CN109507953A - 加工仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加工仿真装置，该加工仿真装置再现实际的机床的运转状况。在机床(1)的加工仿真装置(4)中，通过控制刀具模型和原材料模型之间的相对位置并利用刀具模型进行原材料模型的加工，进行机床(1)中的加工仿真，将作为日志数据而与时刻对应地从机床(1)取得的位置指令和位置检测值中的至少一方作为输入来进行加工仿真，显示其结果。

Description

加工仿真装置

技术领域

本发明涉及机床中的加工仿真装置。

背景技术

日本特开2009-116745号公报(专利文献1)公开了一种具备负载信息显示功能的数控装置。

在该装置中，在实际加工中与加工程序的块编号对应地记录的负载信息和显示刀具切削工件的样子的加工仿真一起，与块编号对应地显示。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2009-116745号公报

在上述数控装置中，可以按加工程序的每个块编号确认工件的切削的样子和负载信息。

但是，在上述数控装置中，由于负载信息与加工程序的块编号对应地被存储，因此对于不使用加工程序而是通过手动操作机器来进行的加工，无法确认工件的切削的样子和负载信息。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种加工仿真装置，不仅在使用加工程序的加工中，而且在通过手动操作机器来进行的加工中，也能够再现实际的机床的运转状况。

为了实现上述目的，第1方面的发明是加工仿真装置，该加工仿真装置通过控制刀具模型和原材料模型之间的相对位置并利用刀具模型进行原材料模型的加工，进行机床中的加工仿真，其特征在于，将作为日志数据而与时刻对应地从所述机床取得的位置指令和位置检测值中的至少一方作为输入来进行加工仿真，显示其结果。

第2方面的发明的特征在于,在上述发明中，一并显示作为日志数据而与时刻对应地从所述机床取得的主轴负载值、进给轴负载值、主轴转速、温度、刀具编号、加工程序的序列号以及加工程序的启动指令中的至少任意一个。

第3方面的发明的特征在于,在上述发明中，以时间序列来显示所述日志数据，根据针对该显示的输入来指定所述加工仿真所涉及的时间范围。

第4方面的发明的特征在于,在上述发明中，一并显示与所述加工仿真对应的加工程序的块和手动操作历史中的至少一方。

发明的效果

本发明的主要效果是提供一种加工仿真装置，不仅在使用加工程序的加工中，而且在通过手动操作机器来进行的加工中，也能够再现实际的机床的运转状况。

附图说明

图1是本发明的机床的加工仿真装置的框图。

图2是图1的日志数据显示部的机器状态信息显示窗口的图。

图3是图1的加工仿真显示部的结果显示窗口的图。

标号说明

1：机床；4：加工仿真装置；10：主轴；12：进给轴；P：加工程序

具体实施方式

下面，适当根据附图对本发明的实施方式及其变更例进行说明。另外，本发明不限于下述实施方式和变更例。

图1是控制机床1的NC装置2以及本发明的机床1的加工仿真装置4的框图。

这里，机床1是5轴控制加工中心，该5轴控制加工中心具有作为相互垂直的直线轴的X轴、Y轴、Z轴这3轴和作为旋转轴的B轴、C轴这2轴，机床1具备:主轴10,其安装有刀具；各轴的进给轴12，其进行刀具和工件(原材料)之间的相对位置的变更(通过直线移动实现的位置变更和通过旋转移动实现的位置变更中的至少一方)；温度传感器14,其设置在主轴10等任意部位,用于检测该设置部位的温度；以及刀具更换装置(未图示)。

主轴10具有检测其转速的转速检测器16。

进给轴12具有位置检测器18。X、Y、Z各轴的位置以及B、C各轴的旋转位置被伺服马达(未图示)移动，在各伺服马达中安装有位置检测器18。另外,位置检测器18也可以是直接检测主轴10或工件(工作台)的位置的。

NC装置2具备:机床控制部20，其根据来自由多个块构成的加工程序P或手动操作输入部M的输入来控制主轴10和进给轴12；和指令日志数据取得部22,其取得指令日志数据。

加工程序P包括一个以上的块,该块进行进给轴12的移动指令或主轴10的旋转指令、刀具更换指令等指令，对每个块依次给予作为识别码的序列号。

手动操作输入部M是用于手动操作机床1的输入部，包括以下部件等：用于操作进给轴12的手动进给按钮或脉冲手柄；用于操作主轴10的主轴正转按钮、主轴反转按钮和主轴停止按钮；以及用于操作刀具更换的刀具更换按钮。另外,也可以在手动操作输入部M中省略这些部件中的一部分。

机床控制部20依次解释加工程序P的块，在规定的定时(这里，每规定的控制周期)向刀具更换装置等输出具体的指令，以控制这些部件。例如，机床控制部20根据进给轴12的移动指令，按每个控制周期向进给轴12输出按每个控制周期对直到目标位置为止的路径进行了分割后的位置指令。此外，机床控制部20根据旋转指令进行控制,使主轴10进行所指示的旋转。主轴10的旋转指令中可以包括指定主轴10的正转、反转、转速的指令等。

此外,机床控制部20根据来自手动操作输入部M的输入，向主轴10、进给轴12、刀具更换装置等输出具体的指令，以控制这些部件。例如，利用来自包含在手动操作输入部M中的进给轴12操作用的手动进给按钮或脉冲手柄等的输入对进给轴12输出所对应的指令，利用来自包含在手动操作输入部M中的主轴10操作用的主轴正转按钮，主轴反转按钮和主轴停止按钮等的输入对主轴12输出所对应的指令，利用来自包含在手动操作输入部M中的刀具更换操作用的刀具更换按钮等的输入对刀具更换装置输出刀具更换指令。在手动操作的情况下，机床1的操作员利用手动操作输入部M而凭借机床控制部20进行刀具更换，控制主轴10、进给轴12，使主轴10以任意转速旋转，使进给轴12移动，利用刀具进行原材料的切除、即加工。

机床控制部20在根据对手动操作输入部M(手动进给按钮等)的输入向进给轴12发出指令时，解释手动操作输入部M的输入而按每个控制周期向进给轴12输出按每个控制周期进行分割后的指令位置。此外,机床控制部20在根据对手动操作输入部M(主轴正转按钮等)的输入向主轴10发出指令时，同样地解释手动操作输入部M的输入而向主轴10输出旋转指令。

指令日志数据取得部22在特定的定时(这里是每当输出新指令时)与时刻相对应地依次取得通过加工程序P的块的解释或来自手动操作输入部M的输入的解释而产生的指令,以所取得的指令与时刻相对应的状态排列的数据为指令日志数据。例如，依次取得位置指令、旋转指令、刀具更换指令、所使用的刀具编号、加工程序P的启动指令、执行中的块在加工程序P中的位置(例如，从前头起的行数)、手动操作输入部M的手动操作信息等和该指令等被执行的时刻，作为指令日志数据。手动操作输入部M的手动操作信息例如是有无按下手动进给按钮、有无按下主轴正转按钮等。

NC装置2除了具有进行机床1的控制的功能之外，还具有取得作为机床1的指令信息的指令日志数据的功能。另外，也可以分体地设置具有取得指令日志数据的功能的信息取得装置。

这里,加工仿真装置4是执行加工仿真应用的PC(个人计算机)，具备日志数据存储部30、日志数据显示部32、加工仿真用数据存储部34、仿真范围指定部36、加工仿真执行部38和加工仿真显示部40。

日志数据存储部30以能够通信的方式与NC装置2的指令日志数据取得部22连接，依次接收并存储指令日志数据。另外，日志数据存储部30也可以构成为包含在NC装置2中以直接取得指令日志数据。

此外，日志数据存储部30以能够通信的方式与机床1的转速检测器16、位置检测器18和温度传感器14连接，在任意的定时(这里是每指定的取得周期)以与时刻相对应的状态依次接收并存储主轴10的转速、进给轴12的位置检测值和温度传感器14的温度。通过将这些检测值(表示机床1的状态的机床状态信息)以与时刻相对应的状态排列而得到的数据为状态日志数据。

另外，上述取得周期和控制周期可以彼此一致,也可以互不相同。转速、位置检测值、温度的接收和存储的定时可以互不相同，也可以省略转速、位置检测值、温度的接收和存储中的任意方。此外，可以是机床1具备取得转速、位置检测值、温度的状态日志数据取得部，也可以是日志数据存储部30从该状态日志数据取得部接收转速、位置检测值、温度。状态日志数据取得部和指令日志数据取得部22也可以作为在NC装置2或机床1中共有的日志数据取得部。或者，NC装置2也可以不具备指令日志数据取得部22，而是由日志数据存储部30从机床控制部20接收指令日志数据。

此外,状态日志数据还包括主轴10的主轴负载和进给轴12的进给轴负载(与对各轴的伺服电机的扭矩指令对应)。另外,也可以省略这些中的至少任意一方。

日志数据显示部32根据由键盘或指示设备等输入单元(省略图示)进行的日志数据显示操作的输入来显示指令日志数据和状态日志数据中的至少一方的一部分或全部。

在日志数据显示部32显示图2所示的机床状态信息显示窗口42。这里,机床状态信息显示窗口42显示曲线图,该曲线图的纵轴是Z轴负载值,横轴是时刻。

另外,机床状态信息显示窗口42中的显示内容也可以代替Z轴负载值而显示其它轴的负载值的曲线图或温度、主轴10的转速、刀具更换时刻、刀具编号、加工程序P的启动时刻、或者它们的组合，或者与Z轴负载值一起显示其它轴的负载值的曲线图或温度、主轴10的转速、刀具更换时刻、刀具编号、加工程序P的起动时刻、或者它们的组合。

加工仿真用数据存储部34存储有与用于加工仿真的模仿刀具的刀具模型、模仿加工前或加工期间的工件(原材料)的原材料模型以及模仿机床1的机床模型有关的信息。刀具模型包括涉及配备于刀具更换装置的多种刀具中的各个刀具的、刀具的三维形状数据以及作为表示刀具种类的刀具识别码的刀具编号。三维形状数据适当包括代表性的顶点和边的中间点的三维坐标以及构成外表面的平面或曲面的大小和曲率，在其它模型中也同样。原材料模型包括原材料的三维形状数据。机床模型包括主轴10、进给轴12等的主要结构物的三维形状数据、彼此的位置关系的数据以及通过进给轴12实现的移动机构的数据。

通过各种方式预先输入各种模型。例如，机床模型由机床制造商预先输入，刀具模型中由机床制造商提供的模型由机床制造商预先输入，刀具模型中由外部提供的模型及原材料模型由用户利用三维CAD(计算机辅助设计)应用或加工仿真应用中装入的三维形状输入功能预先输入。

仿真范围指定部36指定通过上述输入单元进行加工仿真的范围。

加工仿真执行部38根据仿真范围指定部36中的指定,适当参照加工仿真用数据存储部34中的各种模型和存储在日志数据存储部30中的日志数据来执行以下的加工仿真。即，加工仿真执行部38根据与时刻相对应的刀具更换指令更换刀具模型，根据位置指令移动机床模型的轴结构，利用刀具模型进行原材料模型的切除。

此外,在基于加工程序P的加工的情况下，加工仿真执行部38根据储存在加工仿真用数据存储部34中的加工程序P和与日志数据存储部30的时刻相对应的执行中的块在加工程序P中的位置，与加工仿真同步地显示加工程序P的执行位置。

加工仿真显示部40显示通过加工仿真执行部38得到的结果。

日志数据存储部30和加工仿真用数据存储部34通过PC的存储单元(例如，硬盘或存储器)来实现。

加工仿真执行部38通过PC的CPU(中央处理装置)来实现。

日志数据显示部32和加工仿真显示部40通过PC的显示器来实现。

这样的机床1的加工仿真装置4例如如下所述进行动作。

即，在机床1中，根据加工程序P进行加工、或通过手动操作进行加工，将从开始加工起到结束(包括中断)加工为止的日志数据蓄积在日志数据存储部30中，然后开始加工仿真。加工仿真执行部38在日志数据显示部32显示日志数据中的至少一种(例如主轴10的负载值的日志数据)，并接受仿真范围指定部36中的范围指定。范围指定可以通过如下方式来进行:针对在日志数据显示部32显示的机床状态信息显示窗口42的曲线图,根据对箭头D指示的部分的输入取得呈现涉及输入的负载值的时刻作为指定时刻。关于仿真范围,可以指定开始时刻和结束时刻双方，也可以指定任意一方，将从相当于加工的开头的时刻起到指定时刻为止、或者从指定时刻起到相当于日志数据的末尾的时刻为止的范围作为仿真范围。另外，也可以不显示箭头D。

接着,加工仿真执行部38在由仿真范围指定部36指定的范围内将日志数据存储部34中的日志数据作为输入,进而参照加工仿真用数据存储部30中的各种模型来执行机床1的加工仿真。加工仿真中的时间序列遵循位置指令的输出时刻顺序。另外，也可以将该时间序列设为位置指令的输入时刻顺序、位置检测值的输出时刻顺序等来代替位置指令的输出时刻顺序。

日志数据显示部32与由仿真范围指定部36指定的范围(执行加工仿真的时刻的范围)对应地显示日志数据存储部30中的日志数据(在手动操作时包括手动操作信息)。

接着，如图3所示，加工仿真执行部38在加工仿真显示部40显示加工仿真的结果。

即,在加工仿真显示部40显示图3所示的结果显示窗口50。结果显示窗口50具有:模型显示部52，其配置在中央；NC信息显示部54,其配置在左侧；负载率显示部56，其配置在NC信息显示部54的右邻；以及指令显示部58,其配置在右侧。

在模型显示部52显示执行规定时刻的块(根据加工程序进行加工时)或指令(根据加工程序进行加工时或手动操作加工时)时的、模仿了基于各种模型和日志数据的三维的二维图像。例如，加工仿真执行部38使主轴10的模型(各顶点的三维坐标值等)在虚拟的三维空间中直线地移动到与X轴的位置指令的值对应的位置而转换为二维图像,在模型显示部52进行显示，或者同样地，使放置有原材料模型的工作台的模型旋转而移动到与B轴的位置指令的值对应的位置，显示为图像，或者在刀具模型与原材料模型接触或重复的情况下，根据日志数据所示的主轴10的转速在虚拟的三维空间内虚拟地切除原材料模型，将该状态包含在内转换为图像进行显示。即，加工仿真执行部38控制刀具模型和原材料模型之间的相对位置，在虚拟的三维空间内利用刀具模型执行原材料模型的加工(这里是切除、切削)，在模型显示部52显示为基于规定的视点和视线的二维图像。另外,在加工仿真中,主轴10的转速不能说是必须的，也可以不使用。

加工仿真执行部38可以根据对模型显示部52的输入(例如指示设备的拖动),通过模型计算等运算生成并显示变更该图像中的视点和视线而得到的新图像。例如，加工仿真执行部38根据计算出的视点和视线，将顶点等的三维坐标值转换为二维图像中的顶点等的位置。

另外,加工仿真执行部38根据对结果显示窗口50的左上方的再现按钮60的输入，进行位置指令的时间序列顺序的图像显示、即动态图像的显示,根据对暂停按钮62、停止按钮64的输入使动态图像显示暂停、停止。此外,也可以对该图像中(各种模型)的主轴10以及刀具、刀刃、原材料(工件)、台、转盘、工作台等每个部件或其每个主要部分施加互不相同的颜色。

NC信息显示部54显示模型显示部52中的正在显示的序列号(根据加工程序进行加工时)或指令时刻(根据加工程序进行加工时或手动操作加工时)、进给轴12的各轴的指令值和主轴10的转速(主轴转速)等。

负载率显示部56显示涉及显示对象指令时刻的各轴的负载率。负载率是用各轴的负载值除以每个轴的额定负载并乘以100倍得到的(％)。“S”表示主轴10的负载值(主轴负载值)，其它表示进给轴12的各轴的负载值。主轴负载值和各轴的负载值(根据加工程序进行加工时或手动操作加工时)、序列号(根据加工程序进行加工时)属于机床状态信息。

在根据加工程序P进行加工的情况下，指令显示部58显示包括正在执行的块及其前后的块的加工程序P的一部分或全部，并强调地显示正在执行的块。

另外,加工仿真执行部38也可以根据对指令显示部58的输入来变更模型显示部52等的显示。即，加工仿真执行部38也可以根据对指令显示部58的任意行的输入进行与该块对应的图像等的显示。此外，结果显示窗口50和机床状态信息显示窗口42可以同时以排列或部分重叠的状态进行显示。此外,在结果显示窗口50中，可以显示机床状态信息，相反，也可以在机床状态信息显示窗口42内显示指令值。

另一方面，在通过手动操作进行加工的情况下，在指令显示部58显示手动操作历史。手动操作历史以消息形式表示手动操作信息的变化，例如显示为“按下主轴正转按钮”、“按下X轴手动进给按钮”。该显示与在加工仿真中所参照的日志数据的时刻对应地强调显示手动操作历史的执行位置。

在根据加工程序P进行加工的中途进行使手动机床操作介入的手动中断的情况下，在指令显示部58中显示当前参照的时刻的正在执行的块和手动操作历史中的至少一方。

在如上的加工仿真装置4中，通过控制刀具模型和原材料模型之间的相对位置并利用刀具模型进行原材料模型的加工，进行机床1中的加工仿真，将作为日志数据而与时刻对应地从机床1取得的位置指令和位置检测值中的至少一方作为输入来进行加工仿真，并显示其结果。由此，在加工仿真装置4上再现机床1的过去的实际运转状况，例如,即使在过去的实际加工时操作员进行了主轴10和进给轴12的超控变更等手动操作的情况下,也能够进行反映该操作的准确的加工仿真。此外，可以通过加工仿真来验证作为日志数据而取得的位置检测值，通过这样的验证,可以验证由作为机床1中的位置指令与位置检测值之差的追随误差引起的对加工形状的影响。此外，即使在操作员使用手动进给按钮等手动操作输入部M通过手动操作进行加工的情况下，也能够执行加工仿真。

此外，还一并显示作为日志数据而与时刻对应地从机床1取得的主轴10的负载值、进给轴12的负载值、主轴10的转速和加工程序P的序列号。由此，操作员能够与加工仿真的结果显示同时地参照主轴负载值、进给轴负载值、主轴转速、加工程序P的序列号，运转状况的掌握和故障排除变得更容易。

此外，以时间序列来显示日志数据，根据对该显示的输入来指定加工仿真所涉及的时间的范围。由此，操作员能够容易地指定作为加工仿真的对象的期望范围。

此外，还一并显示与加工仿真对应的加工程序P的块和手动操作历史中的至少一方。由此，例如,在尽管加工仿真的结果显示中切削状态没有变化但主轴10的负载值也发生很大变化的情况下，也能够掌握由于该加工而发生了刀具折损等异常等、更容易实现运转状况的掌握和故障排除。

另外，本发明的机床的加工仿真装置不受上述实施方式的任何限定，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内根据需要适当进行变更。

例如，机床1也可以是5轴控制加工中心以外的机床，通过机床1进行的加工也可以是切削以外的加工。

此外，可以是加工仿真装置4将多个机床1和NC装置2的日志数据存储到日志数据存储部30中，按照机床1和NC装置2的每个结构进行切换来进行加工仿真。该情况下，加工仿真用数据存储部34存储有为了进行多个机床1的加工仿真而需要的机床模型、刀具模型、原材料模型、夹具模型等，加工仿真执行部38与对象的日志数据对应地选择并参照验证所需的机床模型等。

Claims (4)

1.一种加工仿真装置，该加工仿真装置通过控制刀具模型和原材料模型之间的相对位置并利用刀具模型进行原材料模型的加工，进行机床中的加工仿真，其特征在于，

将作为日志数据而与时刻对应地从所述机床取得的位置指令和位置检测值中的至少一方作为输入来进行加工仿真，显示其结果。

2.根据权利要求1所述的加工仿真装置，其特征在于，

一并显示作为日志数据而与时刻对应地从所述机床取得的主轴负载值、进给轴负载值、主轴转速、温度、刀具编号、加工程序的序列号以及加工程序的启动指令中的至少任意一方。

3.根据权利要求1或2所述的加工仿真装置，其特征在于，

以时间序列显示所述日志数据，根据对该显示的输入来指定所述加工仿真所涉及的时间的范围。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的加工仿真装置，其特征在于，

一并显示与所述加工仿真对应的加工程序的块和手动操作历史中的至少一方。