CN109154806A - 利用预处理仿真的实时加工过程监测 - Google Patents

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Abstract

预处理仿真可以通过仿真NC程序来计算机器工具的操作条件并且计算指示操作条件的预测值。实时监测***可以将来自实际执行NC程序的机器工具的实际操作的实际值与预测值进行比较，并确定是否启动响应。操作条件可以是机器工具操作条件。实际值与预测值的比较可以基于预测值将落入在其内的动态极限，动态限制可以基于机器工具位置而变化，并且动态限制可以包括上限边界和下限边界。

Description

利用预处理仿真的实时加工过程监测
技术领域
本公开一般涉及机器工具。具体公开了一种仿真NC程序的执行和得到的至少机器工具的操作条件并生成预测这些操作条件的值的数据的方法和装置。还公开了一种将实际加工期间存在的操作条件与操作条件的预测值进行比较的方法和装置。
背景技术
已经广泛接受涉及基于CAD/CAM的支持的加工***的计算机控制以提高生产率并降低生产成本。最近，已经开发出更多智能功能并将其集成到CNC机器工具中。CAD/CAM提供了创建和监测在工件上使用的工件路径的工具。在一些CAM软件程序中，机器工具和机器虚拟环境可用于动态仿真加工操作。这些动态仿真提供NC程序生成和验证、材料去除分析和碰撞检测错误。利用过程仿真，可以在实际加工部件之前分析和验证工具路径。随着仿真工具的发展，更加准确、更加快速地加工复杂部件变得更加容易。然而，在选择加工策略时，CAM软件提供的方法通常基于部件的几何信息，很少或不考虑机器工具能力或金属切割的物理特性。另一方面，机器工具(或操作员)关于NC程序的信息有限，因此难以判断加工是否正确执行。在不需要的操作条件下运行机器工具会对工具、机器工具或工件造成损坏。在机器限制、接近或超过机器限制的情况下，短时间或长时间操作都可能导致工具、机器工具或工件损坏。
此外，在实践中，仍然主要基于分别是非常保守和激进的加工手册和/或工具制造商的目录来选择操作参数。因此，难以在最佳条件下进行加工，这导致生产率低或加工精度和表面粗糙度劣化。此外，当工具是以快速增加的切割负载进行切割的切割工具时，切割工具以及待加工的工件材料容易发生损坏。
附图说明
附图与说明书(包括下面的详细说明)一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个方面的框图。
图2图示了根据本发明的一个方面的仿真的流程图以及根据本发明的另一方面的用于实时监测加工过程的方法的流程图。
图3是可以是图2的预处理仿真的一部分的实施例的流程图。
图4是可以是图2的预处理仿真的一部分的实施例的流程图。
图5是图1的监测的实施例的流程图。
图6是图1的预处理仿真的数据文件的示例性数据结构实施例的表示。
图7A是对机器工具、工具保持器或工具的测量负载施加限制的现有技术方法的示意图。
图7B是动态限制实施例的示意图。
图8是处理器操作环境的实施例的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，相同的附图标记贯穿若干视图中指定相同或对应的部分。此外，在以下描述中，应理解诸如前、后、内、外等术语是方便的词语，并且不应被解释为限制性术语。在本专利中使用的术语并不意味着限制，只要本文所述的装置或其部分可以在其他方位上附着或使用。更详细地参考附图，描述了根据本发明的教导构造的实施例。
如本文所使用的，工具指示任何类型的工具，其可由机器工具的工具夹具承载并由机器工具操纵以改变工件的特性。尽管这里在描述本发明的方面和/或实施例时经常参考切割工具，但是如本文所使用的，工具不限于任何特定类型的工具，并且对切割工具的参考应被视为并解释为不限制本发明涉及一种涉及切割的机器工具的操作，除非特别限制。虽然切割可以意味着通过剪切变形从工件上去除材料，但是如本文所使用的，切割应当被认为并解释为不限制本发明通过剪切变形去除材料，除非特别是如此指出，但是应当考虑并解释为改变工件的任何特征的操作。尽管在描述本发明的方面和/或实施例时经常参考主轴，但是如本文所使用的，主轴不限于任何特定类型的工具保持器，并且对工具保持器的引用应被视为并解释为不限于任何特定类型的工具保持器。在必要的程度上，本文明确阐述的公开内容取代通过引用并入本文的任何冲突材料。
图1是示出本发明的一个方面的框图。从NC程序2开始，仿真100可以计算由NC程序2的仿真执行生产的条件。如果仿真100指示存在不期望的条件(即，可能导致不期望的结果的条件)，则可以在150处使用来自仿真100的结果的分析的反馈来修改NC程序2，并且仿真100可以继续仿真修改的NC程序2。仿真100可以迭代地仿真NC程序2的连续修改，直到仿真100没有指示不期望的条件存在，并且生成指示计算的条件的数据，该数据表示那些条件的预测值。NC程序2的最新版本实际上可以由机器工具控制器执行以使机器工具加工工件。在机器工具的操作期间，关于在加工工件期间存在的实际操作条件的信息可以由实时监测***200相对于预测值实时评估，该预测值可能已经通过仿真100计算。如果实际操作条件不在预测值的可接受范围内，则可以在250处生成指示其的反馈数据，并且加工可以被中断。
参考图2，两个流程图图示了根据本发明的一个方面的预处理仿真100和根据本发明的另一方面的实时监测***200。尽管预处理仿真100和监测***200彼此结合示出，但是可以独立于另一个来实践仿真100或监测***200。预处理仿真100在虚拟环境中仿真NC程序的执行，其中机器工具操作NC程序中指定的工具以遵循工具路径，包括进给速率、工具角度等。预处理仿真100可以根据工具属性(诸如工具种类、尺寸和几何形状)以及材料成分，建模切割路径和相关条件，诸如进给速率、主轴速度和切割深度，并计算要去除的几何材料。预处理仿真100可以标识可能导致不期望结果的仿真操作条件，使得NC程序被修改或可以被修改以减少或消除这种不期望结果的可能性，并且可以基于NC程序的最终修改版的仿真来计算某些操作条件的预测值，对于NC程序的最终修改版，预处理仿真100没有标识可能导致不希望的结果的条件。可以将这样的预测值提供给实时监测***200，并且可以将NC程序的修改提供给机器工具控制器。如图2和图5所示，由预处理仿真100生成的数据可以传递到实时监测***200，并且NC程序的最终修改可以被加载到机器工具控制器300中。实时监测***200可以结合机器工具上工件的实际在线加工实时执行、将预测值与实际加工中的实际值进行比较，并根据该比较进行响应。
如图2中所示，NC程序102被提供给预处理仿真100。NC程序102可以是任何来源，例如可以全部或部分地由CAD/CAM***生成或者全部或部分地手动创建。如在104处所指示，可以针对特定计算环境初始化预处理仿真100，并且加载与实际机器工具、工具、工件和最终部件相关的数据，诸如但不限于，工具属性，诸如例如工具形状、直径、槽纹数、螺旋角等，其可以在预定的工具几何形状的表中组织；机器工具属性，诸如但不限于轴配置、主轴扭矩-功率曲线、轴冲程(axis stroke)等；工件属性，诸如但不限于库存材料形状、材料特性和材料特定的切割压力系数；以及最终部件配置，诸如但不限于实体模型的形式。预处理仿真100的初始化可以仅在需要时发生-不一定每次都执行预处理仿真100。可以在任何时间以任何方式输入相关数据，诸如在仿真时由最终用户输入的一些数据。最终用户可以通过下拉列表选择一些相关数据。
在所描绘的实施例中，预处理仿真100基于NC程序逐运动步骤地仿真加工过程。在步骤106表示建模NC程序的每个运动步骤的执行的仿真和关联的计算。对于NC程序的每个运动步骤，预处理仿真100可以计算当前运动步骤的加工条件。如本文所使用的，运动步骤指示相对于工件的工具的位置的改变。可以在步骤104期间设置预处理仿真100的运动步骤分辨率。加工条件包括与操作条件的步骤108处的后续计算相关的信息，这可能导致不期望的结果，诸如对工具、机器工具或工件的损坏或者加工过程的不准确性。在步骤106，预处理仿真100可以基于几何布尔运算来计算被去除的材料的体积和切割工具-材料接触面积。基于计算的材料去除和接触面积，仿真100可以计算切割的轴向深度和切割的宽度。工具的每个槽纹的切屑负载(chip load)也可以基于被仿真的NC程序的运动步骤的属性来计算，诸如操作属性(诸如进给速率和主轴速度)以及诸如工具属性(诸如切割工具的槽纹的数量)。可以基于切割工具直径计算径向接合(engagement)。以这种方式仿真NC程序在本领域中是公知的，并且可以通过几种商业上可用的现有CAM仿真程序中的任何一种来实现，包括例如可从CGTech获得的Vericut Optipath软件。
在所描绘的实施例中，如图2中所示，在步骤106仿真当前运动步骤的加工条件之后，在步骤108，仿真100可以计算可能导致不希望的结果(诸如导致切割工具、机器工具或工件的损坏)的一个或多个操作条件的值，如果机器工具继续以该值或高于该值运行。这些操作条件包括工具操作条件和/或机器工具操作条件，其可以包括但不限于任何的切割力、主轴功率、主轴处的径向负载(例如，在主轴轴承处)、工具偏转、工具上的弯矩、主轴或主轴接口处的弯矩、工具保持器/主轴接口处的切割扭矩、工具的温度、一个或多个机器工具轴伺服***的负载。这些操作条件可以基于如上所述在步骤106仿真的当前运动步骤的一个或多个加工条件。在实施例中，可以在步骤106通过现有程序和提取的相关数据来仿真与随后的操作条件计算相关的信息，以形成在步骤108的计算基础。在步骤108处的每个计算可以被认为是正在仿真的特定运动步骤的每个这种相应的操作条件的预测的值，并且在本文中也称为预测值。
在步骤110，仿真100针对当前运动步骤确定在步骤108计算的任何预测值是否超过限制，该限制可以是与该操作条件相关的预定限制。更一般地说，仿真100基于相对于预定标准的一个或多个预测值的评估是否指示不期望的操作条件(诸如可能或可能导致工具、机器工具或工件损坏或者导致加工过程的不准确的操作条件)，确定当前运动步骤是否继续以其当前形式仿真NC程序。例如，这种评估可以是预测值与机器工具规格(例如，功率和扭矩限制)、一个或多个驱动轴的推力限制和切割工具限制(诸如但不限于切割工具的特征温度，低于该温度，切割工具材料可以保持其机械强度和工件属性)的比较。这种评估可以包括相应的预测值是否在限制的相应的预定容限之外。
如果相对于相关限制加上任何容限，当前运动步骤的预测值被认为是可接受的，则仿真100可以前进到步骤112，其中仿真100可以考虑是否已经分析了所有运动步骤，并且如果不是所有运动步骤都已经被分析，则可以前进到下一个运动步骤，返回步骤106，针对下一个运动步骤，重复步骤106、108和110。当分析了所有运动步骤时，仿真100就可以从步骤112前进到步骤114，并创建包括每个运动步骤的预测值的数据文件。数据文件可以具有任何合适的结构。
如果在步骤110确定不应当继续以其当前形式的NC程序的仿真，则对于一个或多个运动步骤可能需要修改NC程序。这种修改对于当前运动步骤可能是必须的，对于一个或多个之前的运动步骤可能是必需的，和/或对于一个或多个后续的运动步骤可能是必需的。
如虚线所示，从步骤110前进到步骤116，在步骤116，仿真100可以自动地创建对NC程序的这种修改。例如，仿真100可以降低进给速率。然后，仿真100可以返回到仿真100的适当步骤。例如，如果在步骤116没有实施影响当前运动步骤之前的一个或多个运动步骤的修改，则仿真100可以前进到步骤106并继续在修改的当前运动步骤开始的仿真。如果在步骤116，当前运动步骤之前的一个或多个运动步骤被修改，则仿真100可以前进到步骤106并且在适当的运动步骤(例如，最早的修改运动步骤)继续进行仿真，或者仿真100可以前进到仿真中的较早步骤，例如用于重新初始化、数据输入等。仿真100可以前进到步骤106并且在第一运动步骤进行，而不管修改了哪些运动步骤。在步骤104，如果修改需要改变初始化或数据输入，则仿真100可以前进到步骤104。
备选地，仿真100可以不自动创建对NC程序的修改。如果没有，那么从如由虚线所示的步骤110到步骤118的仿真100可以停止仿真并提供输出，该输出指示仿真100确定以其当前形式继续仿真NC程序不应当继续。这种输出可以是人类可感知的形式，诸如听觉或视觉警报、屏幕上的弹出通知等，或者可以是响应于输出形式的***可用的形式。可以例如由程序员创建对NC程序的修改，并且在适当的步骤重新启动或恢复仿真100。
备选地，在步骤110的“是”之后，仿真100可以提供在某些情况下前进到步骤116并在其他情况下前进到步骤118。
应当注意，如果在步骤110之后对NC程序进行任何修改，则在某一时刻，仿真100仿真修改的NC程序的全部或部分。还应当注意，所描绘的仿真100的实施例仅是可以基于NC程序计算预测值的一种方式。例如，可以针对每个运动步骤执行步骤106，然后针对每个运动步骤执行步骤108和110，或者针对每个运动步骤执行步骤108，然后针对每个运动步骤前进到步骤110并且报告超过预定限制的每个条件。
图3图示了可以包括预处理仿真100的步骤108的实施例。在如上所述的步骤106之后，在步骤120，可以计算当前运动步骤的切割力和温度。在步骤122，对于每个运动步骤，基于当前运动步骤的主轴转速来计算机器工具的功率和扭矩限制。在步骤124，计算施加到工具保持器/主轴接口的弯矩和扭矩。这些可以例如基于计算出的切割工具的负载和标距长度(gauge length)来计算。
图4图示了可以包括作为步骤108的一部分执行的步骤的实施例。切割工具可以具有一个或多个切割刃，每个切割刃在本文中称为槽纹。切割负载沿着每个切割刃分布，该切割刃沿着切割刃的与材料接合的部分在运动步骤中接合材料。可以通过分析沿每个切割刃的小部分来计算切割负载和温度。对于每个这样的小部分，可以基于该小部分的切屑负载、切割速度、径向接合、切割工具几何形状和工作材料特性来计算切割负载和温度。图4指示在130处，对于每个运动步骤，可以分析每个槽纹。在132处，指示对于每个这种槽纹，可以分析沿着槽纹的每个小部分。在步骤134，可以确定在切割中当前部分是否接合。如果未接合，则分析可以前进到由138指示的下一部分。如果在切割中当前部分接合，则在步骤136，可以计算该部分(诸如在主轴接口或工具处)的温度和力。在138处，分析可以前进到当前槽纹的下一个小部分，并且循环回到步骤132以重复该过程，直到已经考虑了当前槽纹的所有小部分。在考虑了所有小部分之后，可以在步骤140计算并存储槽纹的切割力和温度。槽纹的力可以是针对每个部分计算的力的总和。温度可以是针对槽纹的任何部分计算的最高温度。备选地，可以将力相加，并将经过循环的每个部分的温度进行比较。如果没有考虑当前运动步骤的所有槽纹，则在142处，分析可以前进到当前运动步骤期间接合材料的下一个槽纹。在考虑当前运动步骤的所有槽纹之后，在144处，可以计算运动步骤的力和温度。可以仅基于运动步骤期间或仅对于运动步骤期间的最大切屑负载来计算温度。当前运动步骤的温度可以是在本段描述的分析期间计算的最高温度。备选地，可以将力相加，并且将经过循环的每个槽纹的温度进行比较。
可以使用本领域已知的任何方法完成温度的计算。众所周知，当从力计算中得知剪切力和摩擦力时，就可以分别利用这两个力乘以剪切速度和切屑速度来计算剪切功率和摩擦功率。剪切面温度可以基于所有剪切功率转换为热量的假设来计算，这可以根据以下公式进行
其中：Ts是剪切面温度
Tr是基准室温
Fs是剪切力
vs是剪切速度
b是切屑宽度
h是切屑厚度
v是切割速度
ρ是工件材料的密度
c是比热
KC是特定的切割压力，
α是前角(rake angle)
φ是剪切角
θ是合力和剪切面所形成的角度
所有这些参数都可以从力的计算中获得。当剪切面温度已知时，就可以计算沿工具-切屑接口的温度场。
返回到图2，监测***200在本文中也称为实时监测***200，因为监测过程200可以结合机器工具上的工件的实时实际在线加工来执行。当不会导致不良结果(诸如导致NC程序的每个运动步骤对切割工具、机器工具或工件造成损坏)的经过验证的NC程序和条件的预期值可用时，诸如来自预处理仿真100，实时监测200可以与部件的实际加工同时执行。注意，验证的NC程序和每个运动步骤的预测值不必来自预处理仿真100的执行。
在与运动步骤相关的预测值已经被输入并被分类到数据字典中(参见图5)，并且NC程序被加载到机器工具中(参见图5)之后，在202处将该工具的当前位置从机器工具接收到实时监测***200中。在204，通过将该位置与数据字典中的数据点关联，该位置可以与数据文件同步。在206处，对应于预测值的操作条件的实际(实时)值(其可以通过机器工具上的传感器的测量或通过基于这种传感器的计算获得，如在弯矩的情况下)，诸如从机器工具传递到实时监测***200的力和温度，可以与对应于工具的当前位置的运动步骤关联的预测值进行比较。如本文所使用的，“实际值”和“多个实际值”是指分别对于机器工具和/或工具实际存在的操作条件的值，诸如但不限于切割负载和温度，如直接或间接感测或如基于一个或多个传感器计算的。实时监测***200考虑对应于预测值的这种实际值。在208处，实时监测***200可以确定所有特定实际值是否在预测值的动态限制内，例如15％。如果所有都在，则在210实时监测***200可以考虑实际加工过程是否完成。如果实际加工过程没有完成，则实时监测***200可以返回202并从机器工具获得新的当前位置并重复仿真。如果该过程完成，则实时监测***200可以在212处结束，并且可以以诸如日志文件的任何形式保存所有测量数据，该日志文件可以用作用于随后加工相同部件的基准数据。
可以在208确定实际值不在预测值的动态限制内，例如高于动态限制的上限值或者低于动态限制的下限值。低于动态限制的下限值的实际值可以指示诸如工具损坏或丢失的问题，并且实时监测***200可以前进到步骤216并输出警报和/或警告消息，并且可以停止机器等待用户输入。
在任何实际值高于动态限制的上限值的情况下，监测***200可以前进到步骤214并调整工具进给速率，目的是将后续实际值降低到低于动态限制的上限值。监测***200可以提供警报或通知，诸如在屏幕上弹出消息，以指示在步骤214采取了动作。监测***200然后可以前进到步骤202。
监测***200可以允许操作条件的实际值超过其当前位置的动态限制的上限值或者低于其当前位置的动态限制的下限值达预定时间段。例如，在步骤214调整进给速率之后，监测***200可以执行循环202-204-206-208-214-202一段时间，该时间段可以是预定的时间段，即便促使链中的第一个工具进给速率调整的实际值不低于动态限制的上限值。在这样的时间段内，在一个实施例中，监测***200可以不进行调整，在步骤208之后到达步骤202而不对工具进给速率进行调整，不管操作条件的实际值是高于动态限制的上限值还是低于动态限制的下限值。
备选地，监测***200可以不自动对进给速率进行这种调整。例如，监测***200可以前进到步骤216，并且可以输出警报和/或警告消息，诸如屏幕上的弹出消息，并且停止加工过程等待用户输入。在一个实施例中，监测***200可以不在步骤216停止加工过程，而是前进到步骤202，允许当前位置的操作条件的实际值超过其动态限制的上限值或者小于动态限制的下限值预定时间段，类似于前一段中所描述的。
图5示意性地示出了监测***200以及与机器工具控制器300的交互的实施例。在302处，验证的NC程序可以被加载到机器工具控制器300中并且可以被执行以使机器工具加工部件。在220处，具有与NC程序的运动步骤相关的预测值的数据文件可以被输入并分类到数据字典中。当机器工具操作以加工部件时，在304处，机器工具控制器300可以发送数据，在222处，数据由实时监测***200接收。数据可包括工具的当前位置和对应于预测值的操作条件的实际值。在224处，监测***200可以搜索数据字典中的是从机器工具控制器300接收的当前切割工具位置的最接近的点的数据点。在步骤226，如果确定当前位置与点之间的距离为在容限范围内，诸如在仿真100的运动步长分辨率内，则认为找到了匹配点。在228处，实时监测***200可以将相对于加工时间的实际值、预测值和阈值范围可视化。(在下面讨论的图7B中示出了仿真输出比较的示例。)在230处，实时监测***200确定实际值是否在动态限制内。如果实际值不在动态限制内，诸如超过动态限制的上限值，则在232处可以向机器工具控制器300发送命令以调整工具进给速率和/或在306处设置警报。可以基于特定操作条件的实际值与预测值的比率来确定进给速率改变，以便使实际值在动态限制内。进给速率改变可以由机器工具控制器300实施，并且加工过程可以继续。如果实际值在预定时间段(例如5秒)内没有落在动态限制内，则在预定时间期满时在232处给出的命令可以是停止加工过程。例如，预定时间段可以是0秒，在这种情况下，立即给出命令。在230处，如果实际值在动态限制内，则实时监测***200可以在234处确定它是否在NC程序的末尾，并且如果不是则返回到步骤222。当到达NC程序结束时，在236处，监测***200可以将所有测量数据保存为文件(参见步骤212)，并且在238处停止。
如果当前切割工具位置与在步骤226处考虑的最接近数据点之间的距离不在容限范围内，诸如不在仿真100的运动步骤分辨率内，则在步骤226，最接近的数据点可以不被视为匹配点，这指示未找到匹配点。如果在226处未找到匹配点，这可能意味着例如机器工具控制器300正在执行改变工具命令或者在切割中切割工具未接合，则可以在240处作出零输出并且实时监测***200可以前进到234，而无需反馈给机器工具控制器300。
图6示出了由预处理仿真100输出的数据文件的数据结构的实施例。图6示出了组织成具有程序ID、顺序号、关联的工具位置以及切割负载和温度的数据字典的数据。当搜索或如在204处所引用的那样同步从机器工具控制器300发送到实时监测***200的数据点的匹配点时，通过匹配程序ID和顺序号而在数据字典中进行搜索。然后通过找到与当前切割工具位置的最接近的点来获得匹配数据点。
图7A图示了设定用于监测实际值(诸如在实际加工期间机器工具的切割负载、主轴功率和轴负载)的警报限制的现有技术的方法。基于被监测的特定运行条件的最大允许值设置固定的警报上限。
图7B图示了本发明的方面的实施例，其可以结合上面讨论的任何实施例来实践，或者与其完全分离。图7B中所示的是动态限制包络400，其具有上限值或上限边界400U和下限边界400L。测量的切割负载由线402表示，其中水平轴表示时间。对于切割工具的每个位置，存在针对被监测的负载相应的唯一上限和下限。例如，在对应于加工过程期间工具的实际位置的点404处，存在上限404U和下限404L。当工具处于对应于点404的位置时，如果负载超过上限404U的值，则将启动动作，诸如设置警报或降低进给速率。如果负载低于404L，则这种情况可能指示诸如工具损坏的不希望的情况，并且可以采取动作。如果工具处于对应于点406的位置，则实际负载高于点406的下限406L，但低于点406的上限406U，并且不会启动警报或动作。点408指示测量的负载高于动态限制400。
可以以任何合适的方式确定每个相应的点的上限和下限，诸如但是限于基于可以通过本文所描述的仿真实施例确定的操作条件的预测值来加或减容限。或者，每个位置的操作条件的预测值可以通过任何其他方法确定，并且结合动态限制范围，可以用于设置实际加工的动态限制。图7B还图示了可以与该实施例结合的该实施例的另一方面、到未来中的时间段的机器工具、工具保持器和/或工具的动态限制范围的显示。
图8图示了可以部署所公开技术的各种实施例和方面的操作环境。图8中所示的加工***800的操作环境包括：机器工具802、机器工具控制器804和***806。在操作中，机器工具控制器804可以使用其处理器808来执行存储在其存储器810中的各种程序，诸如NC程序812和实时监测程序或***814。如本文所阐述的，这可以包括机器工具控制器804基于NC程序812生成用于控制机器工具802的操作的指令，以及接收关于机器工具802的操作的信息(诸如实际操作条件)，这可以由机器工具802上或附近的传感器(未在图8中示出)测量。然后，如上所述的，该信息可以由实时监测程序814使用，以基于操作条件在与NC程序812中的运动步骤关联的预定的可接受的动态限制范围(该动态限制范围已经与工具的当前位置匹配)之外来确定是否应当采取某种类型的动作。然后，在要采取行动的情况下，实时监测程序814可以独立地(例如，通过使警报呈现给用户)或者与一个或多个其他程序结合地(例如，通过充当管理程序并在之前的创建的虚拟机器工具控制器实例上停止或更改NC程序812的操作)来实施那个动作。***806可以以类似的方式操作，其处理器816执行存储在其存储器818中的程序，诸如将起如上所述的作用的预处理仿真820：预处理仿真820本身可以仿真NC程序，或者可以提取来自NC仿真822的执行的相关数据。由预处理仿真820计算的预测值可以是计算的预测值，其可以提供给实时监测814。
在诸如图8中所示的操作环境中，所描绘的组件和程序可以在各种不同类型的硬件中彼此实施并且彼此交互，硬件可以用于实施各种所示组件。例如，诸如图8中所示的处理器可以使用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)，可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑控制器(PLC)、状态机、门控逻辑、分立硬件电路以及被配置成执行贯穿本公开描述的各种功能的其他合适的硬件来实施。类似地，诸如预处理仿真820或实时监测程序814之类的程序除了(或作为备选)充当虚拟机管理程序之外，还可以采取以各种方式影响NC程序或仿真的操作的动作。例如，监测程序可以使用并行通信路径实施补救措施，诸如实时监测程序814使得命令被发送到机器工具802，该命令将覆盖(例如，关闭命令)或修改基于NC程序812的命令(例如，减慢或暂停一组时间段的命令)的影响。作为另一备选，监测程序可以将另一程序的执行集成到它自己的操作中(例如，通过预处理仿真820通过API调用从它自己的代码调用仿真程序822)，这将允许它直接控制集成的程序的执行。其他方法允许监测程序的动作影响另一程序的操作(例如，来自监测程序的消息被正在执行它的设备视为中断)。
图8的操作环境也可能变化。例如，尽管图8图示了由机器工具控制器804执行的实时监测程序814和NC程序812两者，但在一些实施例中，这些程序可以在物理上不同的设备上执行，其中执行实时监测程序814的设备间接地通过机器工具控制器804或者直接通过与机器工具802本身的单独连接来接收机器工具802上信息。其他变化也是可能的，诸如其中各种程序在多处理器***上而不是如图8中所示的单处理器***上执行的实施例，以及使用不同类型的存储器(例如，光学介质、磁介质、RAID阵列、可移动驱动器等)来存储所示程序的实施例。因此，图8的操作环境和伴随的描述应当仅被理解成说明性的，并且不应当被视为暗示对本文件或完全或部分依赖于本公开的任何其他文件所提供的保护的限制。
根据本公开的各个方面，元件或元件的任何部分或元件的任何组合可以利用包括具有处理器的一个或多个物理设备的“处理***”来实施。处理器的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑控制器(PLC)、状态机、门控逻辑、分立硬件电路和被配置成执行贯穿本公开描述的各种功能的其他合适的处理器。处理***中的一个或多个处理器可以执行处理器可执行指令。执行指令以影响结果的处理***是被配置成执行导致结果的任务的处理***，诸如通过向处理***的一个或多个组件提供指令，这些指令将使这些组件执行动作，这些动作自己或与处理***的其他组件执行的其他动作结合将导致结果。软件应当被广泛地解释成意指指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行文件、执行线程、过程、函数等，无论是被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其他。软件可以驻留在计算机可读介质上。计算机可读介质可以是非瞬态计算机可读介质。作为示例，计算机可读介质包括磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，光盘(CD)、数字通用盘(DVD))、智能卡、闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)，电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器、可移动磁盘和用于存储可由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其他合适的介质。计算机可读介质可以驻留在处理***中、处理***外部，或分布在包括处理***的多个实体上。计算机可读介质可以被实施在计算机程序产品中。作为示例，计算机程序产品可以包括在封装材料中的计算机可读介质。本领域技术人员将认识到如何最好地实施贯穿本公开内容所呈现的所描述的功能，这取决于特定应用和强加于整个***的总体设计约束。
明确的定义
“基于”意指某事物至少部分地由被指示为“基于”的事物确定。当某事物完全由一事物确定时，它将被描述为“完全基于”该事物。
“处理器”意指可以被配置成单独地或与其他设备组合地执行本公开中阐述的各种功能的设备。“处理器”的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑控制器(PLC)、状态机、门控逻辑和分立硬件电路。短语“处理***”用于指示一个或多个处理器，其可以被包括在单个设备中，或者分布在多个物理设备中。
“指令”意指可用于指定可由处理器执行的物理或逻辑操作的数据。指令应当广泛解释成包括代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、动态链接库、可执行文件、执行线程、过程、函数、硬件描述语言、中间件等，无论是以软件、固件、硬件、微代码编码的还是其他方式编码的。
处理***被“配置”成执行一个或多个动作的陈述意指处理***包括数据(其可以包括指令)，该数据可以用于执行处理***“被配置”执行的特定动作。例如，在计算机(一种“处理***”)的情况下，在计算机上安装Microsoft WORD“配置”该计算机作为文字处理器，它确实使用Microsoft WORD的指令与其他输入(诸如操作***和各种***设备(例如，键盘、监测器等))结合。
已经出于说明和描述本发明的目的呈现了前面的描述。其并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。给出的示例，诸如涉及使用诸如“例如”、“作为示例”和“一示例”的短语应当被解释为非限制性的。鉴于上述教导，明显的修改或变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地说明本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域技术人员能够以各种实施例和形式利用本发明，并且具有适于预期的特定用途各种修改。尽管仅详细解释了有限数量的实施例，但是应当理解，本发明的范围不限于在前面的描述中阐述或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。该创新能够以各种方式以及以各种形式以及其他实施例来实践或实施。为清楚起见，还使用了特定术语。应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等同物。本发明的范围旨在由在此提交的权利要求限定。

Claims (36)

1.一种监测机器工具的操作的方法，所述方法包括实时地：
a.确定由所述机器工具在操作期间经历的关联的操作条件的至少一个相应的实际值；
b.将所述至少一个相应的实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述关联的操作条件中的至少一个操作条件包括机器工具操作条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个相应的实际值中的至少一个实际值的所述关联的操作条件选自由如下组成的组：所述机器工具的工具保持器上的径向负载、所述工具保持器上的弯矩、在所述工具保持器/主轴接口处的弯矩、所述机器工具的扭矩、所述机器工具的一个或多个轴伺服上的负载、以及所述工具的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，包括确定在所述机器工具的所述操作中使用的工具的至少一个相应的实际温度值，并且将所述实际温度值与对应于所述工具的温度的相应的限制进行比较。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器工具的操作使得由所述机器工具承载的工具沿着工具路径移动，所述工具路径包括多个顺序工具位置，并且其中针对多个所述多个顺序工具位置，重复如下步骤：确定关联的操作条件的至少一个相应的实际值以及确定至少一个相应的实际值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器工具的操作使得由所述机器工具承载的工具沿着工具路径移动，所述工具路径包括多个顺序工具位置，并且其中对应于所述关联的操作条件的每个相应的限制取决于所述工具的所述工具位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中每个相应的限制包括包含所述关联的操作条件的相应的预测值的相应的范围。
8.根据权利要求7所述的方法，包括通过在计算机上仿真所述机器工具的操作来确定所述相应的预测值中的至少一个预测值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中通过仿真操作确定所述相应的预测值中的至少一个预测值的所述步骤发生在所述机器工具的实际操作之前。
10.根据权利要求8所述的方法，其中通过仿真操作确定所述相应的预测值中的至少一个预测值的所述步骤发生在所述机器工具的实际操作已经开始之后。
11.一种监测机器工具的操作的方法，其中所述机器工具的操作使得由所述机器工具承载的工具沿着工具路径移动，所述工具路径包括多个顺序工具位置，所述方法包括实时地：
a.确定由所述机器工具在操作期间在所述多个顺序工具位置中的关联的一个工具位置处经历的关联的相应的操作条件的至少一个实际值；
b.将所述至少一个实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较，其中所述相应的限制取决于所述多个顺序工具位置中的所述关联的一个工具位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中针对多个所述多个顺序工具位置，重复如下步骤：确定关联的操作条件的至少一个实际值以及确定至少一个实际值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中用于所述多个顺序工具位置中的至少两个顺序工具位置的对应关联的操作条件的所述相应的限制不相等。
14.根据权利要求12所述的方法，其中每个相应的限制包括相应的范围，所述相应的范围包含所述关联的操作条件的相应的预测值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个顺序工具位置中的至少两个顺序工具位置的所述相应的预测值不相等。
16.根据权利要求14所述的方法，包括通过在计算机上仿真所述机器工具的操作来确定所述相应的预测值。
17.一种仿真机器工具的操作的方法，所述方法包括：
a.仿真对应于NC程序的多个运动步骤的执行；以及
b.针对对应于多个所述多个运动步骤中的每个相应的运动步骤的至少一个相应的仿真操作条件，计算用于所述至少一个仿真操作条件中的每一个仿真操作条件的至少一个相应的预测值，其中所述仿真操作条件中的至少一个仿真操作条件包括仿真的机器工具操作条件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中仿真多个运动步骤的执行的所述步骤以一次一个运动步骤的顺序被执行，并且在前进到所述顺序的所述下一个运动步骤之前，针对所述多个运动步骤中的一个运动步骤，执行计算至少一个相应的预测值的所述步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，包括对于每个运动步骤，仿真如下步骤：确定该运动步骤的任何预测值是否超过与该预测值的所述仿真操作条件相关的限制。
20.根据权利要求19所述的方法，包括如果任何预测值超过所述限制，则修改所述NC程序。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述仿真的机器工具操作条件选自由如下组成的组：所述机器工具的工具保持器上的仿真径向负载、所述工具保持器上的仿真弯矩、在所述工具保持器/主轴接口处的仿真弯矩、所述机器工具的仿真扭矩、以及所述机器工具的一个或多个轴伺服上的仿真负载。
22.一种加工***，包括：
a.真实的机器工具，所述真实的机器工具被配置为：针对多个顺序工具位置中的每个相应的顺序工具位置，向监测***提供至少一个操作条件中的每一个操作条件的至少一个相应的实际值，所述实际值由在所述多个顺序工具位置中的相应的一个顺序工具位置处的所述机器工具的操作产生；
b.计算机，被配置为：
i.通过对对应于NC程序的多个运动步骤的所述执行建模来仿真所述机器工具的操作；
ii.针对对应于多个所述多个运动步骤中的每个相应的运动步骤的至少一个相应的仿真操作条件，计算所述至少一个仿真操作条件中的每一个仿真操作条件的至少一个相应的预测值；以及
c.所述监测***，被配置为：
i.将每个相应的实际值与所述对应的仿真操作条件的所述预测值进行比较，所述对应的仿真操作条件对应于与所述运动步骤匹配的所述工具位置处的所述相应的实际值的所述操作条件；
ii.如果任何相应的实际值落在包含所述预测值的范围之外，则向所述真实的机器工具发送命令。
23.根据权利要求22所述的加工***，其中所述真实的机器工具被配置为基于由所述监测***发送的所述命令的内容来调整工具进给速率。
24.根据权利要求23所述的加工***，其中所述监测***被配置为：如果所述相应的实际值落在所述范围之外超过预定的时间段，则发送所述命令。
25.一种加工***，包括：
a.真实的机器工具，所述真实的机器工具被配置为：
i.操作至少一个工具来加工工件；和
ii.在操作期间提供由所述机器工具经历的关联的操作条件的至少一个相应的实际值；以及
b.监测***，被配置为将所述至少一个相应的实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较。
26.根据权利要求25所述的加工***，其中所述机器工具包括机器工具控制器，所述机器工具控制器被配置为提供指示所述至少一个相应的实际值的数据。
27.根据权利要求26所述的加工***，其中所述机器工具包括至少一个传感器，所述至少一个传感器感测所述关联的操作条件的所述相应的实际值。
28.根据权利要求25所述的加工***，其中所述监测***被配置为：如果所述至少一个相应的实际值不在所述相应的限制内超过预定的时间段，则向所述机器工具控制器发送命令。
29.根据权利要求28所述的加工***，其中所述预定时间段是0秒。
30.根据权利要求28所述的加工***，其中所述机器工具控制器被配置为响应于所述命令而进行动作，所述动作被选自由调节所述工具的所述进给速率和停止所述工具的所述操作构成的组。
31.根据权利要求25所述的加工***，其中每个相应的限制包括相应的范围，所述范围包含所述关联的操作条件的相应的预测值。
32.根据权利要求31所述的加工***，其中所述机器工具包括机器工具控制器，所述机器工具控制器被配置为执行NC程序以使所述至少一个工具沿工具路径移动，并且包括被配置为通过仿真所述NC程序确定每个所述相应的预测值的计算机。
33.一种加工***，包括：
a.真实的机器工具，所述真实的机器工具被配置为：针对多个顺序工具位置中的每个相应的顺序工具位置，提供由所述机器工具在所述机器工具的操作期间在所述多个顺序工具位置中的相应的一个工具位置处经历的至少一个操作条件中的每一个操作条件的至少一个相应的实际值；
b.监测***，被配置为将所述至少一个相应的实际值与对应于所述关联的操作条件的相应的限制进行比较，其中所述相应的限制取决于所述多个顺序工具位置中的所述关联的一个顺序工作位置。
34.根据权利要求33所述的加工***，其中每个相应的限制包括相应的范围，所述范围包含所述关联的操作条件的相应的预测值。
35.根据权利要求34所述的加工***，包括显示器，所述显示器包括：
a.由所述机器工具在当前工具位置处及所述当前工具位置之前经历的多个所述至少一个操作条件的所述实际值；
b.针对所述当前工具位置、先前工具位置和未来工具位置的多个所述相应的范围。
36.一种包括计算机的机器，被配置为：
a.通过对对应于NC程序的多个运动步骤的所述执行建模来仿真机器工具的操作；
b.针对对应于多个所述多个运动步骤中的每个相应的运动步骤的至少一个相应的仿真操作条件，计算所述至少一个相应的仿真操作条件中的每一个仿真操作条件的至少一个相应的预测值，其中所述仿真操作条件中的至少一个包括仿真机器工具操作条件。
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