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NC 優化原理

腳本命令的相關章節另見 工作流程：NC 優化。

優化目標

優化目標在於使加工過程中的物理量盡可能接近目標值。

由於優化採用保守的進給率策略，優化後的 NC 碼物理量會盡可能 等於或小於 目標值。例外是被進給下限擋住的步：下限優先於目標，所以那一步會高於目標——見限制已驗證程式的降速幅度。

決定優化進給率的因素

優化進給率由以下因素決定：

  1. 個別步 (Step)的物理量約束：依目標力、屈服應力、主軸扭矩等為每個步計算的進給率上限。屈服應力比、主軸扭矩比等指標的詳細說明，請見 製程可加工性。
  2. 步間平滑：加減速上限、延伸距離等交互作用。
  3. 進給上下限：選項的進給率與每刃進給上下限、刀具本身的限制，以及開啟時的原始進給率下限。下限優先於物理量約束，也優先於比它低的上限。

優化後的仿真結果差異

修改進給率後的仿真會產生與先前不同的插補點，造成：

  1. 不同的仿真網格誤差
  2. 表面形態變化（在表面粗糙度層級）

因此優化後的仿真物理量未必皆等於或低於目標值 — 可能略高於目標值。

插補點密度對表面形態的影響在圓弧轉角處比直線路徑更明顯，故轉角處此效應可能更顯著。

Tip

若轉角處出現異常低的優化進給率，請參閱 轉角進給率。

速度平滑

平滑範圍終止於巨集指令或路徑不可解析的行指令。

速度平滑 依當前行指令所走路徑長度套用加減速上限。因此 速度平滑 對 可重新插補 的區段有效；對不可重新插補的區段，雖然加減速上限仍然套用，但單一行指令的路徑長度過長可能讓其在實際使用上失去意義。

幾何誤差的影響

目前的 NC 優化以理想幾何模型為基礎。若工件為鑄件或有安裝誤差，應在系統中保守地放大工件幾何，以防系統將切削區誤判為非切削區，導致刀具撞擊。

刀具斷裂的解決方案

修改刀具路徑以降低切削寬度／深度，或使用 HiNC 優化功能調整進給率，使 屈服應力比、主軸最大扭矩比 與 主軸最大功率比 降至 100% 以下。

這些指標與刀具斷裂判準的詳細說明，請見 製程可加工性。

調整力峰容忍度

優化的預設值把每個比值的 100% 線都當成硬上限。實務上，有些指標能容忍例行的超出，有些則不能。各指標專屬的 Opt*UtilizationFactor 槓桿可讓優化器在物理上安全的範圍內接受較高的力峰。

指標 係數 (API) 何時可調高
屈服應力 OptYieldingUtilizationFactor 逐瞬時。 可安全調高。若 150% 例行可容忍而不斷刀，設 1.5。控制器轉角平滑與主軸慣性會吸收單轉過衝。
主軸扭矩 OptSpindleTorqueUtilizationFactor 累積性。 維持 1。持續超出會使主軸失速：進給續行、轉速下降、每刃進給增長、力進一步飆高。
主軸功率 OptSpindlePowerUtilizationFactor 累積性。 維持 1。原因同扭矩。
熱屈服 OptThermalYieldUtilizationFactor 長期性。 若校正後的刀具材料比保守預設更耐熱，可適度調高 —— 見 刀刃熱塑性變形。

經驗法則：依觀察到的穩定極值放寬逐瞬時的逐步指標；絕不放寬累積性指標。

另有一個互補的進給率下限槓桿 —— 當 NC 無法修改以移除單轉力峰時很有用 —— 見 MinFeedPerTooth_mm (API) 與 當 NC 無法修改時。

限制已驗證程式的降速幅度

已經在產線上跑的程式，做優化通常是為了讓刀具少受點罪，而它的加工節拍早已排定。EnableSourceFeedrateFloor (API) 把每一步優化後的進給率下限，設在原始程式於該步指令進給率的 SourceFeedrateFloorRatio (API) 比例。這個界線相對於每一步自己的進給，絕對值的 MinFeedrate_mmdmin (API) 與 MinFeedPerTooth_mm (API) 表達不了。

這個比例是在刀具壽命與加工節拍之間取捨：

比例 優化器可以做什麼 刀具 加工時間
低於 100 %（預設 80 %） 把負載尖峰的步降速到該比例；任何一步都可以加速 降下來的尖峰就是刀具壽命的收益 可能變長，但沒有任何一步慢於其原始進給的該比例
100 % 只能加速 沒有任何一步被減載，刀具壽命沒有收益 不會變長

這裡的加工時間指加工時間估算所用的理想進給時間。兩個界線都只守到 FeedrateAssignmentRatio (API) 的容差內（預設 1 %）：一行的新進給與它之前寫出的進給相差不超過這個比例時，會沿用先前的進給，而不寫出自己的。

和所有下限一樣，這個下限優先於力與安全目標。被它擋住的步，負載會高於目標要求的值；這一趟會以一則警告 NcOpt-Feed--SourceFloorOverTarget 說明一次，並依目標——偏好力、屈服、熱屈服、主軸扭矩、主軸功率與自訂準則——分別計數。凡是下限高於其他下限的步，步級日誌都會以 FrtBySourceFeedrateFloor_mm 寫出它，某個準則的值等於它就代表那個準則被下限擋住；見 NC 優化工作流程 — 優化日誌。

下限只在進給率優化開啟時作用，而且只在預設的 SoftNc runner 上。延伸距離內沒有切削、由優化器以選項的快速進給送出的區段，也以同樣方式墊高。這個開關預設關閉；專案檔裡沒有這個設定時，讀成關閉。

熱崩刃的解決方案

處理刀具斷裂問題後，降低主軸轉速以給切削刃足夠時間散熱。

要注意冷卻液是否確實對準切削刃，這對結果有顯著影響。

追蹤個別步的物理量限制

每一趟優化本來就會寫步級日誌——每個「有步可解」的優化輸出 NC 檔旁邊都會有一個 .IndependentStepAdjustment.log，所以不必打開任何開關就拿得到。它單憑自己答不出來的是 「個別步受哪個物理量限制」，因為平滑會把鄰近步的影響帶進它記下的進給裡。跑之前先停用平滑設定：

OptMaxAcceleration_mmds2 = double.PositiveInfinity;
OptFeedrateAssignmentRatio = 0;
OptExtendedPreDistance_mm = 0;
OptExtendedPostDistance_mm = 0;

執行優化後，檢視 .IndependentStepAdjustment.log 檔，可看到每步的獨立優化計算結果，從而識別是哪個物理量限制了進給率。

日誌檔欄位的詳細說明，請見 NC 優化工作流程 — 優化日誌 章節。

當某一步解不出來時

某一步求解失敗不會中止優化。該步保留仿真當下的進給率、而不是一個解出來的值，其餘各步照常優化，所以一份跑完的優化結果裡可能夾著沒有任何物理準則決定過進給的步。有三處記下它們：

  • 每個失敗步一則 Error 訊息，帶著步索引、NC 檔與行號，以及底層例外——一次執行只逐筆報前二十個，之後只留摘要；
  • 該趟結束時一則 Warning，說明失敗步數與其中第一個；
  • 該檔 .IndependentStepAdjustment.log 裡的一列 StepFailed，取代該步平常的逐準則列。

不過，這樣的步並不會把那個進給一路保留到檔案裡。求解之後的各個階段對它一視同仁：照樣拿延伸區段與加速度上限 去約束它；而當這一步與同一行其他步共用一個進給字時，寫出去的值是那一行允許的最小值。 所以輸出的 NC 既不標記任何東西、裡面的進給也說明不了任何事——失敗的步在檔案裡分不出來： 既分不出它和「優化器本來就無須更動的步」，也分不出它和「優化器有充分理由把它壓慢的步」。 訊息是唯一講出這個差別的地方，所以把優化後的程式送上機台之前要先讀它。

失敗也不會讓這一趟提早結束。逐步求解在每一趟都恰好以自己的一列收尾——跑到最後一步是 Optimization Feedrate built.，被 Stop 攔下則是 Optimization Feed Process canceled.—— 而且那一列是接在失敗總結之後，不是取代它。接著這一趟會繼續走完求解之後的各階段。 回報過失敗的優化一樣會產出優化檔，而那兩列都還沒出現只代表求解還在進行，不是它放棄了。

被 Stop 收場的那一趟會讓步級日誌少一截。它緩衝區裡的尾巴是被丟掉而不是寫出去的， 所以上一個批次之後寫進去的行（批次最快一秒一次）不會進到檔案，仍為了等一個較小步索引 （被停掉的這趟從未解出它）而被扣住的行也不會。日誌在這一趟實際跑到的最後一步之前就結束，是 Stop 的痕跡， 不是優化器漏報。

NaN 的進給邊界會被指名拒絕

每一步的每刃進給邊界，由選項的進給率上下限與每刃進給上下限、開啟時的原始進給率下限、該步的刀刃切弧時間，以及刀具本身的優化限制組成。邊界算出 NaN 時會在求解之前就被拒絕，訊息指名它拿到的值——MinFeedrate_mmdmin、MaxFeedrate_mmdmin、MinFeedPerTooth_mm、MaxFeedPerTooth_mm 與該步的刀刃切弧時間——否則 NaN 會以試算進給的身分進入物理計算，然後在離成因很遠的地方才被報出來。最常見的來源是腳本在步事件裡把 NaN 寫進逐步選項；見腳本命令。原始進給率的比例不在這項拒絕之內：算不出正的有限下限的比例，等於該步沒有下限。

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