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Dokumentenidentifikation DE10119082A1 19.12.2002
Titel Maschinensteuerungsprogrammsystem und Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine
Anmelder Witzig & Frank GmbH, 77652 Offenburg, DE
Erfinder Baumbusch, Frank, 69412 Eberbach, DE;
Bauer, Walter, 75397 Simmozheim, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 19.04.2001
DE-Aktenzeichen 10119082
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse G05B 19/18
Zusammenfassung Zur Verbesserung der Präzision von Werkzeugmaschinen, unabhängig von der Einhaltung einer mechanisch geometrischen Präzision und zur Verbesserung der Bedienbarkeit einer solchen Werkzeugmaschine sowie gegebenenfalls zur Verminderung von Taktzeiten, ist ein Maschinensteuerungsprogrammsystem (1) geschaffen, das strikt zwischen Programmierebene und Arbeitsebene trennt. Die Programmierebene ist einem Bedienmodul (14) zugeordnet, das nur Soll-Daten erhält und Soll-Daten wiedergibt. Mit Hilfe eines Übersetzungsmoduls und/oder eines Korrekturmoduls wird ein Maschinenarbeitsprogramm erzeugt, das der Arbeitsebene zugeordnet ist. Das Maschinenarbeitsprogramm enthält die Anweisungen und Daten, die erforderlich sind, um das Werkstück in der gewünschten Präzision zu fertigen. Die Daten und Anweisungen des Maschinenarbeitsprogramms können von den Daten und Anweisungen des Bedienmoduls (14) abweichen. Um das Maschinenarbeitsprogramm zu erzeugen, wird auf Messdaten eines Messmoduls (16) zurückgegriffen, die in einem Einarbeitungsvorgang gewonnen werden. Das Korrekturmodul (17) korrigiert das Maschinenarbeitsprogramm in einer solchen Weise, dass die gewünschte Präzision erreicht wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Programmsystem zur Steuerung einer Werkzeugmaschine sowie ein entsprechendes Steuerungsverfahren.

Werkzeugmaschinen sind in vielen Fällen durch ein Steuerungsprogramm gesteuert. Solche Steuerungsprogramme werden als NC-Programme bezeichnet, die es dem Bediener gestatten, die Aktionen der Werkzeugmaschinen in einer geeigneten Programmiersprache oder durch anderweitige Eingaben vorzugeben. Diese Eingaben beruhen auf den Maßen des herzustellenden Werkstücks. Diese sind bspw. in einer Zeichnung angegeben. Der Programmierer oder Maschinenbediener gibt die Zeichnungsmaße dann an einer geeigneten Bedienschnittstelle in die Werkzeugmaschine, bzw. deren Steuerung, ein und korrigiert die Eingaben gegebenenfalls so lange, bis das gewünschte Fertigungsergebnis erzielt wird.

Um auf einer Werkzeugmaschine eine hohe Fertigungsgenauigkeit zu erreichen, wird die Werkzeugmaschine möglichst geometrisch genau hergestellt. Dies betrifft die Geradheit der Führungen, die Proportionalität des Vorschubs von Werkzeugspindeln und so weiter. Ist eine solche geometrische Genauigkeit nicht vorhanden, kann dies mit Hilfe von hinterlegten Korrekturtabellen im Rahmen der NC-Steuerung korrigiert werden. Die NC-Programme greifen dann im Rahmen von Unterprogrammaufrufen ständig auf solche Korrekturtabellen zurück und versuchen auf diese Weise Geometriefehler der Werkzeugmaschine auszugleichen.

Jeder Aufruf einer Korrekturtabelle oder eines Korrekturrechenprogramms beansprucht Zeit. Die Erfahrung zeigt, dass ein solcher Unterprogrammaufruf die Taktzeit um bis zu 20% verlängern können.

Wird das NC-Programm von dem Programmierer jedoch im Rahmen einer Versuch-Irrtums-Einstellung und Durchlaufen vieler Korrekturläufer so lange geändert bis eine präzise Werkstückfertigung erreicht wird, ergibt sich in der Regel eine völlig undurchsichtige Programmstruktur, die, wenn die Maschine über mehrere NC-Achsen verfügt, nur von Spezialisten überblickt wird. Unter NC-Achse wird dabei jeder numerisch gesteuerte Antrieb verstanden, der zum Verfahren einer Werkzeugspindel oder des Werkstücks dient. NC-Achsen sind somit letztlich Stellantriebe und die zugeordneten Führungen.

Hieraus leitet sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ab, ein Programmsystem zu schaffen, das unabhängig von der geometrischen Genauigkeit der Werkzeugmaschine eine erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit gestattet, ohne dass die Taktzeiten unzuträglich erhöht werden oder die Übersichtlichkeit der Programmstruktur verloren geht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Programmsystem gelöst, bei dem die Programmierebene und die Arbeitsebene voneinander getrennt sind und Korrekturwerte nur in das Maschinenprogramm der Arbeitsebene, nicht aber in die Eingaben (Programmierebene) eingearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Maschinensteuerprogrammsystem enthält ein Bedienmodul, das zur Eingabe der gewünschten Bearbeitungsvorgänge dient. Das Bedienmodul bildet die Programmierebene. Hier wird die theoretische Geometrie der Werkzeugmaschine aufgezeigt. Korrekturen, wie sie infolge nicht präziser Arbeitsergebnisse erforderlich werden, werden nicht auf diesen Ebenen eingearbeitet und hier auch nicht angezeigt. Das Bedienmodul kann eine manuelle Benutzerschnittstelle oder auch eine Benutzerschnittstelle zur Übertragung von maschinenlesbaren Daten, bspw. über Datenträger oder Anbindung an ein CAD-System aufweisen.

Das Maschinensteuerungsprogrammsystem enthält ein Übersetzungsmodul, das aus den Sollmaßdaten, die das Bedienmodul bereitstellt, ein Maschinenarbeitsprogramm erstellt. Das Maschinenarbeitsprogramm gehört zur Arbeitsebene und enthält alle Arbeitsanweisungen für die einzelnen Arbeitsspindeln und Stellantriebe (NC-Achsen) der Werkzeugmaschine. Das Übersetzungsmodul erstellt somit ein Maschinenarbeitsprogramm, das von dem Bedienmodul auf nur mittelbar sichtbar ist.

Zu dem Programmsystem gehört außerdem ein Messmodul, das beim Vermessen von probeweise gefertigten Werkstücken, gewonnene Messwerte zu Messdaten verarbeitet und an die Istmaßdatenschnittstelle des Korrekturmoduls überträgt. Das Korrekturmodul ist nun in der Lage, das zunächst anhand der Soll-Daten erstellte Maschinenarbeitsprogramm zu korrigieren. Anhand der gewonnenen Messdaten werden nun Positionswerte, Vorschubwerte und sonstige Werte, die in den Arbeitsanweisungen des Maschinenarbeitsprogramms vorkommen und den Bearbeitungsvorgang charakterisieren, korrigiert. Diese Korrektur hat keinen Einfluss auf die von den Bedienmodul angegebenen Daten. Der Bediener sieht somit die Korrektur nicht - für Ihn bleibt es bei den einmal eingegebenen Zeichnungsdaten (oder CAD-Daten). Die auf der Arbeitsebene erfolgte Korrektur des Maschinenarbeitsprogramms erfolgt unmittelbar durch Veränderung des Maschinenarbeitsprogramms, anhand von Differenzen zwischen den Soll-Daten und den Ist-Daten, wie sie von dem Messmodul gewonnen worden sind. Bei Abarbeitung des Maschinenarbeitsprogramms ist deshalb kein Rückgriff auf irgendwelche Korrekturtabellen oder Korrekturprogrammen erforderlich. Somit wird die Taktzeit der Werkzeugmaschine in keiner Weise negativ beeinflusst. Im Vergleich zu Steuerungen, die während des Betriebs der Werkzeugmaschine auf Korrekturtabellen zurückgreifen, wird eine deutliche Verkürzung der Taktzeit der Werkzeugmaschine erreicht. Jeglicher Zeitverlust, wie er sonst durch Rückgriff auf Korrekturtabellen oder Korrekturprogramme eintritt, wird vermieden. Die Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt durch lineare Abarbeitung des Maschinenarbeitsprogramms. Dieses wird im Messzyklus justiert.

Mit der erfindungsgemäßen Strukturierung des Maschinensteuerungsprogrammssystems wird zum einen eine für den Bediener übersichtliche Programmierung der Werkzeugmaschine und zum anderen eine schnelle Arbeit derselben ermöglicht. Darüber hinaus gestattet das erfindungsgemäße Maschinensteuerungsprogramm eine hohe Bearbeitungspräzession auf Werkzeugmaschinen, die geometrisch nicht genau gefertigt sind. Führungsfehler, Fluchtungsfehler, Elastizitäten und Nachgiebigkeiten in den Führungen, Werkzeugen oder Werkstücklagerungen haben keinen Einfluss auf die Präzision des hergestellten Werkstücks. Diese wird vielmehr im Rahmen der Einarbeitung durch Korrektur des Maschinenarbeitsprogramms erreicht. Abweichungen der tatsächlichen Werkzeugmaschinengeometrie von der theoretischen, auf der Programmierebene zugrundegelegten Geometrie der Maschine werden von dem Korrekturmodul im Zusammenwirken mit dem Messmodul unwirksam gemacht.

Das Übersetzungsmodul enthält vorzugsweise eine Zuordnungsliste oder Zuordnungstabelle, um die korrigierten Bearbeitungsdaten den Soll-Daten zuordnen zu können. Dies ermöglicht bei Abarbeitung des Maschinenarbeitsprogramms die parallele Anzeige der dazugehörigen Arbeitsanweisungen an der Benutzerschnittstelle mit den Sollwertdaten. Die Bedienbarkeit und Übersichtlichkeit des Programmsystems ist dadurch sehr hoch.

Das Maschinensteuerungsprogrammsystem kann ohne weiters beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms die Soll-Daten als Bearbeitungsdaten zugrunde legen. Die Korrektur erfolgt durch das Korrekturmodul in einer oder mehreren Iterationsstufen. Es ist jedoch auch möglich, bekannte Geometriefehler der Werkzeugmaschine in einer Korrekturtabelle abzulegen. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass das Übersetzungsmodul beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms bereits die Soll-Daten anhand der Korrekturtabelle umrechnet, so dass der erste Bearbeitungsversuch bereits mit korrigierten Daten durchgeführt wird. Unter Umständen lassen sich damit Einarbeitungszeiten verkürzen, indem schon bei der ersten Probefertigung genauere Ergebnisse erzielt werden. In einigen Fällen kann dadurch die Anzahl der erforderlichen Iterationszyklen gesenkt werden. Das Messmodul fasst vorzugsweise einzelne Messwerte von mehreren Werkstücken zu Messdaten zusammen. Beispielsweise streuen die Messwerte etwas und werden durch das Messmodul dann anhand einer Mittelwertbildung oder anderweitiger statistischer Auswertung zu Messdaten zusammengefasst. Dabei kommt es bspw. auf die Bildung des Mittelwerts (Erwartungswert) und die Streuung der Messwerte an. Aus der Streuung und dem zugelassenen Toleranzbereich der Vorgabewerte kann bestimmt werden, ob sich überhaupt eine prozesssichere Fertigung mit der gewünschten Genauigkeit erreichen lässt. Falls nicht, kann der kritische Bearbeitungsvorgang bei Werkzeugmaschinen mit mehren oder vielen Arbeitsstationen auf eine andere Arbeitsstation verlegt werden, die die Durchführung der betreffenden Bearbeitung evtl. mit geringeren Streuungen gestattet.

Insbesondere für Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkstückaufspannplätzen ist es vorteilhaft, wenn für jeden Werkstückaufspannplatz ein individuelles Maschinenarbeitsprogramm erzeugt wird. Auf diese Weise kann das entsprechende individualisierte Maschinenarbeitsprogramm Ungenauigkeiten, die von dem Werkstückaufspanntisch oder einer Werkstückpositioniervorrichtung herrühren, genauso ausgleichen, wie Ungenauigkeiten, die aus Fehlpositionierungen der Arbeitspindeln herrühren.

Darüber hinaus berücksichtigt das genannte Korrekturverfahren Abweichungen und Ungenauigkeiten, die sich aus Nachgiebigkeiten des Werkstücks bspw. an dünnwandigen Bereichen ergeben. Alle Korrekturen erfolgen auf der Arbeitsebene unterhalb der Bedienebene und sind von dem Bediener somit unsichtbar. Bedarfsweise kann eine Anzeige der Korrekturwerte vorgesehen werden.

Entsprechende Vorzüge, wie für das Maschinensteuerungsprogrammsystem, ergeben sich für das Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung der Beschreibung oder Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein Maschinensteuerungsprogrammsystem als Blockschaltbild,

Fig. 2 die Korrektur der Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, durchgeführt mit dem Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Werkzeugmaschine in einer aufs äußerste schematisierten Darstellung,

Fig. 5 eine Werkezeugmaschine mit mehreren Werkstückaufspannplätzen in einer aufs äußerste schematisierten Darstellung und

Fig. 6 ein Programmsystem zur Steuerung der Werkzeugmaschine nach Fig. 5 als Blockschaltbild.

In Fig. 1 ist ein Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 in schematisierter Darstellung als Blockschaltbild veranschaulicht. Es dient bpsw. zur Steuerung einer Werkzeugmaschine 2, wie sie in Fig. 4 sehr schematisch veranschaulicht ist. Die Werkzeugmaschine 2 dient der Bearbeitung eines Werkstücks 3, das ortsfest oder, wie veranschaulicht, durch einen Drehtisch gelagert sein kann. Dem Werkstück 3 und dem Drehtisch 4 ist eine Arbeitsspindel 5 mit einem daran befestigten Werkzeug 6 zugeordnet. Die Arbeitsspindel 5 ist drehend angetrieben und durch eine Positioniereinheit 7 in verschiedenen, im Beispiel in zwei Richtungen XY bewegbar. Dazu dienen Führungen 8, 9 und Antriebe 10, 11. Die Führung 8 und der Antrieb 10 bilden eine NC-Achse für die Richtung X. Die Führung 9 und der Antrieb 11 bilden die NC-Achse für die Richtung Y. Eine weitere NC-Achse bildet der nicht weiter veranschaulichte Antrieb des Drehtischs 4 sowie der Antrieb der Arbeitsspindel 5. Alle NC-Achsen werden von einer Steuerungseinrichtung 12 gesteuert, d. h. kontrolliert bewegt.

Die Steuerungseinrichtung 12 ist programmgesteuert.

Auf der Steuerungseinrichtung 12 läuft das Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 nach Fig. 1. Zu den Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 gehören ein Bedienmodul 14, ein Übersetzungsmodul 15, ein Messmodul 16 und ein Korrekturmodul 17. Das Bedienmodul 14 weist eine Ein- und Ausgabeschnittstelle auf, die als Bedienschnittstelle 18 dient. Die Bedienschnittstelle 18 ist bspw. eine manuelle Eingabeeinrichtung (Tastatur) in Verbindung mit einem Monitor, eine Datenschnittstelle zur Anbindung an ein CAD-Programm oder eine anderweitige Ein- und Ausgabeschnittstelle. Die Funktion des Bedienmoduls liegt in der Nutzerkommunikation. Es dient bpsw. dazu, die Soll-Daten, wie bspw. Zeichnungsmaße einer Fertigteilzeichnung oder diesen Maßen entsprechende Eingabewerte, aufzunehmen. Außerdem kann das Bedienmodul 14 zur Eingabe von Bearbeitungsaktionen eingerichtet sein, wie bspw. Auswahl einer Arbeitsspindel, Positionierung derselben, Antrieb derselben mit vorgegebener Drehzahl, Vorschub derselben in bestimmter Richtung und mit vorgegebener Geschwindigkeit. Diese Eingaben bilden die Solldaten.

Ausgangsseitig weist das Bedienmodul 14 eine Soll-Datenschnittstelle 19 auf, die die Soll-Daten bereitstellt. Das Übersetzungsmodul weist einen entsprechenden Soll-Dateneingang 21 auf, an dem es die das gewünschte ideale Werkstück, auf einer geometrisch ideal exakten Werkzeugmaschine abbildenden Soll-Daten erhält. Das Übersetzungsmodul erstellt nun anhand dieser Daten ein Maschinenarbeitsprogramm 22, das zur unmittelbaren Ansteuerung der gesteuerten NC-Achsen dient. Mit diesem Maschinenarbeitsprogramm 22 ist eine Fertigung durchführbar, die in Fig. 1 durch einen Block 23 symbolisiert ist. Die dabei erzeugten Werkstücke werden mit einer geeigneten Messvorrichtung 24 vermessen (Fig. 4), wobei die gemessenen Daten als Ist-Daten über eine entsprechende Datenverbindungsleitung 25 an einen Ist-Dateneingang 26 des Korrekturmoduls 15 geführt werden. An einem Soll-Dateneingang 27 erhält das Korrekturmodul 17 die Soll-Daten die das Bedienmodul 14 an seiner Soll-Datenschnittstelle 19 bereitstellt.

Das Korrekturmodul 27 prüft, ob die Soll-Daten und Ist-Daten im Rahmen einer vorgegebenen oder einzugebenden (siehe Datenleitung 28) Genauigkeit übereinstimmen oder nicht. Ist die Abweichung (Differenz) zu groß, wird das Maschinenarbeitsprogramm 22 entweder direkt oder mit Hilfe des Übersetzungsmoduls 15 abgeändert.

Das insoweit beschriebene Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 funktioniert wie folgt:

Zur Erläuterung wird zunächst als einfacher Fall angenommen, dass in das in Fig. 2 veranschaulichte Werkstück, 3 eine Bohrung 31 einzubringen ist, deren X und Y Koordinaten jeweils 50 Einheiten betragen. D. h. (X, Y) = (50, 50). Diese Daten erhält das Bedienmodul 14 und übergibt sie an das Übersetzungsmodul, das zunächst einmal ein Maschinenarbeitsprogramm mit den Sollkoordinaten 50, 50 erstellt. Das entsprechende Maschinenarbeitsprogramm wird an die Steuereinrichtung 12 übergeben oder in dieser generiert. Es steuert nun die Fertigung (Block 23 in Fig. 1) eines Probeloses. Dieses kann ein oder mehrere Teile umfassen. Um statistisch relevante Aussagen gewinnen zu können, wird vorzugsweise ein Los gefertigt, das mehrere (eine ausreichende Anzahl) Werkstücke umfasst. Die gefertigten Werkstücke werden an die Messvorrichtung 24 (Fig. 4) übergeben. Das Messmodul 16, das Teil der Messvorrichtung 24 oder an anderer Stelle des Gesamtsystems laufen kann, stellt nun aus den gewonnen Messwerten die Ist-Daten für die tatsächlich hergestellte Bohrung 31 fest. In der Regel ist deren Position von der in Fig. 2 gestrichelt veranschaulichten Sollposition verschieden. Das Korrekturmodul stellt somit eine Abweichung zwischen Soll-Daten und Ist-Daten fest. Anhand dieser Abweichung korrigiert das Übersetzungsmodul 15 nun das Maschinenarbeitsprogramm. Im einfachsten Fall werden die in den jeweiligen Richtungen X, Y gemessenen Abweichungen von den Positionswerten, die das Maschinenarbeitsprogramm einstellen soll, addiert bzw. subtrahiert. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich bspw. Maschinendaten XM und YM, die von dem Soll-Daten 50 abweichen (XM = 49,1 und YM = 52,3). Zugleich kann das Übersetzungsmodul eine Liste 34 anlegen, die kenntlich macht, welche Soll-Daten zu den tatsächlich gefahrenen und von dem Maschinenarbeitsprogramm abgearbeiteten Daten gehören.

Mit dem korrigierten Maschinenarbeitsprogramm wird nun eine weitere Probefertigung durchgeführt, die in der Regel schon die gewünschten präzisen Werkstücke erbringt. Falls nicht, wird der Korrekturvorgang nochmals durchlaufen, indem die Werkstücke mit dem Messmodul 16 vermessen werden und indem das Korrekturmodul 17 anhand der festgestellten Unterschiede zwischen Soll-Daten und Ist-Daten das Maschinenarbeitsprogramm nochmals korrigiert.

In der Regel genügen ein oder wenige solcher Iterationsläufe in dem Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 nach Fig. 1.

Die Liste 34 gestattet in jedem Arbeitsschritt, insbesondere bei Hand- und Probebetrieb des Maschinensteuerungsprogrammsystems, die Anzeige des jeweils aktuellen Programmschritts mit Soll-Daten durch das Bedienmodul 14. Der Bediener wird auf diese Weise nicht gewahr, dass das Maschinenarbeitsprogramm von den Zeichnungsdaten (Soll-Daten) abweichende tatsächlich Einstellungen hat und durchfährt. Auf diese Weise treten Geometriefehler der Werkzeugmaschine, Nachgiebigkeiten der Werkzeugmaschinen fehlende Steifigkeit des Werkstücks und andere Fehlerquellen nicht mehr in Erscheinung. Die Werkzeugmaschine muss nicht im geometrischen Sinne präzise gefertigt sein. Ausrichtfehler, Linearitätsfehler, Führungsfehler und ähnliche Fehlerquellen bleiben ohne Einfluss auf die Präzision des Bearbeitungsergebnisses. Die einzige Bedingung an die Werkzeugmaschine ist, dass bei der Fertigung entstehende Maße möglichst genau reproduziert werden. Die vorhandenen Positionsfehler werden dann durch das Messmodul 16 und das Korrekturmodul 17 unwirksam gemacht. Dies ohne jegliche Einbuße an Bedienbarkeit und Arbeitsgeschwindigkeit.

Zur Verdeutlichung ist der Ablauf des Einarbeitungsvorgangs, wie er von dem erfindungsgemäßen Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 durchgeführt wird, nochmals in Fig. 3 veranschaulicht. Nach Eingabe der Sollwerte wird ein erstes Maschinensteuerungsprogramm anhand der eingegebenen Bearbeitungstaten erzeugt. Nach Probefertigung der Werkstücke werden die Ist-Maße derselben gemessen. Wenn diese nicht mit den Solldaten übereinstimmen, ändert das Korrekturmodul die Bearbeitungsdaten entsprechend. Diese Korrektur kann ein- oder mehrmals vorgenommen werden, bis die gewünschten Ist-Maße erreicht werden.

Die erste Erstellung des Maschinensteuerprogramms anhand der eingegebenen Bearbeitungsdaten kann ohne jegliche Berücksichtigung von Geometriefehlern der Werkezeugmaschine erfolgen. Es ist jedoch zumindest dann, wenn diese Geometriefehler größere Werte annehmen, vorteilhaft, bereits das erste Maschinenarbeitsprogramm unter Berücksichtigung solcher bekannten Abweichungen zu erstellen. Dies ist möglich, wenn eine entsprechende Tabelle 35 vorhanden ist (Fig. 1), auf die das Übersetzungsmodul bedarfweise zurückgreifen kann. Dies ist jedoch optional.

Ein wesentlicher Vorteil der Aufteilung in eine Programmierebene und eine Arbeitsebene liegt darin, dass es möglich ist, mit einem Maschinenarbeitsprogramm zu arbeiten, das ohne Beschreibung und ohne jegliche Unterprogrammaufrufe auskommt. Auf der Benutzerebene hat (Programmierebene hat der Programmierer die Möglichkeit ein Programmierfreundliches NC-Programm zu erstellen, das einen entsprechenden Bedienkomfort (z. B. das Aufrufen von Arbeitszyklen und Unterprogrammen gestattet. Dieses Programm wird in der Arbeitsebene als ein ganz direkt geschriebenes nacktes Programm übersetzt, um damit kürzeste Zykluszeiten an der Maschine zu erreichen. Wird die Abarbeitung des Maschinearbeitsprogramms an irgendeiner Stelle gestoppt, wird von dem Übersetzungsmodul die entsprechende Stelle des Bedienprogramms in dem Bedienmodul angesteuert, so dass die vorhandene Situation und die Position des Programms quasi rückübersetzt werden. Der Bediener kann somit sofort erkennen, an welcher Stellung in welcher Situation sich das Maschinenarbeitsprogramm gerade befindet. Dieses System ermöglicht die einfache Bedienung auf sehr komplexe NC-Maschinen, mit vielen Achsen und umfangreichen NC-Programmen. Außerdem stellt die Aufteilung des Programmsystems in einem Programmierebene und in eine Arbeitsebene sicher, dass die Maschine mit kürzt möglichster Zykluszeit betreiben wird. Dieser Vorteil wiegt vor allen bei komplexen Maschinen mit umfangreichen NC-Programmen schwer.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Werkzeugmaschine unter Fig. 2 veranschaulicht. Diese weist einen Werkstückträger 36 auf, der um eine Drehachse 37 drehbar gelagert ist. Der Werkstückträger 36 ist in Draufsicht bspw. kreuzförmig, wobei an den Flanken der Arme des Kreuzes Drehtische 104 angeordnet sind. Diese lagern die Werkstücke 3 jeweils drehbar um eine Achse, die quer zur Drehachse 37 ausgerichtet ist und senkrecht auf der jeweiligen Seitenfläche des Werkstückträgers 36 steht.

Von den vier dargestellten Werkstückpositionen stellen drei Werkstückpositionen Bearbeitungspositionen dar, während die vierte Position 38 z. B. eine Belade- und Entladeposition ist. An allen anderen Positionen sind jeweils ein oder mehrere Bearbeitungseinheiten vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Revolverköpfe 39, 40 mit jeweils mehreren Werkzeugen 41, 42 vorgesehen. Außerdem sind die Revolverköpfe 39, 40 durch nicht weiter veranschaulichte NC-Achsen bzw. Antriebseinheiten jeweils in X- und Y-Richtung verfahrbar.

Zur Steuerung einer solchen Werkzeugmaschine 102 ist das Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 etwas abgewandelt. In dieser Form ist es in Fig. 6 veranschaulicht. Dabei gilt die Beschreibung des Maschinensteuerungsprogrammsystems nach Fig. 1, sofern nicht ausdrücklich auf Unterschiede hingewiesen ist, entsprechend.

Das Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 nach Fig. 6 weist wie gehabt das Bedienmodul 14 auf. Das Korrekturmodul und das Übersetzungsmodul sind hier zu einem Übersetzungs- und Korrekturmodul 15/17 zusammengefasst. Dieses erzeugt zunächst anhand der Soll-Daten und sobald Probefertigungen vorliegen zusätzlich anhand der Ist-Daten, Maschinenarbeitsprogramme M1, M2, M3, M4. Diese sind jeweils in Drehtischen 104 individuell zugeordnet, nämlich M1 → T1, M2 → T2, M3 → T3, M4 → T4. Bildlich gesprochen wechseln die Maschinensteuerungsprogramme M1, M2, M3, M4 mit dem Fortschalten des Werkstückträgers 36 um 90° jeweils ihren Platz. Sie gehen mit dem Werkstück und mit dem betreffenden Werkstückaufspannplatz zur nächsten Arbeitsstation über und werden in dem betreffenden Teil der Steuerung für die dort vorhandenen Bearbeitungseinheiten geladen. Mit diesen aufspannplatzspezifischen Maschinenarbeitsprogrammen M1 bis M4 wird eine Probefertigung durchgeführt, wobei jeweils diejenigen Werkstücke, die auf dem gleichen Tisch T1, T2, T3, oder T4 hergestellt worden sind, jeweils in einer Gruppe F1, F2, F3, F4 zusammengefasst werden. Diese Gruppen werden von dem Messmodul 16 jeweils einzeln vermessen, wobei die sich ergebenden Ist-Werte wiederum gruppenweise erfasst und als Ist-Daten IST1 bis IST4 bspw. nacheinander ausgegeben werden. Das Übersetzungs- und Korrekturmodul 15/17 korrigiert danach dann alle 4 Maschinenarbeitsprogramme M1 bis M4 anhand der sich jeweils zwischen den Soll-Daten SOLL und den Ist-Daten IST1 bis IST4 ergebenen Differenzen.

Das Ergebnis dieser Maßnahme sind dem Werkstückaufspannplätzen T1 bis T4 individuelle zugeordnete Maschinenarbeitsprogramme, die jeweils alle für den speziellen Aufspannplatz und die Bearbeitungseinheiten spezifischen Korrekturen enthalten. Die Werkzeugmaschine arbeitet mit vier unterschiedlichen Maschinenarbeitsprogrammen, von denen jeweils 3 gleichzeitig aktiv sind (die 4. Position 38 ist keine Bearbeitungsposition, sondern eine Be- und Entladestation). Der Bediener spürt von alledem nichts. Er sieht an der Bedienoberfläche lediglich ein Maschinensteuerprogramm, das Soll-Maße wiedergibt.

Zur Verbesserung der Präzision von Werkzeugmaschinen, unabhängig von der Einhaltung einer mechanisch geometrischen Präzision und zur Verbesserung der Bedienbarkeit einer solchen Werkzeugmaschine sowie gegebenenfalls zur Verminderung von Taktzeiten, ist ein Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 geschaffen, das strikt zwischen Programmierebene und Arbeitsebene trennt. Die Programmierebene ist einem Bedienmodul 14 zugeordnet, das nur Soll-Daten erhält und Soll-Daten wiedergibt. Mit Hilfe eines Übersetzungsmoduls und oder eins Korrekturmoduls wird ein Maschinenarbeitsprogramm erzeugt, das der Arbeitsebene zugeordnet ist. Das Maschinenarbeitsprogramm enthält die Anweisungen und Daten, die erforderlich sind, um das Werkstück in der gewünschten Präzision zu fertigen. Die Daten und Anweisungen des Maschinenarbeitsprogramms können von den Daten und Anweisungen des Bedienmoduls 14 abweichen. Um das Maschinearbeitsprogramm zu erzeugen, wird auf Messdaten eines Messmoduls 16 zurückgegriffen, die in einem Einarbeitungsvorgang gewonnen werden. Das Korrekturmodul 17 korrigiert das Maschinenarbeitsprogramm in einer solchen Weise, dass die gewünschte Präzision erreicht wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Maschinensteuerungsprogrammsystem (1), insbesondere für in der Serienfertigung eingesetzten Werkzeugmaschinen (2, 102),

    mit einem Bedienmodul (14), das als Benutzerschnittstelle zur Eingabe der gewünschten Fertigungsmaße und Fertigungsvorgänge dient,

    mit einem Übersetzungsmodul (15), das zur Erstellung eines Maschinenarbeitsprogramms (22) zur Steuerung der NC-Antriebe der Werkzeugmaschine dient, wobei das Übersetzungsmodul (15) eine Soll-Datenschnittstelle (21) aufweist

    mit einem Korrekturmodul (17), das eine Ist-Datenschnittstelle (26) aufweist und dazu eingerichtet ist, Bearbeitungsdaten des Maschinenarbeitsprogramms (22) anhand von Differenzen zwischen den Soll-Daten und den Ist-Daten zu korrigieren,

    mit einem Messmodul (16), das Messdaten, die an in einer Probefertigung hergestellten Werkstücken (3) gewonnen sind, an die Ist-Datenschnittstelle (26) überträgt.
  2. 2. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) eine Zuordnungsliste (34) zur Zuordnung von korrigierten Bearbeitungsdaten zu Soll-Daten enthält.
  3. 3. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienmodul (14) an der Benutzerschnittstelle Soll-Daten empfängt und wiedergibt.
  4. 4. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Soll-Daten als Bearbeitungsdaten überträgt.
  5. 5. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Bearbeitungsdaten anhand der Soll-Daten und anhand einer Korrekturtabelle (35) erzeugt, die Korrekturdaten zur Berücksichtigung von Geometriefehlern der Werkzeugmaschine (2) enthält.
  6. 6. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (16) einzelne Messwerte durch statistische Nachbearbeitung zu Messdaten umwandelt.
  7. 7. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu der statistischen Auswertung die Bildung des Mittelwerts und der Streuung der Messwerte gehören.
  8. 8. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Werkzeugmaschine (2) mit mehreren Werkstückaufspannplätzen (T1, T2, T3, T4) für jeden Werkstückaufspannplatz ein individuelles Maschinenarbeitsprogramm (M1, M2, M3, M4) erzeugt wird.
  9. 9. Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, insbesondere für eine in der Serienfertigung eingesetzten Werkzeugmaschine, bei dem

    mit einem Bedienmodul (14), das als Benutzerschnittstelle dient, gewünschte Fertigungsmaße und Fertigungsvorgänge eingegeben werden,

    mit einem Übersetzungsmodul (16), ein Maschinenarbeitsprogramm (22) zur Steuerung der NC-Antriebe der Werkzeugmaschine erstellt wird, wobei das Übersetzungsmodul eine Soll-Datenschnittstelle (21) aufweist

    mit einem Korrekturmodul (17), das eine Ist-Datenschnittstelle (26) aufweist, Bearbeitungsdaten des Maschinenarbeitsprogramms (22) anhand von Differenzen zwischen den Soll-Daten und den Ist-Daten korrigiert werden, und bei dem

    mit einem Messmodul (16) Messdaten an in einer Probefertigung hergestellten Werkstücken (3) gewonnen und an die Ist-Datenschnittstelle (26) übertragen werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) eine Zuordnungsliste (34) zur Zuordnung von korrigierten Bearbeitungsdaten zu Soll-Daten enthält.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bedienmodul (14) mittels der Benutzerschnittstelle Soll-Daten empfangen und wiedergegeben werden.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Soll-Daten als Bearbeitungsdaten in das Maschinenarbeitsprogramm (22) übertragen werden.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittel des Übersetzungsmoduls (16) beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Bearbeitungsdaten anhand der Soll-Daten und anhand einer Korrekturtabelle (35) erzeugt werden, die Korrekturdaten zur Berücksichtigung von Geometriefehlern der Werkzeugmaschine (2) enthält.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Messwerte durch das Messmodul (16) durch statistische Nachbearbeitung zu Messdaten umgewandelt werden.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der statistischen Auswertung der Mittelwert und die Streuung der Messwerte bestimmt werden.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Werkzeugmaschiene mit mehreren Werkstückaufspannplätzen für jeden Werkstückaufspannplatz ein individuelles Maschinenarbeitsprogramm erzeugt wird.






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