CN100537145C - 用于机床控制的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
为了确定在时间上有利的无冲突的行程，对一个磨床的机床控制装置提供一个供使用的数据库(D)，它在每个离散的坐标点(X，Y，Z，A)中以及对于离散的工具模型(WZI)与刀具模型(WSJ)的每个组合具有一个冲突参数0或1。这个冲突参数表示，对于对应于相应坐标点(X，Y，Z，A)的工具(11)和刀具(3)的状态、即相对位置是否会导致刀具与工件的冲突或空间交叉。这个数据库(D)构成一个查看表格，它可以用于检验给出的路径或用于延伸路径或步进式地建立路径。在时间上有利的路径的计算对于有限的计算容量也可以在几秒钟内完成，因为省去在时间和计算上费时的状态计算。可以追溯到预先计算的查看表格。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于一个磨床或类似机床的机床控制装置以及一个用于确定一个刀具、尤其是一个磨削刀具和/或一个相应工件的移动路径的方法。
背景技术
对于磨床或类似机床，如腐蚀机床或类似设备经常需要互为基准地调整工件和/或刀具，而不能出现冲突。例如当通过一个磨削刀具进行的加工过程结束并使另一磨削刀具作用于工件的时候就是这种情况。所述工件和磨削刀具的位置和要连续运行的轨迹的控制是机床控制程序的内容，它对一个机床调整装置或操作者提供或多或少的智能化的程序帮助。在此这种程序帮助通常不能使机床调整装置产生在时间上最佳的位置行程。当这个位置行程对于周围的障碍物并因此为了避免冲突不是直线的时候，尤其是这样。在调整机床控制程序时，必需小心且费时地检验无冲突性，用于避免磨削刀具或工件相互或与其它部件冲突。但是当为了避免冲突移动可靠的路径时，例如在结束动作后将相关的刀具首先移动到一个所谓可靠的停留位置，接着使下面动作的起始位置从这个停留位置或另一停留位置开始移动，因此产生长的行驶路程和长的定位时间。对于复杂刀具、如钻头、铣刀或类似刀具的磨削操作所造成的定位时间总和导致明显的时间消耗，这是要避免的。
发明内容
由此提出本发明的目的是，实现一种定位方法以及一个相应的机床控制装置，通过它能够以简单的方法在短时间内确定刀具和/或工件的移动路径，该路径只需微少的定位时间。
这个目的通过如权利要求1所述的机床控制装置以及如权利要求12所述的方法得以实现：
按照本发明的机床控制装置在输入或确定移动路径时支持编程，该移动路径只需微少的定位时间。该控制装置也可以用于自动地确定这种移动路径。这种机床调整装置以及从属的控制方法的特殊性在于，存在一个事先计算的数据库，它适用于离散的工作空间并对于每个刀具和每个刀具位置以及对于每个工件和每个工件位置以及工作空间的每个离散元素包含一个冲突参数。这个冲突参数例如当没有冲突时为零而当对于那些工件位置和刀具位置(它通过在机床坐标空间中的一个点确定)出现一个冲突、即在刀具与工件之间出现交叉时为1。如果例如对工件通过工作空间和/或刀具通过工作空间规定一个特殊的路径，则可以通过在数据库中的查验得知，所规定的路径是否存在冲突。这一点不仅可以作为已确定的路径的检验途径而且可以作为在确定期间的支持措施。
所述数据库的获得是一个非常耗费时间的过程，但是只需一次性地进行。例如当从一个在所有三个空间方向上分别细分成100个离散步长的工作空间开始，则已经产生10000个离散元素。由此一个第一的、例如同样离散的刀具对于确定的工件定位可以占据10000个不同的位置。如果工件可以占据例如100个离散的定位，则离散的工作空间具有1百万个点，即，对于每个离散的工件-刀具状态(在工作空间中的工件位置和刀具位置)在整个工作空间中对每个离散元素(单元)配置一个0或1的冲突参数。如果工件和刀具不存在接触或交叉，则所有单元为零。如果出现接触或交叉则只有在其中存在接触或交叉的单元例如为1。
以上述方式最好对于每个离散的刀具类型与每个离散的工件类型相结合实现冲突参数的确定，其中作为工件最好采用毛坯的几何形状。将所有这些冲突输入数据库。已经证实，这种数据库的计算在非常高效的计算机上也需要几天的时间。但是该数据库构成一个查看表格，借助于该表格可以对一个磨削刀具和/或一个工件的规定路径在几秒钟以内或者对于相应的数据组甚至更快地检验无冲突性。
由此按照本发明的方法以及按照本发明的机床控制装置其本身分别构成一个基础，可以用于在移动路径编程时或在自动产生这个移动路径时进行无冲突性检验。尤其是可以通过重复追溯到数据库可以非常迅速地确定在时间上有利的移动路径。
所述数据库对于机床生产者只需一次性地获得。然后可以将该数据库复制到所有已有的机床或磨床上并能够确定一个有利的移动路径。例如对此在所有可想象的路径之间在要被确定的轨迹的一个起点与一个终点之间选择一个无冲突的路径，它尽可能接近一个最佳路径。为此可以使用已知的标准方法。
如果所述数据库只包括工作空间的离散元素和其冲突参数，在一些情况下是足够的，它们也可以在定位时执行。也可以放弃属于工作空间边缘范围的离散元素。但是有利的是，包括工作空间的所有离散元素，因此在数据库中包含各种可设想的冲突情况。
此外优选使在相关机床上出现的所有刀具构成一个刀具模型，其中所述刀具通过刀具离散元素描述。所述工件同样是离散的，其中作为工件最好是在相关磨床中要被加工的简单几何形状的毛坯，如圆柱体、锥体、台阶圆柱体和类似形状，离散地作为工件模型。
本方法尤其适用于磨床，它们材料去除有非常微少的，因此这些工件在加工期间从其外轮廓上只有微小的变化。因此所述毛坯的工件模型尽管存在加工步骤也对工件保持有效。
所述数据库由一个目录清单、即一个零和壹的数链组成，其中通常产生长的零数链。因此数据库可以从开始就很好地压缩。数据压缩可以分别限制刀具模型对和工件模型对并可以执行，因此为了检验一个确定工件和一个确定刀具的路径的无冲突性只需解压缩(拆开)一个部分数据库。
附图说明
由附图、描述以及权利要求给出本发明有利实施例的其它细节。在附图中示出一个本发明的实施例。附图中：
图1以极其简化的视图示出一个磨床和其控制装置，
图2以示意图示出一个两维的离散的工作空间，它具有一个简单的工件模型和一个离散的刀具模型，它们相互交叉，
图3以示意图示出一个离散的刀具模型的数据库，
图4以示意图示出一个离散的工件模型的数据库，
图5以公式示出数据库的结构，它确定冲突参数，
图6以示意图示出在一个两维示例中围绕一个在工作空间中离散的障碍确定一个无冲突的路径。
具体实施方式
在图1中以极其简单的示意图示出一个磨削机床1。该机床具有一个磨头2，它具有一个磨削刀具3，例如一个砂轮。所述磨头2可以在多个方向上、例如在三个方向X，Y，Z上调整。为了调整使用相应的驱动装置4，5，6，它们通过控制导线与一个控制装置7连接。这个控制装置例如由一个机床控制计算机构成，它与一个存储器8连接。此外所述磨床1具有一个工件夹具9，在图1中为了示出在该工件夹具中支承一个杆状毛坯11。所述工件夹具9例如可以围绕一个A轴线可旋转地支承。一个相应的驱动装置12与控制装置7连接。如果所述磨头2仅仅可以在Y向和Z向上运动，则工件夹具9还可以在X向上移动。这时所述驱动装置4与工件夹具9连接。
所述坐标X，Y，Z和A构成一个用于砂轮3和毛坯11运动的四维工作空间。所述控制装置7控制砂轮3和毛坯11的运动，以便得到一个所期望的磨削结果。所述控制装置还控制砂轮3和毛坯11的运动，以便例如使不同的未示出的刀具先后作用于毛坯11。在此所述磨头2和工件支架9必需以尽可能短的时间移动，即，寻找在时间上最佳的或几乎最佳的或至少在时间上有利的移动路程。但是在此不允许在砂轮3与毛坯11或其它部件之间产生冲突。因此所述控制装置7的任务是检验所建议的路程在四维工作空间中的冲突。为此它利用一个在存储器8中现有的数据库，它对于砂轮3和毛坯11在离散的四维工作空间中的所有可能的位置随时提供一个冲突参数。这意味着，对于砂轮3的所有离散的X-，Y-，Z-位置，结合毛坯11的所有离散的旋转位置A(A-位置)确定，是否在砂轮3的体积与毛坯11之间出现交叉(冲突)。为了表示这一点，在图2中给出一个用于一个工作空间R的两维示例。其离散的坐标从x0到xn并从y0到ym。因此当仅仅给出一个两轴的调整性(在X和在Y上的调整性)时，该离散的工作空间R包括砂轮3与工件11之间的所有可能的离散的相对位置。现在通过坐标xk，yl表示的刀具3以试验的方式在离散的工作空间的每个点上移动，其中当存在一个交叉时其坐标xk，yl以冲突参数“1”占据，否则以“0”占据。在图2中被0占据的区域是空白的。
所述冲突参数0或1也相应地用于确定一个三维或四维的工作空间，即，对于刀具3的每个可能位置结合工件11的每个可能位置确定各冲突参数。所述冲突参数作为数据库D存储在存储器8里面。简言之，数据库D由刀具3与工件11对于整个工作空间R的叠加所组成。在这里作为算符简化overl表示的叠加包括对于刀具3和工件11在离散的工作空间中的每个相对位置的交叉检测。
所述控制装置7确定一个路径P，如同还借助于图6中的两维示例如下所示的那样：
在离散的工作空间(在这里是两维的X，Y)中寻找一个从A到B的无冲突路径。这个路径应该比较短的。出现冲突危险的范围用阴影线表示-在数据库D中它们分别通过1标记。现在在通过离散给定的格栅中移动寻找一条路径，它绕过存在冲突危险的部位导引。这个路径也作为一个最佳的、紧靠曲线限定的表示冲突区的内部范围14敷设的路径，但是该路径P比通常直线的、在图6中通过停留位置导引的路径P0更加有利。
对于实际的磨床1没有两维的格栅而是以四维的工作空间相应地运行。即，对于所有分别表示刀具与工件的可能的相对位置的四坐标X，Y，Z，A确定和存储冲突参数0或1。在寻找路径时可以追溯到这个数据库，以便无需计算的、仅通过追溯到存储的数值进行确定，所选择的路径或一个直接获得的部分路径或一个由操作者输入的部分路径是否是无冲突的。
所述冲突参数最好不仅用于确定一个特殊的工件和一个特殊的刀具和整个多维工作空间而且同时用于确定所有离散的刀具和所有离散的工件。这一点在图3和4中表示。图3示出一个刀具WZ1，WZ2，WZ3库，它例如可以包括在一个格栅内部以所有尺寸和形状呈现的砂轮。在此刀具模型的数量原则上是无限的。在所示示例中为三个。同样对于不同大小的圆柱形毛坯存在多个工件模型、例如三个工件模型用于不同大小的圆柱形毛坯。所述不同的工件模型WS1，WS2，WS3在给定的离散内部最好分别以一个离散步长不同。但是也可以选择较粗的级别，如在图4中所示的那样。现在对于整个离散的工作空间R构成所有刀具模型与所有工件模型的叠加，用于产生数据库，如同在图5中所示的那样。这个数据库包括从属于离散的工作空间R的用于每个可能的WZI，WSJ对(其中I和J分别表示刀具模型和工件模型的数字)和用于可能的限定位置的冲突参数。对于一个将其坐标细分成一百个离散步长的四维工作空间，尽管每个冲突参数仅需一比特，所述数据库仍然包括数千兆比特，尽管只以限定微少的数量、例如三个刀具模型和三个工件模型进行加工。为了计算这个数据量一个高效计算机可能工作数天。但是所产生的数据库对于给定的磨床类型是万能的，即，它能够轻而易举地复制到每个所生产的磨床上。因此无需重新计算。
如上所述，该数据库以压缩的形式存储。最好将它分成分数据库，其中每个分数据库输出一个刀具-工件对(DT＝WZI overl WSJ/R)。为了确定一个位置行程的无冲突性只需解压缩涉及到相关的刀具和相关的工件的分数据库。在确定或检验一个路径时可以追溯到解压缩的数据库，其中实际上立刻出现结果(该路径是否冲突)。
为了确定在时间上有利的无冲突的行程，对一个磨床的机床控制装置提供一个供使用的数据库D，它在每个离散的坐标点(X，Y，Z，A)中以及对于离散的工具模型WZI与刀具模型WSJ的每个组合具有一个冲突参数0或1。这个冲突参数表示，对于对应于相应坐标点X，Y，Z，A的工具11和刀具3的状态、即相对位置是否会导致刀具与工件的冲突或空间交叉。这个数据库D构成一个查看表格，它可以用于检验给出的路径或用于延伸路径或步进式地建立路径。在时间上有利的路径的计算对于有限的计算容量也可以在几秒钟内完成，因为省去在时间和计算上费时的状态计算。可以追溯到预先计算的查看表格。
Claims (12)
1.用于一个磨床(1)的机床控制装置，该磨床具有一个磨头(2)并具有一个工件支架(9)，它们通过一个多轴的操纵装置(4，5，6，12)在一个工作空间(R)中的多个方向(X，Y，Z，A)上相对移动，其中所述操纵装置(4，5，6，12)连接到所述机床控制装置(7，8)上，所述机床控制装置具有一个处理单元(7)并具有一个存储单元(8)，其特征在于，所述存储单元(8)对于划分成离散元素(xiyj)的工作空间(R)提供一个事先计算的数据库(D)，对于给定工具(3)和给定工件(11)的离散元素(xiyj)分别在给定的位置配置冲突参数，借助于数据库(D)通过询问现有的冲突参数实现一个移动路程(P)的无冲突性。
2.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述数据库(D)包括工作空间(R)的所有离散元素(xiyj)。
3.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，刀具(3)通过离散的刀具模型(WZ1，WZ2，WZ3)描述。
4.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述工件(11)通过离散的工件模型(WS1，WS2，WS3)描述。
5.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，为了描述工件(11)以毛坯的几何形状为基础。
6.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述数据库(D)包括用于整个工作空间的至少一个工件模型(WS1)和至少一个刀具模型(WZ1)并用于所有可占据的工件位置的冲突参数。
7.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述数据库(D)包括用于整个工作空间的至少一个工件模型(WS1)和至少一个刀具模型(WZ1)并用于所有可占据的刀具位置的冲突参数。
8.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述数据库(D)包括用于整个工作空间的所有工件模型(WS1，WS2，WS3，...)和所有刀具模型(WZ1，WZ2，WZ3，...)并用于所有可占据的工件位置的冲突参数。
9.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述数据库(D)被压缩。
10.如权利要求1所述的机床控制装置，其特征在于，所述数据库(D)被分成分数据库(D1，D2，D3，...)，它们分别包括用于所有可能位置的工件-刀具组合(WZ1-WS1；WZ1-WS2；WZ1-WS3；WZ2-WS1；WZ2-WS2...)的冲突参数。
11.如权利要求10所述的机床控制装置，其特征在于，所述分数据库(D1，D2，D3，...)分别分开压缩。
12.用于对于一个磨床(1)确定一个磨削刀具(3)和/或一个工件(11)的移动路程的方法，该磨床具有一个磨头(2)并具有一个工件支架(9)，它们通过一个多轴的操纵装置(4，5，6，12)在一个工作空间(R)中的多个方向(X，Y，Z，A)上相对移动，其中所述操纵装置(4，5，6，12)连接到机床控制装置(7，8)上，所述机床控制装置具有一个处理单元(7)，所述处理单元(7)具有一个存储单元(8)，其中在所述存储单元(8)中对于划分成离散元素(xiyj)的工作空间(R)提供一个事先计算的数据库(D)，其中事先对于给定工具(3)和给定工件(11)的离散元素(xiyj)分别在给定的位置配置冲突参数，并且借助于数据库(D)通过询问现有无改变的且预先计算的冲突参数实现一个移动路程(P)的无冲突性。
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