TWI831648B - 電腦數值控制車床之預測加工時間方法 - Google Patents

Abstract

一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法包括預測加加速度的流程與預測加工時間的流程。透過在車床實驗多個進給率，依每一個進給率，由刀具執行多段不等長的直線加工路徑，所獲得的實際加工時間，以取得車床的加加速度的多個平均數值，然後依迴歸分析方法以預測在任何進給率下的加加速度；預測加工時間的流程，包括匯入工件的加工程式，並讀取加工程式的加工距離，其多個直線路徑與多個圓弧路徑；依據車床的轉速、及該加加速度預測值，分別計算該多個直線路徑的加工時間、及該多個圓弧路徑的加工時間；加總該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間，以獲得一預測加工時間。

Description

電腦數值控制車床之預測加工時間方法

本發明涉及一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法，特別是涉及一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法。

準確地預測加工時間在製造業扮演著一個很重要的角色，尤其是中小企業慢慢趨向於生產少量客製化的產品，有利於他們進行製造排程以及精準的成本估算。

根據現有的文獻可以了解現今很少有針對CNC車床提出加工時間預測方法，目前都是以預測 CNC銑床 的加工時間。

最困難的原因在於，不同廠牌的CNC車床或是不同控制器的CNC車床就會有不同的機械參數。目前雖然有商用軟體如NX, MasterCAM可以預測加工時間，但不論使用何種CNC車床機臺，其預測加工時間的結果都一樣，因為商用軟體僅使用加工路徑長短來預測加工時間，不會考慮CNC車床機臺間的差異。

更具體說，現今的電腦輔助製造(CAM)在預測加工時間常以設定的進給率進行計算，然而，CNC車床機台往往在實際切削時不會達到設定的進給率，導致預測加工時間跟實際切削時間差距很大。

此外，目前CNC車床的加工程式，若是被夾帶惡意的程式，並無法提供資安保護功能。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法，以更貼近CNC車床機台實際加工行為的方式來預測CNC車床加工時間。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其包括預測加加速度的流程與預測加工時間的流程。

其中，預測加加速度，包括下列步驟：設定車床的多個進給率，依每一個該進給率，由車床刀具執行多段不等長的直線加工路徑；對應於該多個進給率，依該車床的控制器所顯示的實際加工時間，取得該車床的加加速度的多個平均數值；及依加加速度的該多個平均數值，產生一迴歸曲線，並且依據該迴歸曲線建立多項式迴歸方程式，以預測在任何進給率下的加加速度。

其中，預測加工時間的流程，包括下列步驟：匯入工件的加工程式，並讀取該加工程式的加工距離，該加工距離包括多個直線路徑與多個圓弧路徑；判斷車床的加工模式，是等表面切削速度模式、或固定主軸轉速模式；查看該車床的該控制器所設定的直線快速定位進給率；依據該多項式迴歸方程式以取得對應於該直線快速定位進給率的一加加速度預測值；依據車床的轉速、及該加加速度預測值，分別計算該多個直線路徑的加工時間、及該多個圓弧路徑的加工時間；及加總該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間，以獲得一預測加工時間。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法，能提供資安保護功能，以判斷車床的加工程式是否被夾帶惡意的程式。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，還包括，在匯入工件的該加工程式之後，還包括一檢查是否有惡意程式碼的步驟。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，透過預測加加速度的流程，可以預測在任何進給率下的加加速度。進一步，透過預測加工時間的流程，加總該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間，以獲得一預測加工時間。藉此，本發明不論使用何種CNC車床機臺，不受影響，準確地預測加工時間，有利於生產少量客製化的產品，並供製造業者安排製造排程、以及精準估算成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

本發明實施例提供一種電腦數值控制(簡稱CNC)車床之預測加工時間方法。首先，分析CNC車床實際加工時間的項目，可分成兩大類，分別為(一)刀具移動時間、及(二)刀具非移動時間。

關於(一)刀具移動時間，可分成(1.1)切削時間、及(1.2)非切削時間。(1.1)切削時間可依加工模式分成G96模式(也就是等表面切削速度模式)、及G97模式(也就是固定主軸轉速模式)。由於CNC車床切削路徑皆是由直線與圓弧路徑所構成，其中每個模式可細分為直線加工時間、及圓弧加工時間。(1.2)非切削時間，主要是G00模式(也就是直線快速定位)。其中上述的G碼是依車床程式製作指令的分類，G碼指令包括G00到G99各代表車床的不同功能。

關於(二)刀具非移動時間，主要可分成(2.1)主軸加減速時間、及(2.2)換刀時間。刀具非移動時間對於整體預測時間的佔比很小，可以不考慮，或者可以估計的方式計入加工時間的預測值。

本發明在預測CNC車床的加工時間的過程，發現CNC車床馬達的加減速控制是一個關鍵因素。CNC工具機，包括CNC車床，其中馬達有一個參數是「加加速度」(又稱變加速度、急動度、衝動度、躍度（英語：Jerk）)，通常以 J來表示，其定義為加速度對時間的微分，也就是加速度在單位時間內的變化量。當加加速度的值越大，CNC工具機越容易產生振動，這會造成產品精度不佳以及減短馬達的壽命。

為了避免發生振動的情況，CNC工具機控制器會自動限制加速度和加加速度的最大值，當一個運動受到加加速度的限制，該運動的速度曲線如同鐘形曲線，又稱為S曲線。如圖1A所示，其中圖1A的縱軸為速度，橫軸為時間。相對應的，可參閱圖1B及圖1C，圖1B為對應於圖1A的加速度的曲線圖。圖1C為對應於圖1B的加加速度的曲線圖。

當刀具處於快速移動狀態，若突然停止會造成精度不佳和馬達壽命減少的問題。尤其在高速切削非常精細的零件，加減速控制更為重要，必須要防止過切、減小緩衝。因此目前CNC工具機中，大部分都是以S型加減速法以執行馬達加減速。然而，若車床使用不同的馬達，其加加速度就不相同。換句話說，若要預測CNC車床的加工時間，能得知該車床的加加速度是非常關鍵的因素。本發明的一項重要特徵在於，能預測每一車床的加加速度。其細節參考後面的流程20說明。

本發明之CNC車床之預測加工時間方法，包括下列流程：

流程S10，建立在等表面切削速度模式(也就是G96模式)的圓弧路徑加工時間的預測方程式；流程S20，預測加加速度；以及，流程S30，計算加工時間。其中流程S20是非常關鍵的。

關於流程S10，預測等表面切削速度(G96)的圓弧路徑加工時間，G96指令表示等表面切削速度，或者說，固定切線速度。換句話說，刀具相對於工件表面的切削速度是維持等速的。

切削速度公式如下，切削速度V= πDN / 1000         公式(1) 其中，V為切削速度或切線速度、D為直徑、N為轉速。單位 m/min 。

當工件表面相對於轉軸軸心的直徑越小時，主軸轉速就需要加快。直徑D越小時，主軸轉速會越轉越快，反之，直徑D越大，主軸轉速則越慢。然而，當直徑D越接近0時，主軸轉速會趨近於無限大。為了防止主軸轉速太高、造成 離心力過大和影響馬達的使用壽命，在G96程式前面會加上 G50指令限制主軸的最高轉速。 例如 :G50 S2000，則表示限制主軸的最高轉速不得超過 2000 rpm。

本發明另一特徵在於簡化預測G96模式(等表面切削速度)的圓弧路徑加工時間，其包括下列步驟：

依多個圓心角、多個進給率、及多個圓角半徑進行實驗，以獲得多個圓弧路徑加工時間。其中進給率是指車床的刀具每分鐘的移動距離。例如，圓心角的範圍界定在30-90度，進給率界定在200-800(mm/min)，圓角半徑界定在5-15 mm。在車床進行各組參數的實驗，例如，圓心角 30、45、60、90度，進給率 200、400、500、600、800(mm/min)，圓角半徑 5、7、10、13、15 mm，形成不同的參數組合，例如共21組實驗的參數。但本發明不限制於此。

依該些參數組合，較佳地，可以寫成G96圓弧實驗的加工程式，將多組實驗參數分別輸入車床執行，以獲得實驗的多個加工時間。例如：實驗編號1，(圓心角 30度、進給率 200 mm/min、圓角半徑 5 mm)；以及實驗編號2 (圓心角 90度、進給率 200 mm/min、圓角半徑 5 mm)，的加工程式如下。

G90

T1111

G00 X100. Z40.

X29. Z5.

G50 S2000

G96 S180 M03

G01 X27.66 Z-2.5 F.4

G03 X29. Z-5. R5. %實驗編號1

G01 Z-30.

X113.66 Z-32.5

G03 X115. Z-35. R5. %實驗編號 2

最後，依該多個圓弧路徑的加工時間建立多元線性迴歸方程式(multiple linear regression)。換句話說，本發明利用統計學的線性迴歸模型，利用兩個以上的自變數(圓心角、進給率、及圓角半徑)去預測一個依變數(圓弧路徑的加工時間)。

較佳的，上述可以整合在成一個「G96圓弧迴歸實驗計算器」的第一人機介面，儲存在電腦的記憶體。其中依車床實驗後的每一個圓弧加工時間，依序輸入「G96圓弧迴歸實驗計算器」，然後，第一人機介面中，電腦的處理器執行商用數學軟體(例如MATLAB)以進行線性迴歸分析，依該多個圓弧路徑的加工時間建立多元線性迴歸方程式。藉此，本發明即可快速預測G96模式下(等表面切削速度模式)每一圓弧的加工時間。

較佳的，本發明可以進一步判斷迴歸線是否為顯著的，若情況不佳，由人機介面提醒使用者重新檢視實驗結果，或是重做實驗。

補充說明，本發明經過在兩台CNC車床實驗，分別為東台精機所生產的臥式兩軸車床，工具機型號為 HS-22，工具機使用的控制器為 Fanuc 0i-TF；另一台CNC車床為程泰機械所生產的臥式兩軸車床，型號為 GCL-2L，工具機使用的控制器同樣為Fanuc 0i-TF。G96圓弧路徑的21組參數在兩台CNC車床實際的加工時間，差距都在-0.051秒以內。因此，可以直接使用本發明所完成的多元線性迴歸方程式(如下)，以預測G96圓弧路徑的加工時間：

y=-0.118+0.0215X ₁-0.00216X ₂+0.117X ₃公式(2)

其中 y 為圓弧加工時間，X ₁為圓心角，X ₂為進給率，X ₃為圓角半徑。

流程S20，建立加加速度的預測方程式，包括下列步驟。首先，是執行車床的加加速度實驗。步驟S21，設定車床的多個進給率，依每一個該進給率，執行多段不等長的直線加工路徑。其中不等長的直線加工路徑共有至少三個，且大於等於40mm，例如為40mm、60mm、80mm，其中每一段該直線加工路徑包括一加速段、一等速段及一減速段，如圖1A所示。

步驟S22，對應於該多個進給率，依該車床的控制器所顯示的實際加工時間，取得該車床的加加速度的多個平均數值。例如有線傳輸或無線傳輸。

本發明假設每段路徑的初始速率為0、末端速率為0，且假設加速段與減速段的加加速度的絕對值相同，其中直線加工路徑的時間t _m公式可由運動學公式簡化如下：

t _m=D/V _F+2*( | V _F/J _n| ) ^1/2；                       公式(3)

依上述計算取得加加速度值 J _n

| J _n|= 4*|V _F| / (t _m-(D/V _F)) ²；                     公式(4)

其中D為直線加工路徑，V _F為進給率。

例如依進給率V _F為2000mm/min, 在CNC車床上執行一直線路徑D為40mm的路徑，從CNC車床的控制器面板上顯示加工時間t _m為1.376秒。計算後，獲得J ₄₀加加速度。依序再實驗獲得J ₅₀加加速度、J ₆₀加加速度，將三個的加加速度的絕對值相加後除以3，獲得平均加加速度為46。

步驟S23，建立加加速度的預測方程式，包括下列步驟：

步驟S231，依加加速度的該多個平均數值，產生一迴歸曲線；及步驟S232，依據該迴歸曲線建立多項式迴歸方程式。

再舉例說明，如同上述的進給率V _F為2000mm/min實驗，依序以不同的進給率V _F如200、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000mm/min, 各實驗三個直線路徑40mm、60mm、80mm，分別獲得平均加加速度為 2、6、15、19、22、27、31、36、40、46 m/s ³。依統計學的多項式迴歸(polynomial regression)建立多項式迴歸曲線。本發明觀察CNC車床的馬達加加速度為線性迴歸曲線，因此選用一次方(線性)建立多項式迴歸模型，以獲得一次多項式迴歸方程式。

本發明可依上述結果更簡化為實驗一個進給率V _F，實驗三個直線路徑40mm、60mm、80mm，獲得一個平均加加速度。配合曲線圖的原點，進給率V _F為0，加加速度為0，兩點即可獲得一次多項式迴歸方程式。

較佳的，本發明上述過程整合在成一個「平均加加速度Jerk計算器」的第二人機介面，可儲存於電腦的記憶體內。其中依車床設定的進給率，假設400mm/min，輸入於第二人機介面，然後，分別依車床實驗的三段直線距離，加工時間分別為6.066、7.561、9.066秒，再輸入於第二人機介面。「平均加加速度Jerk計算器」依上述公式(4)可獲得在進給率400mm/min的平均的加加速度6 m/s ³。依此，經由電腦的處理器執行「平均加加速度Jerk計算器」的商用數學軟體(例如MATLAB)以進行線性迴歸分析，即可獲得一次多項式迴歸方程式，以供使用者輸入各種的進給率，進而獲得預估的加加速度。

接著描述，流程S30計算加工時間，包括下列步驟：

步驟S31，匯入工件的加工程式，並讀取該加工程式的多個直線路徑與多個圓弧路徑。具體而言，匯入加工程式於電腦的記憶體。由電腦的處理器讀取加工程式。其中加工程式為文字檔，副檔名為.txt。較佳的，本發明在匯入工件的該加工程式之後，還包括一檢查是否有惡意程式碼的步驟。換句話說，檢查是否含有字串是執行檔的副檔名，例如「.exe」、「.com」，以防止加工程式遭竄改而夾帶執行惡意程式的指令。藉此本發明可以執行資訊安全的功能。

步驟S33，查看該車床的該控制器所設定的直線快速定位(G00)進給率。G00快速定位 (rapid traverse) 機能，其主要功能是命令刀具以快速位移之方式到達指定之位置上。因為使用G00的時候，移動速率需要使用控制面板上的快速進給倍率鍵調整，例如，F0、25、50 %。

步驟S34，依據該多項式迴歸方程式以取得對應於該直線快速定位進給率的一加加速度預測值。例如由電腦的處理器執行運算該多項式迴歸方程式。

步驟S35，依據車床的轉速、及該加加速度預測值，分別計算該多個直線路徑的加工時間、及該多個圓弧路徑的加工時間。例如由電腦的處理器執行運算。

步驟S36，加總該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間，以獲得一預測加工時間。例如由電腦的處理器執行加總運算。

較佳的，本發明上述的步驟可整合在「預測CNC車床加工時間」的第三人機介面，如圖4所示，其可儲存於電腦的記憶體。其包括提醒輸入G00進給率(feed rate)，例如1200；以及，載入加工程式(file path)的位置。經過點擊開始鍵(start)，由電腦的處理器執行商用數學軟體(例如MATLAB)獲得預計時間(prediction time)。例如，119秒。

如上述所述(1.1)切削時間可依加工模式分成G96模式(也就是等表面切削速度模式)、及G97模式(也就是固定主軸轉速模式)。較佳的，本發明計算加工時間還包括下列步驟：

S32，判斷車床的加工模式，是等表面切削速度模式、或固定主軸轉速模式。具體的說，在計算該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間之前，判斷車床的加工模式是否為等表面切削速度模式(G96)；

若是，依第一預測模式以計算加工時間；若否，加工模式為固定主軸轉速模式(G97)，並依第二預測模式以計算加工時間。

具體的說，電腦的處理器由加工程式中讀取各行指令，是否含有G96的字串，若有，則為等表面切削速度模式(G96)。若是，含有G97或G50的字串，其後面會含有宣告的轉速值(單位rpm)，例如S2000，意即G96模式下的最高轉速2000rpm，或者G97模式下的固定轉速2000rpm。

其中加工模組若是等表面切削速度模式(G96)，其第一預測模式的計算圓弧路徑的加工時間的步驟如下：及

利用外插法配合該多元線性迴歸方程式，在本實施例為上述的公式(2)，以預測等表面切削速度的圓弧路徑加工時間。

其中加工模組若是等表面切削速度模式(G96)，其第一預測模式的計算直線路徑的加工時間包括下列步驟：

判斷切削模式是否為直線補間/切削進給模式(G00)；

若是，則判斷刀具的路徑方向是遠離工件中心的第一方向，或朝向工件中心的第二方向；

依該第一方向及該第二方向，分別再判斷：

若是等速區間，加工時間為等速區間的距離/每秒進給率；

若是變速區間，加工時間為每取樣時間*取樣時間個數；

若是等速區間加上變速區間，加工時間為等速區間的距離/每秒進給率，加上變速區間的每取樣時間*取樣時間個數。

請同時參考圖5，為G96刀具路徑變速行為示意圖，其中P1為等速區間，P2為變速區間。當執行 G96指令且滿足兩個條件時，第一條件，在G01、G02、或G03的移動模式下才會發生，第二條件，只有在X座標值發生變動的時候才會改變轉速。

如圖5，CNC車床工具機從起點座標 X0移動到終點座標 Xp的過程中會以路徑經過的X座標進行變速。然而，CNC工具機不可能一直以即時經過的X值進行變速，因此，會存在一個取樣時間 t。取樣時間定義為控制器讀取座標點所花時間，在一個取樣時間內，因為控制器還來不及讀取新的X座標進行變速， 因此可視為等速運動，取樣時間的值約為 8 ms。

當在移動和主軸加速的過程中，轉速會到達 G50限制的最高轉速，此時的切削直徑 X座標值定義為 Xi。透過加工程式中設定的 G96切線速度和 G50限制的最高轉速代入公式(1)，切削速度V= πDN / 1000，即可求出 Xi。在小於切削直徑 Xi的路徑移動中，主軸轉速會固定在G50限制的最高轉速，CNC工具機亦會保持等速運動。

具體的說，等表面切削速度模式(G96)的模式下直線路徑加工時間，本發明再分為情況1至情況6。

遠離工件中心的第一方向，可分為情況1-3。情況1，座標起點X0＞切削直徑X座標值Xi，座標終點Xp＞切削直徑X座標值Xi，整段路徑只有變速區間，示意如下：

(工件) X0--(L0)--＞X1--(L1)--＞X2--…--＞Xp，整段為變速區間。

加工時間可以由取樣時間和經過的取樣時間個數相乘求出，如公式  (5.1)  t1= t×j  所示。

其中t為取樣時間，j為變速區間內所經過的取樣時間個數。取樣時間個數可以由座標起點X0+取樣時間乘以每段路徑的初始進給率(Fn)，並依序判斷是否已大過終點座標Xp ，即可停止。

情況2，座標起點X0＜切削直徑X座標值Xi，座標終點Xp＞切削直徑X座標值Xi，由於起點X0小於Xi，整段路徑包括等速區間加上變速區間。

示意如下：

(工件)  X0---[Xi]---(L0)--＞X1--(L1)--＞X2--…--＞Xp

X0-- Xi為等速區間，Xi至Xp為變速區間。

加工時間可以由取樣時間和經過的取樣時間個數相乘求出，如公式  (5.2)  t2= t×j + (Xi-X0)/2F 所示。

其中t為取樣時間，j為變速區間內所經過的取樣時間個數，F為等速區間的進給率。

情況3，座標起點X0＜切削直徑X座標值Xi，座標終點Xp＜切削直徑X座標值Xi，由於起點X0小於Xi，整段路徑只有等速區間。

示意如下：

(工件)  X0----＞Xp  ，X0至Xp為等速區間。

可以依下列公式(5.3)求得，也就是G97模式預測計直線的加工時間。

t _m=D/V _F+( | V _F/J ₁| ) ^1/2+ ( | V _F/J ₂| ) ^1/2公式(5.3)

另外，朝向工件中心的第二方向，可分為情況4-6。

情況4，座標起點X0＞切削直徑X座標值Xi，座標終點Xp＞切削直徑X座標值Xi，整段路徑只有變速區間，示意如下：

X0--(L0)--＞X1--(L1)--＞X2--…--＞Xp (工件)，整段為變速區間。

加工時間可以由取樣時間和經過的取樣時間個數相乘求出，相同於公式  (5.1)  t1= t×j  所示。

情況5，座標起點X0＜切削直徑X座標值Xi，座標終點Xp＞切削直徑X座標值Xi，由於起點X0小於Xi，整段路徑包括等速區間加上變速區間。

示意如下：

X0-- -(L0)--＞X1--(L1)--＞X2…----[Xi]----＞Xp    (工件)

X0-- Xi為變速區間，            Xi至Xp為等速區間。

加工時間可以由取樣時間和經過的取樣時間個數相乘求出，如公式  (5.5)  t5= t×j + (Xi-Xp)/2F 所示。

情況6，座標起點X0＜切削直徑X座標值Xi，座標終點Xp＜切削直徑X座標值Xi，由於起點X0小於Xi，整段路徑只有等速區間。

示意如下：

X0----＞Xp  (工件)，X0至Xp為等速區間。

可以依上述公式(5.3)求得，也就是G97模式預測計直線的加工時間。

t _m=D/V _F+( | V _F/J ₁| ) ^1/2+ ( | V _F/J ₂| ) ^1/2公式(5.3)

本發明中，加工模組若是固定主軸轉速模式(G97)，其第二預測模式中的直線加工預測時間，包括下列步驟：

依直線加工路徑的時間t _m公式：t _m=D/V _F+2*( | V _F/J _n| ) ^1/2

其中D為直線加工路徑，V _F為進給率，J _n為加加速度值；

以取得直線路徑的加工時間。

其第二預測模式中的圓弧加工預測時間，依該加工程式取得圓弧終點和圓弧起點，並求得圓心角，其中圓弧加工路徑時間等於圓心角除以角速度。

最後補充說明，本發明可以不包含刀具非移動時間，因為其影響的比例不大。或者，本發明也可以用估計的方式包含刀具非移動時間，該刀具非移動時間包括換刀時間、及主軸加減速時間。，例如，以HS-22機台為例，鄰刀換刀時間4.8秒，最遠刀換刀時間1.8秒。主軸加減速時間，0-1000rpm為0.25-0.30秒，0-2000rpm為0.51-0.53秒，0-3000rpm為1.01-0.96秒，0-4000rpm為1.83-1.67秒，0-5000rpm為2.87-2.50秒，0-6000rpm為4.14-3.30秒。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，透過預測加加速度的流程，可以預測在任何進給率下的加加速度。進一步，透過預測加工時間的流程，加總該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間，以獲得一預測加工時間。藉此，本發明不論使用何種CNC車床機臺，不受影響，準確地預測加工時間，有利於生產少量客製化的產品，並供製造業者安排製造排程、以及精準估算成本。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

t:取樣時間 P1:等速區間 P2:變速區間

圖1A為CNC車床的刀具移動時的速度與時間的曲線示意圖。

圖1B為CNC車床的刀具移動時的加速度與時間的曲線示意圖。

圖1C為CNC車床的刀具移動時的加加速度與時間的曲線示意圖。

圖2為本發明的第一人機介面的示意圖。

圖3為本發明的第二人機介面的示意圖。

圖4為本發明的第三人機介面的示意圖。

圖5為G96刀具路徑變速行為示意圖。

t:取樣時間

P1:等速區間

P2:變速區間

Claims (9)

1. 一種電腦數值控制車床之預測加工時間方法，包括： 預測加加速度，包括下列步驟： 設定車床的多個進給率，依每一個該進給率，執行多段不等長的直線加工路徑； 對應於該多個進給率，依該車床的控制器所顯示的實際加工時間，取得該車床的加加速度的多個平均數值；及 依加加速度的該多個平均數值，產生一迴歸曲線，並且依據該迴歸曲線建立多項式迴歸方程式，以預測在任何進給率下的加加速度； 預測加工時間，包括下列步驟： 匯入工件的加工程式，並讀取該加工程式的加工距離，該加工距離包括多個直線路徑與多個圓弧路徑； 判斷車床的加工模式，是等表面切削速度模式、或固定主軸轉速模式； 查看該車床的該控制器所設定的直線快速定位進給率； 依據該多項式迴歸方程式以取得對應於該直線快速定位進給率的一加加速度預測值； 依據車床的轉速、及該加加速度預測值，分別計算該多個直線路徑的加工時間、及該多個圓弧路徑的加工時間；及 加總該多個直線路徑的加工時間與該多個圓弧路徑的加工時間，以獲得一預測加工時間。
2. 如請求項1所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中不等長的直線加工路徑共有至少三個，且大於等於40mm，其中每一段該直線加工路徑包括一加速段、一等速段及一減速段。
3. 如請求項1所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中該直線加工路徑的時間t _m公式： t _m=D/V _F+2*( | V _F/J _n| ) ^1/2； 依上述計算取得加加速度值 J _n| J _n|= 4*|V _F| / (t _m-(D/V _F)) ²； 其中D為直線加工路徑，V _F為進給率。
4. 如請求項1所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中在匯入工件的該加工程式之後，還包括一檢查是否有惡意程式碼的步驟。
5. 如請求項1所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中在執行車床的加加速度實驗之前，還包括建立在等表面切削速度模式下之圓弧路徑加工時間的預測方程式，其包括下列步驟： 依多個圓心角、多個進給率、及多個圓角半徑進行實驗，以獲得多個圓弧路徑加工時間；以及 依該多個圓弧路徑加工時間建立多元線性迴歸方程式。
6. 如請求項5所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中加工模組若是等表面切削速度模式，依第一預測模式以計算加工時間，其包括至少下列步驟： 該第一預測模式的計算圓弧路徑的加工時間，是利用外插法配合該多元線性迴歸方程式以預測等表面切削速度的圓弧路徑加工時間。
7. 如請求項6所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中加工模組若是等表面切削速度模式，該第一預測模式的計算直線路徑的加工時間包括下列步驟： 判斷切削模式是否為直線補間/切削進給模式， 若是，則判斷路徑方向是遠離工件中心的第一方向，或朝向工件中心的第二方向； 依該第一方向及該第二方向，分別再判斷： 若是等速區間，加工時間為等速區間的距離/每秒進給率； 若是變速區間，加工時間為每取樣時間*取樣時間個數； 若是等速區間加上變速區間，加工時間為等速區間的距離/每秒進給率，加上變速區間的每取樣時間*取樣時間個數。
8. 如請求項1所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其中加工模組若是固定主軸轉速模式，其第二預測模式包括下列步驟： 依直線加工路徑的時間t _m公式：t _m=D/V _F+2*( | V _F/J _n| ) ^1/2其中D為直線加工路徑，V _F為進給率，J _n為加加速度值； 以取得直線路徑的加工時間； 依該加工程式取得圓弧終點和圓弧起點，並求得圓心角，其中圓弧加工路徑時間等於圓心角除以角速度。
9. 如請求項1所述的電腦數值控制車床之預測加工時間方法，其進一步包含刀具非移動時間，該刀具非移動時間包括換刀時間、及主軸加減速時間。

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