[发明专利]用于优化计算机数控机器加工进程生产率的方法

说明书

本发明涉及一种用于优化至少一台计算机数控机器加工进程的生产率的方法，计算机数控机器包括由一个或多个驱动轴移动的至少一个加工工具，加工进程被一个给定数控程序所控制，给定数控程序定义了用于至少一个加工工具的至少一个工具路径，以及沿着工具路径的一个路径速度分布，该方法包括：与给定数控程序所定义的所述路径速度分布相比，迭代地提高沿着所述工具路径的路径速度，其中迭代地提高沿着所述工具路径的所述路径速度的实现适当考虑了所述一个或多个驱动轴中的每个驱动轴的相应动力限制，以及适当考虑了由于所述计算机数控机器的加工能力影响所述路径速度的加工极限；通过沿着所述工具路径的所述提高的路径速度来适配所述给定数控程序。

技术领域

本发明涉及一种用于优化关于一个给定数控程序的至少一台计算机数控机器的加工进程的生产率的方法。

背景技术

本发明涉及的计算机数控机器通常包括可由一个或多个驱动轴移动的至少一个加工工具。所述加工进程本身由一个给定数控程序所控制，该给定数控程序定义了用于所述至少一个加工工具的至少一个工具路径，以及沿着所述工具路径的一个路径速度分布。

关于数控编程的进程，主要目标主要集中在确保机器产生所需的部件几何形状和部件表面质量。对于执行铣削、磨削和车削等切削加工的机器工具，切削参数的编程方式首先和最重要的在于切削速度(刀刃和材料之间的速度)符合材料属性和计算机数控机器的性能。然而，今天的数控编程大多数没有最大化机器的全部加工潜力，因为其动态性能尚未完全被理解或者未被充分考虑，如现在关于铣削进程将要描述的那样。因此，计算机数控机器的实际生产率通常远低于理论最大生产率。

仔细观察铣削进程后，数控编程人员正在使用CAM(计算机辅助制造)系统为计算机数控机器生成数控程序。铣削加工的生产率很大程度上取决于计算机辅助制造系统设置的参数，如轴速度、轴加速度、主轴转速、切削速度和铣削工具的切削量。截至今天，这些参数通常如下确定。

每个驱动轴的最大速度和加速度由机器制造商提供。在对工具路径的参数进行编程时(在铣削进程中机器工具沿着工具路径前行)，数控编程人员会考虑这些数字。为了避免任何质量问题，数控程序员通常选择远低于指定最大值的速度和加速度值，以确保所需的部件质量。

刀具的切削刃与材料之间的速度是切削速度，切削速度取决于铣削工具沿着工具路径的路径速度(进给速度)、用于转动铣削工具的主轴转速(公转)和铣刀的几何设计，对此主轴转速为主要参数。优选的也是最大切削速度由刀具供应商定义，而这对不同材质是不同的。在数控编程进程中，实际切割速度通常选择为低于刀具供应商的最大定义速度，因为数控程序员希望避免机器过载的风险、刀具老化速度非常快的风险，以及加工导致不良部件表面的风险。

在刀具与材料之间的体积交集以及刀具沿着工具路径的行程限定了在铣削期间被移除的体积。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。关于所需的切削力和功率，限制因素由铣削工具本身、主轴的最大功率以及计算机数控机器结构的动态刚度给出。然而，今天的计算机辅助制造系统不提供任何智能或算法对数控编程进程的这些限制进行考虑，至少不适用于5轴铣削操作。因此，数控程序在最大切割量和最大切割负载方面再次采用非常保守的做法。

由计算机辅助制造系统生成的数控程序由后处理器进一步处理，后处理器使数控程序适配于特定的计算机数控控制器和目标机器的功能。后处理的结果是，生产率进一步降低。最后，如果首次将一个新数控程序加载到一台计算机数控控制器中，则新的制造进程的实施和设置由机器操作员或数控程序员完成，在加工进程中出于安全考虑，他们通常会在此之前再次降低机器的进给速度和机器速度。

结果是，加工进程产生符合所有质量要求的良好部件。然而，关于每部分生产时间方面的生产率，这个进程大多远离最大可能。我们在钻削、车削、激光切割、水刀切割和焊接进程方面也发现了相同的情况。

总之，可以说，加工进程的现实最大生产率远远低于实际使用的生产率，原因如下：

-数控程序员的安全和保守思维；