DE102016004185B4

DE102016004185B4 - Numerische Steuerung mit Kontrolle eines Eingriffs zwischen Werkzeug und Werkstück

Info

Publication number: DE102016004185B4
Application number: DE102016004185.4A
Authority: DE
Inventors: Masanori Kobayashi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: CN106054812A; JP6166300B2; CN106054812B; US20160299491A1; US10088831B2; DE102016004185A1; JP2016201031A

Abstract

Numerische Steuerung zur Detektion eines anormalen Eingriffs zwischen Zielobjekten der Eingriffsprüfung in einer Werkzeugmaschine, einschließlich eines Werkzeuges und eines Werkstückes, auf Basis eines Bearbeitungsprogrammes, wobei die numerische Steuerung aufweist:
eine Kontaktrichtungseinstelleinheit zum Einstellen einer zulässigen Kontaktrichtung als derjenigen Richtung, in welcher eine Bewegung des Werkzeuges für einen Kontakt mit dem Werkstück zu dessen Bearbeitung zugelassen ist;
eine Kompensationsrichtungsanalyseeinheit zum Analysieren des Bearbeitungsprogrammes zur Gewinnung einer Kompensationsrichtung der Radiuskompensation;
eine Kontaktrichtungsänderungseinheit, eingerichtet zum Ändern der zulässigen Kontaktrichtung für das Werkzeug auf Basis einer Stellung des Werkzeuges; und
eine Eingriffsprüfeinheit, eingerichtet zur Ausführung einer Eingriffsprüfung zum Detektieren eines anormalen Eingriffs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf Basis der Kompensationsrichtung der Radiuskompensation, wie durch die Kompensationsrichtungsanalyseeinheit gewonnen, und der durch die Kontaktrichtungsänderungseinheit geänderten zulässigen Kontaktrichtung, wobei
die Eingriffsprüfeinheit feststellt, dass der Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück anormal ist wenn die Kompensationsrichtung der Radiusrichtung für das Werkzeug nicht in den geänderten zulässigen Kontaktrichtungen enthalten ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine numerische Steuerung und insbesondere eine numerische Steuerung, die eingerichtet ist zum Detektieren einer unerwünschten Kollision zwischen Werkzeug und Werkstück.
Zum Stand der Technik
Im Stand der Technik zum Detektieren von Kollisionen zwischen Strukturen, Werkzeug und Werkstück in einer Werkzeugmaschine werden üblicherweise dreidimensionale Formen der Gegenstände der Kollisionsprüfung durch eine Kombination drei-dimensionaler Modelle, wie Quader und Säulen, dargestellt und eine mögliche Kollision zwischen diesen drei-dimensionalen Modellen wird geprüft.
Eine solche Kollisionsprüfung gemäß dem Stand der Technik ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 2000-284819 beispielhaft beschrieben. Diese Technik basiert auf der Annahme, dass ein Werkzeug 2 in einer groben Unterteilung zwei Bereiche aufweist, nämlich einen Schneidenbereich 3, welcher mit einen Werkstück (nicht dargestellt) zu dessen Bearbeitung in Kontakt kommt, und einem davon verschiedenen Bereich 4, wie in 8A (Drehwerkzeug) und 8B (Fräswerkzeug) dargestellt ist. Da eine Bearbeitung nicht ausgeführt werden kann wenn der Schneidenabschnitt 3 des Werkzeuges 2 als Zielgegenstand für die Kollisionsprüfung angesetzt wird, wird der Schneidenabschnitt 3 aus dem Zielgegenstand für die Kollisionsprüfung ausgeschlossen und der Abschnitt 4 des Werkzeuges 2, der vom Schneidenabschnitt verschieden ist, wird als Zielgegenstand für die Kollisionsprüfung angesetzt.
Weitere Techniken zum Detektieren einer unerwünschten Kollision zwischen einem Werkstück und einem Schneidenabschnitt wurden vorgeschlagen. Gemäß den in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen 2008-027045 und 09-150347 sowie in der internationalen Patentanmeldung 2010/073296 beschriebenen Techniken wird beispielsweise eine Bewegungsrichtung für die Bearbeitung für jedes Werkzeug vorab definiert, sodass ermittelt werden kann, dass eine Kollision zwischen einem Schneidenabschnitt des Werkzeugen und einem Werkstück bei Bewegung in Bearbeitungsrichtung normal ist, während eine Bewegung in einer Richtung, die verschieden ist von der Bearbeitungsrichtung, zu einer unerwünschten Kollision zwischen dem Schneidenabschnitt des Werkzeuges und dem Werkstück führt.
Aber auch wenn ein Schneidenabschnitt eines Werkzeuges und ein Werkstück bei Bewegung in Bearbeitungsrichtung in Eingriff kommen, kann es sich gleichwohl um einen unerwünschten Eingriff handeln in Abhängigkeit von der Stellungsbeziehung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Deshalb besteht ein Problem dahingehend, dass ein solcher unerwünschter Eingriff mit den obigen Techniken nicht detektierbar ist.
Wenn nur der Bearbeitungsabschnitt am distalen Ende des Schneidenabschnittes 3 eines Drehwerkzeuges 2 mit einem Werkstück 5 in Eingriff kommt während sich das Werkzeug 2 in einer Bewegungsrichtung M bewegt, in welcher die Bearbeitung auszuführen ist, wie in 9A beispielhaft gezeigt ist, dann kann dieser Eingriff als normal (erwünscht) angesehen werden. Wenn aber irgendein Teil, das vom Bearbeitungsbereich des Schneidenabschnittes 3 des Werkzeuges 2 verschieden ist, mit dem Werkstück 5 in Eingriff kommt während sich das Werkzeug 2 in Bearbeitungsrichtung M bewegt, dann kann gemäß 9B der Eingriff zwischen dem Schneidenabschnitt 3 und dem Werkstück 5 als anormal (unerwünscht) eingeordnet werden. Allerdings können diese Situationen nicht mit einem der oben beschriebenen bekannten Verfahren detektiert werden. In den 9A und 9B bezeichnet das Bezugszeichen 6 das Einspannfutter zum Einspannen des Werkstückes 5.
Wenn ein drehendes Werkzeug 2, wie ein Fräswerkzeug gemäß 10, eingesetzt wird, bewegt sich eine rotierende Umfangskante im Schneidenabschnitt 3 des drehenden Werkzeuges 2 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bei der Drehung des Werkzeuges 2. Deshalb kann das Werkstück 5 durch Drehung der Umfangskante des drehenden Werkzeuges 2 in Eingriff mit dem Werkstück 5 entsprechend 11A bearbeitet werden. Da die Umfangsgeschwindigkeit aber im Bereich des Drehzentrum des drehenden Werkzeuges 2 null ist, kann das Werkstück 5 nicht bearbeitet werden, auch wenn der Drehzentrumsbereich mit dem Werkstück 5 gemäß 11B in Eingriff kommt. Da das Werkstück 5 nicht bearbeitet werden kann, wenn es mit dem Drehzentrum des Schneidenabschnittes 3 in Eingriff kommt, kann der Eingriff zwischen Schneidenabschnitt 3 und Werkstück 5 in diesem Falle als anormal (unerwünscht) angesetzt werden. Allerdings kann diese Situation mit den oben beschriebenen bekannten Techniken nicht erkannt werden.
Denn der Schneidenabschnitt eines Werkzeuges ist abgerundet. Da das Zentrum der runden Form des Werkzeuges normalerweise den Befehlen des Bearbeitungsprogrammes zugrundeliegt, hat eine numerische Steuerung eine Funktion zum Kompensieren der Differenz (entsprechend dem Radius der runden Form) zwischen dem Zentrum der runden Form des Schneidenabschnittes und der Position, in welcher das Werkzeug des Werkstück kontaktiert. Für Fräswerkzeuge erfolgt eine Werkzeugradiuskompensation und für Drehwerkzeuge erfolgt eine Werkzeug-Schneidecken-Radiuskompensation. In der nachfolgenden Beschreibung werden die vorstehend genannten zwei Kompensationsfunktionen gemeinsam als „Radiuskompensation“ bezeichnet.
Die nächstliegende EP 3 045 988 A1 betrifft ein Werkzeugweg-Auswertungsverfahren, das einen Werkzeugweg auswertet, wenn sich ein rotierendes Werkzeug relativ zu einem Werkstück bewegt, während das Werkstück bearbeitet wird. Das Werkzeugweg-Auswertungsverfahren umfasst einen Berechnungsschritt zum Verwenden eines vorbestimmten Soll-Werkzeugweges und einer Form des Werkstücks vor der Bearbeitung durch den Soll-Werkzeugweg als Grundlage zum Berechnen einer Größe einer Kontaktfläche, die vorhergesagt wurde, dass sie während der Bearbeitung durch den Soll-Werkzeugweg tatsächlich mit dem Werkstück in Kontakt steht, an einem unteren Oberflächenabschnitt des Rotationswerkzeugs, der eine Drehachse des Werkzeugs schneidet. Ein Beurteilungsschritt dient zum Beurteilen, dass der Soll-Werkzeugweg ungeeignet ist, wenn die Größe der Kontaktfläche einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. In dem Berechnungsschritt wird die Größe der Kontaktfläche als Verhältnis einer Fläche der Kontaktfläche zu einer Fläche des unteren Oberflächenabschnitts ermittelt. Im Berechnungsschritt wird der untere Oberflächenabschnitt des Rotationswerkzeugs in eine runde Fläche auf einer virtuellen Ebene umgewandelt wird, die die Drehachse des Werkzeugs senkrecht schneidet, und die Größe der Kontaktfläche an der runden Fläche berechnet wird.
Die EP 1 881 381 A2 betrifft eine numerische Steuerung mit einer Interferenzprüffunktion. Diese hat eine Interferenzkontrollausführungseinheit, die die Interferenz zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück überprüft. Eine Betriebszustandseinstellungseinheit dient zum Einstellen eines Betriebszustands der numerischen Steuerung, die eine Werkzeugmaschine steuert, in der die Interferenzprüfungsausführungseinheit eine Interferenzprüfung durchführen darf. Eine Ausführungsbestimmungseinheit bewirkt, dass die Ausführungseinheit der Interferenzprüfung eine Interferenzprüfung durchführt, wenn ein tatsächlicher Betriebszustand der numerischen Steuerung, die die Werkzeugmaschine steuert, mit einem in der Betriebszustands-Einstelleinheit gespeicherten Betriebszustand übereinstimmt, der der Ausführungseinheit der Interferenzprüfung jedoch nicht erlaubt, die Interferenzprüfung durchzuführen, wenn der tatsächliche Betriebszustand nicht mit einem in den Betriebseinstellmitteln gespeicherten Betriebszustand übereinstimmt. Ein Betriebszustand, in dem die Interferenzprüfungsausführungseinheit veranlasst wird, die Interferenzprüfung auszuführen, die in der Betriebszustandseinstellungseinheit zu speichern ist, kann ein Zustand sein, in dem die Derhung der Spindel der von der numerischen Steuerung gesteuerten Werkzeugmaschine gestoppt wird, oder ein Zustand sein, in dem sich das Werkzeug mit einem Schnittvorschub bewegt, der den maximalen Schnittvorschub überschreitet, der im Voraus auf der Grundlage des Materials des Werkstücks bestimmt wurde, oder ein Zustand sein, in dem sich das Werkzeug in eine Richtung bewegt, die sich von der im Voraus für das Schneiden durch das Werkzeug eingestellten Bewegungsrichtung unterscheidet. Die numerische Steuerung hat eine Speichereinheit zum Speichern einer Werkzeugdatenbank, die Daten speichert, die entsprechende Werkzeugnummern beinhalten, wobei die Schnittrichtung eines Werkzeugs der Werkzeugnummer entspricht und ein maximaler Schnittvorschub für das Material eines Werkstücks. Eine Eingabeeinheit dient zum Eingeben der Werkzeugnummern und eines Werkstücks, wobei die Betriebszustands-Einstelleinheit auf der Grundlage einer Werkzeugnummer und eines von der Eingabeeinheit eingegebenen Werkstücks die der Werkzeugnummer und der maximalen Schnittgeschwindigkeit für das Material des Werkstücks aus der Werkzeugdatenbank entsprechende Schnittrichtung des Werkzeugs liest, um die gelesene Schnittrichtung und die maximale Schnittgeschwindigkeit als Betriebszustand in einer Situation zu verwenden, in der eine Interferenzprüfung durchgeführt wird, einzustellen.
Die EP 0 484 539 A1 (= DE 6 91 21 518 T2 ) betrifft ein Zylinder-Interpolationssystem zum Bearbeiten der zylindrischen Fläche eines zylindrischen Werkstückes mit einem Werkzeug. Die Achse des Werkstückes definiert eine Rotationsachse. Ein Werkzeugradius-Korrekturmittel dient zum Erzielen einer Werkzeug-Mittelpunktbahn durch Berechnen eines Werkzeugradius-Versetzungsvektors in einer virtuellen Ebene, die von einer zylindrischen Achse und einer virtuellen linearen Achse durch eine Abwicklung der Werkstückfläche definiert ist. Dabei ist die Werkzeug-Mittelpunktsbahn derart definiert, dass die Werkzeug-Schnittfläche unmittelbar oberhalb der Rotationsachse des Werkstückes liegt. Interpolationsmittel dienen zum Interpolieren der Werkzeug-Mittelpunktsbahn und zur Ausgabe eines ersten Interpolationsimpulses, der sich auf die virtuelle lineare Achse bezieht und eines zweiten Interpolationsimpulses, der sich auf die zylindrische Achse bezieht. Impulsumsetzmittel dienen zum Umsetzen des ersten Interpolationsimpulses in einen dritten Interpolationsimpuls, der sich auf die Rotationsachse bezieht. Korrekturkomponenten-Berechnungsmittel dienen zum Berechnen einer Korrekturkomponente eines Werkzeug-Kontaktvektors in einer Richtung der virtuellen linearen Achse gegenüber dem Werkzeugradius-Versetzungsvektor. Korrekturkomponenten-Interpolationsmittel dienen zum Interpolieren der Korrekturkomponente zur Ausgabe eines ersten Korrekturimpulses, der sich auf die Rotationsachse bezieht, und eines zweiten Korrekturimpulses, der sich auf die virtuelle lineare Achse bezieht. Eine Addierstufe dient zum Addieren des dritten Interpolationsimpulses und des ersten Korrekturimpulses und zum Ausgeben eines Ausgangsimpulses, der die Drehung des Werkzeuges um die Rotationsachse definiert, um das Werkstück in eine Bearbeitungsposition mit dem Werkzeug zu bringen und damit die Bewegung des Werkzeugs zu kompensieren.
Die DE 11 2008 004 205 T5 betrifft ein Verfahren zum Simulieren einer NC-Bearbeitungsmaschinemit dem eine Bearbeitungsform eines Werkstücks oder eine Bewegung einer Maschine unter Verwendung einer Form des Werkzeugs oder des Werkstücks simuliert wird. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Entscheiden über eine schneidbare Hauptspindel-Rotationsrichtung oder eine unschneidbare Hauptspindel-Rotationsrichtung für jedes Werkzeug vor der Ausführung einer Simulation. Vergleichen der schneidbaren Hauptspindel-Rotationsrichtung oder der unschneidbaren Hauptspindel-Rotationsrichtung des selektierten Werkzeugs mit jeder Hauptspindel-Rotationsrichtung einer Bearbeitungsmaschine während der Ausführung der Simulation, um so auf Basis des Vergleichsergebnisses festzustellen, ob eine Interferenzüberprüfung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück notwendig ist; und Abschalten der Interferenzüberprüfung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, wenn festgestellt wird, dass die Interferenzüberprüfung im obigen Schritt nicht notwendig ist. Freigeben der Interferenzüberprüfung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, wenn festgestellt wird, dass die Interferenzüberprüfung notwendig ist, und Detektieren einer Abnormalität, wenn Interferenz zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück vorliegt.
Die DE 10 2011 011 661 A1 betrifft eine numerische Steuerung mit einer Funktion zum Anzeigen einer Bahn eines tatsächlichen Bearbeitungspunkts unter Verwendung eines durch die numerische Steuerung kontrollierten Werkzeugradius-Kompensationsvektors. Die numerische Steuerung hat eine Werkzeugbahn-Anzeigefunktion zum Anzeigen einer Werkzeugbahn einer Werkzeugmaschine, die die Position und Ausrichtung eines Werkzeugs und eines Werkstücks durch mehrere Antriebsachsen steuert und eine Bearbeitung durchführt. Die numerische Steuerung umfasst eine Befehlseinheit, die einen Positionsbefehl an jede Antriebsachse ausgibt; eine Antriebsachsen-Steuereinheit, die eine Bewegung einer Antriebsachse entsprechend dem von der Befehlseinheit ausgegebenen Positionsbefehl steuert; eine Koordinatenwert-Beschaffungseinheit, die Koordinatenwerte der jeweiligen Achsen zu jedem Zeitpunkt beschafft; eine Werkzeugmittelpunkt-Koordinatenwert-Beschaffungseinheit, die Koordinatenwerte eines Werkzeugmittelpunkts aus den durch die Koordinatenwert-Beschaffungseinheit erhaltenen Koordinatenwerten der jeweiligen Achsen berechnet; eine Werkzeugradius-Kompensationsvektor-Beschaffungseinheit, die einen Werkzeugradius-Kompensationsvektor beschafft, der zu jedem Zeitpunkt den Werkzeugmittelpunkt und einen tatsächlichen Bearbeitungspunkt verbindet; eine Berechnungseinheit für einen tatsächlichen Bearbeitungspunkt, die Koordinatenwerte des tatsächlichen Bearbeitungspunkts basierend auf den durch die Werkzeugmittelpunkt-Koordinatenwert-Berechnungseinheit berechneten Koordinatenwerten des Werkzeugmittelpunkts und den durch die Werkzeugradius-Kompensationsvektor-Beschaffungseinheit erhaltenen Werkzeugradius-Kompensationsvektor berechnet; und eine Anzeigeeinheit für einen tatsächlichen Bearbeitungspunkt, die eine Bahn des durch die Berechnungseinheit für den tatsächlichen Bearbeitungspunkt berechneten tatsächlichen Bearbeitungspunkts anzeigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer numerischen Steuerung, welche in der Lage ist, einen unerwünschten Eingriff zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück sicher zu detektieren.
Eine numerische Steuerung gemäß der Erfindung hat eine Funktion zum Detektieren eines unerwünschten Eingriffs zwischen Zielgegenständen der Eingriffsprüfung einer Werkzeugmaschine einschließlich eines Werkzeuges und einem Werkstück auf Basis eines Bearbeitungsprogrammes. Die numerische Steuerung enthält: eine Kontaktrichtungseinstelleinheit zum Einstellen einer zulässigen Kontaktrichtung als derjenigen Richtung, in welcher das Werkzeug das Werkstück zu dessen Bearbeitung kontaktieren darf; eine Kompensationsrichtungsanalyseeinheit zum Analysieren des Bearbeitungsprogrammes zur Gewinnung einer Kompensationsrichtung einer Radiuskompensation; eine Kontaktrichtungsänderungseinheit, eingerichtet zum Ändern der zulässigen Kontaktrichtung für das Werkzeug auf Basis der Stellung des Werkzeuges; und eine Eingriffsprüfungseinheit, eingerichtet zum Ausführen eines Eingriffsprüfungsverfahrens zum Detektieren eines anormalen (unerwünschten) Eingriffes zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf Basis der Kompensationsrichtung der Radiuskompensation, wie durch die Kompensationsrichtungsanalyseeinheit gewonnen, und der zulässigen Kontaktrichtung, wie durch die Kontaktrichtungsänderungseinheit geändert. Die Eingriffsprüfungseinheit stellt fest, dass der Eingriff zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück anormal ist wenn die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation nicht in der geänderten zulässigen Kontaktrichtung für das Werkzeug enthalten ist.
Die zulässige Kontaktrichtung kann für jeden Typ eines Werkzeuges eingestellt werden.
Durch Einsatz des Verfahrens der Eingriffsprüfung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer herkömmlichen numerischen Steuerung ist es möglich, einen Eingriff zwischen einem Schneidenabschnitt eines Werkzeuges und einem Werkstück genauer zu bestimmen und wirksam das Auftreten eines anormalen Eingriffs zu verhindern.
Figurenliste
Obige sowie weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren:

1A und 1B zeigen zulässige Kontaktrichtungen eines Drehwerkzeuges in Bezug auf ein Werkstück, in welchen das Drehwerkzeug das Werkstück kontaktieren darf;
2A und 2B zeigen zulässige Kontaktrichtungen eines Fräswerkzeuges in Bezug auf ein Werkstück, in welchen das Fräswerkzeug das Werkstück kontaktieren darf;
3 zeigt eine Kompensationsrichtung einer Werkzeugradiuskompensation auf Basis eines Werkzeugmittelpunktsweges und eines Bearbeitungsprogrammweges;
4A und 4B zeigen ein Verfahren zum Detektieren eines anormalen Eingriffs zwischen einem Schneidenabschnitt eines Drehwerkzeuges und einem Werkstück;
5A und 5 zeigen ein Verfahren zum Detektieren eines anormalen Eingriffs zwischen einem Schneidenabschnitt eines Fräswerkzeuges und einem Werkstück;
6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren eines anormalen Eingriffs zwischen einem Schneidenabschnitt eines Werkzeuges und einem Werkstück unter Ausführung durch eine numerische Steuerung gemäß 6;
8A und 8B zeigen Konfigurationen von Werkzeugen (Drehwerkzeug und Fräswerkzeug);
9A und 9B zeigen anormale Eingriffe zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück bei Dreharbeiten;
10 zeigt einen Bereich, in dem die Umfangsgeschwindigkeit eines Schneidabschnittes eines Fräswerkzeuges null ist; und
11A und 11B zeigen anormale Eingriffe zwischen einem Fräswerkzeug und dem Werkstück.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE IM EINZELNEN
Die Erfindung lehrt eine numerische Steuerung mit einer Eingriffsprüffunktion, wobei auf Basis zulässiger Kontaktrichtungen, in welchen das Werkzeug das Werkstück kontaktieren darf, und einer Kompensationsrichtung einer Radiuskompensation, die gewonnen wird durch Analyse des Bearbeitungsprogrammes, ein Eingriff zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug, welches für die Bearbeitung eingesetzt wird, als normal erkannt wird wenn eine Kompensationsrichtung der Radiuskompensation in den zulässigen Kontaktrichtungen enthalten ist, wohingegen ein Eingriff zwischen einem Werkstück und einem für die Bearbeitung eingesetzten Werkzeug als anormal erkannt wird, wenn eine Kompensationsrichtung der Radiuskompensation nicht in den zulässigen Kontaktrichtungen enthalten ist.
Die „zulässigen Kontaktrichtungen“ sind solche Richtungen, in welchen ein Bearbeitungsteil eines Werkzeugschneidenabschnittes ein Werkstück für die Bearbeitung kontaktieren kann und sie werden vorab für jedes Werkzeug aus Richtungen vom Schneidenabschnitt des Werkzeuges her definiert. Werden die Achsen einer Werkzeugmaschine so gesteuert, dass die Stellung des Schneidenabschnittes des Werkzeuges geändert wird, werden auch die zulässigen Kontaktrichtungen entsprechend der geänderten Werkzeugstellung geändert.
Beispielsweise werden die zulässigen Kontaktrichtungen für ein Drehwerkzeug 2, welches auf einer Koordinatenachse der Werkzeugmaschine montiert ist, in Bezug auf ein Werkstück 5 entsprechend 1A in einem Bereich eingestellt, der definiert ist durch X≤0, Y=0, und Z≤0 auf Basis des Werkzeuges 2 (Schneidenabschnitt 3). Werden die Achsen der Werkzeugmaschine so gesteuert, dass das Drehwerkzeug 2 entsprechend 1B neu ausgerichtet wird, werden die zulässigen Kontaktrichtungen eingestellt in einem Bereich, der definiert ist durch X≤0, Y=0, und Z≥0 entsprechend der Stellung des Werkzeuges 2.
Die zulässigen Kontaktrichtungen eines Fräswerkzeuges 2, welches auf der Koordinatenachse der Werkzeugmaschine montiert ist, werden gemäß 2A in einem Bereich eingestellt, der definiert ist durch X=(jeglicher Wert), Y=(jeglicher Wert), und Z≤0 auf Basis des Werkzeuges 2 (Schneidenabschnitt 3) und ausschließlich eines Bereiches, in welchem der Winkel zwischen der Richtung und einem Vektor (0, 0, -1) in Richtung auf die Werkzeugspitze beispielsweise 5° oder kleiner ist.
Werden die Achsen der Werkzeugmaschine so gesteuert, dass das Fräswerkzeug unter einem Winkel θ auf einer X-Z-Ebene entsprechend 2B geneigt ist, werden die zulässigen Kontaktrichtungen, in welchen das Werkzeug 2 (Schneidenabschitt 3) das Werkstück 5 kontaktieren darf, in einem Bereich eingestellt, der definiert ist durch Z≤X x tanθ und Y=(jeglicher Wert), entsprechend der Stellung des Werkzeuges 2, ausschließlich eines Bereiches, in welchem der Winkel zwischen der Richtung und einem Vektor (sinθ, 0, -cosθ) in Richtung auf die Werkzeugspitze 5° oder kleiner ist.
Die zulässigen Kontaktrichtungen, in welchen das Werkzeug 2 das Werkstück 5 kontaktieren darf, variieren in Abhängigkeit von der Form des Werkzeuges 2 und der Bearbeitungsart, wie oben dargestellt ist. Andererseits können die zulässigen Kontaktrichtungen für jedes von verschiedenen Werkzeuges definiert werden, wie ein Bohrwerkzeug (wobei im Allgemeinen eine Z-Achsenrichtung als zulässige Kontaktrichtung gilt) eines Planfräsers (im Allgemeinen mit einer zulässigen Kontaktrichtung unter einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf eine X-Y-Ebene), je nach Form des Werkzeuges 2 und der Bearbeitungsart.
Es folgt eine Beschreibung der Kompensationsrichtung bei einer Radiuskompensation. Normalerweise repräsentiert ein Weg (Bearbeitungsprogrammweg), der durch das Bearbeitungsprogamm befohlen wird, die endgültige Form des Werkstückes 5. Weiterhin steuert normalerweise die numerische Steuerung die Position des Radius-Mittelpunktes des Werkzeuges 2. Wird der Werkzeugmittelpunkt entlang dem Bearbeitungsprogrammweg bewegt, wird die Größe des Werkstückes 5 unvermeidbar reduziert um einen Abtrag entsprechend dem Werkzeugradius, sodass eine Kompensation bezüglich der Werkzeugposition entsprechend dem Werkzeugradius erfolgt. Dies ist die sogenannte Radiuskompensation, die im Allgemeinen bei der numerischen Steuerung ausgeführt wird.
3 zeigt schematisch die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation.
Bei der vorliegenden Erfindung wird gemäß 3 die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation definiert als eine Richtung, welche eine Position nach der Kompensation (Werkzeugmittelpunktsweg) und eine Position vor der Kompensation (Bearbeitungsprogrammweg) verbindet. Ist die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation in den zulässigen Kontaktrichtungen enthalten, wird der Eingriff als normal (gewünscht) eingeordnet. Wenn nicht, wird der Eingriff als anormal (nicht erwünscht) eingeordnet.
Die 4A und 4B zeigen schematisch einen anormalen Eingriff zwischen dem Schneidenabschnitt 3 des Drehwerkzeuges 2 und dem Werkstück 5. Werden die zulässigen Kontaktrichtungen entsprechend 1A für das Werkzeug 2 nach 4A eingestellt, ist die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation nicht in den zulässigen Kontaktrichtungen enthalten, wie 4B zeigt, sodass der Eingriff als anormal eingeordnet wird.
Die 5A und 5B zeigen schematisch einen anormalen Eingriff zwischen dem Schneidenabschnitt 3 des Fräswerkzeuges 2 und dem Werkstück 5 (Eingriff zwischen dem Werkstück 5 und dem Schneidenabschnitt 3 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0. Werden die zulässigen Kontaktrichtungen gemäß 2A für das Werkzeug gemäß 5A eingestellt, ist die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation nicht in den zulässigen Kontaktrichtungen entsprechend 5B enthalten, sodass der Eingriff als anormal eingeordnet wird.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der oben beschriebenen Eingriffsprüfungsfunktion.
Eine numerische Steuerung 1 hat eine Kontaktrichtungseinstelleinheit 10, eine Kompensationsrichtungsanalyseeinheit 11, eine Kontaktrichtungsänderungseinheit 12, und eine Eingriffsprüfungseinheit 13.
Die Kontaktrichtungseinstelleinheit 10 ist eine funktionale Einrichtung zum Definieren der zulässigen Kontaktrichtungen, in welchen der Schneidenabschnitt eines Werkzeugs, welches in dem zu analysierenden Bearbeitungsprogramm eingesetzt wird, das Werkstück kontaktieren kann (darf). Die Kontaktrichtungseinstelleinheit 10 kann eine Funktionseinheit sein, welche Definitionen bezüglich zulässiger Kontaktrichtungen für einzelne Werkzeuge zum Einsatz im Bearbeitungsprogramm, welche durch eine Bedienungsperson eingegeben werden, akzeptiert und speichert, oder es kann eine funktionale Einrichtung sein, welche zulässige Kontaktrichtungen, die vorab für die jeweiligen Werkzeuge definiert wurden, aus einem Speicher, einer externen Einrichtung, oder einer anderen Einrichtung in einem Netzwerk ausliest. Andererseits kann die Einstelleinheit 10 eine funktionale Einrichtung sein, welche die beiden obigen Funktionen kombiniert. Die Kontaktierungsrichtungseinstelleinheit 10 gibt Informationen bezüglich der zulässigen Kontaktrichtungen entsprechend den Werkzeugen in Reaktion auf Befehle von der Kontaktrichtungsänderungseinheit 12 aus.
Die Kompensationsrichtungsanalyseeinheit 11 liest sequenziell die Bearbeitungsprogramme aus, gewinnt zunächst den Bearbeitungsprogrammweg und führt sodann eine Kompensation bezüglich des Bearbeitungsprogrammweges aus zur Gewinnung des Werkzeugmittelpunktsweges unter Berücksichtigung des Werkzeugradius. Weiterhin gewinnt die Kompensationsrichtungsanalyseeinheit 11 die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation, welche sich von der Position nach der Kompensation (Werkzeugmittelpunktsweg) zur Position vor der Kompensation (Bearbeitungsprogrammweg) erstreckt, und sie liefert die so gewonnene Kompensationsrichtung an die Eingriffsprüfungseinheit 13. Der Werkzeugmittelpunktsweg unter Berücksichtigung des Werkzeugradius wird mit den bekannten herkömmlichen Verfahren gewonnen. Da ein solches Verfahren als Funktion einer typischen numerischen Steuerung beigegeben ist, kann hier eine Beschreibung weggelassen werden.
Die Kontaktrichtungsänderungseinheit 12 ändert die zulässigen Kontaktrichtungen, wie durch die Kontaktrichtungseinstelleinheit 10 gewonnen, so dass der Stellung des in der entsprechend dem Bearbeitungsprogramm gesteuerten Werkzeugmaschine montierten Werkzeuges gefolgt wird, und liefert die geänderten zulässigen Kontaktrichtungen an die Eingriffsprüfungseinheit 13. Die Stellung des Werkzeuges wird gewonnen auf Basis von Koordinatenwerten der Achsen der Werkzeugmaschine (z.B. der Position einer Linearachse und dem Drehwinkel einer Rotationsachse). Durch Neuausrichtung oder Drehung der zulässigen Kontaktrichtungen für das Werkzeug, welche durch die Kontaktrichtungseinstelleinheit 10 gewonnen werden, werden im drei-dimensionalen Raum auf Basis der auf diese Weise gewonnenen Stellung des Werkzeuges zulässige Kontaktrichtungen gewonnen, welche so geändert werden, dass sie der Stellung des Werkzeuges folgen.
Ist die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation, wie durch die Kompensationsrichtungsanalyseeinheit 11 gewonnen, nicht in den zulässigen Kontaktrichtungen, wie durch die Kontaktrichtungsänderungseinheit 12 gewonnen, enthalten, stellt die Eingriffsprüfungseinheit 13 fest, dass ein anormaler Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück vorliegt. Wird die Erzeugung eines anormalen Eingriffes festgestellt, werden die Bewegungen der Achsen gestoppt, um die Bearbeitung zu beenden, oder das Feststellungsergebnis bezüglich des Eingriffes wird auf einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) oder dergleichen der numerischen Steuerung 1 angezeigt. Die Detektion eines anormalen Eingriffes auf Basis der zulässigen Kontaktrichtungen und der Kompensationsrichtung der Radiuskompensation, welche durch die Erfindung vorgeschlagen werden, können gleichzeitig mit einer herkömmlichen Eingriffsprüfung auf Basis der Koordinatenwerte der Achsen der Werkzeugmaschine und den Formdaten bezüglich eines Werkzstückes, Werkzeuges, Spannvorrichtung und dergleichen, die in einem Speicher (nicht dargestellt) oder dergleichen gespeichert sind, ausgeführt werden.
7 ist ein Flussdiagramm für den Ablauf der Detektion eines anormalen Eingriffes auf Basis der zulässigen Kontaktrichtungen und der Kompensationsrichtung einer Radiuskompensation, welche durch die numerische Steuerung 1 gemäß 6 ausgeführt wird.
[Schritt SA01] Die Kompensationrichtungsanalyseeinheit 11 gewinnt die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation auf Basis des Bearbeitungsprogrammes.
[Schritt SA02] Die Kontaktrichtungsänderungseinheit (bitte kurz checken: heisst sonst Kontaktrichtungsänderungseinheit) 12 gewinnt die momentane Stellung des Werkzeuges auf Basis der Koordinatenwerte der Achsen der Werkzeugmaschine und gewinnt die zulässigen Kontaktrichtungen, die so geändert werden, dass sie der Werkzeugstellung folgen, auf Basis der gewonnenen momentanen Stellung des Werkzeuges und der zulässigen Kontaktrichtungen für das Werkzeug, wie sie durch die Kontaktrichtungseinstelleinheit 10 gewonnen werden.
[Schritt SA03] Die Eingriffsprüfeinheit 13 prüft, ob die in Schritt SA01 gewonnene Kompensationrichtung der Radiuskompensation in den zulässigen Kontaktrichtungen enthalten ist, gemäß Änderung zur Folge auf die Werkzeugstellung nach Schritt SA02. Ist die Kompensationsrichtung der Radiuskompensation in den geänderten zulässigen Kontaktrichtungen enthalten, geht das Verfahren zu Schritt SA04. Wenn nicht, geht das Verfahren zu Schritt SA05.
[Schritt SA04] Die Eingriffsprüfeinheit 13 detektiert, dass der Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück normal ist.
[Schritt SA05] Die Eingriffsprüfeinheit 13 detektiert, dass der Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück anormal ist.
Somit kann die numerische Steuerung 1 gemäß der Erfindung, welche mit dem Stand der Technik eine Eingriffsprüffunktion gemeinsam hat, einen anormalen Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück detektieren, welcher mit den bekannten Techniken nicht detektiert werden konnte, nämlich durch Ausführung eines Detektionsverfahren für einen anormalen Eingriff auf Basis der zulässigen Kontaktrichtungen und der Kompensationsrichtung.
Zwar wurde oben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann in geeigneter Weise abgewandelt und in unterschiedlichen Arten verwirklicht werden.

Claims

Numerische Steuerung zur Detektion eines anormalen Eingriffs zwischen Zielobjekten der Eingriffsprüfung in einer Werkzeugmaschine, einschließlich eines Werkzeuges und eines Werkstückes, auf Basis eines Bearbeitungsprogrammes, wobei die numerische Steuerung aufweist: eine Kontaktrichtungseinstelleinheit zum Einstellen einer zulässigen Kontaktrichtung als derjenigen Richtung, in welcher eine Bewegung des Werkzeuges für einen Kontakt mit dem Werkstück zu dessen Bearbeitung zugelassen ist; eine Kompensationsrichtungsanalyseeinheit zum Analysieren des Bearbeitungsprogrammes zur Gewinnung einer Kompensationsrichtung der Radiuskompensation; eine Kontaktrichtungsänderungseinheit, eingerichtet zum Ändern der zulässigen Kontaktrichtung für das Werkzeug auf Basis einer Stellung des Werkzeuges; und eine Eingriffsprüfeinheit, eingerichtet zur Ausführung einer Eingriffsprüfung zum Detektieren eines anormalen Eingriffs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf Basis der Kompensationsrichtung der Radiuskompensation, wie durch die Kompensationsrichtungsanalyseeinheit gewonnen, und der durch die Kontaktrichtungsänderungseinheit geänderten zulässigen Kontaktrichtung, wobei die Eingriffsprüfeinheit feststellt, dass der Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück anormal ist wenn die Kompensationsrichtung der Radiusrichtung für das Werkzeug nicht in den geänderten zulässigen Kontaktrichtungen enthalten ist.
Numerische Steuerung gemäß Anspruch 1, wobei die zulässige Kontaktrichtung für jeden Typ eines Werkzeuges eingestellt ist.