸轉(zhuǎn)速和/或最大主軸功率，和/或所述銑削或鉆削工具的最大切削速度,和/或所述銑削或鉆削工具的每次最大切削量,和/或最大切削負(fù)載；

-在車床的情況下：用于驅(qū)動(dòng)所述工件的所述主軸的最大主軸轉(zhuǎn)速和/或最大主軸功率，和/或所述車削刀具的最大切割速度，和/或所述車削刀具每次的最大切割量，和/或最大切割負(fù)荷；

-在激光切割機(jī)的情況下：激光束的最大功率，和/或激光束的最大能量密度，和/或激光束的最小光斑尺寸；

-在水刀切割機(jī)的情況下：所述水刀的最大壓力、所述水刀的最小點(diǎn)尺寸、添加磨料的最大量。

再次涉及激光切割的上述例子，如果實(shí)際激光功率(如當(dāng)前在給定數(shù)控程序中所設(shè)置的)是路徑速度的主要限制，并且如果最大激光功率允許進(jìn)一步提高加工能力，則實(shí)際激光功率可提高，以提高該加工極限并允許進(jìn)一步提高路徑速度。

為了考慮到提高的加工極限，該方法還可包括通過能夠提高所述加工能力的所述至少一個(gè)提高加工參數(shù)，對(duì)所述給定數(shù)控程序適配。

關(guān)于每次最大切割負(fù)載或最大切割量成為加工極限，該方法還可包括：對(duì)于使用材料去除模擬的一個(gè)給定數(shù)控程序，確定鉆削、銑削或銑削工具的最大和/或?qū)嶋H切割量和/或最大和/或?qū)嶋H切割負(fù)載。這種材料去除模擬，特別是對(duì)于5軸機(jī)器，可由計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)提供，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過沿著其路徑的旋轉(zhuǎn)刀具的包絡(luò)體與所述材料和機(jī)器行進(jìn)之間的交集，確定被移除的材料體積。

可選地或另外，在運(yùn)行加工進(jìn)程中，對(duì)于給定數(shù)控程序，可實(shí)時(shí)地測(cè)量/記錄鉆削、銑削或銑削工具的最大和/或?qū)嶋H切削量和/或最大和/或?qū)嶋H切削負(fù)載。對(duì)于粗加工應(yīng)用，切削力與主軸電機(jī)消耗的電流成比例。因此，通過記錄主軸電動(dòng)機(jī)電流，可計(jì)算出切削力和切削負(fù)荷?；蛘?，銑削主軸可配備有在加工進(jìn)程中測(cè)量銑削力的測(cè)功機(jī)傳感器。此外，可使用包括集成傳感器的新的所謂“智能工具”來測(cè)量偏差、加速度、切削力、溫度和動(dòng)量。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該方法還可提供關(guān)于給定數(shù)控程序的未使用生產(chǎn)率潛力的措施或信息。為此，該方法還可包括通過確定要優(yōu)化的給定數(shù)控程序的加工時(shí)間與適配的數(shù)控程序的加工時(shí)間之間的差異來確定給定數(shù)控程序的未使用生產(chǎn)率潛力。可通過運(yùn)行數(shù)控程序的模擬來確定給定數(shù)控以及優(yōu)化程序的加工時(shí)間，從而測(cè)量加工時(shí)間。或者，可在加工進(jìn)程中實(shí)時(shí)地直接測(cè)量加工時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在銑床的情況下，影響路徑速度的加工極限可通過下述來適配加工策略而進(jìn)一步提高：

-提高切割深度；和/或

-使用較大的銑刀；和/或

-使用不同幾何形狀的銑刀；和/或

-適配要切削工件的夾具。

通過使用下文中所示的示例性實(shí)施例并結(jié)合附圖，展現(xiàn)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。

附圖1示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的示例，用于優(yōu)化計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的加工進(jìn)程的生產(chǎn)率。

為了示出根據(jù)本發(fā)明所述方法的細(xì)節(jié)，考慮使用一臺(tái)5軸計(jì)算機(jī)數(shù)控銑床的一個(gè)銑削進(jìn)程，該進(jìn)程由一個(gè)給定數(shù)控程序所定義。根據(jù)本發(fā)明，與所述給定數(shù)控程序所定義的所述路徑速度分布相比，通過提高(優(yōu)選最大化)沿著所述工具路徑的所述路徑速度，來優(yōu)化所述數(shù)控程序。對(duì)此，沿著所述工具路徑提高所述路徑速度的實(shí)現(xiàn)必須適當(dāng)考慮所述五個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的所述相應(yīng)動(dòng)力限制，特別是適當(dāng)考慮每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大軸速度和最大軸加速度。

然而，沿著所述工具路徑提高所述路徑速度的實(shí)現(xiàn)，必須適當(dāng)考慮由于計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器的加工能力而影響路徑速度的加工極限，特別是銑削工具。在本示例中，影響所述路徑速度的加工極限分別是最大切割速度以及最大切割負(fù)載或最大切割量。最大切割速度又受到刀具技術(shù)和刀具材料的限制。與切削力成比例的最大切割負(fù)荷/最大切割量呈現(xiàn)刀具上的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷。刀具、刀架、主軸和最后整個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)只能處理有限的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力。如果力超過整個(gè)機(jī)器的結(jié)構(gòu)能力，這可能導(dǎo)致由于機(jī)器結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)和扭曲引起的路徑偏差，由于刀具和材料之間的角度和距離錯(cuò)誤導(dǎo)致的表面質(zhì)量問題，由于振動(dòng)導(dǎo)致的表面粗糙度問題，以及快速的工具磨損。由于用于提高生產(chǎn)率的總體基準(zhǔn)由待實(shí)現(xiàn)的工件質(zhì)量確定，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化方法的優(yōu)選實(shí)施例教導(dǎo)了通過以下步驟來最大化路徑速度：

a)基于所述實(shí)際數(shù)控程序加工一個(gè)工件，并在所考慮的所述加工進(jìn)程期間對(duì)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄；

b)通過配有所述記錄的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)字機(jī)器模型來模擬所考慮的所述加工進(jìn)程，以在所考慮的所述加工進(jìn)程期間對(duì)所述加工工件實(shí)現(xiàn)虛擬重新設(shè)計(jì)；

c)通過將所述虛擬重新設(shè)計(jì)工件與所述工件的一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型實(shí)現(xiàn)比較，來確定所述加工工件關(guān)于一個(gè)預(yù)定義質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量；

d)提高數(shù)控程序中沿著所述工具路徑的所述路徑速度；

e)重復(fù)步驟a)至d)，直到所述虛擬重新設(shè)計(jì)工件超出了用于所述工件質(zhì)量的所述預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)，或直到達(dá)到所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的一個(gè)或至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的相應(yīng)動(dòng)力限制，或者直到達(dá)到至少所述一個(gè)加工極限。

附圖說明

圖1示意性地示出了如步驟b)和c)所要求的用于立即分析工件質(zhì)量的一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)記錄一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)，并且用于將所述數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)云平臺(tái)20，在該平臺(tái)上可能使用一種質(zhì)量分析方法。

具體實(shí)施方式

所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10由一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器11操作，并且包括所述相應(yīng)機(jī)器軸的每個(gè)致動(dòng)器15.1-15.5的電驅(qū)動(dòng)13.1-13.5。由于所述給定數(shù)控程序，所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器對(duì)一個(gè)特定工件的加工是基于加工指令的，所述給定數(shù)控程序由所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10轉(zhuǎn)換成加工動(dòng)作，即轉(zhuǎn)換成不同機(jī)器軸的致動(dòng)器14.1-14.5的運(yùn)動(dòng)，和轉(zhuǎn)換成所述銑削工具的一個(gè)主軸致動(dòng)器16的一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些致動(dòng)器屬于計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10的機(jī)械/加工部件18。為此，所述計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器11對(duì)于每個(gè)軸和銑削工具產(chǎn)生相應(yīng)的指令值，經(jīng)由一個(gè)本地現(xiàn)場(chǎng)總線12向所有軸電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器13.1-13.5和主軸致動(dòng)器16的電主軸驅(qū)動(dòng)器17傳送?，F(xiàn)場(chǎng)總線12是用于所述計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器11和電驅(qū)動(dòng)器13.1-13.5,17之間的所述數(shù)控機(jī)器10的內(nèi)部通信的實(shí)時(shí)通信現(xiàn)場(chǎng)總線。用于測(cè)量每個(gè)軸的實(shí)際位置的機(jī)器嵌入式測(cè)量設(shè)備/傳感器15.1-15.5也可連接到所述現(xiàn)場(chǎng)總線12。為了控制沿著每個(gè)軸的移動(dòng)，機(jī)器嵌入式測(cè)量設(shè)備15.1-15.5，例如高分辨率線性比例尺，通過現(xiàn)場(chǎng)總線12，連續(xù)測(cè)量用于向計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器11的實(shí)際位置反饋。

依舊涉及附圖1，如美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)us62/073,398(名稱“嵌入式系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)客戶端”)所公開，以及如pct國(guó)際專利申請(qǐng)(名稱為“用于對(duì)來自至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器或工業(yè)機(jī)器人的與進(jìn)程有關(guān)的大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理的客戶端裝置”)(代理人案卷號(hào)：be-22976-wo；由與us62/073,398和本申請(qǐng)相同的申請(qǐng)人于2015年10月30日提交)所公開的，所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)10連接到客戶端裝置1。

所述客戶端裝置1被配置為用于記錄和預(yù)處理來自所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10的進(jìn)程大量數(shù)據(jù)，以及將所述進(jìn)程大量數(shù)據(jù)傳送到所述云平臺(tái)20。為此，所述客戶端裝置1包括所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10的所述計(jì)算機(jī)數(shù)控控制器11的第一數(shù)據(jù)通信接口2，用于經(jīng)由一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道7連續(xù)記錄實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)，并用于經(jīng)由至少一個(gè)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道8記錄非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)。為了質(zhì)量控制之目的，所述記錄的實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)可主要包括工具路徑參數(shù)，特別是指令和/或?qū)嶋H位置，以及如上所述的那些數(shù)據(jù)。另外，一個(gè)力傳感器30被安裝在所述銑削工具16的所述主軸致動(dòng)器17中，經(jīng)由所述另外數(shù)據(jù)接口4直接連接到所述客戶端裝置1。在訪問這些銑削力數(shù)據(jù)之后，可確定切削負(fù)載，如上所述，該切削負(fù)載是影響所述切削進(jìn)程的生產(chǎn)率的加工極限。此外，關(guān)于質(zhì)量分析，所述記錄的非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)可主要包括加工工具的配置數(shù)據(jù)，特別是工具幾何和/或工具特性以及數(shù)控程序代碼、機(jī)器配置數(shù)據(jù)、控制器配置數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)器配置數(shù)據(jù)和工件的材料特性。

所述客戶端裝置1還包括用于將所述記錄的加工數(shù)據(jù)發(fā)送到所述云平臺(tái)20的一個(gè)第二數(shù)據(jù)通信接口3。所述客戶端裝置還被配置為在傳送到所述服務(wù)器20之前，對(duì)所述記錄的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)預(yù)處理，特別是如上所述將所述記錄的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)語境化到所述記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在再次涉及本方法的本示例性實(shí)施例的步驟b)和c)，可通過首先基于一臺(tái)數(shù)字機(jī)器模型(配備有在加工進(jìn)程中記錄的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù))來計(jì)算所述銑削工具的工具路徑，來實(shí)現(xiàn)由銑床10加工的工件的重新設(shè)計(jì)。最容易地，所述實(shí)際工具路徑的計(jì)算，可通過向所述計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器10的一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型提供在每個(gè)加工進(jìn)程中記錄的用于移動(dòng)所述銑削工具的所述驅(qū)動(dòng)軸的實(shí)際位置。隨后，必須考慮所述銑削工具的幾何和銑削特性，以便重新設(shè)計(jì)沿著所述模擬工具路徑的所述工件表面。如通常來自現(xiàn)有技術(shù)所知的，這種虛擬重新設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)單地通過材料去除模擬來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于每次迭代，這種重新設(shè)計(jì)產(chǎn)生了所述實(shí)際加工工件的虛擬表面，并且最重要的是，對(duì)于所述銑削進(jìn)程結(jié)束而言，幾乎是立即的。

由于所描述的質(zhì)量分析方法的這種快速響應(yīng)時(shí)間，使用所述試錯(cuò)法，可有效地完成關(guān)于所述預(yù)定義工件質(zhì)量的路徑速度最大化，即迭代地提高數(shù)控程序中沿著工具路徑的路徑速度，并為每次迭代，加工質(zhì)量由所述質(zhì)量分析方法決定的一個(gè)工件，直到所述加工工件超出了對(duì)于所述工件質(zhì)量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，或直到達(dá)到相應(yīng)所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸中的一個(gè)或至少一個(gè)的動(dòng)力限制，或者直到達(dá)到至少一個(gè)加工極限。特別是對(duì)于串聯(lián)生產(chǎn)，根據(jù)基于前向模擬的優(yōu)化方法的復(fù)雜性，這種試錯(cuò)法可是合理的。

此外，所述記錄的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)包括用于每次迭代的加工相應(yīng)工件的加工時(shí)間。因此，所描述的方法還自動(dòng)提供關(guān)于給定數(shù)控程序的未使用生產(chǎn)率潛力的信息，其為要優(yōu)化的所述給定(啟動(dòng))數(shù)控程序的所述加工時(shí)間與所述適配數(shù)控程序的所述加工時(shí)間之間的差。