DE10257229A1 - Machine tool control device has data sets in memory that prevent any tool collisions occurring, with one data set input by an operator relating to machine tool conditions and the other generated by a collision prediction device - Google Patents

Machine tool control device has data sets in memory that prevent any tool collisions occurring, with one data set input by an operator relating to machine tool conditions and the other generated by a collision prediction device Download PDF

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Abstract

Machine tool control device has a memory (22) that contains data sets (D1-D5) for controlling machining. The first three relate to the machining path, the fourth is input by an operator and relates to conditions to be adhered to during machining, while the fifth is generated by a prediction device that determines whether the machine tool is likely to exceed the conditions defined in the fourth data set and if so generates the fifth data set to prevent such an exceeding of the working conditions.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, welche eine erste Halteeinrichtung zur Halterung mindestens eines Werkstückes, mindestens ein Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstückes, beispielsweise spanabhebend durch Fräsen oder Drehen, eine zweite Halteeinrichtung zur Halterung des Werkzeuges und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben und Bewegen der ersten und/oder zweiten Halteeinrichtung aufweist, mit einer Speichereinrichtung zur Speicherung von einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten, die Ist-Geometrie des Werkstückes repräsentierenden zweiten Daten und die Ist-Geometrie des Werkzeuges, der Halteeinrichtungen und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden dritten Daten und mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von den ersten Daten. Ferner betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for controlling a machine tool, which has a first holding device for holding at least one workpiece, at least one tool for machining the workpiece, for example, cutting by milling or turning, a second Holding device for holding the tool and a drive device for driving and moving the first and / or second holding device, with a storage device for storing a desired one Sequence of movements of tool and / or workpiece representing first data, the actual geometry of the workpiece representing second data and the actual geometry of the tool, the holding devices and / or other data representing other parts of the machine tool and with a control device for controlling the drive device dependent on from the first dates. The invention further relates to a machine tool with such a device.

Die einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten kann man z.B. durch gezieltes manuelles Verfahren des Werkzeuges und/oder der Halteeinrichtung erhalten. In diesem Zusammenhang sei kurz darauf verwiesen, dass nicht nur das Werkzeug, sondern zusätzlich oder auch stattdessen das Werkstück verfahrbar sein kann, so dass dementsprechend die Halteeinrichtung zur Halterung des Werkzeuges und/oder zur Halterung des Werkstückes bewegbar gelagert und von der Antriebseinrichtung angetrieben wird. Während der manuellen Führung von Werkzeug und/oder Werkstück entlang eines gewünschten Bewegungsablaufes werden die ersten Daten durch entsprechende Sensoren aufgezeichnet, wobei anstelle des Werkzeugs ein das Werkzeug simulierender Sensor, beispielsweise ein geeigneter Taster, in der Spanneinrichtung sitzen kann. Diese Methode war früher vor Einführung der CAM-Berechnung üblich.The desired movement of Tool and / or workpiece representing first data can e.g. through targeted manual procedure of the Get tool and / or the holding device. In this context be briefly pointed out that not only the tool, but additionally or the workpiece instead Can be movable, so that the holding device movable for holding the tool and / or for holding the workpiece stored and driven by the drive device. During the manual guidance of tool and / or workpiece along a desired one The first data are recorded by appropriate sensors recorded, instead of the tool a simulating the tool Sensor, for example a suitable button, in the tensioning device can sit. This method used to be used before CAM calculation common.

Heutzutage werden die ersten Daten üblicherweise durch eine entsprechende Berechnung aufgrund von CAM-berechneten Daten unter Berücksichtigung der mindestens die Geometrie des Werkzeuges, des Werkstückes, der Halteeinrichtungen und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden Daten erzeugt. Zur Erzeugung dieser zweiten und dritten Daten wird die Gesamtanordnung aus Werkzeug, Werkstück, Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine vermessen, wozu beispielsweise geeignete Taster oder andere Digitalisiergeräte verwendet werden können. Alternativ können die zweiten Daten auch mit Hilfe eines CAD-Systems durch Konstruktion erstellt und an die Speichereinrichtung übermittelt werden.Nowadays, the first dates are usually by a corresponding calculation based on CAM-calculated Taking data into account the at least the geometry of the tool, the workpiece, the Holding devices and / or other parts of the machine tool representing Data generated. To generate this second and third data the overall arrangement of tool, workpiece, holding device and / or other parts of the machine tool, for example Suitable buttons or other digitizing devices can be used. alternative can the second data also with the help of a CAD system by construction created and transmitted to the storage device.

Schließlich ist auch eine direkte manuelle Eingabe der ersten, zweiten und/oder dritten Daten in die Speichereinrichtung möglich.After all, is also a direct one manual entry of the first, second and / or third data in the Storage facility possible.

Moderne Werkzeugmaschinen, die eine computergestützte Programmsteuerung aufweisen und hinsichtlich des gewünschten Arbeitsablaufes entsprechend programmierbar sind, verfügen in der Regel über hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Aufgrund dieser hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten sind insbesondere bei einer Kollision des Werkzeuges mit dem Werkstück, der Halteeinrichtung, in der das Werkstück eingespannt ist, und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine die Schäden in der Regel so groß, dass mit der Werkzeugmaschine nicht mehr weitergearbeitet werden kann und aufwendige Reparaturen erforderlich werden.Modern machine tools that use computer-aided program control have and with regard to the desired workflow accordingly are programmable usually about high processing speeds. Because of these high processing speeds are in particular in the event of a collision of the tool with the workpiece Holding device in which the workpiece is clamped, and / or damage to another part of the machine tool as a rule so big that the machine tool can no longer be used and expensive repairs may be required.

Es gibt nun Systeme, die anhand der den gewünschten Bewegungsablauf repräsentierenden ersten Daten und den die Geometrie repräsentierenden zweiten und dritten Daten auf dem Rechenwege eine Simulation durchführen und dabei eine Kollisionsprüfung vornehmen. Wenn bei dieser Simulation eine bei der späteren Bearbeitung zu befürchtende Kollision ermittelt wird, wird im einfachsten Fall auf die Kollisionsgefahr hingewiesen. Bei intelligenteren Systemen wird eine Korrektur des gewünschten Bewegungsablaufes vorgeschlagen oder sogar vorgenommen und werden dementsprechend die ersten Daten korrigiert.There are now systems based on the the wished Representing the sequence of movements first data and the second and third representing the geometry Carry out a simulation on the data and carry out a collision check. If, in this simulation, one is to be feared during later processing Collision is determined, the simplest case is the risk of collision pointed. In more intelligent systems, a correction of the desired Movement sequence proposed or even made and are corrects the first data accordingly.

Wie sich in der Praxis jedoch herausgestellt hat, besteht die Gefahr, dass die während der späteren Bearbeitung herrschende Situation nicht mit der Situation, die die Grundlage bei der Festlegung des gewünschten Bewegungsablaufes bildete, oder mit der entsprechend simulierten Situation übereinstimmt, und zwar beispielsweise aufgrund anderer Werkzeuglängen, anderer Spannpositionen oder sonstiger unbeabsichtigter oder unvorhergesehener Änderungen oder, falls eine Simulation nicht stattfindet, auch aufgrund einer falschen Programmierung. Da während der Bearbeitung die Reaktionszeiten zu kurz sind, ist es für den Bediener unmöglich, dann noch rechtzeitig einzugreifen, um eine Kollision zu verhindern.However, as it turned out in practice, there is a risk that during the later Processing prevailing situation not with the situation that the Formed the basis for determining the desired movement sequence, or matches the corresponding simulated situation, for example due to different tool lengths, other clamping positions or other unintentional or unforeseen changes or, if a simulation does not take place, also based on a wrong programming. There during the response times for processing are too short, it is for the operator impossible, then intervene in time to prevent a collision.

Abgesehen davon, ist bei einer Simulation der Aufwand verhältnismäßig hoch, da die Simulation getrennt vorweg berechnet werden muss.Apart from that, a simulation is the Relatively high effort, since the simulation has to be calculated separately beforehand.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die zuverlässig gewährleisten, dass eine oder mehrere zu definierende Arbeitsbedingungen wie beispielsweise die Vermeidung von Kollision eingehalten werden, ohne dass beispielsweise eine Simulationsberechnung vor dem eigentlichen Betrieb erforderlich ist.It is therefore the task of the present Invention, measures propose that reliably ensure that one or more working conditions to be defined such as the avoidance of collision are observed without, for example a simulation calculation before actual operation is required is.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Erfindung dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Speichereinrichtung zusätzlich zur Speicherung mindestens einer vom Benutzer zu definierenden Arbeitsbedingung als vierte Daten ausgebildet ist, eine Vorhersageeinrichtung vorgesehen ist, die während der Bearbeitung des Werkstückes durch das Werkzeug aufgrund der ersten, zweiten, dritten und vierten Daten ermittelt, ob während der jeweils nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges und/oder Werkstückes eine Verletzung der Arbeitsbedingungen) zu erwarten ist oder nicht, und entsprechende fünfte Daten erzeugt, und die Steuerungseinrichtung zusätzlich in Abhängigkeit von den fünften Daten von der Vorhersageeinrichtung die Antriebseinrichtung derart steuert, dass eine Verletzung der Arbeitsbedingungen) vermieden wird.This object is achieved with the aid of the invention in that, in a device of the type mentioned at the outset, the storage device, in addition to storing at least one working condition to be defined by the user, is designed as fourth data, a prediction device is provided which is operated by the tool during the machining of the workpiece because of the first, two th, third and fourth data determines whether or not a violation of the working conditions) is to be expected during the respectively subsequent movement of the tool and / or workpiece, and corresponding fifth data is generated, and the control device additionally in dependence on the fifth data from the prediction device controls the drive device in such a way that a violation of the working conditions) is avoided.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, dass zuvor definierte Arbeitsbedingungen, wozu vorzugsweise auch die Vermeidung von Kollisionen zählen kann, während der Bearbeitung des Werkstückes zuverlässig eingehalten werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass während des Betriebes der Werkzeugmaschine, also wenn das Werkstück durch das Werkzeug bereits bearbeitet wird, von einer Vorhersageeinrichtung fortlaufend die ersten, zweiten und dritten Daten sowie die ebenfalls in der Speichereinrichtung abgespeicherten vierten Daten, die mindestens eine zuvor definierte Arbeitsbedingung angeben, derart verarbeitet werden, dass hieraus eine Vorhersage darüber getroffen werden kann, ob die Arbeitsbedingungen) eingehalten werden oder nicht. Die Überprüfung der einzelnen Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine erfolgt demnach rechtzeitig kurz vor deren Ausführung durch die Werkzeugmaschine, so dass die Steuereinrichtung noch korrigierend eingreifen kann.The invention offers the possibility that previously defined working conditions, which is why preferably avoiding collisions counts can while the machining of the workpiece reliable be respected. This is achieved according to the invention in that during the Operation of the machine tool, so if the workpiece by Tool is already being processed by a predictor continuously the first, second and third data as well as the same fourth data stored in the storage device, the at least specify a previously defined working condition, processed in this way that a prediction can be made from this whether the working conditions) are observed or not. The review of the individual movements of the machine tool accordingly take place in good time shortly before execution through the machine tool so that the control device is still corrective can intervene.

Durch die Erfindung wird eine vor Beginn der Bearbeitung des Werkstückes und somit vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine separat durchzuführende Simulation überflüssig, was sich sowohl hinsichtlich des Zeitaufwandes als auch hinsichtlich der Kosten positiv auswirkt, da insoweit kein zusätzlicher Arbeitsgang vorab mehr erforderlich ist.By the invention is one before Start of machining the workpiece and thus before the start of the Operation of the machine tool, simulation to be performed separately, what themselves both in terms of time and in terms of Costs have a positive effect since there is no additional work beforehand more is needed.

Im übrigen brauchen die einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück und somit die Soll-Bahn von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten nicht unbedingt vor Beginn der Bearbeitung des Werkstückes und somit vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine in die Speichereinrichtung eingegeben zu werden. Vielmehr kann dies auch alternativ während der Bearbeitung des Werkstückes stattfinden, allerdings dann mit einem zeitlichen Vorsprung, der ausreichend ist, damit die eingegebenen ersten Daten noch rechtzeitig von der Vorhersageeinrichtung und der Steuerungseinrichtung verarbeitet werden können.Otherwise they need a desired sequence of movements of tool and / or workpiece and thus represent the target path of the tool and / or workpiece first data not necessarily before starting the machining of the workpiece and thus before the start of operation of the machine tool in the storage device to be entered. Rather, this can alternatively be done during the Machining of the workpiece take place but then with a lead in time that is sufficient, thus the entered first data from the prediction device in time and the control device can be processed.

Vorzugsweise stoppt die Steuerungseinrichtung den Betrieb der Antriebseinrichtung für den Fall, dass die Vorhersageeinrichtung eine zu erwartende Verletzung der Arbeitsbedingungen) ermittelt.The control device preferably stops the operation of the drive device in the event that the prediction device an expected violation of working conditions).

Außerdem kann für den Fall, dass die Vorhersageeinrichtung für den Fall, dass sie eine zu erwartende Verletzung der Arbeitsbedingungen) ermittelt, zusätzlich die zu erwartende Abweichung ermitteln und die Steuereinrichtung die Antriebseinrichtung derart steuern, dass die Bewegung des Werkzeuges und/oder des Werkstückes unter Berücksichtigung der von der Vorhersageeinrichtung ermittelten Abweichung entsprechend korrigiert wird, so dass die Arbeitsbedingung (wieder) eingehalten wird. Bei dieser Ausführung findet somit während des Betriebes erforderlichenfalls eine Korrektur des Bewegungsablaufes des Werkzeuges und/oder Werkstückes statt, um eine drohende Verletzung der Arbeitsbedingungen) zu vermeiden.In addition, in the event that the predictor for the case that they are an expected violation of working conditions) determined, in addition determine the expected deviation and the control device control the drive device such that the movement of the tool and / or the workpiece considering corresponding to the deviation determined by the prediction device is corrected so that the working condition is met (again) becomes. In this version thus takes place during a correction of the movement if necessary of the tool and / or workpiece to avoid an impending violation of working conditions).

Vorzugsweise sind in der Speichereinrichtung abspeicherbar als Arbeitsbedingungen)

  • – die Grenzen eines zulässigen Arbeitsraumes, innerhalb dessen sich das Werkzeug und/oder Werkstück bewegen dürfen,
  • – Verbot einer Berührung des Werkzeuges mit der ersten Halteeinrichtung und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine und/oder
  • – Verbot einer Berührung des Werkstückes mit der zweiten Halteeinrichtung und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine.
Can preferably be stored in the memory device as working conditions)
  • - the limits of a permissible working space within which the tool and / or workpiece may move,
  • - Prohibition of touching the tool with the first holding device and / or another part of the machine tool and / or
  • - Prohibition of touching the workpiece with the second holding device and / or another part of the machine tool.

Für den Fall, dass unter anderem als Arbeitsbedingung ein Arbeitsraum definiert wird, erkennt selbstverständlich die Steuereinrichtung, ob eine Bearbeitung oder ein anderer Maschinenbefehl ausgeführt wird, der das Verlassen des freigegebenen Arbeitsraumes erfordert, wenn außergewöhnliche Umstände wie beispielsweise ein Werkzeugwechsel es erfordern. Ein erforderlicher Werkzeugwechsel wird selbstverständlich zugelassen. Die Vorhersageeinrichtung überwacht aber während der Bearbeitung online, ob der freigegebene Arbeitsraum eingehalten wird. Bei einer Verletzung hält vorzugsweise die Steuereinrichtung die Werkzeugmaschine an, bevor es zu einer Verletzung kommt.For the case that, among other things, a work space as a working condition the control device recognizes, of course, whether processing or another machine command is being carried out, which requires leaving the released work area if extraordinary circumstances such as changing tools. A required one Tool change is a matter of course authorized. However, the prediction device monitors during the Processing online to determine whether the approved work space is being observed. In case of an injury preferably the control device turns the machine tool on before it an injury occurs.

Ferner sind vorzugsweise in der Speichereinrichtung abspeicherbar als Arbeitsbedingungen)

  • – ein Maximalwert für die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück und/oder
  • – ein Maximalwert für den Materialabtrag durch das Werkzeug am Werkstück.
Furthermore, they can preferably be stored in the memory device as working conditions)
  • - a maximum value for the relative speed between tool and workpiece and / or
  • - a maximum value for the material removal by the tool on the workpiece.

Demnach kann bei entsprechender Wahl der Arbeitsbedingungen mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Vorhersageeinrichtung während der Bearbeitung eine zuverlässige Vorhersage getroffen werden, ob ein zu starker Materialabtrag, wodurch die Gefahr eine Belastung oder sogar der Zerstörung des Werkzeuges entsteht, oder sogar eine Kollision zu befürchten ist, so dass in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Feststellung die Steuerungseinrichtung noch rechtzeitig reagieren kann.Accordingly, with an appropriate choice the working conditions with the help of those provided according to the invention Prediction facility during processing a reliable Prediction can be made as to whether excessive material removal is causing the Danger of stress or even destruction of the tool, or even fear a collision is so dependent from the result of this determination, the control device still can react in time.

Nachdem somit der Benutzer eine beliebige Anzahl von Arbeitsbedingungen definiert und in der Speichereinrichtung abgelegt hat, kann er eine beliebige Anzahl von diesen für eine jeweilige Bearbeitung aktivieren. Durch die Speichereinrichtung hat er die Möglichkeit, die Arbeitsbedingungen fest abzulegen und für verschiedene Bearbeitungen zu nutzen. So muss er diese nicht immer neu eingeben, sondern es ist ausreichend, die für die jeweilige Bearbeitung relevanten Arbeitsbedingungen zu aktivieren oder deaktivieren.After the user has thus defined any number of working conditions and stored them in the storage device, he can activate any number of them for a respective processing. The storage device gives him the option of permanently storing the working conditions and using them for various processing operations. So he does not have to re-enter them, but rather it it is sufficient to activate or deactivate the working conditions relevant to the respective processing.

Bei einer Weiterbildung ist die Speichereinrichtung zusätzlich zur Speicherung mindestens einer vom Benutzer zu definierenden Grenzfläche als sechste Daten ausgebildet, wobei die Steuerungseinrichtung zusätzlich in Abhängigkeit von diesen sechsten Daten die Antriebseinrichtung derart steuert, dass ein Maximalwert für die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück jenseits der Grenzfläche größer als diesseits der Grenzfläche ist. Dabei sollten die sechsten Daten mindestens einen Abschnitt der Oberfläche des Werkstückes vor dessen Bearbeitung definieren. Denn üblicherweise wird der freigegebene Arbeitsraum so definiert, dass er das zu bearbeitende Material, also den Rohling, enthält. Bei dieser Weiterbildung kann als Grenzfläche vorzugsweise die Materialoberfläche des Rohlings vor der Bearbeitung eingegeben werden, wobei der freigegebene Arbeitsraum außerhalb des Rohlings, insbesondere in vertikaler Richtung über dem Rohling, höher als die Materialoberfläche sein kann, um erforderliche Freifahrbewegungen mit höherer Geschwindigkeit, z. B. zum Umsetzen des Werkzeuges von einer Bearbeitungsstelle zur nächsten, ohne Verletzung des Arbeitsraumes zu ermöglichen. In den meisten Fällen bildet die Materialoberfläche des Rohlings eine ebene Fläche, so dass ausreicht, den Wert der vertikal zur Oberfläche gerichteten Koordinate anzugeben.In a further development, the storage device additionally for storing at least one interface to be defined by the user as the sixth Data formed, the control device additionally in dependence The drive device controls these sixth data in such a way that a maximum value for the relative speed between tool and workpiece beyond the interface larger than on this side of the interface is. The sixth data should include at least one section the surface of the workpiece define before editing. Because usually the released Workspace defined so that it contains the material to be processed, the blank, contains. In this development, the material surface of the Blanks are entered before processing, with the released Workspace outside of the blank, especially in the vertical direction above the Blank, higher than the material surface can be to make required free movement at higher speed, z. B. for moving the tool from a machining point next to enable without injury to the work area. In most cases forms the material surface a flat surface of the blank, so that the value of the vertical to the surface is sufficient Specify coordinate.

In der Vorhersageeinrichtung wird vorzugsweise aus den zweiten und dritten Daten ein Modell des Werkzeuges, des Werkstückes, der Halteeinrichtungen und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine sowie beispielsweise auch der Achsen im Arbeitsraum abgebildet.In the prediction facility preferably a model of the tool from the second and third data, of the workpiece, the holding devices and / or other parts of the machine tool as well as, for example, the axes in the work area.

Zweckmäßigerweise führt die Vorhersageeinrichtung eine Vorabsimulation durch, als deren Ergebnis die fünften Daten erzeugt werden. Diese Vorabsimulation findet somit on-line Schritt für Schritt während des Betriebes der Werkzeugmaschine statt, während die herkömmlichen Simulationsverfahren in einem getrennten, zeitaufwendigen Verfahrensschritt vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine stattfanden.Conveniently, the Prediction device through a pre-simulation as a result the fifth Data are generated. This pre-simulation takes place online step for Step during the operation of the machine tool instead of the conventional one Simulation process in a separate, time-consuming process step Start of operation of the machine tool took place.

Eine Weiterbildung dieser Ausführung, bei welcher die ersten Daten eine Folge von den Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden Verfahrbefehlen X1, X2, X3, ..., Xn–1, Xn Xn+1, ..., XN–2, XN–1, XN aufweisen, die im wesentlichen der Reihe nach abgearbeitet werden, zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorhersageeinrichtung die ersten Daten ab einem Verfahrbefehl Xn+m+1, verarbeitet, der um eine vorbestimmte Anzahl m von Verfahrbefehlen in der Folge Verfahrbefehle später auftritt als der von der Steuerungseinrichtung augenblicklich verarbeitete Verfahrbefehl Xn.A further development of this embodiment, in which the first data is a sequence of travel commands X 1 , X 2 , X 3 , ..., X n-1 , X n X n + 1 , .. representing the movement sequence of the tool and / or workpiece. ., X N-2 , X N-1 , X N , which are essentially processed in order, is characterized in that the prediction device processes the first data from a movement command X n + m + 1 , which by a predetermined number m of travel commands in the sequence of travel commands occurs later than the travel command X n currently processed by the control device.

Demnach erfolgt in Bezug auf den von der Steuerungseinrichtung augenblicklich verarbeiteten Verfahrbefehl Xn die Verarbeitung bzw. Vorabsimulation in der Vorhersageeinrichtung stets um eine bestimmte Anzahl m von Verfahrbefehlen im voraus. Dies ist im Hinblick auf die von der Vorhersageeinrichtung benötigte Verarbeitungs- bzw. Rechenzeit sinnvoll, da die bestimmte Anzahl m von Verfahrbefehlen in der Folge der Verfahrbefehle ein entsprechendes Zeitintervall repräsentiert, das zweckmäßigerweise nicht kleiner gewählt werden sollte als die von der Vorhersageeinrichtung benötigte Rechenzeit.Accordingly, with respect to the travel command X n currently processed by the control device, the processing or pre-simulation in the prediction device is always carried out in advance by a certain number m. This makes sense with regard to the processing or computing time required by the prediction device, since the specific number m of travel commands in the sequence of the travel commands represents a corresponding time interval, which should expediently not be chosen shorter than the computing time required by the prediction device.

Außerdem sollte die Vorhersageeinrichtung für die Verarbeitung jeweils eine bestimmte Anzahl von Verfahrbefehlen enthalten. Dabei könnte zweckmäßigerweise diese bestimmte Anzahl von Verfahrbefehlen eine Weglänge repräsentieren, innerhalb derer die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von den dritten Daten von der Vorhersageeinrichtung den Betrieb der Antriebseinrichtung entsprechend zu beeinflussen oder zu stoppen in der Lage ist. Eine solche Weglänge entspricht einem Zeitintervall, das gewöhnlich länger ist als die von der Vorhersageeinrichtung benötigte Verarbeitungszeit.The predictor should also be used for processing each contain a certain number of travel commands. there could expediently this certain number of travel commands represent a path length, within which the control device is dependent on the third data operation of the drive device from the prediction device is able to influence or stop accordingly. A such path length corresponds to a time interval that is usually longer than that of the predictor needed Processing time.

Demnach ist die erwähnte Vorabsimulation insbesondere bei der Abarbeitung von sehr langen Folgen von Verfahrbefehlen von Vorteil, da die in der Vorhersageeinrichtung stattfindende Vorabsimulation on-line vorweg läuft.Accordingly, the above-mentioned pre-simulation is special when processing very long sequences of travel commands from Advantage because the pre-simulation taking place in the prediction device runs online in advance.

Vorzugsweise ist für die Eingabe der zweiten und/oder dritten Daten durch einen Benutzer eine Eingabeeinrichtung vorgesehen, die beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Speicherleseeinrichtung zum Auslesen von Speichermedien aufweisen kann.Preferably for input the second and / or third data by a user an input device provided, for example, a keyboard and / or a memory reader for Read out of storage media can have.

Ferner kann eine Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, die unmittelbar vor der Bearbeitung des Werkstückes durch das Werkzeug die Ist-Geometrie des Werkstückes erfasst und die zweiten Daten erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann außerdem eine Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, die unmittelbar vor der Bearbeitung des Werkstückes durch das Werkzeug die Ist-Geometrie des Werkzeuges, der Halteeinrichtungen und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine erfasst und die dritten Daten erzeugt. Zweckmäßigerweise weist die Erfassungseinrichtung mechanische, elektrische, magnetische und/oder optische Sensoren auf.Furthermore, a detection device be provided by immediately before machining the workpiece the tool records the actual geometry of the workpiece and the second Data generated. Alternatively or additionally, a Detection device may be provided immediately before processing of the workpiece the tool the actual geometry of the tool, the holding devices and / or other parts of the machine tool and the third Data generated. Conveniently, the detection device has mechanical, electrical, magnetic and / or optical sensors.

Vorzugsweise werden die ersten und/oder zweiten Daten in Werkstückkoordinaten eingegeben. Denn gerade die Bearbeitungsprogramme werden üblicherweise in Werkstückkoordinaten programmiert, da zum Zeitpunkt der Programmierung die Aufspannlage des Werkstückes in der Maschine noch nicht bekannt ist.Preferably the first and / or second Data in workpiece coordinates entered. Because the machining programs are usually in workpiece coordinates programmed because at the time of programming the clamping position of the workpiece is not yet known in the machine.

Ferner können die dritten Daten in Maschinenkoordinaten angegeben werden. Sofern die ersten und/oder zweiten Daten in Werkstückkoordinaten angegeben sind, stellt vor der Bearbeitung der Bediener den Bezug zwischen den Werkstückkoordinaten und den Maschinenkoordinaten in der Maschine her.Furthermore, the third data can be in machine coordinates can be specified. If the first and / or second data are specified in workpiece coordinates the operator sets the relationship between the workpiece coordinates and the machine coordinates in the machine.

An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass nicht nur die die Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine und die Werkzeugmaschine selbst, sondern auch ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine im Sinne der vorliegenden Offenbarung jeweils eigenständige Erfindungsaspekte bildenAt this point, for the sake of completeness pointed out that not only the device for controlling a machine tool and the machine tool itself, but also a method for controlling a machine tool in the sense of the present disclosure each form independent aspects of the invention

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Below is a preferred one embodiment the invention with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 die interessierenden Komponenten einer Werkzeugmaschine und einer zugehörigen Steuerung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sowie 1 the components of interest of a machine tool and an associated control in a preferred embodiment as well

2 schematisch in durchgezogenen Linien ein zu bearbeitendes Werkstück und einen Werkzeughalter mit Werkzeug der Werkzeugmaschine von 1 und in gestrichelten Linien die Grenzflächen eines definierten Arbeitsraumes, innerhalb dessen sich das Werkzeug bewegen darf. 2 schematically in solid lines a workpiece to be machined and a tool holder with tool of the machine tool from 1 and in dashed lines the interfaces of a defined work space within which the tool can move.

Wie 1 erkennen lässt, weist die dort schematisch dargestellte Werkzeugmaschine einen üblichen Werkstückhalter 2, in dem ein Werkstück 4 eingespannt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werkstückhalter 2, der gewöhnlich auch als Tisch bezeichnet, beweglich angeordnet und wird von einem Elektromotor 5 angetrieben. Der Werkstückhalter 2 kann je nach Ausführung entlang einer zweidimensionalen Ebene oder innerhalb eines dreidimensionalen Arbeitsraumes verfahrbar ausgebildet sein. Ferner weist die Werkzeugmaschine einen Werkzeughalter 6 auf, an dem ein Spannfutter 8 zur Aufnahme eines Werkzeuges 10 drehbar gelagert ist. Angetrieben wird das Spannfutter 8 von einem Elektromotor 12, der im Werkzeughalter 6 sitzt. Der Werkzeughalter 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in der horizontalen Ebene sowie in vertikaler Richtung und somit innerhalb eines dreidimensionalen Arbeitsraumes verfahrbar; hierzu ist eine entsprechende Antriebseinrichtung vorgesehen, von der in 1 der zugehörige Elektromotor 14 schematisch dargestellt ist. Wichtig ist auf jeden Fall, dass eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug 10 und dem von diesem zu bearbeitenden Werkstück 4 stattfindet. Nicht selten ist auch der Werkstückhalter 2 stationär angeordnet, wodurch sich ein einfacherer Aufbau der Werkzeugmaschine ergibt. Alternativ ist es aber auch denkbar, den Werkzeughalter 6 stationär anzuordnen, während der Werkstückhalter 2 beweglich ausgebildet ist.How 1 reveals, the machine tool shown schematically there has a conventional workpiece holder 2 in which a workpiece 4 is clamped. In the illustrated embodiment, the workpiece holder 2 , which is usually referred to as a table, is movably arranged and is operated by an electric motor 5 driven. The workpiece holder 2 can, depending on the design, be designed to be movable along a two-dimensional plane or within a three-dimensional work space. The machine tool also has a tool holder 6 on which a chuck 8th to hold a tool 10 is rotatably mounted. The chuck is driven 8th from an electric motor 12 in the tool holder 6 sitting. The tool holder 6 is movable in the illustrated embodiment in the horizontal plane and in the vertical direction and thus within a three-dimensional work space; For this purpose, a corresponding drive device is provided, of which in 1 the associated electric motor 14 is shown schematically. It is important in any case that there is a relative movement between the tool 10 and the workpiece to be machined by it 4 takes place. The workpiece holder is also not uncommon 2 arranged stationary, which results in a simpler construction of the machine tool. Alternatively, it is also conceivable for the tool holder 6 Arrange stationary while the workpiece holder 2 is designed to be movable.

Außerdem ist eine Programmsteuerung 20 vorgesehen, die die Werkzeugmaschine entsprechend steuert. Somit handelt es sich bei der dargestellten Werkzeugmaschine um eine CNC-Werkzeugmaschine.There is also a program control 20 provided that controls the machine tool accordingly. Thus, the machine tool shown is a CNC machine tool.

Die Programmsteuerung 20 weist eine Speichereinrichtung 22 auf, an die eine erste Verarbeitungseinrichtung 23 und eine zweite Verarbeitungseinrichtung 24 angeschlossen sind. Die Verarbeitungseinrichtungen 23 und 24 verarbeiten Signale von Sensoren, die den Bewegungsablauf der Werkzeugmaschine und deren Geometrie erfassen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft drei Sensoren 26, 27 und 28 vorgesehen.The program control 20 has a storage device 22 to which a first processing device 23 and a second processing device 24 are connected. The processing facilities 23 and 24 process signals from sensors that record the movement of the machine tool and its geometry. In the illustrated embodiment, three sensors are exemplary 26 . 27 and 28 intended.

Der erste Sensor 26 erfasst die Bewegungen des Werkzeughalters 6 und ist deshalb vorzugsweise an diesem angeordnet. Der zweite Sensor 27 erfasst die Bewegungen des Werkstückhalters 2 und somit des zu bearbeitenden Werkstückes 4. Beispielsweise können die Sensoren 26 und 27 jeweils aus mehreren Inkrementalwinkelgebern bestehen, die die Bewegung in Richtung aller drei Achsen x, y, z eines dreidimensionalen Koordinatensystems erfassen. Die Ausgangssignale der Sensoren 26 und 27 werden in der daran angeschlossenen ersten Verarbeitungseinrichtung 23 so verarbeitet, dass daraus erste Daten D1 entstehen, die den aufgenommenen Bewegungsweg des Werkzeughalters 6 und/oder des Werkstückhalters 2 repräsentieren. Üblicherweise wird der Bewegungsweg durch eine Reihe von diskreten Punkten ausgedrückt, welche jeweils durch Koordinaten des erwähnten dreidimensionalen x, y, z-Koordinatensystem definiert und in den ersten Daten D1 enthalten sind.The first sensor 26 detects the movements of the tool holder 6 and is therefore preferably arranged on this. The second sensor 27 detects the movements of the workpiece holder 2 and thus the workpiece to be machined 4 , For example, the sensors 26 and 27 each consist of several incremental angle encoders that detect the movement in the direction of all three axes x, y, z of a three-dimensional coordinate system. The output signals from the sensors 26 and 27 in the first processing facility connected to it 23 processed in such a way that the first data D1 result from this, the recorded movement path of the tool holder 6 and / or the workpiece holder 2 represent. The movement path is usually expressed by a series of discrete points, which are each defined by coordinates of the three-dimensional x, y, z coordinate system mentioned and are contained in the first data D1.

Mit dem dritten Sensor 28 wird die Ist-Geometrie der Gesamtanordnung aus Werkstückhalter 2, Werkzeughalter 6, Spannfutter 8 und Werkzeug 10 sowie ggf. weiterer in der Figur nicht dargestellter Teile der Werkzeugmaschine erfasst. Der dritte Sensor 28 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als optischer Sensor vorgesehen und besteht beispielsweise aus einem Messlaser oder einer Kamera. Die Ausgangssignale des dritten Sensors 28 werden in der daran angeschlossenen zweiten Verarbeitungseinrichtung 24 zu dritten Daten D3 verarbeitet, die die Geometrie der zuvor erwähnten Anordnung repräsentieren, und zwar beispielsweise durch eine Anzahl von diskreten Punkten, die jeweils durch Koordinaten des dreidimensionalen Koordinatensystems definiert sind. Zusätzlich kann bei Bedarf mit dem dritten Sensor 28 auch die Ist-Geometrie des Werkstückes 4 erfasst und daraus in der zweiten Verarbeitungseinrichtung 24 die Ist-Geometrie des Werkstückes 4 repräsentierende zweite Daten D2 erzeugt werden.With the third sensor 28 becomes the actual geometry of the overall arrangement of the workpiece holder 2 , Tool holder 6 , Chuck 8th and tool 10 and possibly other parts of the machine tool, not shown in the figure. The third sensor 28 is provided in the present exemplary embodiment as an optical sensor and consists, for example, of a measuring laser or a camera. The output signals of the third sensor 28 in the second processing facility connected to it 24 processed to third data D3, which represent the geometry of the aforementioned arrangement, for example by a number of discrete points, each of which is defined by coordinates of the three-dimensional coordinate system. In addition, if necessary, with the third sensor 28 also the actual geometry of the workpiece 4 recorded and from it in the second processing device 24 the actual geometry of the workpiece 4 representing second data D2 are generated.

Die in den ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtungen 23 und 24 erzeugten Daten werden in der Speichereinrichtung 22 gespeichert.Those in the first and second processing facilities 23 and 24 generated data is stored in the storage device 22 saved.

Die Programmsteuerung 20 weist ferner eine Vorausberechnungseinrichtung 30 auf, die an die Speichereinrichtung 22 angeschlossen ist.The program control 20 also has a pre-calculation device 30 on that to the storage device 22 connected.

Ferner enthält die Programmsteuerung 20 noch eine Steuerungseinrichtung 32, an die u.a. die Speichereinrichtung 22 und die Vorausberechnungseinrichtung 30 angeschlossen sind. Die Steuerungseinrichtung 32 steuert die Antriebsmotoren 5, 12 und 14.The program control also contains 20 another control device 32 to which, among other things, the storage device 22 and the precalculator 30 are connected. The control device 32 controls the drive motors 5 . 12 and 14 ,

Schließlich können an die Programmsteuerung 20 noch insbesondere eine Leseeinrichtung 33 zum Einlesen von Daten von mobilen Speichermedien, z. B. ein Disketten- oder CD-Laufwerk oder eine Halbleiterspeicherkartenleseeinrichtung, eine Tastatur 34 und ein Bildschirm-Monitor 36 angeschlossen werden, wobei die Daten von der Leseeinrichtung 33 innerhalb der Programmsteuerung 20 im wesentlichen in die Speichereinrichtung 22 eingegeben und die Signale von der Tastatur 34 innerhalb der Programmsteuerung 20 im wesentlichen an die Speichereinrichtung 22 und die Steuereinrichtung 32 übermittelt werden und der Monitor 36 im wesentlichen Signale von der Speichereinrichtung 22 und der Steuerung 32 zur Anzeige erhält.Finally, the program control 20 especially a reading device 33 for reading data from mobile storage media, e.g. B. a floppy or CD drive or Semiconductor memory card reader, a keyboard 34 and a screen monitor 36 are connected, the data from the reading device 33 within the program control 20 essentially into the storage device 22 entered and the signals from the keyboard 34 within the program control 20 essentially to the storage device 22 and the control device 32 be transmitted and the monitor 36 essentially signals from the storage device 22 and control 32 receives for display.

Nachfolgend wird der Betrieb der zuvor beschriebenen Vorrichtung im Allgemeinen erläutert.The operation of the device described above generally explained.

In die Programmsteuerung 20 werden erste Daten eingegeben, die den gewünschten Bewegungsablauf des Werkzeuges 10 zur Bearbeitung des Werkstückes 4 repräsentieren. Diese Daten werden als erste Daten D1 in der Speichereinrichtung 22 abgespeichert. Die Eingabe kann auf verschiedene Weise erfolgen.In the program control 20 first data are entered, which indicate the desired movement of the tool 10 for machining the workpiece 4 represent. This data is stored as first data D1 in the storage device 22 stored. The entry can be made in different ways.

Zum einen können die ersten Daten von einer externen Quelle in die Speichereinrichtung 22 eingegeben werden, beispielsweise über die Leseeinrichtung 33 oder manuell über die Tastatur 34. Zum anderen können die ersten Daten D1 aber auch auf der Grundlage der CAM-Berechneten Daten, die die Konstruktion des herzustellenden Werkstückes repräsentieren, ermittelt werden, was heutzutage üblicherweise dann der Fall ist, wenn die Möglichkeit einer CAM-Berechnung in einer CAD-Anlage vorhanden ist. Schließlich kann auch in einer Lernphase während der Arbeitsvorbereitung der Werkzeughalter 6 manuell entlang des gewünschten Bewegungsweges verfahren werden, wobei der erste Sensor 26 die gewünschten ersten Daten D1 über die erste Verarbeitungseinrichtung 23 liefert. Die Eingabe gemäß den zuvor beispielhaft beschriebenen Möglichkeiten sollte vorzugsweise vor dem Betrieb der Werkzeugmaschine stattfinden.On the one hand, the first data can be transferred from an external source into the storage device 22 can be entered, for example via the reading device 33 or manually using the keyboard 34 , On the other hand, the first data D1 can also be determined on the basis of the CAM-calculated data, which represent the construction of the workpiece to be produced, which is usually the case today when the possibility of a CAM calculation is available in a CAD system is. Finally, the tool holder can also be used in a learning phase during work preparation 6 be moved manually along the desired path of movement, the first sensor 26 the desired first data D1 via the first processing device 23 supplies. The input according to the possibilities described above by way of example should preferably take place before the machine tool is operated.

Alternativ ist es aber auch denkbar, die ersten Daten D1 während des laufenden Betriebes nacheinander in die Speichereinrichtung 22 einzugeben, wobei dann allerdings die Eingabe mindestens um ein Zeitintervall im voraus stattfinden muss, welches die in der Programmsteuerung 20 benötigte Speicher- und Verarbeitungszeit berücksichtigt.Alternatively, however, it is also conceivable for the first data D1 to be successively fed into the memory device during operation 22 to enter, but then the entry must take place at least by a time interval in advance, which the in the program control 20 required storage and processing time taken into account.

In Abhängigkeit der den ermittelten gewünschten Bewegungsablauf des Werkzeuges 10 repräsentierenden und in der Speichereinrichtung 22 gespeicherten ersten Daten D1 steuert die Steuerungseinrichtung 32 die Antriebsmotoren 5, 12 und 14 entsprechend. Somit folgt die Werkzeugmaschine prinzipiell den ersten Daten D1 während des Betriebes bei Bearbeitung des Werkstückes 4.Depending on the determined desired course of movement of the tool 10 representing and in the storage device 22 stored first data D1 controls the control device 32 the drive motors 5 . 12 and 14 corresponding. The machine tool thus basically follows the first data D1 during operation when the workpiece is being machined 4 ,

Es ist jedoch leider nicht immer gewährleistet, dass die während der späteren Bearbeitung angetroffene Situation mit der ursprünglichen Situation übereinstimmt, die bei der früheren Ermittlung der den gewünschten Bewegungsablauf repräsentierenden ersten Daten D1 angenommen wurde oder zugrunde lag. Dies kann die Ursache beispielsweise in der Wahl anderer Werkzeuglängen, in der Einstellung anderer Spannpositionen oder in sonstigen unbeabsichtigten oder unvorhergesehenen Änderungen bei der Einstellung der Werkzeugmaschine oder ggf. auch in einer falschen Programmierung der Programmsteuerung 20 haben. Dann besteht die Gefahr einer Kollision des Werkzeugs 10 mit dem Werkstück 4 sowie ebenfalls die Gefahr einer unerwünschten Berührung mit dem Werkstückhalter 2 oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine durch das Werkzeug 10 oder auch umgekehrt die Gefahr einer unerwünschten Berührung des Werkstückes 4 mit dem Werkzeughalter 6. Aufgrund der üblichen hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten kann der Bediener bei einer drohenden Kollision meistens nicht mehr eingreifen. Die Reaktionszeiten sind zu kurz. Aufgrund der hohen Verfahrgeschwindigkeiten der Maschine sind bei einer Kollision die Schäden in der Regel so groß, dass mit der Maschine nicht mehr weitergearbeitet werden kann und teuere Reparaturen unausweichlich sind.Unfortunately, however, it is not always guaranteed that the situation encountered during the later processing corresponds to the original situation, which was assumed or was the basis for the earlier determination of the first data D1 representing the desired movement sequence. This can be caused, for example, by the choice of different tool lengths, the setting of other clamping positions or other unintentional or unforeseen changes in the setting of the machine tool or possibly incorrect programming of the program control 20 to have. Then there is a risk of the tool colliding 10 with the workpiece 4 as well as the risk of undesired contact with the workpiece holder 2 or other parts of the machine tool through the tool 10 or, conversely, the risk of undesired contact with the workpiece 4 with the tool holder 6 , Due to the usual high processing speeds, the operator can usually no longer intervene in the event of an impending collision. The response times are too short. Due to the high travel speeds of the machine, the damage in a collision is usually so great that the machine can no longer be used and expensive repairs are inevitable.

Neben dem Verbot einer Berührung des Werkzeuges 10 mit dem Werkstückhalter 2 und/oder einer Berührung des Werkstückes 4 mit dem Werkzeughalter 6 und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine in der zuvor beschriebenen Weise lassen sich alternativ oder zusätzlich in der Speichereinrichtung 22 weitere beliebige Arbeitsbedingungen abspeichern. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um die Definition von Grenzen eines zulässigen Arbeitsraumes, innerhalb dessen sich das Werkzeug 10 und/oder Werkstück 4 bewegen dürfen, die Festlegung eines Maximalwertes für die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug 10 und Werkstück 4 und/oder die Festlegung eines Maximalwertes für den Materialabtrag durch das Werkzeug 10 am Werkstück 4. Die Arbeitsbedingungen sind vom Benutzer zu definieren und werden als vierte Daten D4 in die Speichereinrichtung 22 eingegeben. Die Eingabe erfolgt gewöhnlich über die Leseeinrichtung 33 und/oder die Tastatur 34. Die Festlegung der Arbeitsbedingungen kann vor Beginn oder auch während des Betriebes der Werkzeugmaschine erfolgen. Denkbar ist auch, eine Vielzahl von möglichen Arbeitsbedingungen in der Speichereinrichtung 22 abzuspeichern und dann für den jeweiligen Anwendungsfall die relevanten Arbeitsbedingungen auszuwählen, was üblicherweise mit Hilfe der Tastatur 34 geschieht.In addition to the ban on touching the tool 10 with the workpiece holder 2 and / or touching the workpiece 4 with the tool holder 6 and / or another part of the machine tool in the manner described above can alternatively or additionally in the memory device 22 Save any other working conditions. This is preferably the definition of limits of an allowable working space within which the tool is located 10 and / or workpiece 4 allowed to move, the definition of a maximum value for the relative speed between tools 10 and workpiece 4 and / or the determination of a maximum value for the material removal by the tool 10 on the workpiece 4 , The working conditions are to be defined by the user and are stored as fourth data D4 in the storage device 22 entered. The input is usually made via the reading device 33 and / or the keyboard 34 , The working conditions can be defined before the machine tool starts or during operation. It is also conceivable for a large number of possible working conditions in the storage device 22 save and then select the relevant working conditions for the respective application, which is usually done using the keyboard 34 happens.

In der Vorausberechnungseinrichtung 30 findet nun aufgrund der ersten bis vierten Daten D1 bis D4 eine Prüfung statt, ob während der jeweils nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges 10 und/oder Werkstückes 4 eine Verletzung der Arbeitsbedingungen zu erwarten ist oder nicht. Hierzu wird vorzugsweise in der Vorausberechnungseinrichtung 30 aufgrund der die Geometrie der Gesamtanordnung repräsentierenden zweiten und dritten Daten D2 ein Modell aller relevanten Teile wie Werkstückhalter 2, Werkstück 4, Werkzeughalter 6, Spannfutter 8 und Werkzeug 10 sowie sonstiger kritischer Teile und beispielsweise auch der Achsen in einem dreidimensionalen Raum abgebildet. Ferner werden auch die den Bewegungsablauf des Werkzeuges 10 repräsentierenden ersten Daten D1 in der Vorausberechnungseinrichtung 30 verarbeitet, und zwar vorzugsweise derart, dass auch der Bewegungs-ablauf in dem zuvor erwähnten dreidimensionalen Raum entsprechend abgebildet wird. Daraufhin ermittelt nun die Vorausberechnungseinrichtung 30 während der Bearbeitung des Werkstückes 4 durch das Werkzeug 10, ob während der jeweils nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges 10 und/oder des Werkstückes 4 eine Verletzung der Arbeitsbedingungen zu erwarten ist oder nicht, und übermittelt als Ergebnis dieser Feststellung entsprechende fünfte Daten D5 an die Steuerungseinrichtung 32.In the pre-calculation facility 30 Based on the first to fourth data D1 to D4, a check is now carried out as to whether during the subsequent movement of the tool 10 and / or workpiece 4 a violation of working conditions is expected or not. This is preferably done in the pre-calculation device 30 based on the second and third data D2 representing the geometry of the overall arrangement, a model of all relevant parts such as workpiece holders 2 . workpiece 4 , Tool holder 6 , Chuck 8th and tool 10 as well as other critical parts and for example also the axes in a three-dimensional space. Furthermore, the movement of the tool 10 representing first data D1 in the pre-calculation device 30 processed, preferably in such a way that the movement sequence in the aforementioned three-dimensional space is mapped accordingly. The precalculation device then determines 30 during the machining of the workpiece 4 through the tool 10 whether during the subsequent movement of the tool 10 and / or the workpiece 4 a violation of the working conditions is to be expected or not and, as a result of this determination, transmits corresponding fifth data D5 to the control device 32 ,

In Abhängigkeit von den fünften Daten D5 von der Vorausberechnungseinrichtung 30 korrigiert die Steuereinrichtung 32 die Verfahrbewegung des Werkstückhalters 2 und/oder des Werkzeughalters 6 gegenüber dem als erste Daten D1 in die Speichereinrichtung 22 eingegebenen ursprünglich gewünschten Bewegungsablauf. Insbesondere bei drohender Kollision stoppt die Steuereinrichtung 32 aufgrund der fünften Daten D5 von der Vorausberechnungseinrichtung 30 sogar unverzüglich die Elektromotoren 5, 12 und 14, so dass die Arbeit der Werkzeugmaschine unterbrochen wird.Depending on the fifth data D5 from the pre-calculation device 30 corrects the control device 32 the movement of the workpiece holder 2 and / or the tool holder 6 compared to the first data D1 in the storage device 22 entered originally desired sequence of movements. The control device stops in particular in the event of an impending collision 32 based on the fifth data D5 from the prediction device 30 even the electric motors immediately 5 . 12 and 14 so that the work of the machine tool is interrupted.

Demnach erfolgt die Überprüfung der einzelnen Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine auf Einhaltung der vorher festgelegten und für den augenblicklichen Betrieb der Werkzeugmaschine relevanten Arbeitsbedingungen kurz vor deren Ausführung, so dass die Steuerungseinrichtung 32 noch rechtzeitig reagieren kann, wenn eine drohende Verletzung der Arbeitsbedingungen) und insbesondere eine Kollision aufgrund der Ermittlung durch die Vorausberechnungseinrichtung 30 festgestellt wird. Bei der Berechnung des Materialabtrages kann zwischen Werkstück 4 und anderen Elementen wie beispielsweise Werkstückhalter 2 unterschieden werden. Der Materialabtrag am Werkstück 4 ist grundsätzlich zulässig, während ein festgestellter Materialabtrag durch das Werkzeug beispielsweise am Werkstückhalter 2 wie eine Kollision behandelt wird. Außerdem kann auch die Stärke des Materialabtrages von der Programm-steuerung 20 überwacht werden. Wenn das Werkzeug 10 nämlich zu tief eintaucht, also überlastet und damit brechen würde, so kann dies durch die zuvor beschriebene Überprüfung ebenfalls ermittelt und damit vermieden werden.Accordingly, the individual traversing movements of the machine tool are checked for compliance with the previously defined working conditions relevant to the current operation of the machine tool shortly before they are carried out, so that the control device 32 can still react in time if an impending violation of the working conditions) and in particular a collision due to the determination by the pre-calculation device 30 is detected. When calculating the material removal, there can be between the workpiece 4 and other elements such as workpiece holders 2 be distinguished. The removal of material from the workpiece 4 is fundamentally permissible while a determined material removal by the tool, for example on the workpiece holder 2 how a collision is handled. In addition, the strength of the material removal from the program control 20 be monitored. If the tool 10 namely immersed too deeply, i.e. overloaded and breaking with it, this can also be determined by the previously described check and thus avoided.

Gewöhnlich bestehen die ersten Daten D1 aus einer langen Folge von Verfahrbefehlen, die der Reihe nach abgearbeitet werden müssen, um das Werkstück 4 und das Werkzeug 10 relativ zueinander entsprechend zu verfahren. Diese Folge von Verfahrbefehlen lassen sich beispielsweise darstellen als
X1, X2, X3, ..., Xn, ..., XN–2, XN–1, XN
mit n als ganze Zahl zwischen 1 und einem Maximalwert N. Mathematisch lässt sich die Folge von Verfahrbefehlen auch darstellen als

Figure 00150001
Usually, the first data D1 consist of a long sequence of travel commands, which have to be processed in order around the workpiece 4 and the tool 10 to proceed accordingly in relation to each other. This sequence of travel commands can be represented as, for example
X 1 , X 2 , X 3 , ..., X n , ..., X N – 2 , X N – 1 , X N
with n as an integer between 1 and a maximum value N. Mathematically, the sequence of travel commands can also be represented as
Figure 00150001

Die Verfahrbefehle werden nun der Reihe nach wie durch eine 'Pipeline' von der Speichereinrichtung 22 in die Vorausberechnungseinrichtung 30 und erst dann in die Steuerungseinrichtung 32 geleitet. Dabei können sowohl die Vorausberechnungseinrichtung 30 als auch die Steuerungseinrichtung 32 jeweils mehrere Verfahrbefehle bzw. eine Gruppe von Verfahrbefehlen auf einmal halten. Führt beispielsweise die Steuerungseinrichtung 32 augenblicklich einen Verfahrbefehl X, aus, kann in einem (nicht dargestellten) Pufferspeicher in der Steuerungseinrichtung 32 bereits eine bestimmte Anzahl n von weiteren Verfahrbefehlen zur nachfolgenden Ausführung zwischengespeichert sein. Dadurch ist es erforderlich, dass die Vorausberechnungseinrichtung 30 diejenigen Verfahrbefehle verarbeitet, die nach dem Verfahrbefehl Xn+m folgen, da sich die vorausgegangenen Verfahrbefehle bis zum Verfahrbefehl X, bereits zur Verarbeitung in der Steuerungseinrichtung 32 befinden.The movement commands are now processed in sequence by a 'pipeline' from the storage device 22 into the pre-calculation facility 30 and only then in the control device 32 directed. Both the advance calculation device 30 as well as the control device 32 Hold several travel commands or a group of travel commands at a time. Performs the control device, for example 32 At the moment a movement command X, can be stored in a buffer memory (not shown) in the control device 32 a certain number n of further travel commands may already be temporarily stored for subsequent execution. This requires that the pre-calculation device 30 processes those travel commands that follow after the travel command X n + m , since the previous travel commands up to the travel command X are already being processed in the control device 32 are located.

Ferner sollte die Vorausberechnungseinrichtung 30 stets selbst eine Mindestanzahl k von Verfahrbefehlen selber halten, wenn die Verfahrbefehle sehr kurz sind und ein evtl. erforderliches Anhalten der Werkzeugmaschine nicht innerhalb eines einzigen Verfahrbefehles aufgrund der Weglänge möglich ist. Demnach sollte die Mindestanzahl k von Verfahrbefehlen einer Weglänge entsprechen, innerhalb derer noch eine Korrektur vorgenommen und insbesondere im Falle einer drohenden Kollision die Werkzeugmaschine sicher angehalten werden kann. Somit sind in der Vorausberechnungseinrichtung 30 mindestens die Verfahrbefehle Xn+m+1 bis Xn+m+k enthalten. Der nächste Verfahrbefehl, den die Vorausberechnungseinrichtung 30 von der Speichereinrichtung 22 abruft, ist dann der Verfahrbefehl X+n+m+k+1 Der nächste Verfahrbefehl, den die Vorausberechnungseinrichtung 30 an die Steuerungseinrichtung 32 weitergibt unter Voraussetzung, dass eine Korrektur nicht erforderlich ist, ist der Verfahrbefehl Xn+m+1. Auf diese Weise läuft in der Vorausberechnungseinrichtung 30 eine Simulation sozusagen on-line vorweg.Furthermore, the precalculator should 30 Always keep a minimum number k of travel commands yourself if the travel commands are very short and it may not be possible to stop the machine tool within a single travel command due to the path length. Accordingly, the minimum number k of travel commands should correspond to a path length within which a correction can still be made and, in particular in the event of an impending collision, the machine tool can be stopped safely. Thus, in the pre-calculation device 30 contain at least the movement commands X n + m + 1 to X n + m + k . The next move command that the precalculator 30 from the storage device 22 calls, then the travel command X + n + m + k + 1 is the next travel command that the precalculation device 30 to the control device 32 passes on, provided that a correction is not necessary, the travel command is X n + m + 1 . In this way it runs in the pre-calculation device 30 a simulation on-line, so to speak.

Nachdem zuvor der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung im Allgemeinen erläutert worden ist, wird nachfolgend eine besonders bevorzugte Verfahrensweise beschrieben.After previously operating the described Device generally explained A particularly preferred procedure is described below described.

Bei dieser Variante wird als Arbeitsbedingung insbesondere ein zulässiger Arbeitsraum definiert, innerhalb dessen sich das Werkzeug 10 und/oder Werkstück 4 bewegen dürfen. In 2 sind beispielhaft Grenzflächen I, II und III eines solchen Arbeitsraumes in gestrichelten Linien dargestellt, innerhalb derer das Werkstück 4 stationär angeordnet ist und die vom beweglichen Werkzeug 10 während der Bearbeitung des Werkstückes 4 nicht überschritten werden dürfen. Hierzu gibt der Benutzer über einfache Bedingungen den zulässigen Arbeitsraum für eine Bearbeitung ein. Beispielsweise könnte für die Bewegung in der x-Achse als Bereich x < 100 und in der z-Achse als zusätzlicher Bereich z ≥ 100 eingegeben werden, wie in 2 schematisch gezeigt ist. Damit würde definiert, dass die Werkzeugmaschine in Richtung der x-Achse und der z-Achse nur in dem angegebenen Bereich verfahren darf. Demnach zeigt 2 beispielhaft, dass Grenzflächen wie dort angegebenen Flächen I und II nur durch einen Koordinatengrenzwert definiert werden können, sofern solche Grenzflächen rechtwinkelig zu einer Koordinatenachse liegen sollen. Außerdem können einfache Ebenen über zwei Punkte definiert werden, die parallel zu einer der Koordinatenachsen x, y, z liegen. Beispielsweise kann mit einem ersten Punkt (y = –0/z = 100) und einem zweiten Punkt (y = –100/z = 300) eine Ebene definiert werden, die sich parallel zur x-Achse erstreckt und in 2 beispielhaft als gegenüber der Grenzfläche II und der z-Achse geneigte Grenzfläche III schematisch dargestellt ist, da in diesem Beispiel die x-Werte nicht angegeben sind. Dadurch, dass diese Ebene durch die beiden angegebenen Punkte verläuft, ist sie definiert. Durch einen weiteren Parameter kann angegeben werden, ob der Arbeitsraum oberhalb oder unterhalb (im vorgenannten Beispiel in z-Richtung) für die Bearbeitung freigegeben ist. Ferner ist es denkbar, einfache zylindrische Körper über den Mittelpunkt und einen Radius im Raum zu definieren. Auch können einfache geometrische Körper wie z. B. ein Quader mit Hilfe von x-, y- und z-Koordinaten definiert werden, die einen Bereich angeben, der gesperrt ist, wenn sich beispielsweise ein (nicht dargestelltes) Spannelement in dem sonst freigegebenen Arbeitsraum befindet.In this variant, a permissible working space is defined as the working condition, within which the tool is located 10 and / or workpiece 4 allowed to move. In 2 are exemplary interfaces I , II and III of such a work space shown in dashed lines, in within which the workpiece 4 is stationary and that of the moving tool 10 during the machining of the workpiece 4 must not be exceeded. To do this, the user enters the permissible working space for processing using simple conditions. For example, the movement in the x-axis could be entered as area x <100 and in the z-axis as additional area z ≥ 100, as in 2 is shown schematically. This would define that the machine tool may only move in the direction of the x-axis and the z-axis in the specified range. Accordingly shows 2 exemplary that interfaces as areas specified there I and II can only be defined by a coordinate limit, if such interfaces are to be perpendicular to a coordinate axis. In addition, simple planes can be defined using two points that are parallel to one of the coordinate axes x, y, z. For example, a first point (y = –0 / z = 100) and a second point (y = –100 / z = 300) can be used to define a plane that extends parallel to the x axis and in 2 is shown schematically as an example as the interface III inclined with respect to the interface II and the z-axis, since the x values are not given in this example. The fact that this plane runs through the two specified points defines it. Another parameter can be used to specify whether the work area above or below (in the above example in the z direction) is released for processing. It is also conceivable to define simple cylindrical bodies via the center point and a radius in space. Simple geometric bodies such as B. a cuboid can be defined with the help of x, y and z coordinates, which specify an area that is blocked when, for example, a (not shown) clamping element is located in the otherwise released work space.

So kann eine beliebige Anzahl von Arbeitsbedingungen definiert werden, die als vierte Daten D4 in der Speichereinrichtung 22 hinterlegt werden. Die Arbeitsbedingungen werden entweder im festen Maschinenkoordinatensystem oder auch in Werkstückkoordinaten eingegeben.Any number of working conditions can thus be defined, which is the fourth data D4 in the storage device 22 be deposited. The working conditions are entered either in the fixed machine coordinate system or in workpiece coordinates.

Die Bearbeitungsprogramme und die von diesen verwendeten ersten Daten D1 werden üblicherweise in Werkstückkoordinaten programmiert, da gewöhnlich zum Zeitpunkt der Programmierung die Aufspannlage des Werkstückes 4 in der Werkzeugmaschine nicht bekannt ist. Vor der Bearbeitung stellt der Bediener dann den Bezug zwischen Werkstückkoordinaten und Maschinenkoordinaten in der Werkzeugmaschine her. Dies wird üblicherweise dadurch erreicht, dass das Werkstück 4 in der Werkzeugmaschine mit einem Taster, der in der Figur am Werkzeughalter 6 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 29 versehen ist, oder dem Werkzeug 10 an Bezugskanten oder -fächen oder Bohrungen an- bzw. abgetastet wird, wodurch die Nullpunkte des Werkstückkoordinatensystems in der Werkzeugmaschine ermittelt werden. Auch Verdrehungen des Werkstückes können so gemessen werden. Moderne Steuerungen rechnen während der Bearbeitung mit Hilfe eines solchen Bezuges zwischen Maschinenkoordinatensystem und Werkstückkoordinatensystem die Verfahrbefehle des Bearbeitungsprogramms von Werkstückkoordinaten automatisch in Maschinenkoordinaten um.The machining programs and the first data D1 used by them are usually programmed in workpiece coordinates, since the clamping position of the workpiece is usually at the time of programming 4 is not known in the machine tool. Before machining, the operator then establishes the relationship between workpiece coordinates and machine coordinates in the machine tool. This is usually achieved by the workpiece 4 in the machine tool with a button that in the figure on the tool holder 6 shown in dashed lines and with the reference symbol 29 is provided, or the tool 10 is scanned or scanned on reference edges or surfaces or bores, as a result of which the zero points of the workpiece coordinate system are determined in the machine tool. Twists of the workpiece can also be measured in this way. With the help of such a relationship between the machine coordinate system and the workpiece coordinate system, modern controls automatically convert the travel commands of the machining program from workpiece coordinates to machine coordinates during the machining.

Alternativ können die Werkstücke auch auf (nicht dargestellten) Paletten befestigt werden, die auf einem (ebenfalls nicht dargestellten) Spannfutter auf dem Werkstückhalter 2 (Maschinentisch) hochgenau reproduzierbar stets in der gleichen Position aufgenommen werden. Dann muss nicht vor jeder Bearbeitung der Nullpunkt des Werkstückes 4 in der Werkzeugmaschine ermittelt werden, sondern es kann, wenn die Position des Palettenspannfutters auf dem Werkstückhalter 2 und die Position des Werkstückes 4 relativ zur Palette bekannt ist, auf das Antasten verzichtet werden. Die relative Position des Werkstückes 4 auf der Palette wird über die Leseeinrichtung 33 und/oder die Tastatur 34 einfach eingegeben. Mit diesen Informationen ist ebenfalls der Bezug zwischen Maschinenkoordinaten und Werkstückkoordinaten bezüglich Nullpunkt-verschiebung und/oder Drehlage eindeutig definiert.Alternatively, the workpieces can also be attached to pallets (not shown) on a chuck (also not shown) on the workpiece holder 2 (Machine table) reproducible with high precision always in the same position. Then the zero point of the workpiece does not have to be used before each machining operation 4 can be determined in the machine tool, but it can if the position of the pallet chuck on the workpiece holder 2 and the position of the workpiece 4 relative to the palette is known to be avoided. The relative position of the workpiece 4 on the pallet is over the reading device 33 and / or the keyboard 34 simply entered. With this information, the relationship between machine coordinates and workpiece coordinates with regard to zero point shift and / or rotational position is also clearly defined.

Der Bezug zwischen Maschinenkoordinatensystem und Werkstückkoordinatensystem bezüglich Drehlage und Nullpunktverschiebung während der Bearbeitung ist stets bekannt. Daher können die Bedingungen für den freigegebenen Arbeitsraum sowohl in Werkstück- als auch in Maschinenkoordinaten eingegeben werden. In der Programmsteuerung 20 können beide Koordinatensysteme ineinander umgerechnet und entsprechend verarbeitet werden.The relationship between the machine coordinate system and the workpiece coordinate system with regard to the rotational position and zero point shift during machining is always known. Therefore, the conditions for the released work space can be entered in both workpiece and machine coordinates. In the program control 20 Both coordinate systems can be converted into each other and processed accordingly.

Nachdem der Bediener eine beliebige Anzahl von Bedingungen für den Arbeitsraum in Werkstück- und/oder Maschinenkoordinaten definiert, über die Leseeinrichtung 33 und/oder die Tastatur 34 eingegeben und in der Speichereinrichtung 22 abgelegt hat, kann er eine beliebige Anzahl von diesen für eine jeweilige Bearbeitung aktivieren, was vorzugsweise über die Tastatur 34 geschieht. Durch die Speichereinrichtung 22 hat er die Möglichkeit, die Bedingungen fest abzulegen und für verschiedene Bearbeitungen zu nutzen. So muss er diese nicht immer neu eingeben, sondern es ist ausreichend, die für die jeweilige Bearbeitung relevanten Bedingungen zu aktivieren oder deaktivieren.After the operator defines any number of conditions for the work space in workpiece and / or machine coordinates, via the reading device 33 and / or the keyboard 34 entered and in the storage device 22 has filed, he can activate any number of these for a respective processing, which is preferably done using the keyboard 34 happens. Through the storage device 22 he has the option to save the conditions and use them for various processing. So he does not have to enter them again and again, it is sufficient to activate or deactivate the conditions relevant for the respective processing.

Die beschriebene Eingabe der Arbeitsbedingungen hat gegenüber einer Vermessung mit einer dafür speziell vorgesehenen Erfassungseinrichtung den Vorteil, dass eine solche Erfassungseinrichtung eingespart und die Eingabe sehr schnell und bequem erfolgen kann sowie ggf. in der Speichereinrichtung 22 abgespeicherte Arbeitsbedingungen je nach Anwendungsfall lediglich aktiviert oder deaktiviert werden müssen. Ein solches Vorgehen ist zeitsparend und einfach.The described input of the working conditions has the advantage over a measurement with a specially provided detection device that such a detection device can be saved and the entry can be made very quickly and conveniently and possibly in the storage device 22 stored working conditions only have to be activated or deactivated depending on the application. This is a time-saving and simple procedure.

Natürlich wird in der Programmsteuerung 20 erkannt, ob eine Bearbeitung oder ein anderer Maschinenbefehl ausgeführt wird, der möglicherweise das Verlassen des freigegebenen Arbeitsraumes erfordert, wie beispielsweise bei einem Wechsel des Werkzeugs 10. Ein erforderlicher Werkzeugswechsel wird selbstverständlich zugelassen. Insbesondere mit Hilfe der Vorausberechnungseinrichtung 30 wird in der Programmsteuerung 20 aber während der Bearbeitung online überwacht, ob der freigegebene Arbeitsraum eingehalten wird oder nicht. Bei einer Verletzung stoppt vorzugsweise die Steuerungseinrichtung 32 die Antriebsmotoren 5, 12 und 14 und hält somit die Werkzeugmaschine an, bevor es zu einer Verletzung kommt.Of course, in the program control 20 recognizes whether processing or another machine command is being executed, which may require leaving the released work area, such as when changing the tool 10 , A required tool change is of course permitted. Especially with the help of the pre-calculation device 30 is in the program control 20 but monitors online during processing whether or not the approved work space is maintained. In the event of an injury, the control device preferably stops 32 the drive motors 5 . 12 and 14 and thus stops the machine tool before there is an injury.

Üblicherweise wird der freigegebene Arbeitsraum so definiert, dass er das zu bearbeitende Material, d. h. den Rohling, enthält. Zusätzlich kann der Verlauf der Materialoberfläche des Rohlings vor der Bearbeitung durch den Bediener als sechste Daten D6 eingegeben werden. Ferner sollte der freigegebene Arbeitsraum über dem Rohling in Z-Richtung höher als dessen Materialoberfläche sein, um erforderliche Freifahrbewegungen des Werkzeughalters 6 ohne Verletzung des Arbeitsraumes zu gestatten, wenn beispielsweise das Werkzeug 10 von einer Bearbeitungsstelle zur nächsten umzusetzen ist. In den meisten Fällen wird die Materialoberfläche des Rohlings eine ebene Fläche sein, so dass es ausreicht, nur einen Koordinatenwert wie z. B. den Z-Koordinatenwert der Oberfläche in Maschinen- oder Werkstückkoordinaten anzugeben.Usually, the released workspace is defined so that it contains the material to be processed, ie the blank. In addition, the course of the material surface of the blank can be entered as sixth data D6 by the operator prior to processing. Furthermore, the released working space above the blank in the Z direction should be higher than its material surface in order to allow the tool holder to move freely 6 allow without injury to the work area, for example if the tool 10 is to be implemented from one processing point to the next. In most cases, the material surface of the blank will be a flat surface, so that it is sufficient to use only one coordinate value such as e.g. B. to specify the Z coordinate value of the surface in machine or workpiece coordinates.

Außerdem wird die Geometrie des Werkzeuges 10 und/oder des Werkzeughalters 6 entweder durch Eingabe des Bedieners über die Leseeinrichtung 33 und/oder die Tastatur 34 und/oder mit Hilfe des dritten Sensors 28 und der zweiten Verarbeitungseinrichtung 24 definiert. Die sich während der verschiedenen Bearbeitungen nicht verändernde Geometrie bestimmter Komponenten der Werkzeugsmaschine kann fest in der Speichereinrichtung 22 hinterlegt sein. Weiterhin kann der Bediener die maximale Schnitttiefe, maximale Vorschübe beim Materialeingriff und/oder andere Schnittbedingungen als Arbeitsbedingungen in Form der vierten Daten D4 über die Leseeinrichtung 33 und/oder die Tastatur 34 eingeben. Diese und andere Arbeitsbedingungen können natürlich auch in der Speichereinrichtung 22 hinterlegt sein, und zwar beispielsweise in einer Datenbank für verschiedene Geometrien von Bearbeitungswerkzeugen.Also the geometry of the tool 10 and / or the tool holder 6 either by entering the operator via the reading device 33 and / or the keyboard 34 and / or using the third sensor 28 and the second processing device 24 Are defined. The geometry of certain components of the machine tool that does not change during the various machining operations can be fixed in the memory device 22 be deposited. Furthermore, the operator can use the reading device to determine the maximum cutting depth, maximum feeds during material intervention and / or other cutting conditions as working conditions in the form of fourth data D4 33 and / or the keyboard 34 enter. These and other working conditions can of course also be stored in the storage device 22 be stored, for example in a database for different geometries of machining tools.

Die Vorausberechnungseinrichtung 30 berechnet während der Bearbeitung für die verschiedenen aufeinanderfolgenden Bearbeitungswerkzeuge und die zugehörigen Bearbeitungsprogramme mit Hilfe der ihr bekannten Daten den zu erwartenden Materialabtrag online im Voraus und hält über die Steuereinrichtung 32z. B. bei einer Überschreitung der vom Bediener gesetzten Grenzen für die Schnittbedingungen die Antriebe 5, 12 und 14 und somit die Werkzeugmaschine rechtzeitig an, ehe eine solche Überschreitung stattfindet, oder reduziert entsprechend den vorgegebenen Schnittbedingungen die Parameter wie z. B. den Bearbeitungsvorschub und/oder die Drehzahl des Werkzeuges 10. Genauso kann eine Kollision z. B. zwischen dem Werkzeughalter 6, dem Werkzeug 10 und/oder anderen Elementen der Werkzeugsmaschine einerseits und dem zum Zeitpunkt der Kollision verbleibenden Material des Werkstückes 4 andererseits rechtzeitig vorausberechnet und somit vorhergesagt und dadurch verhindert werden. Die Vorhersage erfolgt online mit Hilfe der Vorausberechnungseinrichtung 30.The prediction facility 30 calculates the expected material removal online in advance for the various successive machining tools and the associated machining programs using the data known to them and holds them via the control device 32z , B. If the limits for the cutting conditions set by the operator are exceeded, the drives 5 . 12 and 14 and thus the machine tool on time before such an overshoot takes place, or reduces the parameters such as B. the machining feed and / or the speed of the tool 10 , Likewise, a collision e.g. B. between the tool holder 6 , the tool 10 and / or other elements of the machine tool on the one hand and the material of the workpiece remaining at the time of the collision 4 on the other hand, calculated in advance and thus predicted and thus prevented. The prediction is made online with the aid of the pre-calculation device 30 ,

Um Bearbeitungsungenauigkeiten wie z. B. Verschleiß und Abdrängung des Werkzeuges 10 etc. zu berücksichtigen, kann die Vorausberechnung in der Vorausberechnungseinrichtung 30 mit einer Sicherheitstoleranz durchgeführt werden, die als weitere Arbeitsbedingung angibt, wie groß der minimale Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 4 und den übrigen Maschinenelementen wie z. B. Werkzeughalter 6 und Werkzeug 10 sein muss, damit gewährleistet bleibt, dass keine Kollision erfolgt. In ähnlicher Weise kann eine Sicherheitstoleranz auch bei der Ermittlung bzw. Definition der Schnittbedingungen berücksichtigt werden.To inaccuracies in processing such. B. Wear and displacement of the tool 10 etc. can be taken into account, the pre-calculation in the pre-calculation device 30 be carried out with a safety tolerance, which specifies as a further working condition how large the minimum distance between the workpiece to be machined 4 and the other machine elements such. B. Tool holder 6 and tool 10 must be ensured to ensure that there is no collision. In a similar way, a safety tolerance can also be taken into account when determining or defining the cutting conditions.

Bei Verletzung einer Arbeitsbedingung und insbesondere bei Verletzung einer Schnittbedingung und/oder des freigegebenen Arbeitsraumes und/oder bei drohender Kollision kann der zugehörige Verfahrbefehl aus dem Bearbeitungsprogramm und die verletzte Arbeitsbedingung auf dem Bildschirm-Monitor 36 angezeigt werden, um dem Bediener eine möglichst einfache Analyse und Behebung des Fehlers darzustellen und zu ermöglichen.If a working condition is violated and in particular if a cutting condition and / or the released work area is violated and / or if there is an imminent collision, the associated travel command from the machining program and the violated working condition can be displayed on the screen monitor 36 are displayed in order to present and enable the operator to analyze and correct the error as simply as possible.

Abschließend sei der guten Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in der beiliegenden Figur die Programmsteuerung 20 nur schematisch als Blockschaltbild dargestellt ist, in dem die Datenströme nur grob skizziert sind. Gewöhnlich weist die Programmsteuerung 20 einen Mikroprozessor auf, der mindestens die Aufgaben der Vorausberechnungseinrichtung 30 und der Steuerungseinrichtung 32 sowie ggf. auch der ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtungen 23 und 24 und weitere hier im einzelnen nicht beschriebene (Berechnungs-)Funktionen übernehmen kann. Auch ist der Anschluss des Monitors 36 nur schematisch angedeutet, da dessen wichtigste Aufgabe darin besteht, die in der Speichereinrichtung 22 abgespeicherten sowie in der Steuerungseinrichtung 32 verarbeiteten Daten anzuzeigen.Finally, for the sake of good order, it should be pointed out that in the attached figure the program control 20 is only shown schematically as a block diagram in which the data streams are only roughly outlined. Program control usually points 20 a microprocessor that performs at least the tasks of the prediction device 30 and the control device 32 and possibly also the first and second processing devices 23 and 24 and can take on further (calculation) functions not described in detail here. Also is the connection of the monitor 36 only indicated schematically, since its most important task is that in the storage device 22 stored as well as in the control device 32 display processed data.

Handelt es sich bei der Werkzeugmaschine um eine Fräsmaschine mit einem als Fräswerkzeug ausgebildeten Werkzeug 10, das um seine Längsachse rotiert und in dreidimensionaler Richtung verfahrbar ist, ist der Werkstückhalter 2 gewöhnlich stationär angeordnet. Im Falle einer dreidimensionalen Bewegbarkeit des Werkstückhalters 2 kann der Werkzeughalter 6 stationär angeordnet sein, was beispielsweise bei Drehbänken der Fall ist. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die im vorliegenden Ausführungsbeispiel schematisch dargestellte Werkzeugmaschine beschränkt, sondern kann für alle Arten von Werkzeugmaschinen Anwendung finden, bei denen eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug stattfindet.If the machine tool is a milling machine with a tool designed as a milling tool 10 , which rotates about its longitudinal axis and can be moved in three-dimensional direction, is the workpiece holder 2 usually arranged stationary. In the case of three-dimensional mobility of the workpiece holder 2 can the tool holder 6 be arranged stationary, which is the case, for example, with lathes. So that is The present invention is not only limited to the machine tool shown schematically in the present exemplary embodiment, but can be used for all types of machine tools in which there is a relative movement between the workpiece and the tool.

Claims (21)

Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, welche eine erste Halteeinrichtung (2) zur Halterung mindestens eines Werkstückes (4), mindestens ein Werkzeug (10) zur Bearbeitung des Werkstückes (4), beispielsweise spanabhebend durch Fräsen oder Drehen, eine zweite Halteeinrichtung (6) zur Halterung des Werkzeuges (10) und eine Antriebseinrichtung (5, 12, 14) zum Antreiben und Bewegen der ersten und/oder zweiten Halteeinrichtung (2, 6) aufweist, mit einer Speichereinrichtung (22) zur Speicherung von einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) repräsentierenden ersten Daten (D1), die Ist-Geometrie des Werkstückes (4) repräsentierenden zweiten Daten (D2) und die Ist-Geometrie des Werkzeuges (10), der Halteeinrichtungen (2, 6) und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden dritten Daten (D3) und mit einer Steuerungseinrichtung (32) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (5, 12, 14) in Abhängigkeit von den ersten Daten (D1), dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (22) zusätzlich zur Speicherung mindestens einer vom Benutzer zu definierenden Arbeitsbedingung als vierte Daten (D4) ausgebildet ist, eine Vorhersageeinrichtung (30) vorgesehen ist, die während der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) aufgrund der ersten, zweiten, dritten und vierten Daten (D1, D2, D3, D4) ermittelt, ob während der jeweils nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges (10) und/oder Werkstückes (4) eine Verletzung der Arbeitsbedingungen) zu erwarten ist oder nicht, und entsprechende fünfte Daten (D5) erzeugt, und die Steuerungseinrichtung (32) zusätzlich in Abhängigkeit von den fünften Daten (D5) von der Vorhersageeinrichtung (30) die Antriebseinrichtung (5, 12, 14) derart steuert, dass eine Verletzung der Arbeitsbedingungen) vermieden wird.Device for controlling a machine tool, which has a first holding device ( 2 ) for holding at least one workpiece ( 4 ), at least one tool ( 10 ) for machining the workpiece ( 4 ), for example machining by milling or turning, a second holding device ( 6 ) for holding the tool ( 10 ) and a drive device ( 5 . 12 . 14 ) for driving and moving the first and / or second holding device ( 2 . 6 ) with a storage device ( 22 ) for storing a desired movement sequence of tools ( 10 ) and / or workpiece ( 4 ) representing first data (D1), the actual geometry of the workpiece ( 4 ) representing second data (D2) and the actual geometry of the tool ( 10 ), the holding devices ( 2 . 6 ) and / or other parts of the machine tool representing third data (D3) and with a control device ( 32 ) to control the drive device ( 5 . 12 . 14 ) as a function of the first data (D1), characterized in that the storage device ( 22 ) in addition to storing at least one working condition to be defined by the user as fourth data (D4), a prediction device ( 30 ) is provided during the machining of the workpiece ( 4 ) through the tool ( 10 ) on the basis of the first, second, third and fourth data (D1, D2, D3, D4) determines whether during the subsequent movement of the tool ( 10 ) and / or workpiece ( 4 ) a violation of the working conditions) is to be expected or not, and corresponding fifth data (D5) are generated, and the control device ( 32 ) additionally depending on the fifth data (D5) from the prediction device ( 30 ) the drive device ( 5 . 12 . 14 ) controls in such a way that a violation of working conditions) is avoided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (32) den Betrieb der Antriebseinrichtung (5, 12, 14) stoppt für den Fall, dass die Vorhersageeinrichtung (30) eine zu erwartende Verletzung der Arbeitsbedingungen) ermittelt.Device according to claim 1, characterized in that the control device ( 32 ) the operation of the drive device ( 5 . 12 . 14 ) stops in the event that the prediction device ( 30 ) an expected violation of working conditions). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhersageeinrichtung (30) für den Fall, dass sie eine zu erwartende Verletzung der Arbeitsbedingungen) ermittelt, zusätzlich die zu erwartende Abweichung von der verletzten Arbeitsbedingung ermittelt und die Steuerungseinrichtung (32) die Antriebseinrichtung (5, 12, 14) derart steuert, dass die Bewegung des Werkzeuges (10) und/oder der Halteeinrichtung (2) unter Berücksichtigung der von der Vorhersageeinrichtung (30) ermittelten Abweichung entsprechend korrigiert wird.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the prediction device ( 30 ) in the event that it determines an expected violation of the working conditions), additionally determines the expected deviation from the violated working condition and the control device ( 32 ) the drive device ( 5 . 12 . 14 ) controls such that the movement of the tool ( 10 ) and / or the holding device ( 2 ) taking into account that of the prediction device ( 30 ) determined deviation is corrected accordingly. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinrichtung (22) als Arbeitsbedingungen) – die Grenzen eines zulässigen Arbeitsraumes, innerhalb dessen sich das Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) bewegen dürfen, – Verbot einer Berührung des Werkzeuges (10) mit der ersten Halteeinrichtung (2) und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine und/oder – Verbot einer Berührung des Werkstückes (4) mit der zweiten Halteeinrichtung (6) und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine abspeicherbar sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the storage device ( 22 ) as working conditions) - the limits of a permissible work space within which the tool ( 10 ) and / or workpiece ( 4 ) may move, - prohibition of touching the tool ( 10 ) with the first holding device ( 2 ) and / or another part of the machine tool and / or - prohibition of touching the workpiece ( 4 ) with the second holding device ( 6 ) and / or another part of the machine tool can be stored. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinrichtung (22) als Arbeitsbedingungen) – ein Maximalwert für die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug (10) und Werkstück (4) und/oder – ein Maximalwert für den Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) abspeicherbar sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the storage device ( 22 ) as working conditions) - a maximum value for the relative speed between tools ( 10 ) and workpiece ( 4 ) and / or - a maximum value for the material removal by the tool ( 10 ) on the workpiece ( 4 ) can be saved. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (22) zusätzlich zur Speicherung mindestens einer vom Benutzer zu definierenden Grenzfläche als sechste Daten (D6) ausgebildet ist und die Steuerungseinrichtung (32) zusätzlich in Abhängigkeit von den sechsten Daten (D6) die Antriebseinrichtung (5, 12, 14) derart steuert, dass ein Maximalwert für die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug (10) und Werkstück (4) jenseits der Grenzfläche größer als diesseits der Grenzfläche ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the storage device ( 22 ) in addition to the storage of at least one interface to be defined by the user as sixth data (D6) and the control device ( 32 ) in addition, depending on the sixth data (D6), the drive device ( 5 . 12 . 14 ) controls such that a maximum value for the relative speed between tool ( 10 ) and workpiece ( 4 ) is larger beyond the interface than this side of the interface. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sechsten Daten (D6) mindestens einen Abschnitt der Oberfläche des Werkstückes (4) vor dessen Bearbeitung definieren.Apparatus according to claim 6, characterized in that the sixth data (D6) at least a portion of the surface of the workpiece ( 4 ) before editing. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorhersageeinrichtung (30) aus den zweiten und dritten Daten (D2, D3) ein Modell des Werkzeuges (10), des Werkstückes (4), der Halteeinrichtungen (2, 6) und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine abgebildet wird.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the prediction device ( 30 ) from the second and third data (D2, D3) a model of the tool ( 10 ), the workpiece ( 4 ), the holding devices ( 2 . 6 ) and / or other parts of the machine tool. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhersageeinrichtung (30) eine Vorabsimulation durchführt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the prediction device ( 30 ) carries out a pre-simulation. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die ersten Daten (D1) eine Folge von den Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) repräsentierenden Verfahrbefehlen (X1, X2, X3, ..., Xn–1, Xn, Xn+1, ..., XN–2, XN–1, XN) aufweisen, die im wesentlichen der Reihe nach abgearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhersageeinrichtung (30) die ersten Daten (D1) ab einem Verfahrbefehl (Xn+m+1) verarbeitet, der um eine bestimmte Anzahl (m) von Verfahrbefehlen in der Folge der Verfahrbefehle später auftritt als der von der Steuerungseinrichtung (32) augenblicklich verarbeitete Verfahrbefehl (Xn).Apparatus according to claim 9, wherein the first data (D1) is a sequence of the movement sequence of the tool ( 10 ) and / or workpiece ( 4 ) representing travel commands (X 1 , X 2 , X 3 , ..., X n – 1 , X n , X n + 1 , ..., X N – 2 , X N – 1 , X N ) that are processed essentially in order, characterized in that the prediction device ( 30 ) processes the first data (D1) from a movement command (X n + m + 1 ) which occurs later than that of the control device by a certain number (m) of movement commands in the sequence of the movement commands ( 32 ) currently processed travel command (X n ). Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher die ersten Daten (D1) eine Folge von den Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) repräsentierenden Verfahrbefehlen (X1, X2, X3, ..., Xn–1, Xn, Xn+1, ..., XN–2, XN–1, XN) aufweisen, die im wesentlichen der Reihe nach abgearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhersageeinrichtung (30) für die Verarbeitung jeweils eine bestimmte Anzahl (k) von Verfahrbefehlen hält.Device according to at least one of the preceding claims, in which the first data (D1) is a sequence of the movement sequence of the tool ( 10 ) and / or workpiece ( 4 ) representing travel commands (X 1 , X 2 , X 3 , ..., X n – 1 , X n , X n + 1 , ..., X N – 2 , X N – 1 , X N ) that are processed essentially in order, characterized in that the prediction device ( 30 ) holds a certain number (k) of travel commands for processing. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Anzahl (k) von Verfahrbefehlen eine Weglänge repräsentieren, innerhalb derer die Steuerungseinrichtung (32) in Abhängigkeit von den fünften Daten (D5) von der Vorhersageeinrichtung (30) den Betrieb der Antriebseinrichtung (5, 12, 14) entsprechend zu beeinflussen in der Lage ist.Apparatus according to claim 11, characterized in that the determined number (k) of travel commands represent a path length within which the control device ( 32 ) depending on the fifth data (D5) from the prediction device ( 30 ) the operation of the drive device ( 5 . 12 . 14 ) is able to influence accordingly. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (33, 34) zur Eingabe der vierten Daten (D4) durch einen Benutzer.Device according to at least one of the preceding claims, characterized by an input device ( 33 . 34 ) for entering the fourth data (D4) by a user. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung eine Tastatur (34) aufweist.Device according to claim 13, characterized in that the input device comprises a keyboard ( 34 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung eine Speicherleseeinrichtung (33) zum Auslesen von Speichermedien aufweist.Device according to claim 13 or 14, characterized in that the input device is a memory reading device ( 33 ) for reading out storage media. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (24, 28), die unmittelbar vor der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) die Ist-Geometrie des Werkstückes (4) erfasst und die zweiten Daten (D2) erzeugt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized by a detection device ( 24 . 28 ) immediately before machining the workpiece ( 4 ) through the tool ( 10 ) the actual geometry of the workpiece ( 4 ) recorded and the second data (D2) generated. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (24, 28), die unmittelbar vor der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) die Ist-Geometrie des Werkzeuges (10), der Halteeinrichtungen (2, 6) und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine erfasst und die dritten Daten (D3) erzeugt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized by a detection device ( 24 . 28 ) immediately before machining the workpiece ( 4 ) through the tool ( 10 ) the actual geometry of the tool ( 10 ), the holding devices ( 2 . 6 ) and / or other parts of the machine tool and the third data (D3) is generated. Vorrichtung nach Anspruch 16 und/oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung mechanische, elektrische, magnetische und/oder optische Sensoren aufweist.Device according to claim 16 and / or 17, characterized characterized in that the detection device mechanical, electrical, has magnetic and / or optical sensors. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Daten (D1) und/oder zweiten Daten (D2) in Werkstückkoordinaten angegeben sind.Device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the first data (D1) and / or second Data (D2) in workpiece coordinates are specified. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Daten (D3) in Maschinenkoordinaten angegeben sind.Device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the third data (D3) are given in machine coordinates are. Werkzeugmaschine mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche.Machine tool with a device according to at least one of the preceding claims.
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