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Die
Erfindung betrifft eine mit einer Steuerung automatisch gesteuerte
Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Solche
Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt und verbreitet. Die Steuerung
ist hierbei dazu ausgelegt, die Durchführung einer Folge von Arbeitsschritten
durch die Werkzeugmaschine zu bewirken, bei denen ein Werkstück mit wechselnden Werkzeugen
bearbeitet wird. Zum Bearbeiten mit wechselnden Werkzeugen wird
eine Mehrzahl von Werkzeugen an einem Träger angebracht. Bei Drehmaschinen
ist dieser Träger
ein Revolver. Eines der Werkzeuge an dem Revolver bzw. Träger ist
durch die Drehstellung des Revolvers das ausgewählte Werkzeug. Bei der Bearbeitung
des Werkstücks
wird der gesamte Revolver in definierter Weise zu dem Werkstück geführt, damit
eine Bearbeitung mit dem ausgewählten
Werkzeug erfolgt. Soll eine anschließende Bearbeitung des Werkstücks mit
einem zweiten Werkzeug erfolgen, muss der Träger von mehreren Werkzeugen
aus einer bei dem Ende der Bearbeitung des Werkstücks mit
dem ersten Werkzeug eingenommenen (Erst-)Bearbeitungsendstellung
in eine Werkzeugwechselstellung verbracht werden, in der eine Bewegung
der Werkzeuge erfolgt, um in der Folge eine Bearbeitung mit einem
zweiten Werkzeug vorzubereiten. Anschließend wird der Träger in eine bei
Beginn der Bearbeitung des Werkstücks mit dem zweiten Werkzeug
eingenommene (Zweit-)Bearbeitungsanfangsstellung verbracht. Grund
für die
Definition einer Werkzeugwechselstellung ist es, dass sich der Revolver
nicht einfach in unmittelbarer Nähe
des Werkstücks
drehen lässt:
Die Werkzeuge könnten mit
dem Werkstück
oder auch mit sonstigen Teilen der Werkzeugmaschine, wie z. B. der
das Werkstück haltenden
Klemmvorrichtung (bzw. des Spannfutters), zusammenstoßen und
hierbei beschädigt
werden. Bisher wird die Werkzeugwechselstellung bei der Programmierung
so festgelegt, dass mit Sicherheit keine Kollision erfolgt. Man
führt den Revolver somit
weit von dem Werkstück
weg. Bei einer Massenproduktion von Werkstücken führt dieses Wegfahren des Trägers zum
Werkzeugwechsel zu einem Zeitverlust, der 2 bis 4% der Gesamtdauer
der Bearbeitung ausmacht. Bisherige Systeme erlauben es, die Werkzeugwechselstellung
umzuprogrammieren. Dies ist jedoch aufwändig, weil der Programmierer vorher
eine solche Werkzeugwechselstellung suchen muss, bei deren Durchlaufen
die gesamte Verfahrzeit im Verhältnis
zum Durchlaufen der einprogrammierten Werkzeugwechselstellung deutlich
verringert ist.
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Es
wäre wünschenswert,
würden
die Werkzeugmaschinen eine Optimierung der Werkzeugwechselstellung
unterstützen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine diesbezüglich zu verbessern.
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Die
Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist somit
die Steuerung der automatisch gesteuerten Werkzeugmaschine dazu
ausgelegt, einen festgelegten und insbesondere einprogrammierten
(Speicher-) Eintrag für
die Werkzeugwechselstellung selbsttätig zu ändern oder selbsttätig einen
solchen (Speicher-) Eintrag zu erstellen.
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Durch
diese erfindungsgemäße Maßnahme wird
die Steuerung in die Lage versetzt, den Gesamtverfahrweg zu optimieren.
Die Steuerung der Werkzeugmaschine ist nicht mehr von der einprogrammierten
Werkzeugwechselstellung abhängig,
sondern selbige kann geändert
werden oder auch ganz entfallen, wenn die Werkzeugmaschine selbst
für das Bereitstellen
eines entsprechenden Eintrags sorgt.
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Einzige
Bedingung für
eine sinnvolle Nutzung dieser erfindungsgemäßen Möglichkeit ist es, dass die
Werkzeugwechselstellung so selbsttätig durch die Steuerung festgelegt
wird, dass beim Werkzeugwechsel (d. h. bei der Bewegung des Revolvers
zum Verbringen eines anderen als des bisherigen Werk zeugs in die
ausgewählte
Drehstellung) keine Kollision stattfindet. Die Steuerung muss daher in
der Lage sein, ein räumliches
Modell zu bearbeiten. Insbesondere gehört zu diesem räumlichen
Modell eine Modellierung der Form des Trägers und der darin befindlichen
Werkzeuge einerseits und der Form des Werkstücks andererseits. Die beiden
Modelle werden dann beim selbsttätigen Ändern bzw. Erstellen
des Eintrags berücksichtigt.
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Naturgemäß kann bei
der Modellierung der Form des Werkstücks stets der Rohling vormodelliert werden,
denn dann steht man auf der sicheren Seite. Wird vom Rohling durch
die Bearbeitung Material abgetragen, nimmt das Werkstück anschließend einen geringeren
Raum ein. Wenn eine Kollisionsvermeidung anhand des Modells des
Rohlings erfolgt, ist dann auch sichergestellt, dass eine Kollisionsvermeidung
anhand des realen Werkstücks
gegeben ist. Präziser
wird das Modell jedoch, wenn die Steuerung beim Modellieren des
Werkstücks
auch die bereits durchgeführten
Arbeitsschritte berücksichtigt.
Man wird dies insbesondere in besonders ökonomischer und präziser Weise
so tun, dass im Zeittakt der Bearbeitung des Werkstücks das
Modell des Werkstücks aktualisiert
wird.
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Wie
oben bereits erwähnt,
kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine Kollision des Trägers bzw.
eines oder mehrerer der Werkzeuge mit einem von Träger und
Werkzeugen einerseits und Werkstück
andererseits verschiedenen Teil der Werkzeugmaschinen erfolgt. Die
diesbezüglich
möglicherweise eine
Rolle spielenden Teile der Werkzeugmaschine sollten daher auch modelliert
werden. Hierzu gehören
das bei modernen Werkzeugmaschinen häufig sehr nahe an das Werkstück geführte Gehäuse der Werkzeugmaschine
und die Halterung des Werkstücks.
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Die
Steuerung muss naturgemäß entsprechend
einer Anleitung einzelne Schritte abarbeiten, um die Werkzeugwechselstellung
zu ermitteln, damit ein entsprechender Eintrag durch die Steuerung
bereitgestellt werden kann. Ausgegangen wird davon, dass ein Eintrag
bereits festgelegt ist. Dies kann der ein programmierte Eintrag sein
oder auch ein auf an sich beliebige Weise ermittelter Anfangswert.
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Es
wird nun anhand der Modellierung geprüft, ob eine Kollision erfolgen
würde,
wenn das Werkzeug in der dem festgelegten Eintrag entsprechenden
Werkzeugwechselstellung gewechselt werden würde.
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Würde keine
Kollision erfolgen, dann besteht auf jeden Fall noch Spielraum,
und die Werkzeugwechselstellung kann zumindest einmal unter Verkürzung des
Gesamtwegs von der Bearbeitungsendstellung zur Bearbeitungsanfangsstellung
geändert werden.
Würde bei
einer Durchführung
eines Werkzeugwechsels in einer Werkzeugwechselstellung entsprechend
dem festgelegten Eintrag eine Kollision erfolgen, muss der Eintrag
für die
Werkzeugwechselstellung so lange geändert werden, bis eine Vermeidung
von Kollision gewährleistet
ist. Dies wird man bevorzugt so tun, dass man den Gesamtweg von
der Bearbeitungsendstellung bis zur Bearbeitungsanfangsstellung
von Schritt zu Schritt zumindest gleich lässt, wenn nicht vergrößert, um
bei der Durchführung
der Schrittfolge eine geeignete Werkzeugwechselstellung zu erhalten,
bei der der Gesamtweg möglichst
nicht allzu groß ist.
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Die
Steuerung ist bevorzugt dazu ausgelegt, den Eintrag so zu ändern, dass
der Gesamtweg von der Bearbeitungsendstellung zur Bearbeitungsanfangsstellung
unter der Nebenbedingung vorgegebener Kriterien (z. B. einer Schrittgröße oder
bestimmten Schrittrichtungen in einer zweidimensionalen Ebene) minimiert
ist, wenn eine Vermeidung von Kollisionen gewährleistet ist.
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Man
erhält
dann unter Berücksichtigung
der vorgegebenen Kriterien (welche gegebenenfalls auf die Ermittlungsweise
der Werkzeugwechselstellung zurückgehen)
einen möglichst
geringen Gesamtweg. Hierdurch wird Zeit bei der Bearbeitung eingespart. Dies
ist insbesondere bei einer Massenfertigung von einer Vielzahl von
Werkstücken
sinnvoll.
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Bei
wechselnden Werkzeugformen kann es sinnvoll sein, wenn die Möglichkeit
zum Rückgriff
auf den einprogrammierten Eintrag für die Werkzeugwechselstellung
bestehen bleibt. So kann die Steuerung dazu ausgelegt sein, einen
ermittelten Eintrag für
eine Werkzeugwechselstellung in eine Tabelle zu schreiben, wobei
sie diesem nur dann ausliest, wenn eine entsprechende Benutzereingabe
erfolgt oder umgekehrt nur dann nicht ausliest, wenn keine Benutzereingabe
erfolgt. In der Tabelle können
auch die ursprünglich
einprogrammierten Einträge
für die Werkzeugwechselstellung
enthalten sein.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
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1 schematisch
die relevanten Bauteile einer Werkzeugmaschine zeigt und
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2 eine
Ausführungsform
für ein
von der Steuerung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine durchgeführtes Verfahren
anhand einer Schrittabfolge veranschaulicht.
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1 zeigt
als Teile einer Werkzeugmaschine ein Werkstück 10, das an einer
Spindel 12 gehalten ist, und einen Träger 14 von Werkzeugen
W1 bis W6. Der Träger 14 ist
insbesondere als Revolver ausgebildet. Das jeweils zum Werkstück 10 weisende Werkzeug
ist das, was bei einer Bewegung des Revolvers 14 zum Werkstück 10 hin
das Werkstück 10 bearbeitet.
Durch eine Drehung des Revolvers 14 können die unterschiedlichen
Werkzeuge W1 bis W6 ausgewählt
werden. Bei einer Drehung des Revolvers 14 können nun
grundsätzlich
einzelne Werkzeuge W1 bis W6 mit dem Werkstück 10 kollidieren.
Wird beispielsweise der Revolver 14 von der in 1 gezeigten
Drehstellung durch Drehung im Uhrzeigersinn in eine Stellung verbracht,
in der das Werkzeug W5 in der Figur nach oben, zu dem Werkstück 10 hin zeigt,
schwenkt das Werkzeug W6 möglicherweise auf
das Werkstück 10 auf
und kollidiert mit diesem. In der in 1 gezeigten
Stellung sind Revolver 14 und Werkstücke 10 ausreichend
weit voneinander beabstandet, so dass eine beliebige Drehung des
Revolvers 14 ohne Weiteres erfolgen kann. Der Revolver 14 befindet
sich somit in einer Werkzeugwechselstellung, bei der Kollision vermieden
werden kann.
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Diese
Werkzeugwechselstellung wird vor einem Wechsel des ausgewählten Werkzeugs
eingenommen. Soll nach einer Bearbeitung des Werkstücks 10 mit
einem ersten der Werkzeuge W1 bis W6 die Bearbeitung mit einem zweiten
der Werkzeuge W1 bis W6 erfolgen, wird nach Abschluss der Bearbeitung
mit dem ersten Werkzeug der Revolver 14 in die in 1 gezeigte
Werkzeugwechselstellung verfahren, dann der Revolver 14 zum
Wechseln des Werkzeugs gedreht, und anschließend wird eine Bearbeitungsanfangsstellung
für die
Bearbeitung mit dem zweiten der Werkzeuge W1 bis W6 eingenommen.
Es geht nun darum, den Gesamtweg möglichst klein zu halten.
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Es
soll der Werkzeugwechselpunkt WWP möglichst optimal gewählt sein,
damit einerseits eine Kollision sicher vermieden ist, andererseits
der Gesamtweg, der zwischen der Bearbeitung mit zwei unterschiedlichen
Werkzeugen durchlaufen wird, möglichst
klein wird.
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Ein
beispielhaftes Verfahren wird im Folgenden anhand von 2 erläutert. Bei
diesem Verfahren wird in Schritt S10 zunächst der Werkzeugwechselpunkt
WWP vorläufig
festgelegt, d. h. es wird ein Startwert vorgegeben. Dieser Startwert
kann der einprogrammierte Werkzeugwechselpunkt sein. In Schritt 12 wird
nun geprüft,
ob eine Kollision stattfindet. Falls diese Frage mit „Nein" zu beantworten ist, wird
ein neuer Werkzeugwechselpunkt unter der Nebenbedingung ausgewählt, dass
der Gesamtweg, der beim Verfahren zum und vom Werkzeugwechselpunkt
durchlaufen wird, verkürzt
wird. Diese Festlegung des neuen Werkzeugwechselpunktes in Schritt S14
kann z. B. aufgrund von festgelegten Schrittgrößen erfolgen. Anschließend wird
Schritt S12 wiederholt, d. h. es wird geprüft, ob eine Kollision erfolgen würde. Es
soll nun so lange ein neuer Werkzeugwechselpunkt in Schritt S14
festgelegt werden und somit der Gesamtweg weiter verkürzt werden,
bis der Werkzeug wechselpunkt möglichst
nahe am Werkstück
ist und der Gesamtweg möglichst
klein ist. Es wird somit der Schritt S12 wiederholt und auf eine Kollision
geprüft,
und falls diese Frage mit „Nein" beantwortet wird,
wird der Schritt S14 wiederholt. Irgendwann wird sich dann Situation
ergeben, dass eine Kollision stattfinden würde, wenn ein Werkzeugwechsel
bei dem Werkzeugwechselpunkt folgen würde. Beim Werkzeugwechselpunkt
aus dem zuvorigen Durchlauf wäre
nun jedoch noch keine Kollision aufgetreten. Daher wird der Werkzeugwechselpunkt
aus dem zuvorigen Durchlauf als im Rahmen des Verfahrens optimal
ermittelter Werkzeugwechselpunkt in der Folge verwendet, nämlich als
festgelegter Werkzeugwechselpunkt in Schritt S16 ausgewählt.
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Falls
bereits bei der ersten Festlegung des vorläufigen Werkzeugwechselpunkt
in Schritt S10 ein solcher Werkzeugwechselpunkt ausgewählt wurde, bei
dessen Einsatz eine Kollision erfolgen würde, wenn also Schritt S12
beim ersten Durchlaufen zur Beantwortung der Frage mit „Ja" führt, muss
ebenfalls ein neuer Werkzeugwechselpunkt ausgesucht werden. Dies
geschieht in Schritt S18. Hierbei wird der Gesamtweg vergrößert, z.
B. auch in festgelegten Schritten. Anschließend wird Schritt 12 wiederholt, und
so lange eine Kollision stattfinden würde, wird der Gesamtweg vergrößert, also
Schritt S18 wiederholt. Schließlich
erhält
man irgendwann einen Werkzeugwechselpunkt, bei dessen Verwendung
keine Kollision erfolgen würde.
Dann kann der zuletzt ermittelte, also aktuelle Werkzeugwechselpunkt
als festgelegter Werkzeugwechselpunkt verwendet werden, siehe Schritt
S20.
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Durch
die Erfindung wird eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, bei der
der Werkzeugwechselpunkt zumindest im Rahmen des verwendeten Verfahrens
optimal ausgewählt
wird, so dass der Gesamtweg unter der Nebenbedingung, dass keine
Kollision erfolgt, möglichst
kurz wird. Damit wird Zeit beim Bearbeiten des Werkstücks 10 eingespart.