自動設定軸向加工參數的製造方法

2023-04-22 19:27:21 2

專利名稱：自動設定軸向加工參數的製造方法
技術領域：
本發明有關於一種自動設定軸向加工參數的製造方法，特別是指一種應 用軸向移動推估出最佳化控制軸向加工參數以提升工具機加工效能的控制 方式。
背景技術：
高速與高精度的切削條件目前已成為工具機的首要機能項目，隨著控制 器發展的日新月異，軸向加工參數經過參數調校後，皆可使工具機達到高速 高精度的要求，但一般工具機廠商於廠內所調校的初始基本軸向加工參數實 際運用在執行加工動作時，所呈現出來的速度與精度等動作皆因工件重量的 不同而影響加工效率，無法發揮最佳的加工性能。傳統針對工具機最佳化參數調整的方式有a 、工件重量是先利用磅秤或是由其他可量測重量儀器得知。b、在得知工件重量的前提下，通過試誤法(try & error)的方式利用 控制器參數並參考工具機軸向電流負載上限值與機臺無發生振動等條件來 調校出工件在某一工作範圍內(例0~50kg、 50~ 100kg)的最佳軸向加工參 數。因此，傳統的方法屬於人工化的操作，影響到整體自動化操作的順暢性， 若工件太重還須移動至設有測重的場所，都提高了操作的複雜度。為了提供 更符合實際需求的應用法則，發明人乃進行研發，以解決公知使用上易產生 的軸向加工參數不易設定與耗時設定等問題。發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種自動設定軸向加工參數的製造方 法，將某些軸向加工參數的數值在出廠前預先設定，操作者只要在加工時直 接將工件置於加工機上，運用機定的程序，便能得到相關的軸向加工參數(時間參數)，且能將這些軸向加工參數直接存入工具機的控制器單元內，以被 主程序進一步取用，讓整體的操作更明確，更無誤差。本發明的技術解決方案是 一種自動設定軸向加工參數的製造方法，其 步驟包括在工具機的工作檯上放置一工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式；程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央；先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動10Omm，測量得到一個X軸參數值(X軸電流負載量)；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動100mm，測量得到一個Y軸參數值(Y軸電流負載量)；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向加工參數(時間值)。如上所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其中，還包含有一機定最小值設定步驟在工具機的工作檯上放置工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行工件參數值設定模式； 程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央； 先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動100mm，測量得到一個X軸參數值(X軸電流負載量)；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動10Omm,測量得到一個Y軸參數值(Y軸電流負載量)；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向加工參數(時間值)。如上所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其中，還包含有一機定最大值設定步驟在工具機的工作檯上放置一機定最大值工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式；程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央；先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動100mm,測量得到一 個X軸參數值(X軸電流負載量)；再移動工具機工作檯往工具4幾Y軸的方向往覆移動10Omm，測量得到一 個Y軸參數值(Y軸電流負載量)；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向 力口工參數(時間值)。如上所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其中，進一步包含一判 定步驟是在調校後將數值與機定最大值與最小值比對；若其值為介於兩者之間，則將所獲的軸向加工參數值存入工具機內的暫 存區，供加工程序取出應用。如上所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其中，所述調校為依機 臺的特性所設定的回歸分析方程式，以換算出相對應的轉動時間參數值，即 軸向加工參數值。本發明的特點和優點是本發明的自動設定軸向加工參數的製造方法， 為一種提升工具機加工效能的控制方法，其可針對不同的工件，以自動檢測 的方式來預估目前工件的重量大小，並研判出最適合此加工條件下的工具機 軸向加工參數，以達成更快速、有效且具備穩定性的加工模式，此功能將可 使工具機以更有效率的方式來完成加工動作。特別是，本發明利用工作檯上 不同的載重條件，經初始測試動作後，可得出最佳化的軸向加工參數並儲存於程序暫存區內，在執行程序前下達啟用指令，即可自動地將軸向加工參數 設定於控制器中，在執行程序期間將呈現出快速並具穩定的加工狀態模式， 以提高工具才幾的加工效率。


圖1為本發明的機臺立體示意圖。圖2為本發明的參數設定於推進軸時間與速度關係曲線圖。圖3為本發明的求取參數初始化流程圖。圖4為本發明的參數運算流程圖。圖5為本發明的參數使用判定流程圖。圖6為本發明參數範圍定義圖。圖7為本發明參數的應用流程圖。圖8為本發明加工程序的移動路徑示意圖。
具體實施方式
以下配合附圖詳細說明本發明的特徵及優點如圖l至圖8所示，為本發明一種取得及應用工具機工件參數值的方法。 圖l為工具機的架構圖，包括工作檯l、 X軸進給軸向2、 Y軸進給軸向3 與電腦數值控制器等，其中工作檯1為工具機承載與固定工件的平臺；X 軸進給軸向2為工具機的X軸方向的進給軸，帶動工作檯作X方向運動；Y 軸進給軸向3為工具機的Y軸向的進給軸，帶動工作檯作Y方向運動；電腦數值控制器為設置於工具機中的控制裝置，內含有宏程序單元，可將欲測試 的動作寫入及作數據運算處理等動作。本發明藉由上述構件，發展出工具機自動取得設定及應用最佳化的軸向 加工參數值的製造方法，以提升加工效能，其為一可根據工作檯上不同的載 重條件，經初始量測後，可得出最佳化的軸向加工參數組合。參閱圖2所示，為控制快動鍾型(為一種U形曲線，如同鐘擺般動作)加/減速的軸向加工參數(時間參數)Tl (設定為依照線性加速度考量時的時間常數，指圖中直 線部份的時間值)與T2 (設定為依照轉角速度部份的時間，指圖中曲線部份 的時間值)；由圖2中可看出曲線為一漸進變化的斜率，其加速度的微分為 連續的有限值，調整此參數將對馬達的力矩輸出及減低機臺振動有所助益。 其可增加或減少控制器指令的速度，利用電腦程式來控制加工的工作母機 (工具機CNC)， CNC控制器將送出命令來驅動主軸(Z軸)馬達及工作檯(X Y軸馬達開始加工)，並儲存於程序暫存區內，在執行程序前下達啟用指令， 即可自動地將軸向加工參數設定於控制器中，在執行程序期間，將呈現出快 速且穩定的加工模式，以提高工具機的加工效率。本發明包含以下步驟為在工具機的工作檯上放置一工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式；程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央；先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動100mm，測量得到一 個X軸參數值(X軸電流負載量)；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動10Omm，測量得到一 個Y軸參數值(Y軸電流負載量)；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向 加工參數(時間值)。其後更含有一機定最小值設定步驟不在工具機的工作檯上放置工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式； 程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央； 先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動10Omm，測量得到一 個X軸參數值(X軸電流負載量)；再移動工具才幾工作檯往工具4幾Y軸的方向往覆移動10 Omm，測量卩尋到一 個Y軸參數值(Y軸電流負載量)；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向 加工參數(時間值)。更含有一機定最大值設定步驟在工具機的工作檯上放置一機定最大值工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式；程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央；先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動100mm,測量得到一 個X軸參數值(X軸電流負載量)；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動100mm，測量得到一 個Y軸參數值(Y軸電流負載量)；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向 加工參數(時間值)。另外，包含一判定步驟在調校後將數值與機定最大值與最小值比對；若其值為介於兩者之間，則將所獲的軸向加工參數值存入工具機內的暫 存區，供加工程序取出應用。上述所謂的調校為依機臺的特性所設定的回歸分析方程式，以換算出相 對應的加工轉動所需時間參數值，也就是本案所稱的軸向加工參數。本發明其流程可分為測試與擷取信號、分析數據、執行與使用功能，其 整體技術執行的方式如下在測試與擷取信號方面，參閱圖3所示，其利用測試方式建構出數學預 估模型，將測試的動作預先寫入至宏程序指令中，並設定栽重(栽重條件的 設定是以工具機工作檯的最大栽重作為依據)與軸向加工參數條件組合來進 行測試，例如假設載重與軸向加工參數條件其工作檯栽重為0-X Kg，設定快動鍾型加/減速的軸向加工參數(時間參數)T1 = 0 ~ X ms與軸向加工 參數(時間參數)T2=0~Xms;下達量測指令後，先移動工作檯至X與Y軸 向的中央位置，在X軸嚮往覆移動100mm，又在Y軸嚮往覆移動100mm，同時 記錄在軸向電流負載不超過上限值與工具機機臺無發生振動的情形下，其軸 向加工參數(為最佳化的載重與控制時間參數)的匹配條件。
例如假設調校後的相關最小參數條件，其工作檯載重OKg，設定快動 鍾型加/減速的軸向加工參數11= 50 ms與軸向加工參數T2-110 ms;假設調 校後的相關最大參數條件為B ,其工作檯載重300 Kg，設定快動鍾型加/減 速的軸向加工參悽i:Tl-130 ms與軸向加工參數T2-5Q ms。以上為機定測定程 序(在出廠前完成，也能提供給使用者自行設定的操作空間)。
假設調校後的相關參數，相當於工作檯載重上為栽重b Kg,設定快動鍾 型加/減速的軸向加工參數T1-Xbl ms與軸向加工參數T2-Xb2 ms;以作為分 析軸向加工參數的依據。在測試與擷取信號方面，參閱圖3所示，其利用測 試方式建構出數學預估模型，將測試的動作預先寫入至宏程序指令中，並能
設定為多組載重(載重條件的設定是以工具機工作檯的最大載重作為劃分依 據)與軸向加工參數條件組合來進行測試，例如 一工作檯載重為100Kg，
設定後能得到一新工件於快動鍾型加/減速的軸向加工參數Tl-7Q ms與時間
參數軸向加工參數T2-110 ms,同樣地是在下達量測指令後，先移動具新工
件的工作檯至X與Y軸向的中央位置，在X軸嚮往覆移動100mm, Y軸嚮往
覆移動100mm，同時記錄在軸向電流負載不超過上限值與工具機機臺無發生
振動的情形自動分析軸向加工參數的依據。
在分析量測數據資料方面，參閱圖4所示，有了調校後的相關參數(軸 向加工參數)，即可利用各參數間的相關性推導出各參數間的數學方程式
(1 )將軸向電流負載值與工作檯荷重值兩個數據搭配，成為 一電流負載 與荷重的數學關係式，例如當工作檯上無荷重時，其軸向電流負載值為147% (因工作檯本身有重量)、當荷重為100Kg時其軸向電流負載值為154Y。、當荷重為200Kg時其軸向電流負載值為166%、當荷重為工具才幾工作檯最大負栽 300Kg時其軸向電流負載值為173。/。，由上述的數據關係可利用數學回歸分析
方式推得一單變數方程式，如下式
y = 0. 0241x3 - 11. 567x2 + 1858. 2x — 9975 3 (eql)
其中x為工具機軸向電流負載值，y為工作檯荷重值。得出此方程式的 目的在於，當量測到軸向電流負載值後，即可通過此預估方程式計算出目前 在工具機工作檯上工件的荷重值，例如量測到的軸向電流負載為168%，利 用eql可預估出工作檯上工件荷重231Kg。此工件荷重即為工件的重量，本發 明不運用此重量值，在本發明中不是直接量測稱重得到，而是以機上的測定 裝置直接導引出T1、 T2的軸向加工參數值。
(2)將工作檯荷重值與相關軸向加工參數互相搭配，成為多個荷重與軸 向加工參數的數學關係式，例如當工作檯上無荷重時，所調校出的快動鍾 型加/減速的軸向加工參數1"1=50 ms與軸向加工參數T2-110 ms、當荷重為 100Kg時，所調4交出的快動4中型加/減速的軸向加工參l^:Tl-7 ms與軸向加 工參悽1T2-110 ms、當荷重為200Kg時，所調校出的快動鍾型加/減速的加工 參數Tl-llO ms與軸向加工參悽史T2-70 ms、當荷重為300Kg時，所調才交出的快 動鍾型加/減速的軸向加工參數TK30 ms與向加工參數I7-50 ms，藉由上 述數據與參數間的關係，可利用回歸分析方式推得多個數學方程式
=2.635426T1 -l. 01933T2 =190. 7407— 1. 18519T2
其中y為工作檯荷重值、Tl與T2為快動鍾型加/減速的軸向加工參數。 得出上述方程式的目的在於，將荷重值帶入上述方程式後，即可得出在此荷 重條件下的相關軸向加工參數，例如已知工作檯荷重231Kg，透過上述方 程式運算，可得出快動鍾型加/減速的軸向加工參數Tl為113 ms與軸向加工 參數T2為66 ms。
根據上述測試與擷取信號和分析資料流程，本發明將可通過執行功能方式應用於工具才幾加工程序中，以提升加工效率，參閱圖5所示，執行預先寫 入至宏程序指令中的量測程序，其將自動設定相關標準的軸向加工參數至機 臺內部，執行量測程序結束後將可得出在目前荷重條件下的相關預估軸向加
工參數，並儲存於宏程序單元的暫存區內；換句話說是機定設定最大與最 小加工參悽^直區間。
執行量測指令後，工作檯移動至X與Y軸向的中央位置，再移動X軸向 往覆100mm，移動Y軸嚮往覆100mm，此時控制器將會判斷所擷取的軸向電流 負載最大值是位於範圍a與範圍b之間或是小於範圍a內或是大於範圍b 的外，請參閱圖6所示，此判別區間的考慮是由於工具機工作檯所承載的重 量有限，若所量測的電流負栽過大或過小，將影響預估軸向加工參數的判斷， 當工作檯上無荷重時，以軸向加工參數所測得的軸向電流負載值為147%，所 設定的快動鍾型加/減速的軸向加工參數Tl為47ms與軸向加工參數T2為 121ms，當荷重為工具機工作檯最大負載300Kg時其軸向電流負載值測得為 173%,所設定的快動鍾型加/減速的軸向加工參數Tl為133ms與軸向加工參 悽tT2為49ms,由此可訂立範圍a為147%與範圍b為173%。
判別流程的說明
(1 )範圍a與範圍b間(範圍a <電流負載〈範圍b ):根據上述所擷 取的軸向電流負載值為168%是坐落在範圍a (147%)與範圍b (173%)之間，將 電流負載值帶入前述的電流負載與荷重的數學關係式中
formula see original document page 12 (eql) 即可預估出工作檯荷重為231Kg，再將荷重值帶入前述的荷重與相關控制參 數(軸向加工參數)的數學關係式中
formula see original document page 12 可推估出快動鍾型加/減速的(時間控制)軸向加工參數Tl為113ms與軸向 力口工參數T2為66ms。(2) 小於範圍a內(電流負載〈範圍a):假設所擷取的軸向電流負栽 值為123%,其小於範圍a (147%)，經由分析判斷工作檯荷重不可能為負值存 在，所以仍以無荷重條件判別，所推估出快動鍾型加/減速的(時間控制) 軸向加工參數Tl為47ms與軸向加工參數T2為121ms。(3) 超過範圍b外(電流負載〉範圍b):假設所擷取的軸向電流負栽 值為180%,其大於範圍b (173W，經由分析判斷已超過工作檯荷重能力範圍， 基於保護工具機的加工穩定與效率性，將以最大荷重條件判別，所推估出快 動鍾型加/減速的(時間控制)軸向加工參數Tl為133ms與軸向加工參數T2 為49ms。應用流程的i兌明將預估出的相關軸向加工參數應用於工具機加工程序中時，請參閱圖7 所示，於加工程序中下達啟用本發明功能的指令，也就是於加工程序中加入 『判斷是否於加工程序中下達讀取暫存區參數指令』與『判斷是否於加工程 序中下達停止使用暫存區參數指令〗，以控制程序中不同的開/關動作即可 將暫存區內的相關軸向加工參數設定於控制器中，在執行加工程序時，將可 提升加工效率等，若無需使用本發明功能時，於加工程序中下達停用的指令， 即可將相關軸向加工參數回復成為原先的標準參數值。再將圖7的實際應用，舉例如下A.未使用本發明功能image see original document page 13a-2.動作說明(如圖8所示)1、程序名稱(00001),以絕對坐標方式(G90)利用快動前進(G00)至X-600 Y0的位置。2 、再快動前進至X-600 Y-600的位置。3 、再快動前進至XO Y-600的位置。4 、再快動前進至XO YO的位置。5 、程序結束(M30)。其動作流程為於原點至X-600、再至X-600 Y-600、轉至Y-600、再回 原點的切削過程。a-3.程序執行的加工時間5sec。 B.使用本發明功能b-l.先執行圖5所示執行程序指令動作，相關軸向加工參數條件已儲存 於程序暫存區中。b-2.加工時，程序中會將參數條件寫入引用，是指啟用(指讀入應用) 本發明軸向加工參數功能的指令。程序如下O0001 M400 S1 G90G00X-600Y-600XOYO M400 SO M30b-3.動作說明1、 將啟用本發明功能的指令寫入(M400 Sl)。2、 以絕對坐標方式(G90)利用快動前進(G00)至X-600 YO的位置。3 、再快動前進至X-600 Y-600的位置。4 、再快動前進至XO Y-600的位置。5 、再快動前進至XO YO的位置。6、將啟用本發明功能的指令取消(M400 S0)。 7 、程序結束(M30)。也就是執行與前述A未使用本發明時的同樣加工過程。 b-4.程序執4亍時間4sec。C.使用本發明功能與未使用的程序執行時間比較程序執行時間 (sec)使用本發明功能所提升的 力口工效益使用本發明功能420%未使用本發明功能5由前述的實際應用性能上的比較，使用本發明能增近20 %的工作效率， 也就是說，當前述的時間應用參數被快速取得後，便是得到較佳的操控狀態， 能被設定以最快最短的時間內讓工具機的操控性 一 步到位，無需經過所謂的 緩慢驅動過程，換言之，程序取用到軸向加工參數的時間值後，直接以參數 的時間值讓馬達的輸出功率無需等待而直接以最快的模式進行操作，這便是 本發明加工效能能被快速提升的關鍵處。也就是說，本發明前述的參數取得主要應用人工，其需要計算，可能從 稱重至取得參數需幾十分鐘以上，可是經過本發明方法的應用，在流程的改 善後，出廠前已有標準值的設定， 一分鐘便能快速地決定參數值的取得，便 能直接進行類似上段所述的實際加工過程，對工具機，特別是綜合工具機的 整體加工過程，在設定方面，能節省數十分鐘的時間，亦讓現場工作人員得 到標準化的操作，更因標準的流程，快速簡單設定參數，讓加工效能得到提 升，即能提高產量，可以說是一個小小的改變，確有大大的效益增進，這就是本發明與眾不同之處。綜上所述的結構，本發明是根據工作檯上不同的載重條件，以下達初始 量測指令的方式，自動推估出工件的重量負載，並通過控制器中宏程序單元內的軸向加工參數運算方程式，以計算調校出在此工件重量條件下的軸向加 工參數，此方式可比公知技術更精確地預估出最佳化的軸向加工參數，在執 行程序前下達啟用功能指令，即可自動地將預先推估出的軸向加工參數設定 於控制器中，在執行程序期間，將呈現出快速並具穩定的加工模式，藉此提 高工具機的加工效率，所以能提供很好的使用性，為一完全與公知不同的操 作方法。以上所述為本發明的較佳實施例的詳細說明與附圖，並非用來限制本發 明，本發明的所有範圍應以其專利範圍為準，凡專利範圍的精神與其類似變 化的實施例與近似結構，皆應包含於本發明之中。
權利要求
1. 一種自動設定軸向加工參數的製造方法，其步驟包括在工具機的工作檯上放置一工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式；程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央；先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動100mm，測量得到一個X軸參數值；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動100mm，測量得到一個Y軸參數值；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向加工參數。
2 、如權利要求1所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其特徵在 於，還包含有一機定最小值設定步驟 不在工具機的工作檯上放置工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行工件參數值設定模式； 程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央； 先移動工具才幾工作檯往工具機X軸的方向往覆移動10Omm,測量得到一 個X軸參數值；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動100mm，測量得到一 個Y軸參數值；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向 力口工參數。
3、如權利要求2所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其特徵在 於，還包含有一機定最大值設定步驟在工具機的工作檯上放置一機定最大值工件；啟動工具機的操作，選擇進入執行軸向加工參數值設定模式；程序啟動，移動工作檯至工具機X軸與Y軸的中央； 先移動工具機工作檯往工具機X軸的方向往覆移動100mm，測量得到一 個X軸參數值；再移動工具機工作檯往工具機Y軸的方向往覆移動100mm，測量得到一 個Y軸參數值；將所測得的X軸參數值、Y軸參數值進行調校便得到X軸與Y軸的軸向 力口工參數。
4 、如權利要求3所述的自動設定軸向加工參數的製造方法，其特徵在 於，進一步包含一判定步驟是在調校後將數值與機定最大值與最小值比對；若其值為介於兩者之間，則將所獲的軸向加工參數值存入工具機內的暫 存區，供加工程序取出應用。
5 、如權利要求1或2或3所述的自動設定軸向加工參數的製造方法， 其特徵在於，所述調校為依機臺的特性所設定的回歸分析方程式，以換算出 相對應的轉動時間參數值，即軸向加工參數。
6、如權利要求1或2或3所述的自動設定軸向加工參數的製造方法， 其特徵在於，所述X軸參數值為X軸電流負栽量，所述Y軸參數值為Y軸電流 負載量，所述調校後得到的軸向加工參數為加工所需的時間值。
全文摘要
本發明為一種自動設定軸向加工參數的製造方法，為提升工具機加工效能的控制方法，其可針對不同的工件，以自動檢測的方式來預估目前工件的重量大小，並研判出最適合此加工條件下的工具機軸向加工參數，以達成更快速、有效且具備穩定性的加工模式，此功能將可使工具機以更有效率的方式來完成加工動作。
文檔編號G05B19/18GK101231517SQ20071000824
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月26日 優先權日2007年1月26日
發明者徐正亮, 陳志平, 陳柏志, 馬勝銘 申請人:陳志平