本發(fā)明有關(guān)于一種機(jī)床中控制指令與參數(shù)的自動(dòng)生成裝置以及自動(dòng)生成方法，特別是指將加工件通過事先的模擬分析演算，針對(duì)各區(qū)塊不同的運(yùn)動(dòng)軌跡特性與仿真切削質(zhì)量來產(chǎn)生優(yōu)化控制參數(shù)的生成裝置及生成方法。

背景技術(shù)：

請(qǐng)參閱圖1a所示公知的一種機(jī)床的數(shù)控方法，主要是在實(shí)際進(jìn)行加工時(shí)，對(duì)于刀具的軌跡規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制是在調(diào)機(jī)階段就已經(jīng)調(diào)整決定的加工參數(shù)，因此，在在面對(duì)多樣性的加工工件所包含的各種不同特性的刀具軌跡時(shí)，僅能將加工質(zhì)量與效率限制在一組固定參數(shù)。

請(qǐng)參閱圖1b所示公知的另一種機(jī)床的數(shù)控方法，可依據(jù)特定的刀具路徑條件，或依據(jù)事先設(shè)定工件加工的類型條件，切換所使用的參數(shù)來解決固定參數(shù)所造成加工質(zhì)量與效率的限制。然而，此種切換使用加工參數(shù)條件的方式，也只是另一個(gè)在調(diào)機(jī)階段就已決定，或者，甚至是內(nèi)部不可變動(dòng)固定參數(shù)的方式。

為解決單一參數(shù)或固定條件下所決定選用的參數(shù)條件，造成加工質(zhì)量與效率有所限制，請(qǐng)參閱圖1c所示公知的另一種機(jī)床的數(shù)控方法，此種方式提供一組高速高精控制指令讓用戶可視需求改變預(yù)設(shè)的加工參數(shù)，自行將加工參數(shù)插入于工件程序中，讓用戶在實(shí)際加工過程中，依據(jù)公知經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)過反復(fù)測(cè)試修改，從而得到優(yōu)化的加工結(jié)果。

然而前述三種公知的機(jī)床的數(shù)控方法，就算能部份解決固定參數(shù)與實(shí)際加工質(zhì)量與效率之間的限制，但仍無法避免經(jīng)過反復(fù)實(shí)際測(cè)試加工修改所帶來時(shí)間與資源上的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的提供了機(jī)床中控制指令與參數(shù)的自動(dòng)生成裝置及方法，其目的提供一種采用新型演算技術(shù)的控制指令與參數(shù)生裝置及方法，協(xié)助用戶快速地依據(jù)不同工件程序或是工件中不同區(qū)塊的加工軌跡特性與加工幾何精度、表面精度的要求，在相對(duì)應(yīng)不同區(qū)塊的工件程序中，優(yōu)化對(duì)應(yīng)區(qū)塊中的相關(guān)加工參數(shù)。讓傳統(tǒng)機(jī)床數(shù)控中能夠?qū)庸?shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)具備彈性、優(yōu)化與效率。

本發(fā)明的次要目的在于讓使用者快速完成調(diào)整之后，提供精確的實(shí)時(shí)刀具加工路徑與切削仿真，并以立即預(yù)覽方式驗(yàn)證高速高精控制指令所進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果。

為達(dá)前述目的，本發(fā)明機(jī)床控制指令與參數(shù)的自動(dòng)生成裝置包含：解譯模塊、規(guī)劃模塊、參數(shù)模塊、仿真分析模塊以及優(yōu)化演算模塊。上述解譯模塊讀入工件程序，并解譯上述工件程序產(chǎn)生加工件的軌跡坐標(biāo)。上述規(guī)劃模塊電性連接于上述解譯模塊，用以取得上述軌跡坐標(biāo)，并依據(jù)上述軌跡坐標(biāo)插值演算產(chǎn)生刀具加工的路徑訊息與速度訊息。上述參數(shù)模塊內(nèi)建有多個(gè)加工參數(shù)的設(shè)定值；上述仿真分析模塊電性連接于上述規(guī)劃模塊以及參數(shù)模塊，用以取得上述路徑訊息、速度訊息以及加工參數(shù)，并依據(jù)上述路徑訊息與速度訊息分析出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡特性，并進(jìn)行切削仿真。上述優(yōu)化演算模塊電性連接于上述仿真分析模塊以及解譯模塊，用以取得上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性以及切削仿真訊息，并依上述加工件不同區(qū)塊所采用的運(yùn)動(dòng)軌跡特性與切削仿真質(zhì)量，生成對(duì)應(yīng)區(qū)塊的優(yōu)化控制參數(shù)。

其中，上述優(yōu)化控制參數(shù)是由內(nèi)建于上述優(yōu)化演算模塊中的數(shù)據(jù)庫自動(dòng)選取或是由用戶手動(dòng)微調(diào)所生成。

此外，上述優(yōu)化控制參數(shù)后續(xù)將傳送至上述解譯模塊，由上述解譯模塊將上述工件程序與優(yōu)化控制參數(shù)共同解譯，得出上述加工件的優(yōu)化軌跡坐標(biāo)。后續(xù)，上述解譯模塊可進(jìn)一步將上述優(yōu)化軌跡坐標(biāo)傳輸給上述規(guī)劃模塊進(jìn)行第二次插值演算與速度規(guī)劃。亦或是將上述優(yōu)化軌跡坐標(biāo)傳輸給伺服執(zhí)行單元進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品加工。

進(jìn)一步，上述優(yōu)化演算模塊可在加工件的每一區(qū)塊生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制參數(shù)。于另一可行實(shí)施例中，上述優(yōu)化演算模塊亦可在加工件的局部區(qū)塊生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制參數(shù)。

進(jìn)一步，上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性包含：加工軌跡的角度、加工軌跡的角度變化程度、加工軌跡的曲率、加工軌跡的曲率變化、小線段近似為曲線的擬合弦誤差(chorderror)、轉(zhuǎn)角與曲線軌跡在急沖度(jerk)與精度要求下的運(yùn)動(dòng)速度、加速度上限，相鄰軌跡的曲率、角度變化一致性的其中至少一種資料。

上述優(yōu)化控制參數(shù)包含：加減速時(shí)間、最短加減速時(shí)間、切線與向心加速度上限、曲線與單軸急沖度上限、小線段近似為曲線的擬合弦誤差上限、直線轉(zhuǎn)角所允許誤差上限與誤差控制下的曲線擬合功能開關(guān)、連續(xù)小線段近似為圓弧功能開關(guān)、進(jìn)階伺服控制補(bǔ)償機(jī)制的調(diào)整與開關(guān)、伺服前饋控制的調(diào)整與開關(guān)。

上述仿真分析模塊用以產(chǎn)生仿真加工工件的表面精度或表面光潔度評(píng)估、模擬加工工件的過切與欠切預(yù)測(cè)、模擬加工工件的振紋或異常紋路預(yù)測(cè)的其中至少一種工件加工表面特性的分析數(shù)據(jù)。

上述自動(dòng)生成裝置進(jìn)一步包含有預(yù)覽模塊，上述預(yù)覽模塊電性連接于上述仿真分析模塊取得上述切削仿真訊息，用以顯示預(yù)覽切削仿真的加工路徑。

另外，本發(fā)明機(jī)床控制指令與參數(shù)的自動(dòng)生成方法包含：

s100解譯步驟，解譯工件程序產(chǎn)生出加工件的軌跡坐標(biāo)；

s200規(guī)劃步驟，對(duì)上述軌跡坐標(biāo)進(jìn)行插值演算，并產(chǎn)生刀具加工的路徑訊息與速度訊息；

s300仿真分析步驟，由上述路徑訊息與速度訊息分析出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡特性，并同時(shí)進(jìn)行切削仿真；

s500優(yōu)化演算步驟，依上述加工件不同區(qū)塊所采用的運(yùn)動(dòng)軌跡特性與切削仿真質(zhì)量，生成對(duì)應(yīng)區(qū)塊的優(yōu)化控制參數(shù)。

進(jìn)一步，上述s500優(yōu)化演算步驟之前進(jìn)一步包含s400預(yù)覽步驟，顯示預(yù)覽切削仿真的加工路徑。且上述s500優(yōu)化演算步驟之后進(jìn)一步包含s600二次解譯步驟，對(duì)上述工件程序與優(yōu)化控制參數(shù)進(jìn)行插值演算，產(chǎn)生出上述加工件的優(yōu)化軌跡坐標(biāo)。

其中，上述優(yōu)化演算步驟是由數(shù)據(jù)庫自動(dòng)選取、用戶手動(dòng)微調(diào)或是同時(shí)經(jīng)由數(shù)據(jù)庫自動(dòng)選取與用戶手動(dòng)微調(diào)的其中一種方式生成上述優(yōu)化控制參數(shù)。

上述模擬分析步驟判定上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性的加工軌跡的角度、加工軌跡的角度變化程度、加工軌跡的曲率、加工軌跡的曲率變化、小線段近似為曲線之?dāng)M合弦誤差(chorderror)、轉(zhuǎn)角與曲線軌跡在急沖度(jerk)與精度要求下的運(yùn)動(dòng)速度、加速度上限，相鄰軌跡的曲率、角度變化一致性的其中至少一種資料。

上述模擬分析步驟經(jīng)由上述軌跡坐標(biāo)的插值演算后，估算與分析加工路徑軌跡、加工路徑軌跡曲率、加工路徑軌跡曲率變化率、加工路徑軌跡角度、加工路徑軌跡角度變化率、加工路徑軌跡與原工件程序的誤差、相鄰加工路徑軌跡的相似性含梯度變化率、距離變化率的其中至少一種幾何資料。

上述模擬分析步驟經(jīng)由上述優(yōu)化軌跡坐標(biāo)的插值演算后，估算與分析經(jīng)由上述規(guī)劃模塊規(guī)劃出實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度后的進(jìn)給速度、進(jìn)給加速度、進(jìn)給急沖度、相鄰加工路徑進(jìn)給速度一致性、實(shí)際加工的輪廓誤差、實(shí)際加工的加工時(shí)間的其中至少一種運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明特點(diǎn)在于依據(jù)刀具加工路徑的幾何分析與內(nèi)建刀路特性數(shù)據(jù)庫等輔助功能與單元，能自動(dòng)判別出不同工件刀具路徑的特性，并同時(shí)用戶指定的加工幾何精度、表面精度要求與設(shè)定的相關(guān)加工參數(shù)，實(shí)時(shí)模擬計(jì)算出實(shí)際加工的刀具軌跡與精確的切削仿真，幫助用戶快速地依據(jù)不同工件程序或工件中不同區(qū)塊的加工軌跡特性與加工幾何精度、表面精度要求在相對(duì)應(yīng)不同區(qū)塊的工件程序中彈性地優(yōu)化該區(qū)塊相關(guān)的加工參數(shù)。

本發(fā)明通過事前模擬并自動(dòng)生成優(yōu)化的高速高精控制指令與參數(shù)，將大幅降低或免除反復(fù)加工測(cè)試與調(diào)整所造成時(shí)間與資源的浪費(fèi)。且本發(fā)明自動(dòng)依據(jù)各工件區(qū)塊不同刀具路徑與加工質(zhì)量分別調(diào)整高速高精控制指令與參數(shù)，進(jìn)一步免除了固定控制參數(shù)對(duì)工件整體加工品質(zhì)的限制。

附圖說明

下面將以明確易懂的方式，結(jié)合附圖說明優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)一種機(jī)床控制指令與參數(shù)的自動(dòng)生成裝置和方法的特性、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式予以進(jìn)一步說明。

圖1a至圖1c為習(xí)知三種不同機(jī)床內(nèi)建數(shù)控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明機(jī)床控制指令與參數(shù)自動(dòng)生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明機(jī)床控制指令與參數(shù)自動(dòng)生成方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明仿真分析模塊產(chǎn)生刀具加工路徑仿真的示意圖；

圖5為本發(fā)明仿真分析模塊產(chǎn)生加工切削仿真的示意圖；

圖6為本發(fā)明優(yōu)化演算模塊對(duì)刀具加工路徑特性判別的示意圖；

圖7為本發(fā)明優(yōu)化演算模塊自動(dòng)生成優(yōu)化控制參數(shù)的示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1---自動(dòng)生成裝置；

10---解譯模塊；

11---規(guī)劃模塊；

12---參數(shù)模塊；

13---仿真分析模塊；

14---預(yù)覽模塊；

15---優(yōu)化演算模塊；

16---工件程序；

17---伺服執(zhí)行單元；

18---優(yōu)化控制參數(shù)；

s100---解譯步驟；

s200---規(guī)劃步驟；

s300---模擬分析步驟；

s400---預(yù)覽步驟；

s500---優(yōu)化演算步驟

s600---二次解譯步驟。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)照附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖，并獲得其他的實(shí)施方式。

為使圖面簡(jiǎn)潔，各圖中只示意性地表示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)。另外，以使圖面簡(jiǎn)潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個(gè)，或僅標(biāo)出了其中的一個(gè)。在本文中，“一個(gè)”不僅表示“僅此一個(gè)”，也可以表示“多于一個(gè)”的情形。

請(qǐng)參照?qǐng)D2所示一較佳實(shí)施例，本發(fā)明自動(dòng)生成裝置1是可建置在機(jī)床控制系統(tǒng)之外獨(dú)立運(yùn)行的輔助裝置，也可是可當(dāng)作機(jī)床控制系統(tǒng)的子單元，運(yùn)作于機(jī)床控制系統(tǒng)中。上述自動(dòng)生成裝置1包含：解譯模塊10、規(guī)劃模塊11、參數(shù)模塊12、仿真分析模塊13、預(yù)覽模塊14以及優(yōu)化演算模塊15等五部分。

其中，上述規(guī)劃模塊11電性連接于上述解譯模塊10，上述參數(shù)模塊12電性連接于上述規(guī)劃模塊11，上述仿真分析模塊13電性連接于上述規(guī)劃模塊11，上述預(yù)覽模塊14電性連接于上述仿真分析模塊13，而上述優(yōu)化演算模塊15分別與上述仿真分析模塊13以及解譯模塊10電性連接。

當(dāng)工件程序16傳輸至上述解譯模塊10，上述解譯模塊10將解譯上述工件程序16，并產(chǎn)生加工件的軌跡坐標(biāo)，再將上述軌跡坐標(biāo)傳輸至上述規(guī)劃模塊11。

上述規(guī)劃模塊11取得上述軌跡坐標(biāo)的數(shù)據(jù)后，將對(duì)上述軌跡坐標(biāo)進(jìn)行插值演算，并產(chǎn)生刀具加工的路徑訊息與速度訊息，再將上述路徑訊息與速度訊息傳輸至上述仿真分析模塊13。

上述參數(shù)模塊12內(nèi)建有多個(gè)不同加工件的加工參數(shù)的設(shè)定值，并將上述加工參數(shù)傳輸至上述仿真分析模塊13。

上述仿真分析模塊13取得上述路徑訊息、速度訊息以及加工參數(shù)后，將依據(jù)上述路徑訊息與速度訊息分析出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡特性，并同時(shí)給出切削仿真訊息，后續(xù)再把上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性以及切削仿真訊息傳輸至上述優(yōu)化演算模塊15。

上述預(yù)覽模塊14于取得上述切削仿真訊息后，即可顯示預(yù)覽切削仿真加工的路徑。

上述優(yōu)化演算模塊15取得上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性以及切削仿真訊息后，針對(duì)上述加工件不同區(qū)塊所采用的運(yùn)動(dòng)軌跡特性與切削仿真質(zhì)量，生成對(duì)應(yīng)區(qū)塊的優(yōu)化控制參數(shù)18。

其中，上述優(yōu)化控制參數(shù)18是由內(nèi)建于上述優(yōu)化演算模塊15中的數(shù)據(jù)庫自動(dòng)選取或是由用戶手動(dòng)微調(diào)所生成。且上述優(yōu)化演算模塊15可在加工件的每一區(qū)塊生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制參數(shù)18，或者是上述優(yōu)化演算模塊15亦可在加工件的局部區(qū)塊生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制參數(shù)18。

此外，上述優(yōu)化控制參數(shù)18后續(xù)將傳送至上述解譯模塊10，由上述解譯模塊10將上述工件程序16與優(yōu)化控制參數(shù)共同解譯，得出上述加工件的優(yōu)化軌跡坐標(biāo)。后續(xù)，上述解譯模塊10可進(jìn)一步將上述優(yōu)化軌跡坐標(biāo)傳輸給上述規(guī)劃模塊11進(jìn)行第二次插值演算，亦或是將上述優(yōu)化軌跡坐標(biāo)傳輸給伺服執(zhí)行單元17進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品加工。

在一個(gè)可行實(shí)施例中，上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性包含：加工軌跡的角度、加工軌跡的角度變化程度、加工軌跡的曲率、加工軌跡的曲率變化、小線段近似為曲線的擬合弦誤差(chorderror)、轉(zhuǎn)角與曲線軌跡在急沖度(jerk)與精度要求下的運(yùn)動(dòng)速度、加速度上限，相鄰軌跡的曲率、角度變化一致性的其中至少一種資料。

上述優(yōu)化控制參數(shù)18包含：加減速時(shí)間、最短加減速時(shí)間、切線與向心加速度上限、曲線與單軸急沖度上限、小線段近似為曲線的擬合弦誤差上限、直線轉(zhuǎn)角所允許誤差上限與誤差控制下的曲線擬合功能開關(guān)、連續(xù)小線段近似為圓弧功能開關(guān)、進(jìn)階伺服控制補(bǔ)償機(jī)制的調(diào)整與開關(guān)、伺服前饋控制的調(diào)整與開關(guān)。

上述仿真分析模塊13用以產(chǎn)生仿真加工工件的表面精度或表面光潔度評(píng)估、模擬加工工件的過切與欠切預(yù)測(cè)、模擬加工工件的振紋或異常紋路預(yù)測(cè)的其中至少一種工件加工表面特性的分析數(shù)據(jù)。

請(qǐng)參閱圖3所示，在一個(gè)較佳實(shí)施例中，本發(fā)明方法包含：解譯步驟s100；規(guī)劃步驟s200；模擬分析步驟s300、預(yù)覽步驟s400、優(yōu)化演算步驟s500以及二次解譯步驟s600等六部分。

其中，上述解譯步驟s100解譯工件程序16產(chǎn)生出加工件的軌跡坐標(biāo)；上述規(guī)劃步驟s200對(duì)上述軌跡坐標(biāo)進(jìn)行插值演算，并產(chǎn)生刀具加工的路徑訊息與速度訊息。

請(qǐng)參閱圖4及圖5所示，上述模擬分析步驟s300讀取上述路徑訊息與速度訊息后，分析規(guī)劃出加工刀具的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡特性，并同時(shí)進(jìn)行切削仿真，隨后再由上述預(yù)覽步驟s400實(shí)時(shí)顯示預(yù)覽切削仿真加工的路徑。

其中，上述模擬分析步驟s300判定上述運(yùn)動(dòng)軌跡特性的加工軌跡的角度、加工軌跡的角度變化程度、加工軌跡的曲率、加工軌跡的曲率變化、小線段近似為曲線的擬合弦誤差(chorderror)、轉(zhuǎn)角與曲線軌跡在急沖度(jerk)與精度要求下的運(yùn)動(dòng)速度、加速度上限，相鄰軌跡的曲率、角度變化一致性的其中至少一種資料。

請(qǐng)參閱圖6及圖7所示，上述優(yōu)化演算步驟s500依上述加工件不同區(qū)塊所采用的運(yùn)動(dòng)軌跡特性與切削仿真質(zhì)量，選出上述加工件加工路徑不同的特性，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)區(qū)塊(前部曲塊或部分區(qū)塊)的優(yōu)化控制參數(shù)18。

如圖所示，上述優(yōu)化演算步驟s500是由一數(shù)據(jù)庫自動(dòng)選取生成上述優(yōu)化控制參數(shù)18。然而此僅用為方便舉例說明之用，亦即上述優(yōu)化演算步驟s500亦可由用戶手動(dòng)微調(diào)生成上述優(yōu)化控制參數(shù)18，或者是同時(shí)經(jīng)由上述數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)選取與用戶手動(dòng)微調(diào)來生成上述優(yōu)化控制參數(shù)18。

最后，上述二次解譯步驟s600對(duì)上述工件程序16與優(yōu)化控制參數(shù)18進(jìn)行插值演算，產(chǎn)生出上述加工件的優(yōu)化軌跡坐標(biāo)。

其中，上述模擬分析步驟s300經(jīng)由上述軌跡坐標(biāo)的插值演算后，估算與分析加工路徑軌跡、加工路徑軌跡曲率、加工路徑軌跡曲率變化率、加工路徑軌跡角度、加工路徑軌跡角度變化率、加工路徑軌跡與原工件程序的誤差、相鄰加工路徑軌跡的相似性含梯度變化率、距離變化率的其中至少一種幾何資料。

另外，若上述模擬分析步驟s300經(jīng)由上述優(yōu)化軌跡坐標(biāo)的插值演算后，估算與分析經(jīng)由上述規(guī)劃模塊11規(guī)劃出實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度后的進(jìn)給速度、進(jìn)給加速度、進(jìn)給急沖度、相鄰加工路徑進(jìn)給速度一致性、實(shí)際加工的輪廓誤差、實(shí)際加工的加工時(shí)間的其中至少一種運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

應(yīng)當(dāng)說明的是，上述實(shí)施例均可根據(jù)需要自由組合。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。