CN100442179C - 成套工具的制造设备及方法 - Google Patents

Abstract

成套工具制造设备不仅包括显示模块和输入模块，其用来询问全部所需的加工操作和测量操作以及限定全部的测量点，而且包括加工程序模块。其根据输入来生成机床控制程序，以及模型化模块，其根据有关测量的输入来生成控制测量装置的测量程序。两个程序模块(加工程序模块和模型化模块)使用一个和同一数据集，其由例如几何模型来限定。这一共用的数据集允许在屏幕上交互建立工件，测量程序和加工程序与工件一起一致并行地建立。

Description

成套工具的制造设备及方法

技术领域

本发明涉及到成套工具的制造设备以及控制机床和相关测量装置的方法。

背景技术

为了制造和磨削工具，常常使用工具磨床，在工具磨床中诸如砂轮一类的一个或多个工具可以在空间内的多个方向上有目的地移动和转动以便制造出几何形状复杂的，例如钻头，铣刀，阶梯钻头或诸如此类的工具等。通过相应的砂轮对毛坯进行加工来完成这一工作，为此目的，毛坯和/或砂轮要沿着预定轨迹移动。通过各种不同传动和导向装置运动的叠加产生这些轨迹。这些装置再由诸如NC程序之类的机床控制程序控制。生成适合的NC程序要求使用者具有关于机床几何形状和NC编程的知识以及以三维方式进行思考的良好能力。当NC程序员寻求以移动砂轮在毛坯上形成按比例图所规定的形状的这种方式来编写程序时，他必须规定独立部件(毛坯和砂轮)的前移运动，这些前移与图形数据没有直接关系。

为进行质量控制，常常需要可能需自动完成的测量。使用具有触知、光学或其他测量传感器的测量装置来实现这点。测量装置可以是磨床的一部分或可以是独立形式的测量装置。试件和传感器的运动，对试件和传感器的询问，以及对测得数值的处理都必须依次由测量程序控制，测量程序必须由使用者建立。

磨削程序(控制磨床的NC程序)中的变更在许多情况下还使得对测量程序必须进行修改。使用者对两者必须予以保证。

美国专利6,290,571 B1公开了一个程序系统，利用这一系统可以完成NC程序的设置而不需要机床几何学或NC编程的详细知识。为此，屏幕上毛坯的图象和砂轮或其他磨削工具的图象彼此间要以这样的方式相对移动，使得在屏幕上以虚拟的形式出现所需的工作。将所取的工件或工具轨迹画出来并转换到NC程序中去。

测量用这种方式产生的工具是一项单独的工作，对此美国专利6,290,571没有给出解决办法。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的就是建立成套工具制造设备。

此外提出控制机床及相关测量装置的方法也是本发明的目的。操作该设备及实施该方法对于没有编程语言知识的使用者来说应当是可能的。

通过成套工具制造设备及相应控制机床及相关测量装置的方法达到了这些目的：

所述设备具有：输入模块，该输入模块用于访问产生工件说明的输入目标源，其中一个或多个输入参数属于每个输入目标，输入模块允许选择输入目标并输入其输入参数，并且输入模块还使得可以访问测量目标源，从测量目标源可选择测量目标并使其与输入目标或输入参数相联系；显示模块，用来可视地显示出根据所涉及的对输入目标的选择和输入而得到的工具的图象；加工程序模块，此模块根据所涉及的对输入目标的选择及其待输入的参数来生成机床控制程序，机床控制程序用来控制机床，以及测量程序模块，此模块根据所涉及的对测量目标的选择及其与输入目标的联系来提供控制测量装置的测量程序。

在上述的方法中通过输入模块：a)提供用来建立工件说明的输入目标源供选择，其中一个或多个被询问的输入参数属于每一个输入目标，及b)提供测量目标源供选择，其中产生选定测量目标与输入目标的联系；通过显示模块，显示从所涉及的对输入目标的选择及输入所得到的工具的图象；通过加工程序模块，根据对所涉及的输入目标的选择及为此输入的参数来生成机床控制程序，此程序用来控制机床；及其中通过测量程序模块，根据所涉及的对测量目标的选择及其与输入目标的联系来生成控制测量装置的测量程序。

成套工具制造设备有一个输入模块，其最好的图形操作界面。输入模块包含显示装置或与这样的装置相连接。在此显示装置上，多个输入窗口和至少一个显示窗口可以打开。输入窗口可以使用备用输入目标。通常，输入目标与加工操作有关。因此可以把它们看成是加工目标，并且例如限定了一个完整的加工操作。例如，磨削操作中磨削工具走过一个完整定位距离的磨削操作就是上述意义上的加工操作。例如，在砂轮沿着圆柱体毛坯上的螺旋轨迹移动时，就得到一个螺旋槽。这种螺旋槽就是输入目标的一个实例。例如，通过将软件目标叠加，即输入目标叠加来产生出工具的切削刀。通过以如同从毛坯或部分加工的工件上取下由加工操作所生成的间隙同样的方式，进行数据处理来实现这种叠加。这样就通过从毛坯上去掉所有加工目标的三维之和而产生出切削刀或其他坯体边沿。然后再以输入目标与毛坯之交叉线和彼此相互叠加之软件目标间的交叉线形式产生出坯体边沿。

输入目标的另一实例是同样由砂轮与工件间相对运动所产生的切削表面。最后，输入目标总是表征砂轮与工件间相对运动。这些输入目标是软件目标，而且例如通过菜单是可以选择的。至少有一个参数或参数集属于每个输入目标，利用这一参数或参数集，限定了例如凹槽的长度，深度，坡度，以及其他细节或某一其他输入目标的其他细节。这些输入参数也同样分配给输入模块范围内的输入窗口或区段，这些窗口或区段能够进行数据采集。因此，使用者能够根据图形数据在屏幕上生成工件而不必使用编程语言。从备用输入目标中，使用者只是选择那些必须在毛坯上完成其相关加工操作的输入目标，并使这些目标参数化。通过将数值插入屏幕上的掩码来实现这点。

这样在使用者生成描述工件的数据集时，他可以启动建立测量程序所需的输入。为此，输入模块保持备用测量目标，即待测目标准备待用，从这些备用测量目标中可以选出测量目标并将其参数化。通过使测量目标与输入目标相联系来实现参数化。作为测量目标，例如可以限定检测点，检测点距转动轴的距离(半径)，距其他检测点的距离，距坯体边沿的距离，等等都可以检测。其他测量目标可以是例如角度，角度限定通过输入多个检测点，线性切削面，等等来进行。检测点或其他测量目标与输入目标之间的联系可以通过例如将检测点与诸如切削刀之类的坯体边沿相结合来实现。这种联系一经限定，输入目标参数化中会造成切削刀偏移的任何变更，在同时也造成了与此切削刀相联系的适用检测点的偏移。

本发明的设备包括一显示模块，其直观地显示出根据输入所得到的工具图象，工具此处用作为工件。显示模块可以像输入模块那样与同一监视器相配合。它可以与输入模块相结合来制作程序模块或可写部分地与输入模块相重叠并共享资源和/或例行程序。使用显示模块，通过选择输入目标并使其参数化已做出的输入，其一致性和正确性可立即直观地确定。

还提供了加工程序模块，此模块根据输入目标及其参数来生成机床控制程序，该程序可传输给磨床。这就是NC程序生成器。

此外，根据本发明的设备还包括模型化模块，用此模块根据输入目标和测量目标生成测量程序。因而，一旦在屏幕上已经生成工件，那么不仅得到了NC加工程序，而且与此同时还得到了NC测量程序。两个程序互相符合，所以生产的样品工件可以立即自动地进行测量。

最好输入模块，加工程序模块及模型化模块之间的联系通过几何模型来实现，几何模型含有所有的工作指令(关于待完成工作步骤的数据)和工作结果的数学表达式(例如，工件表面结构的数字形式或表格形式的说明)。结果为一数据结构，在此结构内工作指令中的变更，例如由于输入目标参数化中的变更也立即导致了测量程序的修改。

附图说明

本发明实施方案优势方面的进一步细节在具体实施方式部分进行了说明，从随后的说明及附图将会变得显而易见。附图中，说明了本发明的典型实施方案。示出的附图是：

图1，以方框图形式表示的加工和测量设备的软件结构；

图2和3，软件结构的修改实施方案；

图4，工件设计中的数据流程；

图5，测量操作输入的数据流程；

图6-8，用来输入输入目标，输入参数，以及测量目标的屏幕掩码。

具体实施方案

在图1中，示出的磨床1用于生产诸如钻头，铣刀等工具，这些工具这里将称为工件。磨床1包括工件夹持装置2，它可以以固定或活动的方式支撑。它可以是固定的或借助调整装置在空间内的一个或多个方向上可调。与夹持装置2相关联的是具有一个或多个砂轮的磨削头3。磨削头3可在空间内的多个方向上移动与转动。此外还驱动砂轮4旋转。

使用程序生成器6生成的机床控制程序5用来控制磨削头3和/或工件夹持装置2的运动。这一程序还用来建立用于例如呈测量机器8形式的测量装置的测量程序7，使用测量机器8对用磨床1加工的工件9进行测量。为此，测量机器8具有工件夹持装置11以及一个或多个测量头12，测量头可通过定位装置13在空间内移动以便检测工件9上的测量点从而给出测量数值。

测量装置如图所示可体现为是单独的测量机器8或是做为磨床1的一个部件。

程序生成器6包括输入模块14，其用来采集为建立机床控制程序和建立测量程序所需要的全部输入。使用输入目标15以目标定向方式来完成输入，各输入目标可分别与单独的加工操作相关联。在这方面，请参看图6。此附图示出了程序生成器6运行所在计算机，例如磨床1中设置的PC或其他计算机上的屏幕显示器16。屏幕显示器16经第一输入区段17使得能够使用目标源的各个输入目标。在图6中，例如输入目标“间隙步骤2，行”被启动，其从相关行的加亮背景可以看见。其余目标的含义如下：

检测：触探毛坯的磨端面以检测零点

开槽：建立凹槽。此输入目标包括进一步的细节，其从间隙步骤1延续到间隙Bf。在标题为“操作”的区段中，还可以选择其他输入目标。各种不同工具能够与各输入目标联系起来。在标题为“砂轮”的输入区段内可以对其进行选择。在图6中，已进行了选择并由各自相应行表示出。

与“开槽”输入目标相关联的是输入参数，这些参数主要可用在标题为“间隙步骤2，行”的输入掩码。这里的输入区段18用来使输入目标参数化。可以将大小，比率，及其他输入参数输入进所示区段。在图1中，这就意味着使输入参数源19与输入目标源15中的各输入目标相关联。

输入模块14还设想了其他的输入可能性。用测量目标源21来服务于这一目的，这些测量目标与联系22，所选的输入目标，以及用于所选输入目标的输入参数相关联。为了说明起见，请看图7。测量目标可以是测量参数，检测点，角度，等等。在图7中，已经选定测量参数作为测量目标，亦即“主要间隙宽度”。通过打开标题为“测量”的菜单23来完成特定输入目标同时作为测量目标的这一输入参数的选择，标题为“测量”的菜单23保留有各种测量目标备用。菜单23安排在菜单选择区段24，其中保持有各种工件外形，砂轮，磨床及工件剖面图作为所有情况下子菜单中的备用源。在图7中，通过输入区段的彩色背景和/或输入参数常用大写字母M的输入参数指示，说明了“主要间隙宽度”作为测量参数的定义。

图8示出作为测量目标的检测点的输入。为此，打开“测量”菜单。在屏幕显示器16的显示区段，视觉上看得见地示出了通过输入输入目标及其输入参数所成形的工件。通过点击鼠标，可以设置检测点A，B并且依据其坐标和半径使其在“测量”菜单中反映出来。通过“测量功能”菜单，限定了检测点的功能。在现有情况下，已经选定为距离和角度。检测点一旦放在坯体边沿上，程序就假定检测点与边沿结合在一起。因此，检测点就与输入目标联系起来，这就或由检测点本身或共同地限定了适用边沿。对检测点A来说，这些就是用于相邻夹盘空间和相邻侧面的输入目标。

程序生成器6包括加工程序模块25。这个模块把用输入模块得到的数据转换成为机床控制程序。通过把参数化输入目标按照所选定磨床的具体几何形状转换成NC数据来实现这点，每个参数化输入目标由其本身已经限定1工件与砂轮之间的相对运动。程序生成器6还包括模型化模块。该模块可以是显示模块26的一部分或可以与这样的模块相连接。显示模块26与屏幕显示器16的显示区段相配合。模型化模块生成几何模型27，几何模型显示出待生产工件的图象。几何模型包括对磨床1的全部工作指令以及工作结果的数学表达式，即是，例如完全加工后的工件。作为代替上述解释的另一种解释，显示模块26可以不与模型化模块相连接，而与几何模型相连接。几何模型27构成了建立测量程序7的基础。用测量程序模块28服务于这一目的，它把来自几何模型的数据与关于测量任务的数据结合起来。根据限定的测量目标21和相关联的联系22由来自输入模块14的模型化模块来接收后一类型的数据。例如，如果检测点A，B之间的侧面存在于几何模型的限定形式中，并且测量目标或换句话说检测点A，B及其评价，例如以限定所附半径和角度的形式得以预先确定，那么测量程度就能够预先确定定位装置13的必要位置运动以及作为结果所得到之数据的评价。

在图2中，以简化形式示出了程序生成器6的修正实施方案。已对程序结构进行了修正，使加工程序模块25根据几何模型27中存在的数据工作。屏幕显示器16也根据几何模型的数据工作。但是，测量程序模块28通常把来自输入模块14的数据与来自几何模型27的数据结合起来以根据它们来建立测量程序7。

图3说明了具有几何模型27更集中化功能的一种实施方案。这里，几何模型不仅包含关于待生产工件三维表示的数据，而且还包含关于待实施加工操作的数据以及关于待执行测量操作的数据。从输入模块14已得到这些数据。加工程序模块25和测量程序模块28两者都根据几何模型27进行工作。测量目标或测量目标与输入目标或其参数联系的输入参数中之任何变更都会对几何模型有影响，并且除此之外对机床控制程序5和测量程序7两者都有影响。此外屏幕显示器16要同步修改。对图6-8中的屏幕显示器16来说，这就意味着，例如使用屏幕显示器16已经放好检测点A，B之后，它们便被输入到几何模型之中。如果用户现在，例如在图6所示的菜单中来变更一个输入参数值，如“主要间隙宽度”从1mm变更到2mm，那么就立即会出现相称的屏幕显示-如果如此至少是-修正的加工在可能的范围之内。图8中所示的加亮区域就会相应地变宽。检测点A，B现在再次处在可适用边沿上，同时彼此相距更远。在图8所示的菜单中，显示的数值例如在“测得距离”区段内变动。

这方面应当特别指出的是，参数化的输入目标表示出或说明了加工操作。由于加工操作可以彼此重叠，故输入目标的参数只是间接地限定了工件的几何形状。如果看一看图6-8中用浅色表示的、由检测点A，B所限定的侧面，这点就变得很清楚了。表征这一侧面的输入目标限定了对砂轮导向所沿的三维距离。不过，按此侧面切削刀的边界则是由标题为“夹盘空间”的输入目标所限定的，因为它的参数说明了有多少材料要从切削刀上去掉，或换句话说切削刀的边界要精确地定位在哪里。由检测点A，B相互间距离所限定的侧面宽度并不是纯粹的输入值；而且结果是加工的行程。根据公用几何模型27，加工程序模块25与测量程序模块28间的相互作用不仅能够在屏幕上看得到这些影响和各加工操作侧；测量程序的相互关系，而且能够生成相关的测量程序。

图5和图6从不同的观点再次说明了机床控制程序5和测量程序7的生成：

通过适当的菜单输入，首先选定待生成工具的类型。例如在图6-8的“外形”菜单中实现这点。这还包括限定齿数，按照此齿数相应地生成具有输入区段18的卡片文件卡(在图6-8的实例中，4个文件卡用于4个齿)。这种情况造用于图4左上方圆形区段中所示的事件，按照此事件，例如，输入容屑空间(凹槽)，或新的操作。接着，最初用标准数值来完成可适用输入目标的数字化，在下一区段中看得见的这些标准数值可以由使用者进行修改。

在下一步骤中，模型化模块(图1，2或3)产生出关于选定参数化输入目标的砂轮运动在空间中所留下的轨道。砂轮的轨道储存入存储器并在下一中心步骤中从毛坯或从已部分加工的工具中减掉。结果是工件上最近输入操作已经完成的工件之几何模型。这个过程要重复所需要的次数，直至所有的输入操作都在工件上实际完成，或者换句话说，直至工件的几何模型具有按照已生成输入目标待完成的所有材料扣除时为止。一旦得到这一模型并经检验验证，根据这一模型就生成NC程序并将其传输给磨床且在磨床中实施。

图5示出了建立测量程序中数据流程的示意图，也是事件定向的示意图。起点是工具的成品几何模型。还假定，使用者在屏幕上建立工具时尚未放置任何测量或检测点。如果此时使用者要做这件工作，那么在其选择测量参数时，就会出现标题为“加入测量参数”的事件。关于测量参数的这一信息就加到了几何模型上。这个过程实际上常常可以任意重复来把各种不同的测量参数加到几何模型上。

预先确定测量结果的另一种可能性是规定检测点及其意义。在图5的左侧中心处对此做了说明。借助图8中的掩码再次进行输入。得到的信息加到几何模型上。一旦几何模型最终补充了所有测量参数和检测点，根据到此所完成的三维几何模型来生成测量程序并将其传输给测量装置。

Claims (15)

1.成套工具制造设备，

具有输入模块(14)，该输入模块(14)用于访问产生工件(9)说明的输入目标源(15)，其中一个或多个输入参数(19)属于每个输入目标，输入模块(14)允许选择输入目标并输入其输入参数(19)，并且输入模块(14)还使得可以访问测量目标源(21)，从测量目标源可选择测量目标(21)并使其与输入目标或输入参数相联系，

具有显示模块(26)，用来可视地显示出根据所涉及的对输入目标的选择和输入而得到的工具(9)的图象，

具有加工程序模块(25)，此模块根据所涉及的对输入目标的选择及其待输入的参数来生成机床控制程序(5)，机床控制程序用来控制机床(1)，以及

具有测量程序模块(28)，此模块根据所涉及的对测量目标的选择及其与输入目标的联系来提供控制测量装置(7)的测量程序。

2.权利要求1所述的设备，其特征在于，每个输入目标与一个加工操作相联系，而加工操作的全体则限定了待由机床控制程序(5)完成的加工任务。

3.权利要求1所述的设备，其特征在于，显示模块(26)根据选定的输入目标及相关联的输入来确定几何模型(27)，该几何模型(27)限定了工具(9)的表面。

4.权利要求1所述的设备，其特征在于，每个测量目标(21)与一个测量操作相联系，而测量目标(21)的全体及相关的联系(22)则限定了待由测量装置(8)完成的测量任务。

5.权利要求1所述的设备，其特征在于，机床(1)为磨床。

6.权利要求5所述的设备，其特征在于，测量装置与机床结合在一起。

7.权利要求1所述的设备，其特征在于，测量装置(8)为测量机器。

8.控制机床及相关测量装置的方法，其中

通过输入模块(14)

a)提供用来建立工件(9)说明的输入目标源供选择，其中一个或多个被询问的输入参数属于每一个输入目标，及

b)提供测量目标源供选择，其中产生选定测量目标与输入目标的联系；

通过显示模块(26)，显示从所涉及的对输入目标的选择及输入所得到的工具的图象；

通过加工程序模块(25)，根据对所涉及的输入目标的选择及为此输入的参数来生成机床控制程序，此程序用来控制机床(1)；及其中

通过测量程序模块(28)，根据所涉及的对测量目标的选择及其与输入目标的联系来生成控制测量装置(8)的测量程序。

9.权利要求8所述的方法，其特征在于，根据各自与一个加工操作相联系的所选出的输入目标以及根据相关联的输入，确定出限定工具表面的几何模型。

10.权利要求9所述的方法，其特征在于，显示所述几何模型。

11.权利要求8所述的方法，其特征在于，测量目标与测量操作相关联，根据选定的输入目标和相关联的输入参数来限定测量参数。

12.权利要求9所述的方法，其特征在于，测量目标与测量操作相关联，其中根据几何模型来确定测量参数。

13.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述测量目标由测量参数限定。

14.权利要求13所述的方法，其特征在于，检验：所述测量目标是否处在几何模型的表面或边沿上。

15.权利要求14所述的方法，其特征在于，输出修正请求，或进行自动修正。

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