DE10352815A1 - Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines, Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine, entsprechendes Computerprogramm und korrespondierender Rechner - Google Patents

Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines, Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine, entsprechendes Computerprogramm und korrespondierender Rechner Download PDF

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Abstract

Einem Rechner (7) wird ein Anwendnungsprogramm (4) vorgegeben, das eine Bearbeitung eines Werkstücks (6) durch eine Werkzeugmaschine (1) in Anweisungsschritten beschreibt. Der Rechner (7) ermittelt unter Abarbeitung des Anwendungsprogramms (4) anhand eines Simulationsprogramms (5'', K1...Kn) für eine Steuerung (2) der Werkzeugmaschine (1) schrittweise maschinenabhängige Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine (1). Er ermittelt anhand eines rechnerinternen Modells (M) der Werkzeugmaschine (1) und der ermittelten maschinenabhängigen Steuerbefehle erwartete Istzustände der Werkzeugmaschine (1) und simuliert so die Ausführungen der maschinenabhängigen Steuerbefehle. Das Simulationsprogramm ist als Steuerungssoftware (5'', K1...Kn) der Steuerung (2) ausgebildet. Es ermittelt die maschinenabhängigen Steuerbefehle in Abhängigkeit von einer virtuellen Zeitbasis (14), die von der tatsächlichen Zeit (t) unabhängig ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine. Sie betrifft ferner ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens und einen Rechner zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt. Sie werden von numerischen Steuerungen gesteuert. Die numerischen Steuerungen arbeiten ein Anwenderprogramm ab, das aus Anweisungsschritten besteht, z.B. ein Teileprogramm gemäß DIN 66025 oder DIN 66025+. Das Anwenderprogramm legt dabei z.B. fest, welche Maschinenabläufe, z.B. welche Verfahrbewegungen, vorgenommen werden sollen.
  • Die numerischen Steuerungen weisen als Betriebssystem ein Echtzeitbetriebssystem auf. Sie weisen ferner eine Steuerungssoftware auf. Die Steuerungssoftware bewirkt die Umsetzung der Anweisungsschritte des Anwenderprogramms in maschinenabhängige Steuerbefehle. Das Echtzeitbetriebssystem sorgt dafür, dass diese Umsetzung in Echtzeit erfolgt. Das Echtzeitbetriebssystem und die Steuerungssoftware bilden zusammen den sogenannten Echtzeitkern. Die numerische Steuerung führt das Anwenderprogramm also im Rahmen des Echtzeitkerns aus.
  • Der Echtzeitkern arbeitet, wie bereits der Name sagt, in Echtzeit. Er koordiniert insbesondere Achsbewegungen und sonstige Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine derart, dass die durch das Anwenderprogramm gewünschten Abläufe ausgeführt werden. Der Echtzeitkern bestimmt dabei insbesondere auch den Interpolationstakt und die Interpolationsart. Er hat daher in der Praxis Einfluss z. B. auf den tatsächlichen Bearbeitungsvorgang und die hierfür erforderliche Bearbeitungszeit.
  • Um festzustellen, welche Bearbeitungen z. B. ein Teileprogramm bei einem bestimmten Echtzeitkern an einem Werkstück tatsächlich bewirkt, ist es selbstverständlich möglich, versuchsweise ein Werkstück bearbeiten zu lassen, die Bearbeitung zu überprüfen und sodann gegebenenfalls das Anwenderprogramm zu korrigieren. Es ist aber sofort und ohne Weiteres ersichtlich, dass diese Vorgehensweise zum Ersten zeitaufwändig, zum Zweiten materialaufwändig und zum Dritten kostenintensiv ist.
  • Aus diesem Grund sind Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine bekannt,
    • – wobei einem Rechner ein Anwendungsprogramm vorgegeben wird, welches die von der Werkzeugmaschine zu realisierende Bearbeitung in Anweisungsschritten beschreibt,
    • – wobei der Rechner unter Abarbeitung des Anwendungsprogramms anhand eines Simulationsprogramms für eine Steuerung der Werkzeugmaschine schrittweise maschinenabhängige Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine ermittelt,
    • – wobei der Rechner anhand eines rechnerinternen Modells der Werkzeugmaschine und der ermittelten maschinenabhängigen Steuerbefehle erwartete Istzustände der Werkzeugmaschine ermittelt und so die Ausführung der maschinenabhängigen Steuerbefehle durch die Werkzeugmaschine simuliert.
  • Mit derartigen Simulationsverfahren kann rechnergestützt die Bearbeitung des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine simuliert werden.
  • Im Stand der Technik sind die Simulationsprogramme, anhand derer das Verhalten der Werkzeugmaschine simuliert wird, eigenständige Programme. Sie emulieren, und zwar nicht in Echtzeit und nur mehr oder minder vollständig, die Steuerungssoftware. In der Folge davon weichen die im Rahmen der Simu lationsprogramme ermittelten erwarteten Istzustände mehr oder minder von den Istzuständen ab, welche die Werkzeugmaschine bei der Ausführung des Anwenderprogramms tatsächlich annimmt. Die im Rahmen der Simulationsprogramme erlangten Informationen weisen somit nur eine begrenzte Aussagekraft auf.
  • Weiterhin benötigt das Erstellen der Simulationsprogramme einen erheblichen Programmieraufwand, um sie an neue Funktionalitäten der Steuerungssoftware anzupassen. Die Simulationsprogramme stehen daher, wenn überhaupt, oftmals erst mit einer deutlichen Zeitverzögerung nach dem Erscheinen einer neuen Steuerungssoftware am Markt zur Verfügung.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine zu schaffen, dessen Simulationsprogramm sofort und ohne Weiteres zur Verfügung steht und mittels dessen das Verhalten des Echtzeitkerns naturgetreu nachgebildet werden kann.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Simulationsprogramm als Steuerungssoftware der Steuerung ausgebildet ist und dass das Simulationsprogramm die maschinenabhängigen Steuerbefehle in Abhängigkeit von einer von der tatsächlichen Zeit unabhängigen virtuellen Zeitbasis ermittelt.
  • Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht also darin, als Simulationsprogramm die Steuerungssoftware der Steuerung selbst zu verwenden und lediglich die Zeitbasis entsprechend anzupassen, so dass ein Rechnen in Echtzeit nicht mehr erforderlich ist. Der Steuerungssoftware wird also „vorgegaukelt", sie laufe in Echtzeit ab, obwohl dies tatsächlich nicht der Fall sein muss. Die Zeitbasis kann vielmehr im Rahmen der Rechenleistung des Rechners beliebig gewählt werden. Insbesondere kann sie schneller oder langsamer inkrementiert werden als die tatsächliche Zeit. Auch kann sie bei Bedarf angehalten bzw. unterbrochen werden.
  • In der Praxis beeinflussen nicht nur das Anwenderprogramm und der Echtzeitkern das Verhalten der Werkzeugmaschine, sondern auch – insbesondere elektrische und mechanische – Parameter der Werkzeugmaschine. Beispiele derartiger Parameter sind die Dynamik der Antriebe und die Beschreibung der Kinematik der Werkzeugmaschine. Das Simulationsverfahren arbeitet daher noch genauer, wenn dem Rechner Maschinenparameter vorgegeben werden und der Rechner das rechnerinterne Modell der Werkzeugmaschine an die vorgegebenen Maschinenparameter anpasst.
  • Wenn dem Rechner zusammen mit dem Anwenderprogramm ein Auswahlbefehl für eine von mehreren dem Rechner zugänglichen Steuerungssoftwares vorgegeben wird und der Rechner die durch den Auswahlbefehl bestimmte Steuerungssoftware als Simulationsprogramm verwendet, ist das Simulationsverfahren flexibler handhabbar. Alternativ ist es auch möglich, dass dem Rechner die Steuerungssoftware zusammen mit dem Anwenderprogramm vorgegeben wird.
  • Wenn der Rechner anhand der Gesamtheit der ermittelten erwarteten Istzustände ein Ergebnis der Bearbeitung, z.B, einen ein bearbeitetes Werkstück beschreibenden Datensatz, ermittelt und ausgibt, liefert das Simulationsverfahren Ergebnisse, die von einem Nutzer des Simulationsverfahrens besonders leicht auswertbar sind.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Rechner anhand der ermittelten erwarteten Istzustände erwartete Istwertverläufe von Stellelementen der Werkzeugmaschine ermittelt und ausgibt.
  • Wenn der Rechner anhand der ermittelten erwarteten Istzustände eine Kollisionsprüfung von Stellelementen der Werkzeugmaschine vornimmt und im Falle einer Kollisionsgefahr eine Warnmeldung ausgibt, ist bereits im Vorfeld ein frühzeitiges Erkennen gefährlicher Zustände möglich.
  • Wenn der Rechner das Anwenderprogramm auf formale Fehlerfreiheit prüft und im Falle eines Fehlers eine Fehlermeldung ausgibt, anhand derer der Ort des Fehlers im Anwenderprogramm und/oder die Art des Fehlers erkennbar ist, wird das Erstellen, Prüfen und Testen des Anwenderprogramms auch ohne Probebearbeitung an der Werkzeugmaschine erleichtert.
  • Wenn der Rechner bereits ermittelte erwartete Istzustände bei der Ermittlung neuer maschinenabhängiger Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine und/oder der Ermittlung neuer erwarteter Istzustände der Werkzeugmaschine berücksichtigt, ist eine noch realitätsgetreuere Simulation möglich.
    •
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
  • 1 schematisch eine Werkzeugmaschine und Recheneinrichtungen und
  • 2A und 2B ein Ablaufdiagramm.
  • Gemäß 1 wird eine schematisch dargestellte Werkzeugmaschine 1 von einer numerischen Steuerung 2 (CNC 2) gesteuert. Der numerischen Steuerung 2 wird hierzu z. B. von einem Anwender 3 oder von einem nicht dargestellten Leitrechner ein Anwenderprogramm 4 zugeführt. Das Anwenderprogramm 4 besteht dabei aus Anweisungsschritten, die die von der Werkzeugmaschine 1 zu realisierende Bearbeitung beschreiben. Die Anweisungsschritte können alternativ maschinenabhängig oder maschinenunabhängig sein.
  • Die numerische Steuerung 2 arbeitet das Anwenderprogramm 4 ab. Im Rahmen der Abarbeitung des Anwenderprogramms 4 ermittelt die numerische Steuerung 2 schrittweise maschinenabhängige Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine 1 und steuert die Werkzeugmaschine 1 entsprechend. Dies geschieht im Rahmen eines Echtzeitkerns 5. Der Echtzeitkern 5 besteht aus einem Echtzeitbetriebssystem 5' und einer Steuerungssoftware 5''. Er ist von einem Hersteller der numerischen Steuerung 2 in der numerischen Steuerung 2 hinterlegt worden. Im Rahmen der Abarbeitung des Anwenderprogramms 4 durch die numerische Steuerung 2 wird von der Werkzeugmaschine 1 z. B. ein Werkstück 6 bearbeitet.
  • Um die Bearbeitung des Werkstücks 6 durch die Werkzeugmaschine 1 zu simulieren, ist ein Rechner 7 vorgesehen. Der Rechner 7 ist gemäß 1 eine von der numerischen Steuerung 2 verschiedene Einrichtung 7. Er dient also nicht der Steuerung der Werkzeugmaschine 1.
  • Gemäß 1 weist der Rechner 7 unter anderem einen Massenspeicher 8 auf, z. B. eine Festplatte 8. Auf dem Massenspeicher 8 ist ein Computerprogramm 9 gespeichert. Das Computerprogramm 9 kann dabei, wie in 1 gestrichelt angedeutet, dem Rechner 7 zuvor z.B. über einen Datenträger 10 zugeführt worden sein, auf dem das Computerprogramm 9 in (ausschließlich) maschinenlesbarer Form gespeichert ist. Ein Beispiel eines derartigen Datenträgers 10 ist eine CD-ROM. Das Computerprogramm 9 kann dem Rechner 7 aber auch auf andere Art zugeführt worden sein, z. B. über ein LAN (LAN = local area network) oder das Internet.
  • Mittels eines Aufrufbefehls, der dem Rechner 7 vorgegeben wird, ist das Computerprogramm 9 aufrufbar. Der Aufrufbefehl kann dem Rechner 7 z.B. von einem Benutzer 11 direkt vorgegeben werden. Es ist aber auch eine Vorgabe über eine Rechner-Rechner-Verbindung 12 möglich, z.B. von der numerischen Steuerung 2 aus oder von einem nicht dargestellten anderen Rechner aus. Die Rechner-Rechner-Verbindung 12 kann dabei prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Beispielsweise kann sie als Ethernet, als Internet oder als Telefonverbindung ausgebildet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
  • Bei Aufruf des Computerprogramms 9 führt der Rechner 7 ein Simulationsverfahren für die Bearbeitung des Werkstücks 6 durch die Werkzeugmaschine 1 aus, das nachfolgend in Verbindung mit 2 näher beschrieben wird.
  • Gemäß 2A nimmt der Rechner 7 in einem Schritt S1 über die Rechner-Rechner-Verbindung 12 mehrere Eingaben entgegen.
  • Zunächst nimmt der Rechner 7 im Rahmen des Schrittes S1 über die Rechner-Rechner-Verbindung 12, hier von der numerischen Steuerung 2, das Anwenderprogramm 4 entgegen. Auch eine Vorgabe von einem Leitrechner oder einem PC aus wäre aber möglich.
  • Weiterhin nimmt der Rechner 7 im Rahmen des Schrittes S1 einen Auswahlbefehl Ai entgegen. Der Rechner 7 ist somit in der Lage, eine von mehreren Steuerungssoftwares K1 ... Kn auswählen, die im Massenspeicher 8 hinterlegt und daher dem Rechner 7 bekannt und zugänglich sind. Die im Massenspeicher 8 hinterlegten Steuerungssoftwares K1 ... Kn sind dabei vorzugsweise Bestandteile des Computerprogramms 9. Jede der Steuerungssoftwares K1 ... Kn entspricht 1:1 einer Steuerungssoftware, die auf einer Werkzeugmaschine 1 ablauffähig ist. Eine der Steuerungssoftwares K1 ... Kn, z.B. die Steuerungssoftware K3, entspricht dabei der Steuerungssoftware 5''. Alternativ wäre es im Prinzip aber auch möglich, im Schritt S1 direkt die Steuerungssoftware 5'' der numerischen Steuerung 2 in den Rechner 7 zu laden.
  • Schließlich werden dem Rechner 7 im Rahmen des Schrittes S1 noch Maschinenparameter P wie beispielsweise die Dynamik von Antrieben der Werkzeugmaschine 1 vorgegeben. Die Maschinenparameter P können dabei z. B. in die numerische Steuerung 2 eingespeichert sein. Sie können aber auch vom Anwender 3 oder dem Benutzer 11 manuell vorgegeben werden. Auch eine Vorgabe durch einen Leitrechner ist möglich.
  • In einem Schritt S2 passt der Rechner 7 ein rechnerinternes Modell M der Werkzeugmaschine 1 an die vorgegebenen Maschinenparameter P an. Damit ist das Modell M zur Simulation der Werkzeugmaschine 1 vorbereitet. Auch das Modell M ist vorzugsweise Bestandteil des Computerprogramms 9.
  • Gegebenenfalls können im Rechner 7 auch mehrere Modelle M vorhanden sein. In diesem Fall ist es alternativ oder zusätzlich zum Anpassen des Modells M möglich, dieses entsprechend einer Vorgabe auszuwählen, die dem Rechner 7 über die Rechner-Rechner-Verbindung 12 zugeführt wird.
  • Der Rechner 7 weist einen Zeitgeber 13 (bzw. eine Uhr 13) auf. Der Zeitgeber 13 läuft mit Echtzeit. Er läuft also kontinuierlich, wobei sein Inhalt möglichst genau mit der tatsächlichen Zeit t korrespondiert. Beispielsweise kann der Inhalt des Zeitgebers 13 kontinuierlich anhand des Arbeitstaktes aktualisiert werden, mit dem der Rechner 7 betrieben wird.
  • Der Rechner 7 weist aber ferner noch eine Zeitbasis 14 auf. Die Zeitbasis 14 ist z.B. im Wesentlichen ein Speicherplatz oder ein Register, dessen Inhalt vom Rechner 7 beliebig änderbar ist. Der Inhalt des Speicherplatzes bzw. Registers ist daher unabhängig von der tatsächlichen Zeit t, die durch den Zeitgeber 13 definiert ist. Der Inhalt der Zeitbasis 14 wird aber im Rahmen der Simulation der Ausführung des Anwenderprogramms 4 von der Steuerungssoftware 5'', K1 ... Kn, die zur Ermittlung der maschinenabhängigen Steuerbefehle herangezogen wird, als Zeit interpretiert. Im Ergebnis kann dadurch erreicht werden, dass das Simuiationsprogramm 5'', K1 ... Kn die maschinenabhängigen Steuerbefehle in Abhängigkeit von einer virtuellen Zeitbasis 14 ermittelt, die von der tatsächlichen Zeit t unabhängig ist. Diese Zeitbasis 14 wird in einem Schritt S3 zunächst auf Null gesetzt.
  • In einem Schritt S4 selektiert der Rechner 7 sodann den ersten Anwendungsschritt des Anwenderprogramms 4. Diesen Anwendungsschritt prüft er in einem Schritt S5 auf formale Fehlerfreiheit. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist der Schritt S5 in 2A dabei in zwei Teilschritte S5a und S5b aufgeteilt.
  • Wenn die Prüfung im Schritt S5 keinen Fehler ergeben hat, wird sofort ein Schritt S7 ausgeführt. Im Fehlerfall hingegen wird vor dem Schritt S7 ein Schritt 56 ausgeführt, in dem die Nummer des Anweisungsschritts und der erkannte Fehler gespeichert werden. Somit ist es später möglich, eine Fehlermeldung auszugeben, anhand derer der Ort des Fehlers im Anwenderprogramm 4 (nämlich die Nummer) und die Art des Fehlers (das heißt der erkannte Fehler) erkennbar sind.
  • Im Schritt S7 wird als nächstes die Zeitbasis 14 inkrementiert. In einem Schritt S8 ermittelt sodann der Rechner 7 anhand der heranzuziehenden Steuerungssoftware 5'', K1 ... Kn maschinenabhängige Steuerbefehle für den selektierten Anweisungsschritt des Anwenderprogramms 4. Die Ermittlung erfolgt dabei für den durch die Zeitbasis 14 bestimmten Zeitpunkt.
  • Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ist der Schritt S8 Teil einer mehrfach durchlaufenen Schleife. Denn der Rechner 7 arbeitet die Anweisungsschritte des Anwenderprogramms 4 sequentiell ab. Auch innerhalb der einzelnen Anweisungsschritte erfolgt eine schrittweise Abarbeitung. Der Rechner 7 kann daher bei der Ermittlung der maschinenabhängigen Steuerbefehle insbesondere auch bereits ermittelte erwartete Istzustände der Werkzeugmaschine 1 berücksichtigen, soweit dies erforderlich ist. Beispielsweise kann ein Steuerbefehl von einer zuvor ermittelten erwarteten Geschwindigkeit eines Stellelements der Werkzeugmaschine 1 abhängig sein.
  • In einem Schritt S9 ermittelt der Rechner 7 sodann anhand des rechnerinternen Modells M und der zuvor ermittelten maschi nenabhängigen Steuerbefehle neue erwartete Istzustände der Werkzeugmaschine 1 und speichert diese neu ermittelten erwarteten Istzustände ab. Auch bei der Ermittlung dieser erwarteten Istzustände werden selbstverständlich die bereits ermittelten erwarteten Istzustände berücksichtigt, soweit dies erforderlich ist. Durch das Ermitteln der erwarteten Istzustände der Werkzeugmaschine 1 simuliert der Rechner 7 somit die Ausführung der maschinenabhängigen Steuerbefehle durch die Werkzeugmaschine 1.
  • In einem Schritt S10 prüft der Rechner 7 die ermittelten erwarteten Istzustände auf Kollision. Er prüft auf Grund der ermittelten erwarteten Istzustände also, ob bei der tatsächlichen Ausführung der Steuerbefehle durch die Werkzeugmaschine 1 eine Kollision beweglicher Elemente der Werkzeugmaschine 1 erfolgen würde oder erfolgen könnte. Besteht keine Kollisionsgefahr, wird sofort ein Schritt S12 ausgeführt. Anderenfalls werden in einem Schritt S11 die Nummer des Anweisungsschrittes, die erwarteten Istzustände und eine Kollisionswarnung abgespeichert.
  • Im Schritt S12 aktualisiert der Rechner 7 gemäß 2B entsprechend den ermittelten erwarteten Istzuständen der Werkzeugmaschine 1 einen Datensatz, der Form, Oberflächen und Kanten des Werkstücks 6 beschreibt, wenn das Werkstück 6 tatsächlich durch die Werkzeugmaschine 1 bearbeitet würde. Er ermittelt also nach und nach (und somit anhand der Gesamtheit der ermittelten Istzustände der Werkzeugmaschine 1) ein Ergebnis des Bearbeitungsprozesses.
  • In einem Schritt S13, der ebenfalls der Übersichtlichkeit halber in Teilschritte S13a und S13b aufgeteilt ist, prüft der Rechner 7, ob der jeweilige Anweisungsschritt, dessen Ausführung gerade simuliert wird, bereits vollständig abgearbeitet ist. Wenn der Anweisungsschritt noch nicht vollständig abgearbeitet ist, wird zum Schritt S7 zurückgesprungen. Anderenfalls wird ein Schritt S14 ausgeführt.
  • Im Schritt S14 prüft der Rechner 7, ob der Anweisungsschritt, der nunmehr vollständig abgearbeitet wurde, der letzte Anweisungsschritt des Anwenderprogramms 4 ist. Auch der Schritt S14 ist der besseren Übersichtlichkeit halber in Teilschritte S14a und S14b aufgeteilt. Wenn der abgearbeitete Anweisungsschritt der letzte Anweisungsschritt des Anwenderprogramms 4 war, wird mit einem Schritt S15 fortgefahren. Anderenfalls wird in einem Schritt S16 der nächste Anweisungsschritt des Anwenderprogramms 4 selektiert und zum Schritt S5 zurück gesprungen.
  • Im Schritt S15 gibt der Rechner 7 über die Rechner-Rechner-Verbindung 12 mehrere Informationen an den Nutzer des Computerprogramms 9 aus. In dem gegebenen Beispiel werden die Informationen dabei über die Rechner-Rechner-Verbindung 12 an die numerische Steuerung 2 ausgegeben. Diese kann dann die Informationen z.B. an den Anwender 3 ausgeben. Es sind aber auch andere Datenpfade, z.B. zu einem Leitrechner oder einem PC, denkbar und möglich.
  • Zunächst gibt der Rechner 7 die ermittelten Istwertverläufe aus. Ferner gibt er den Datensatz, der Form, Oberflächen und Kanten des erwarteten Werkstücks 6 beschreibt, aus. Weiterhin gibt er gegebenenfalls die Nummern und die erkannten Fehler aus, soweit er bei der Prüfung gemäß Schritt S5 Fehler erkannt hat. Schließlich gibt er noch die Nummern, die korrespondierenden erwarteten Istwerte und die Kollisionswarnungen aus, soweit er bei der Ausführung des Schrittes S10 Kollisionszustände ermittelt hat.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens ist also eine realitätsgetreue Simulation des Verhaltens der Werkzeugmaschine 1 möglich. Der entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, dass zur Simulation des Bearbeitungsprozesses nicht ein Emulator für die Steuerungssoftware 5'', K1 ... Kn verwendet wird, sondern die Steuerungssoftware 5'', K1 ... Kn selbst. Abweichungen des simu lierten Verhaltens vom tatsächlichen Verhalten der Werkzeugmaschine 1 sind daher prinzipbedingt unmöglich. Ferner ist keine eigenständige Entwicklung eines Emulators erforderlich, da mit der Steuerungssoftware 5'', K1 ... Kn auch das Simulationsprogramm sofort zur Verfügung steht. Schließlich ist es wegen der Nutzung der Rechner-Rechner-Verbindung 12 möglich, dass der Rechner 7 an einem völlig anderen Ort angeordnet ist als die numerische Steuerung 2 und/oder ein Leitrechner für die numerische Steuerung 2. Auch ist wegen der Rechner-Rechner-Verbindung 12 ein Transport der Daten mittels eines physikalischen Datenträgers (CD-ROM usw.) nicht erforderlich.

Claims (14)

  1. Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines Werkstücks (6) durch eine Werkzeugmaschine (1), – wobei einem Rechner (7) ein Anwendungsprogramm (4) vorgegeben wird, welches die von der Werkzeugmaschine (1) zu realisierende Bearbeitung in Anweisungsschritten beschreibt, – wobei der Rechner (7) unter Abarbeitung des Anwendungsprogramms (4) anhand eines Simulationsprogramms (5'' , K1 ... Kn) für eine Steuerung (2) der Werkzeugmaschine (1) schrittweise maschinenabhängige Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine (1) ermittelt, – wobei der Rechner (7) anhand eines rechnerinternen Modells (M) der Werkzeugmaschine (1) und der ermittelten maschinenabhängigen Steuerbefehle erwartete Istzustände der Werkzeugmaschine (1) ermittelt und so die Ausführung der maschinenabhängigen Steuerbefehle durch die Werkzeugmaschine (1) simuliert, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsprogramm als Steuerungssoftware (5'', K1 ... Kn) der Steuerung (2) ausgebildet ist und dass das Simulationsprogramm die maschinenabhängigen Steuerbefehle in Abhängigkeit von einer von der tatsächlichen Zeit (t) unabhängigen virtuellen Zeitbasis (14) ermittelt.
  2. Simulationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner (7) Maschinenparameter (P) vorgegeben werden und dass der Rechner (7) das rechnerinterne Modell (M) der Werkzeugmaschine (1) an die vorgegebenen Maschinenparameter (P) anpasst.
  3. Simulationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner (7) zusammen mit dem Anwenderprogramm (4) ein Auswahlbefehl (Ai) für eine von mehreren dem Rechner (7) zugänglichen Steuerungssoftwares (K1 ... Kn) vorgegeben wird und dass der Rechner (7) die durch den Auswahl befehl (Ai) bestimmte Steuerungssoftware (Ki) als Simulationsprogramm verwendet.
  4. Simulationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner (7) die Steuerungssoftware (5") zusammen mit dem Anwenderprogramm (4) vorgegeben wird.
  5. Simulationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorgaben an den Rechner (7) über eine Rechner-Rechner-Verbindung (12), z.B. das Internet, erfolgen.
  6. Simulationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (7) anhand der Gesamtheit der ermittelten erwarteten Istzustände ein Ergebnis der Bearbeitung, z.B. einen ein bearbeitetes Werkstück (6) beschreibenden Datensatz, ermittelt und ausgibt.
  7. Simulationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (7) anhand der ermittelten erwarteten Istzustände erwartete Istwertverläufe von Stellelementen der Werkzeugmaschine (1) ermittelt und ausgibt.
  8. Simulationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (7) anhand der ermittelten erwarteten Istzustände eine Kollisionsprüfung von Stellelementen der Werkzeugmaschine (1) vornimmt und im Falle einer Kollisionsgefahr eine Warnmeldung ausgibt.
  9. Simulationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (7) das Anwenderprogramm (4) auf formale Fehlerfreiheit prüft und im Falle eines Fehlers eine Fehlermeldung ausgibt, anhand derer der Ort des Fehlers im Anwenderprogramm (4) und/oder die Art des Fehlers erkennbar ist.
  10. Simulationsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgaben vom Rechner (7) über eine Rechner-Rechner-Verbindung (12), z. B. das Internet, ausgegeben werden.
  11. Simulationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (7) bereits ermittelte erwartete Istzustände bei der Ermittlung neuer maschinenabhängiger Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine (1) und/oder der Ermittlung neuer erwarteter Istzustände der Werkzeugmaschine (1) berücksichtigt.
  12. Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm (9) zur Durchführung eines Simulationsverfahrens nach einem der obigen Ansprüche.
  13. Rechner zum Durchführen eines Simulationsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem Massenspeicher (8), auf dem ein Computerprogramm (9) gespeichert ist, so dass bei Aufruf des Computerprogramms (9) von dem Rechner ein Simulationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführbar ist.
  14. Rechner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er nicht als die Werkzeugmaschine (1) steuernder Rechner ausgebildet ist.
DE10352815A 2003-11-12 2003-11-12 Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine und korrespondierender Rechner Expired - Lifetime DE10352815B4 (de)

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