铣削办法与流程

  本发明触及一种运用铣削东西对工件进行加工的办法，铣削东西安置在能够旋转的主轴上，其间主轴相关于工件沿着加工途径运动或工件相关于主轴沿着加工途径运动，而且主轴环绕主轴轴线旋转，其间对主轴沿着加工途径的旋转的相位方位和/或旋转速度进行操控，而且本发明触及一种设备和用于履行该办法的核算机程序，以及用于对该核算机程序进行编码的数据结构。

  在现代机床中，数控用于操控东西相关于工件的定位和运动。为了依据标准对工件进行加工，有必要使得东西在预订途径上相关于工件运动。因而，这也被称为途径操控。在由数控程序处理的零件程序中界说所需的途径。。数控将零件程序的几许指令转换为对机床的各种进给轴的方位操控的指令。在铣削进程期间，驱动东西的铣削主轴一般以技能上稳定的速度运转，该速度在零件程序中指定。(依据din66025的s字(s-word))。相同，在零件程序中为东西编程了途径速度(依据din66025的f字(fword))，该途径速度一般指代tcp(东西中心点)或指代在东西上的东西接合点。

  假如经过铣削产生的外表是经过“修整(trimming)”产生的，则有几个原因导致在工件上的相邻铣削途径中东西的切削刃相互作用在它们相关于互相的相位方位中产生恣意偏移。例如，主轴方位未准确地耦合到途径进给(例如，运用速度操控的主轴)，或许相邻铣削途径中的途径长度积分不是齿进给的倍数(即便在进给轴和主轴之间存在给定的方位耦合状况下的违背)。

  此外，进给速率(feedrate)会产生变化，例如在快速移动中用于定位或在回转期间下降进给速率。在主轴速度稳守时，这意味着损失途径参数和主轴方位之间的同步性。当再次抵达编程的进给速率时，主轴的角方位实际上是随机的。

  成果，依据现有技能制作的铣削工件一般显示出不规则的线中，东西途径从左向右延伸。您能够看到相邻东西途径中东西边际的接触点是怎么随机同步的。可是，有时会产生偏移，这会导致外表呈现光学不均匀的外观(较宽的条纹)。在用于打针成型等的东西的状况下，该结构能够被转移到终究产品上

  本发明的意图是供给一种办法，该办法能够在相邻的东西途径中以针对性的办法产生东西切削刃相互作用的相位(phasing)。特别地，意图是改进外表质量。

  该问题经过依据权利要求1的程序来处理。该问题特别是经过一种运用安置在能够旋转的主轴上的铣削东西对工件进行加工的办法来处理，其间主轴相关于工件沿着加工途径运动，或工件相关于主轴沿着加工途径运动，而且在此进程中主轴环绕主轴轴线旋转，其间对主轴沿着加工途径的旋转速度和/或旋转的相位方位进行操控，而且其间加工途径包括线性的平行途径(linearparallelpaths)。加工途径包括并排安置的线形平行途径(line-shapedparallelpaths)，而且主轴沿着加工途径的相位方位在相邻途径中相同或底子相同。由于相同的相位方位，经过铣削进程引进到外表中的图画在相邻途径中是相同的，因而会产生均匀加工的外表的视觉形象。因而，外表纹路使得能够在不对外表进行抛光的状况下进行。

  经过改动主轴的旋转速度和/或主轴沿着加工途径相关于工件的进给速率来操控相位方位。

  在本发明的施行例中，沿着处理途径在至少一个同步点处将速度和/或相位方位操控到预订的希望值。

  在本发明的施行例中，能够沿着处理途径在多个同步点处将速度和/或相位方位操控为相应的预订设定值。

  在本发明的施行例中，在抵达同步点之前，能够在触发点处开端将速度和相位方位操控到设定点。

  在本发明的施行例中，能够经过减小或增加主轴速度来操控相位方位。因而，在不改动进给速率的状况下，能够仅经过调理主轴速度来操控主轴的相位方位。

  在本发明的施行例中，能够经过下降或增加主轴相关于工件沿着加工途径的进给速率来操控相位方位。在该变型中，进给中的干涉用于使相位方位同步。

  在本发明的施行例中，能够将相位方位以铣削东西的切削刃的节距(pitch)的倍数偏移，铣削东西具有多个切削刃。将相位同步到各个切削刃，而不是专心于主轴的完好旋转，即视点在0°到360°(或视点模数360°)的规模内。例如，假如铣削头具有10个切削刃，则能够每36°(360°/10)履行一次同步。

  上面说到的问题也经过一种用于履行依据本发明的办法的设备来处理，该设备包括用于使工件相关于安置在主轴上的铣削东西进行位移的设备和用于操控主轴的旋转速度和相位的设备。

  在本发明的施行例中，主轴能够由方位操控的电动马达驱动。在本发明的施行例中，该设备能够包括用于确认主轴的角方位的设备。

  上面说到的问题还经过用于履行依据本发明的进程的核算机程序和用于对用于履行依据本发明的进程的核算机程序进行编码的数据结构来处理。

  图2示出了速度约束曲线的暗示图，是从下方近似约束曲线示出了插值周期中途径速度曲线示出了插值周期中的途径速度曲线和主轴速度曲线的联合采样暗示图；

  图7示出了在动态不或许的轨道规划到已编程的块鸿沟的状况下的下流相位补偿的暗示图；

  nc(数控)程序以一系列简略的几许元素描绘铣削途径。支撑点或途径支撑点是两个子序列几许元素之间的相应鸿沟。这些坐标从每行的nc程序中获取为nc区块。途径参数(也称为途径长度积分)在零件程序中描绘的途径上刚好描绘了一个点，该点可刚好坐落nc区块的支撑点之间。

  经过在cnc操控的nc程序中编程进给速率和主轴速度，能够确认技能上有条件的齿的进给速率。每个cnc的使命是在不超越该最大值的状况下，尽或许准确地坚持此编程的(希望的或最大的)进给速率，一起坚持所触及轴的动态约束值。在途径曲率的区域中，有必要下降进给水平，避免使轴进给驱动器动态过载，或以便满意途径精度的某些要求。这是经过在所谓的途径规划中预先核算出所谓的速度约束曲线中和在以下文本中，依据din/iso或g代码，每个程序行都标定为n10，n20，以及以此类推，直到高达n100。关于每个程序行，现有技能的cnc操控系统都将最大进给速度确认为用于途径规划的速度约束值曲线。速度约束值曲线包括在nc程序中编程的进给速率或进给速度vlim,prog，和作为途径分析成果的用于区块中的途径速度的动态条件最大值vlim,dyn，以及每区块过渡的最大过渡速度vlim。

  下流所谓的速度曲线生成器的使命是核算途径参数(或时刻，取决于施行办法)上的速度曲线，该速度曲线从下方(即从较低的值)跟从约束曲线的最小值，由于不得超越最大值。假如挑选了随时刻的标明办法，则速度曲线导致二阶多项式分段，在最一般的状况下，二阶多项式分段的分段鸿沟既不刚好坐落语句鸿沟上也不坐落时刻点上，该分段鸿沟稍后由插值器采样，如图2中所示。速度vb在任何点处低于在上面图1中示出的值vlim,prog,vlim,dyn和vlim,über。

  终究，经过所谓的采样插值器以所谓的插值周期时刻作为ipo采样点对这样预先核算出的速度曲线进行采样，并核算出运动中触及的一切进给轴的方位设定点。这也意味着并非每个nc支撑点都作为准确的方位设定点输出到轴线操控器，由于切当的nc区块极限一般坐落两个ipo扫描点之间。在图3中暗示性地示出了扫描。在时刻间隔ta下，方位值sb由一切轴的相应方位传感器确认，而且被传送至操控器。

  从现有技能中已知上面所示的速度曲线的确认以及一切轴的进给速率的终究操控。

  方位操控主轴的速度曲线由主轴途径确认和操控。别的，主轴的视点(相位)在某些点处被操控为预订值。图形标明依据途径速度曲线的图形标明。

  方位操控主轴的速度能够奇妙地标明为途径速度曲线中所示，它是途径参数(或时刻)上速度曲线的相同标明。然后能够从这两个曲线中一起采样周期性的方位设定点。

  经过这样的进程，每个内插的途径点被准确地分配一个主轴取向(即主轴相关于零点的视点；主轴旋转的一个相位)。特别地，在稳定途径进给和稳定主轴速度的区域中，主轴速度和途径速度之间存在“准齿轮同步”。可是，在主轴与主轴途径之间准确的速度耦合状况下，依然存在主轴取向相关于途径长度积分的自由度，这在数学上能够理解为积分常数。依据本发明，该自由度设置有方针参数(＝编程的)，而且以时刻优化的办法产生，一起坚持动态极限。

  为了供给方针参数，在途径上的至少一个点处分配准确的主轴取向。依据本发明，该分配特别有利地在nc程序中进行。对这种同步条件进行编程会使得每个相邻铣削途径至少产生一次固定的主轴取向(图5)。运用给定的同步指令，依据本发明的进程的使命首要是在坚持动态约束值的一起确认轨道规划是否或许。假如轨道规划是或许的，下面将介绍两种树立同步的或许办法。此外，给出怎么处理不或许进行轨道规划的状况的程序。

  依据本发明，为途径上的特定几许定位(geometriclocation)分配在该点处所需的主轴角方位。在本发明的履行示例中，这是经过在cnc程序中的零件程序中增加一个额定的nc区块库完成的(或许对纯途径描绘而言是冗余的)。这是一个契合din/iso的nc程序的(许多可设想到的)语法扩展的示例，将其以“g119s77”刺进n40行中，并在其间进行作为下述注释进行解说阐明：

  n50g01x+100语法扩展供给了g119指令，该指令希望参数s具有主轴相关于零点(相位方位)的角方位的标准。在稳定的进给速率和稳定的主轴速度下，这导致了途径长度积分与铣削主轴的角方位之间的“准齿轮同步”。在实践中，能够经过铣削主轴的方位操控操作来最好地满意这一要求。

  在鸿沟条件下，关于一切进给轴和铣削主轴，要坚持途径随时刻的三个导数(vmax，amax，jmax)的约束，这是途径轴和铣削主轴的每个运动状况都需求抵达同步点所需的最短的时刻(而且因而也是铣削途径上的最小途径)。相反，这意味着在物理上不或许在任何短时刻内或短间隔内树立任何所需的同步。因而，要描绘的程序还有必要解说阐明在这种状况下会产生什么。

  与线性进给轴比较，铣削主轴自其运动开端以来的累计方位关于当前使命不重要。仅重视模数规模为0……360°的角方位。这意味着铣削主轴抵达同步方针所需的最大相位补偿为：

  在第一个进程中，主轴履行相位补偿。同步点的界说标明，同步点只能坐落途径上这样的几许定位(途径参数)处，在这些几许方位中才干取得稳定的进给速率。依据上述对嵌套问题的界说，假如途径上的制动或加快间隔除vb＝vprog之外足以满意区块进入时的条件ab＝0，则这些同步点能够刚好坐落区块鸿沟上，而且假如该制动或加快间隔或其持续时刻也足以树立主轴的必要相位补偿。

  独自的程序行用n10，n20等符号。程序行n70除了在深度方位z＝-2处抵达x＝100，y＝90且进给速率为2000的途径外，还包括主轴在此处应取77°角的信息。

  图5中创立的区域是速度-时刻积分，对应于所需的主轴方位相位校对。速度曲线的各段鸿沟被围住。在这种状况下，在不影响进给速率规划且对零件程序的总加工时刻没有任何负面影响的状况下优化运动时刻。为了核算同步进程，按以下进程进行操作：在前瞻缓冲区中找到具有用于主轴的取向条件的(新)nc区块后，除了途径速度曲线外，还从头核算主轴速度曲线，这与输入一个“正常”的新nc程序段的办法相似。

  由于前瞻进程经过插值器中的速度曲线生成实时运转，因而获悉终究一个周期中输出到主轴的方位设定点，以及切当的途径参数以及因而还有持续时刻(在途径行程和时刻上)，直到抵达同步点停止。假如机器在不校对主轴速度的状况下持续运转，则能够核算出主轴在同步点处的角方位。这样，所需的相位补偿量便是模圆(modulocircle)中这两个角方位之间的差。关于多刃东西而言，所需的相位补偿当然也能够缩短到360°/角方位。假如在主轴相位校对期间途径进给(如在咱们的示例中所示)不是稳定的，在获悉了主轴的动态约束值之后，则能够核算出主轴速度曲线，然后这将同步点刚好树立在区块约束处，重要的是主轴的同步进程有必要准确地在区块约束处完毕。

  在依据本发明的办法的第二履行示例中，经过在有限的时刻内下降进给水平来完成相位补偿，参见图6。

  用于限时下降速度曲线的进给水平的办法关于高速主轴特别有用。所需的进给速率下降的高度和持续时刻是短的，由于主轴简直能够在毫秒内占有任何角方位，而不会改动主轴速度。为了核算同步进程，依照下列进程进行操作：首要如上述办法中确认所需的相位校对量。在核算出所需的直至同步点的相位校对之后，以这样一种办法核算朝向同步点的一条批改的速度曲线，即运动部分所需的额定时刻(与原始规划比较)与主轴需求经过所需的相位校对刚好相同多。

  假如没有满足的时刻或间隔找到轨道，则轨道规划总是不或许的。依据本发明的办法供给了这样一种状况，即确认下流同步点，该下流同步点距已编程的同步点(下流)有必定间隔...d。所选间隔...d是从s和f字获悉的规划进给速率的整数倍。s字操控主轴速度，f字操控进给速率。因而，东西切削刃接合的同步性能够推迟完成但仍界说为与nc程序中编程的几许定位相一致。关于一个填充杰出的前瞻缓冲区和同步条件互相之间不太严密跟从的nc区块而言，这种状况在实践上将或许很少产生或底子不产生。“激起”的最简略办法是运用nc区块，这些nc区块的同步条件互相之间过于严密跟从。下图示出了这种状况的示例：经过编程的进给水平，在坚持动态约束值的状况下，不或许在x0.1mm的间隔内将主轴的取向改动64°，参见图7；