CN103237612B - 用于在工具机上加工工件的方法 - Google Patents

Abstract

在用于在工具机（1）上加工工件（31）、尤其是金属板的方法中，根据本发明，在工件（31）加工期间，工具机（1）的至少一个控制参数与在加工工件（31）期间排出的废物量和/或合格部件量相关地进行变化。

Description

用于在工具机上加工工件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在工具机上加工工件、尤其是金属板的方法以及一种相关的计算机程序产品。

背景技术

从现有技术已知Megatech Software GmbH的软件“CalcuMax”。这个软件能够与常用的CAD/CAM编程系统并行工作，并且用于制定生产计划和计算对于通过激光切割、等离子切割、火焰切割或喷水切割来制造的部件而言的全自动生产成本。CalcuMax具有材料管理，在该材料管理的情况下，为了所述成本计算，也考虑了废料和残余材料。工具机操作员能够将用于对应任务所使用的材料量向CalcuMax汇报，从而使得为了准确成本的复核，还考虑了例如用于机器定位或再生产的附加材料消耗。

然而，机器车间中的工作者和工具机没有被包括到废料和合格部件的重量和体积的计算或由此后续的成本计算中。由此，例如对一工作者来说，很难或者不可能去评估：哪些废料量或合格品量在哪个时间段内积累；什么时候容器因此完全以积累的废料或者以积累的合格部件所填充并因而待更换；什么时候达到对于运输器件而言的最大许可重量；和处在加工中的工件的当前重量有多重。由此，机器车间中的工作者也不具有关于积累的废料量的总览，该机器车间中的工作者将所述积累的废料量必要时传递给清理公司，并且如果该工作者不具有确定重量的其它可能性的话，必须在为此应付的补偿上信赖清理公司。

此外，特别是在厚板材的情况下需要降低工具机加工的动态性能，因为随着工件重量的增加，对应许可的最大速度或最大加速度降低。

发明内容

本发明的任务在于，进一步优化在工件加工期间的工具机的运行。

这个任务根据本发明通过如下方式来解决，即，在加工工件期间，将工具机的至少一个控制参数与加工工件期间排出的废物量和/或合格部件量相关地进行变化。

优选地，在加工工件期间，该工件的动态性能（即工件运动的速度和/或加速度）适配在加工期间减小的工件重量。因为在高的待运动工件重量的情况下，工具机的最大速度和/或最大加速度基于工件承载装置负载而降低，所以至今，特别厚的板材在整个加工期间以减小的速度和/或加速度而被加工完成。与加工时排出的废物量和合格部件量相关地，对应许可的最大速度和/或最大加速度可以相应地确定降低的工件重量，并且工件的动态性能与之相应地在加工期间被提高。

优选地，在加工工件期间，引起更换工具机的至少一个废物容器或合格部件容器的控制参数适配在加工期间上升的废物量或者合格部件量。与在加工时排出的废物量和合格部件量相关地，废物容器或合格部件容器的更换能够适当地执行，或者自动地，或者通过指示操作员自上次容器更换后已积累了最大许可废物量或合格部件量。也可行的是，已经在更换前就有预见性地将何时需要下次更换的警示发送给操作员。为此，例如可以给操作员显示用于更换废物容器的还剩余的时间。

在一优选的方法变型中设置：在加工工件时积累的废物部分分别按照不同的废物种类以分类到不同的废物容器中的方式被排出；在加工工件期间，引起废物容器的分别一次更换的控制参数适配在加工工件期间分别排出的废物量。因此可能的是，与材料相关地非常精确地估算积累的废物量并且相应地计算对此预期的补偿。这可以实现操作员能够提前识别在废料补偿上的错误。按照合格部件种类的分类和相应的合格部件容器更换也是可行的。在废物量的情况下一般只有重量或体积是重要的，与此相反，在合格部件的情况下，对于分选可以附加有意义的是，跟踪不同的合格部件种类的数量。

特别优选地，在加工工件的过程中积累的废物量和/或合格部件量的随时间变化已经在实际加工之前获知并且存储在相关的NC程序中，且在工具机上的至少一个控制参数相应于存储的废物量和/或合格部件量进行适配。在NC程序中存储合格部件和/或废物部件的（例如作为重量、面积、数量或体积的）量，从而使得工具机由此于是可以计算对应许可的最大速度/最大加速度及排队等候的容器更换。所述NC程序因而不按照具有确定的最大速度/最大加速度或者容器的特定工具机来设定。因而，不会发生：为一工具机而写的NC程序在另一工具机上进行生产并且在此然后例如调整出导致产生废品的太高的动态性能；或者由NC程序要求更换容器，即使在该工具机上没有所需要的容器。此外，CAD/CAM计算机上的程序员一般不会知晓工具机上的容器的当前填充水平，并且因而也不确定更换容器的时间点，尤其很难达到将NC程序可能地在订制后仅数小时在工具机上进行生产。用于获知在加工工件过程中积累的废品量和/或合格部件量的随时间变化的所需要的计算在工具机的NCU组件上（或者在一控制计算机上，该控制计算机则必须从NCU组件读取信息）执行。

本发明还涉及一种计算机程序产品，它具有编码器件，当程序在数据处理设备上运行时，这些编码器件适配用于执行上述方法的所有步骤。

附图说明

本发明的其它优点由权力要求、说明书和附图获得。同样地，前面提及的和还要列出的特征可以各单独使用或用于多个的任意组合。所示的和所描述的实施例不被理解为最终的列举，而是更确切地说具有用于描述本发明的示范性性质。

其中：

图1示出工具机的已知的数字式控制装置；

图2示出按照现有技术的冲压组合工具机；

图3示出工具机的具有根据本发明的程序模块的数字式控制装置；

图4示出根据本发明的方法的第一示例；和

图5示出根据本发明的方法的第二示例。

具体实施方式

工具机的控制借助数字式控制装置来进行，该数字式控制装置一般分成三个控制单元：MMC操作系统（人机通信），作为数据输入单元和可视单元；SPS控制单元（存储可编程的控制装置）和NC控制单元。数据和控制命令通过MMC操作系统输入，传输到NC控制单元上，在NC控制单元上解码，并且根据几何形状上的和技术上的数据（NC控制单元）与切换命令（SPS控制单元）分开地进一步处理。NC控制单元和SPS控制单元将用于可视化的实际机器状态传输给MMC控制单元。

图1示出已知的工具机1，该工具机借助数字式控制装置2进行控制。控制装置2在硬件方面包括MMC操作系统3，该MMC操作系统具有构造为工业PC的控制计算机4和操作装置5，该操作装置具有作为显示单元的显示器6及例如构造为键盘、鼠标或者触摸板的输入单元7。此外，控制装置2包括用于手动操作工具机1的机器控制面板8和NCU组件9（NumericalControl Unit），在机器控制面板中首先执行安全性上重要的操作，NCU组件9具有集成的NC控制单元10和SPS控制单元11。NC控制单元和SPS控制单元10、11也能够构造为单独的组件。

控制装置2在软件方面包括：用于控制工具机1的操作软件12；用于任务管理、工具管理和托板管理的软件模块13；用于管理控制程序的程序管理器14；和数据存储器15，在数据存储器15中存储用于控制程序的符合标准的加工参数。除NC程序外，术语“控制程序”还包括从NC程序交换到外部数据存储器中的全部技术数据。此外，其它应用，例如结构设计系统（Konstruktionssystem）、编程系统或者组合的结构设计和编程系统可安装在控制计算机4上。

结构设计员、程序员和机器操作员参与构件在工具机1上的制造，这些人可以部分地由一个或两个人身兼二职地执行。构件的结构设计借助结构设计系统16（CAD系统）或者组合的结构设计和编程系统17（CAD/CAM系统）来进行，其中，缩写CAD和CAM用于计算辅助设计（Computer AidedDesign）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing）。完成了的结构设计图被存储在设置在网络18中的共同的CAD数据库19上，程序员在需要时能够访问该CAD数据库。

工具机1通过控制程序来控制，该控制程序借助编程系统订制或者在MMC操作系统3的操作装置5上手动地订制。编程系统知道基本的和特别的NC函数并且了解哪些技术数据是需要的和哪些规则适用于加工。因此，这些编程系统可以自动地限定所述加工和生成一控制程序。在图1中所示的实施例中，除了组合的结构设计和编程系统17外，安装有在控制计算机4上的另一编程系统或者组合的结构设计和编程系统20和在网络18中的编程系统21（CAM系统）。编程系统17、20、21与CAM数据库22连接，程序员和机器操作员能够访问该CAM数据库。程序员将完成了的控制程序存储在CAM数据库22中。机器操作员能够访问CAM数据库22，并且将所述控制程序从CAM数据库22导入到控制计算机4的程序管理器14中。

在编制程序时，程序员确定，如何加工一构件。他确定使用何种工具，该加工以何种顺序进行以及哪些加工参数适用于例如激光器功率和进给速度。编程系统辅助程序员在此发现对于其加工任务而言合适的加工参数和加工策略。关于合适的加工参数和加工策略的信息包含在限定数据存储器15的所谓的技术表和规则手册（Regelwerken）中。在一个技术表中，与材料类型、材料厚度和加工方法相关地存储有用于所有重要的尺寸的合适的加工参数，这些重要的尺寸能够实现过程安全的加工。在需要时，与其他参数相关地限定这些技术表。在激光切割时属于此的是例如以小、中和大来区分的轮廓尺寸和机器类型，在该机器类型上应进行所述加工。

图2示出构造为激光-冲压组合机器的、按现有技术的工具机1，该工具机为了加工用作工件31的金属板具有作为加工工具的传统的冲压成形装置32和激光加工头33。待加工的工件31在工件加工期间支承在工件台34上。借助具有用于牢牢保持工件31的夹子36的传统的保持装置35，工件31可以相对于位置固定的冲压成形装置32和激光加工头33沿着板材平面（XYZ坐标系的X-Y平面）的第一运动轴线X被推移。通过将工件台34与保持装置35一起相对于其上支承有工作台34的垫板37，借助（未示出的）传统的坐标导向装置进行移动，工件31能够沿着板材平面的第二运动轴线Y运动。

工件31因而可以沿着第一和第二运动轴线X、Y相对于冲压成形装置32和激光加工头33被推移，从而使得工件31的分别待加工的区域能够安置到冲压成形装置32的加工区域38中或者激光加工头33的通过在工件台34中的基本上圆形的开口39限界的加工区域40中。与位置固定的冲压成形装置32相反，激光加工头33可借助于一（未示出的）运动单元沿着第一和第二运动轴线X、Y在加工区域40内部推移，如在图1中通过两个双箭头表示的那样。此外，激光加工头33也能够沿着第三运动轴线Z被推移，以便调整用于板材加工的合适的焦点位置。

为了在结束自由切割之后排出工件31的工件落料，在工件台34中设置有一矩形开口41，该矩形开口能够通过可运动的翻板42打开和关闭，该翻板在图2中以打开状态示出。工件31在结束自由切割之前以如下方式定位，即，部分地经自由切割的工件落料处在用翻板42封闭的开口41上。在结束自由切割之后，将翻板42打开，完全经自由切割的工件落料在重力作用下通过开口42落到滑道43上，由那里出去地，工件落料被排出工具机1的工作区域，例如分类到不同的废物容器或合格部件容器44中。

图3示出从图1已知的、具有根据本发明的程序模块23、23’的工具机1。为了执行根据本发明的方法，编程系统17、20、21优选设计有附加的程序模块23，该附加的程序模块提供具有相对待加工的金属板、合格部件或者废物或残块的重量信息和/或体积信息或者面积信息的所生成的NC程序。

当NC程序仅包含面积信息时，在工具机1的控制计算机4上必需提供附加信息，例如材料密度，以便精确地计算加工的金属板、工件等的重量。该材料数据例如能够存储在一扩展的数据存储器15’中。材料数据存储在控制计算机4上所具有的优点是，操作员也能够作为初始计划地使用由其他材料制成的金属板，并且在NCU组件9上根据图4和图5的根据本发明的方法，尽管如此正确地将计算出的重量合计出。为了计算所述正确的重量，在该情况下，程序模块23’在操作软件12和/或任务管理软件13中起作用。

图4示出根据本发明的方法的第一示例。在此，在步骤S1中，由CAM系统21订制用于由一金属板制造一个或多个合格部件的NC程序。该NC程序优选包含相对合格部件的或者废物或残块的尺寸的信息。在步骤S2中，控制计算机4的操作软件12由所述NC程序和其他传输的或者在工具机上存储的金属板参数计算或提供金属板和待卸载的板材部件的总重量以及每单位面积的重量。接着，将所述NC程序在步骤S3中，由操作软件12进行分析，即设置为对于NC控制单元10而言可读的形式。在步骤S4中，机器操作员发起在操作软件12中的NC程序的逐步执行，由此，所述NC程序以及金属板的尺寸和每一面积的重量被发送给NCU组件9。

在该示例中，在步骤S5中，由NCU组件9来检查该金属板的重量是否超过一极限值，从该极限值起，工具机1不再能够以最大的加工速度或加工加速度运行。如果没有超过该极限值（在S5中N），则NC程序的逐步执行如通常一样以工具机1的最大动态性能来执行，并且结束根据本发明的方法。如果金属板的重量太大（在S5中J），本发明在步骤S6中继续。在该步骤中，根据金属板重量确定在该时间点在工具机1上最大许可的加工速度和加工加速度（也称作控制参数），并由此开始NC程序的逐步执行。在步骤S7中，将NC程序逐步执行，直到下一次漏出板材部件（例如合格部件、废物部件、冲压料头等）（在S7中J），或者直到所述NC程序结束（在S7中N），由此本方法也结束。如果板材部件在步骤S7中被卸载（在S7中J），则步骤S8中，残余板的重量由NCU组件9由在步骤S1或S2中确定的板信息来读出或计算出。利用残余板的获知的重量，本方法在步骤S6中继续。

图5示出根据本发明的方法的另一实施例。在此，如同图4中的那样，在步骤S11中，由CAM系统21订制至少一个用于由一金属板制造一个或多个工件的NC程序。该NC程序可以包含关于工件的尺寸或重量的信息或者说废物或残余部分的尺寸或重量的信息。在步骤S12中，控制计算机4的操作软件12由所述NC程序和其他传输的或者在机器上存储的工件参数计算或者提供金属板和待漏出的板材部分的总重量以及每面积单元的重量和/或它们的体积。接下来，将接着待实施的NC程序在步骤S13中由操作软件12分析，即设置成对于NC控制单元10而言可读的形式。在步骤S14中，机器操作员发起在操作软件12中的NC程序的逐步执行，由此，NC程序以及金属板的尺寸和每一面积的重量和/或体积被发送给NCU组件9。

在该实施例中，在步骤S15中，由NCU组件9来实施NC程序直到板材部件（例如合格部件、废物部件、冲压料头等）的下一卸载过程（在S16中J）。如果在NC程序中不存在进一步的卸载过程，那么该NC程序被逐步执行至结束（在S16中N），并且结束本方法。如果NC程序在步骤S16之后会逐步执行至下一卸载过程，则在步骤S17中，将相应的板材部件卸载并且在NCU组件9中由在步骤S11或S12中确定的板信息读出或计算出并且与对应废物容器44相关地存储所卸载的板材部件的重量和/或体积。在步骤S18中，将在最后使用的废物容器44中的所有板材部件的重量进行计算并且与和容器相关地限定的材料重量和/或材料体积相比较。如果最大重量和/或最大体积不会被超过（在S18中N），在步骤S16中继续本方法。如果达到了最大重量和/或最大体积（在S18中J），在步骤S19中，通过将引起更换废物容器44的控制参数相应地改变来发起容器更换或者容器倒空。如果该加工应基于废物容器44中的太大重量或者体积而不能够被继续（S19中N），NC程序的逐步执行停止，并且本方法结束。如果在步骤19中通过操作员或者自动化装置倒空或者更换了废物容器44并且将这通知给NCU组件9的话，则相应容器的在NCU组件9中存储的重量值和/或体积值设置为零（在S19中J），并且能够在步骤S16中继续本方法。替换地，如果换入的容器没有被彻底倒空的话，操作员可以将该换入的容器44的重量和/或体积设置在不为零的另一值上。

在一个替换实施方式中，在步骤S19中可以检查：在废物容器44中是否还存在足够的备用空间并且容器更换因而还能够被延期。在该情况下，在NCU组件9中存储：在NC程序的逐步执行中止（在S16中N）时应发起容器更换。这能够通过指示工具机1的操作员或自动化装置而发生。

在一简化的实施方式中，存储在NCU组件9中的板材部件量仅仅在整个NC程序的逐步执行结束时与废物容器44的确定的最大重量和/或最大体积相比较并且必要时发起容器更换。

在NCU组件9中能够代替或者附加于所述重量地增加所述板材部件的尺寸（面积和/或体积）。这也能够权衡板材部件的笨重程度而发生。这具有如下优点：当在轻的或笨重的（例如特别大的或者设计有变形的）板材/板材部件的情况下还达不到最大重量，但是废物容器44基于大的板材部件体积而是满的时，也于是发起废物容器44的更换。

此外可能的是，上述方法中的步骤S12的计算不只由操作软件12来执行。该计算也能够单独通过任务管理软件模块13或者由该任务管理软件模块与操作软件12一起执行。用于任务管理的软件模块13参与该计算的优点在于，在该软件模块中已经存储或可计算用于下一排队等候任务的NC程序及该NC程序的加工时间。因此，能够与在NCU组件9中存储的、在废物容器或合格部件容器44中的板材部件的重量和/或体积值一起计算，并且在显示单元6上显示，直到需要更换容器还要持续多长时间。如果操作员必须手动执行容器更换并因而能够计划给他为其他活动保留了多少时间的话，这于是尤其是有利的。在后续步骤S13至S19期间可以进行在显示单元6上更新时间显示。

在另一实施方式中，在步骤S11中订制的NC程序包含关于因此待制造的合格部件种类的信息。附加地或者替换地，在步骤S11或S12中可以输入不同合格部件种类的分选（例如通过程序员、机器操作员或者任务管理程序），从而使得在步骤S14中通知NCU组件9：哪些合格部件种类以每个合格部件容器的哪些最大数量允许被卸载。与上述方法的不同之处可以仅在步骤S17中，附加地或替换地存储与所使用的合格部件容器44相关的、卸载的合格部件的数量。在步骤S18中能够相应地检查：是否达到了合格部件的最大许可数量和合格部件容器更换是必需的（在S18中J）或者不是必需的（在S18中N）。

Claims (7)

1.用于在工具机(1)上加工工件(31)的方法，

其中，

在加工所述工件(31)期间，所述工具机(1)的至少一个引起更换所述工具机(1)的至少一个废物容器和/或引起更换所述工具机的至少一个合格部件容器的控制参数与在加工所述工件(31)期间排出的废物量和/或合格部件量相关地进行改变，其特征在于，在加工所述工件(31)的过程中积累的废物量和/或合格部件量的随时间变化已经在实际加工之前获知并且存储在相关的NC程序中，并且，对所述工具机(1)上的所述至少一个控制参数相应于存储的废物量和/或合格部件量进行适配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在加工所述工件(31)期间，所述工件的速度和/或加速度适配在所述加工期间减小的工件重量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在加工工件(31)时积累的废物部件和/或合格部件分别按照不同的废物种类和/或合格部件种类以分类到不同的废物容器和/或合格部件容器(44)中的方式被排出；在加工所述工件(31)期间，分别引起一次更换废物容器和/或合格部件容器(44)的控制参数适配在加工所述工件(31)期间分别排出的废物量和/或合格部件量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在加工所述工件(31)期间，给操作员显示排队等候的废物容器和/或合格部件容器(44)更换。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在加工所述工件(31)期间，给操作员显示至更换所述废物容器和/或合格部件容器(44)还剩余的时间。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工件是金属板。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述NC程序具有相对待排出的合格部件和/或废物部件的重量信息和/或体积信息或者面积信息。