DE19900140A1 - Numerisches Steuergerät, Gerät zum Erzeugen eines numerischen Steuerprogramms und Aufzeichnungsmedium für das Positioniersteuerverfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positioniersteuerverfahren zum Positionieren eines Werkstücks und eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine, derart, daß das Positioniersteuerverfahren einen Schnellverstellungsbefehl aufweist, damit das Werkzeug und/oder das Werkstück zu einer vorgegebenen Position mit maximaler Geschwindigkeit bewegt wird, sowie einen linearen Interpolierbefehl zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks bei Durchführen einer linearen Interpolation. Die vorliegenden Erfindung betrifft auch ein numerisches Steuergerät zum Durchführen des Positioniersteuerverfahrens, ein Gerät zum Erzeugen des numerischen Steuerprogramms für das Ermöglichen des Positioniersteuerverfahrens und ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen eines Programms zum Durchführen des Positioniersteuerverfahrens.

Üblicherweise wird ein Schnellverstellungsbefehl bei einem numerischen Steuergerät (hier nachfolgend als "NC-Gerät" bezeichnet) eingegeben, damit eine Relativposition eines Werkstücks und eines Werkzeugs im Rahmen eines Verarbeitungsverfahrens des Werkstücks durch Steuern einer Werkzeugmaschine durch das NC-Gerät bestimmt wird. Der Schnellverstellungsbefehl bewirkt eine Relativbewegung entweder von dem Werkstück oder dem Werkzeug mit maximaler Geschwindigkeit, und er wird zum schnellen Positionieren des Werkstücks und des Werkzeugs in schneller Weise zum Beschleunigen des Verarbeitungsablaufs eingesetzt. In Japan ist ein Basisbefehlscode des NC-Geräts in JIS-B-6314 definiert. Der Schnellverstellungsbefehl ist als Sequenz eines Befehls nach einem "G00"-Code definiert.

Bei der Positioniersteuerung wird ein Gewicht auf eine abschließende Relativposition des Werkstücks und des Werkzeugs gelegt, und selbstverständlich spielt das Erreichen der Position keine Rolle. Demnach wird bei Eingabe eines Schnellverstellungsbefehls bei dem NC-Gerät unter Hinzufügung einer Zielposition des Werkzeugs und dergleichen das Werkzeug und dergleichen allmählich für eine Bewegung mit maximaler Geschwindigkeit beschleunigt und bei Erreichen der Zielposition zum Stoppen verlangsamt, wie in dem Beschleunigungs-Verzögerungs-Prozeß P1 nach Fig. 6 gezeigt.

Wird ein Befehl "G00X100Y200" (bewege das Werkzeug zu X- =100 mm und Y=200 mm mit einer Schnellverstellung) im Rahmen einer Mehrfachachsen-Positioniersteuerung gesendet, so werden die X-Achsen, die Y-Achsen und die Z-Achsen positionsunabhängig voneinander gesteuert. Zudem wird eine Positionierüberprüfung durchgeführt, bei der ein Vergleich der Zielposition und der tatsächlichen Werkzeugposition nach Abschluß der Positionsverschiebung durchgeführt wird.

Jedoch umfaßt die Positioniersteuerung mit dem Schnellverstellungsbefehl einen Beschleunigungs/Verzögerungs- Prozeß, ausgehend von einem Stillstand zu Maximalgeschwindigkeit und einer Umkehrung hiervon. Demnach erreicht dann, wenn sich das Werkzeug oder dergleichen über eine kurze Distanz bewegt, wie in P1 nach Fig. 6 gezeigt, das Werkzeug oder dergleichen den Verzögerungsprozeß, bevor es die maximale Geschwindigkeit erreicht, und das Werkzeug wird nicht mit ausreichend hoher Geschwindigkeit positioniert.

Weiterhin wird die Positionierüberprüfung durchgeführt, nachdem das Werkzeug und dergleichen in Übereinstimmung mit der Positioniersteuerung des Schnellverstellungsbefehls - wie oben beschrieben - gestoppt ist. Demnach ist eine extra Zeit für das Prüfen erforderlich, wodurch eine längere Zeit dann erforderlich ist, wenn die Bewegungsdistanz kurz ist, so daß das Werkstück nicht mit ausreichend hoher Geschwindigkeit positioniert ist.

Wie oben beschrieben, erreicht die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs oder dergleichen nicht das Maximum und eine Positionsüberprüfung ist bei jedem Stoppunkt dann erforderlich, wenn eine Folge von Schnellverstellungsbefehlen zum Bewegen des Werkzeugs und dergleichen über eine relativ kurze Distanz eingesetzt wird. Demnach besteht eine Grenze für das Beschleunigen der gesamten Verarbeitung des Werkstücks einschließlich der Positioniersteuerung des Werkzeugs und dergleichen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Positioniersteuerverfahrens zum Beschleunigen einer Verarbeitung des Werkstücks, sowie eines numerischen Steuergeräts, eines Geräts zum Erzeugen des numerischen Steuerprogramms und eines Aufzeichnungsmediums zum Durchführen des Positioniersteuerverfahrens.

Gemäß der Aufgabe nützt ein Positioniersteuerverfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks und eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Schnellverstellungsbefehl zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks zu einer vorbestimmten Position mit maximaler Geschwindigkeit und einen linearen Interpolierbefehl zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks bei gleichzeitiger linearer Interpolation. Das Positioniersteuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte zum Setzen eines Vergleichsreferenzwerts in Übereinstimmung mit der Werkzeugmaschine enthält, ferner das Detektieren eines Sollwerts einer Schnellverstellung gemäß dem Schnellverstellungsbefehl, das Vergleichen des Vergleichsreferenzwertes und des Sollwertes, und Bestimmen, ob entweder der Schnellverstellungsbefehl oder der lineare Interpolierungsbefehl ausgeführt werden sollte. In dem Bestimmungsschritt wird der lineare Interpolierungsbefehl dann durchgeführt, wenn der Vergleichsreferenzwert kleiner als der Sollwert ist, und der Stellverstellungsbefehl wird dann durchgeführt, wenn der Sollwert größer als der Vergleichsreferenzwert ist, und in vorgegebener Weise werden entweder der Schnellverstellungsbefehl oder der lineare Interpolierungsbefehl dann durchgeführt, wenn der Vergleichsreferenzwert und der Sollwert gleich sind.

Der obige lineare Interpolierungsbefehl ist einer der Basissteuerbefehle eines NC-Geräts, der in dem Dokument JIS- B-6314 als Folge des Befehls nach dem "G01"-Code definiert ist. Insbesondere wird der Interpolierungsbefehl durchgeführt, indem eine Zielposition (beispielsweise X100Y200) und eine Geschwindigkeit (beispielsweise F20) nach dem G01-Code gesetzt wird. Erreicht das NC-Gerät den linearen Interpolierungsbefehl, so prüft das NC-Gerät einen Werkzeugort, der durch die Daten nach dem G01-Code bestimmt ist, sowie einen tatsächlichen Verarbeitungsort, derart, daß das Werkzeug und dergleichen linear bewegt wird, bei Aufrechterhalten einer Positioniergenauigkeit eines Bewegungspfads, damit die Abweichung dieser Orte innerhalb eines vorgegebenen Zulässigkeitsbereichs gehalten wird.

Der Vergleichsreferenzwert wird durch den obigen Setzschritt gesetzt und wird auf der Grundlage der folgenden Idee bestimmt.

In dem vorliegenden Fall wird das Werkzeug T um 100 mm entlang einer X-Achsenrichtung und um 200 mm entlang einer Y- Achsenrichtung bewegt, und es ist zu positionieren.

• (1) In Übereinstimmung mit einer Bewegung gemäß dem Schnellverstellungsbefehl (G00-Code) wird, wie in Fig. 1 gezeigt, das Werkzeug entlang entweder einem Pfad G0 oder einem Pfad G1 mit maximaler Zuführgeschwindigkeit jeweils des X-Achsenantriebsmechanismus und des X- Achsenantriebsmechanismus bewegt. Erreicht das Werkzeug T eine Position mit der Koordinate X=100 und Y=200, so wird eine Positionierüberprüfung durchgeführt.
• (2) In Übereinstimmung mit einer Bewegung gemäß dem linearen Interpolierungsbefehl (G01-Code) wird das Werkzeug T entlang dem Pfad G1 mit vorgegebener Geschwindigkeit (z. B. F=20) bei gleichzeitiger linearer Interpolierung bewegt. Da sich das Werkzeug T während einer linearen Interpolation bewegt, wird übrigens die Positionsüberprüfung nach dem Erreichen der Zielposition nicht durchgeführt.
• (3) Ob entweder der Schnellverstellungsbefehl oder der lineare Interpolierungsbefehl das Werkzeug T schneller bewegen kann, läßt sich durch Vorhersage einer Bewegungszeit (einschl. einer Positionsüberprüfungszeit für den Schnellverstellungsvorgang) gemäß den jeweiligen Befehlen bestimmen.
• (4) Insbesondere läßt sich der Vergleichsreferenzwert in Übereinstimmung mit der Werkzeugmaschine setzen, für die die Positionssteuerung durchzuführen ist, unter Betrachtung einer Beziehung zwischen einem Bewegungsbereich des jeweiligen Achsenantriebsmechanismus und eines Bewegungsumfangs des Werkzeugs, der über einen Parameter bzw. eine maximale Zuführgeschwindigkeit des jeweiligen Achsenantriebsmechanismus gesetzt ist, sowie der Zeit vor dem Erreichen der maximalen Geschwindigkeit, und ferner dem Parameter zum Setzen des linearen Interpolierungsbefehls usw. Der bestimmte Vergleichsreferenzwerts wird vorzugsweise in dem NC-Gerät und dergleichen zum Steuern der Werkzeugmaschine aufgezeichnet.

Der im Rahmen des Detektionsschritts erfaßte obige Sollwert ist eine Bewegungsgröße der jeweiligen Achsen, der durch den Schnellverstellungsbefehl bestimmt ist. Beispielsweise beträgt der Sollwert 100 für die X-Achse und 200 für die Y- Achse bei einem Schnellverstellungsbefehl von G00X100Y200.

Sind der Vergleichsreferenzwert und der Sollwert gleich, so können der Schnellverstellungsbefehl und der lineare Interpolierungsbefehl optional ausgewählt werden, da die erforderliche Zeit gleich ist, was bedeutet, daß sich dieselbe Wirkung durch Auswahl eines der Befehle erzielen läßt. Ein Mittel zum Bestimmen einer der auszuwählenden Befehle kann ein Programm gemäß der vorliegenden Erfindung sein oder alternativ eine Referenz auf einen Speicherbereich, der in Übereinstimmung mit der Bestimmung von außen gesetzt ist.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung läßt sich im Falle des obigen Bestimmungsschrittes das Werkzeug und dergleichen mit einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit bewegen, indem der Schnellverstellungsbefehl (G00) zu dem linearen Interpolierungsbefehl (G01) dann verändert wird, wenn der durch den Detektionsschritt detektierte Sollwert kleiner als der Vergleichsreferenzwert ist, oder in anderen Worten ausgedrückt dann, wenn sich das Werkzeug und dergleichen nicht mit einer maximalen Geschwindigkeit durch den Schnellverstellungsbefehl (G00) bewegen läßt.

Demnach läßt sich ein Zeitverlust zum Beschleunigen und Verzögern des Werkzeugs und dergleichen vermeiden, wodurch die Positioniersteuerung schnell durchgeführt wird, damit die Verarbeitung des Werkzeugs beschleunigt ist. Da ferner das Werkzeug durch den linearen Interpolierungsbefehl (G01) bewegt wird, wenn die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Werkzeugort und dem tatsächlichen Werkzeugort innerhalb eines vorgegebenen Zulässigkeitsbereichs gehalten wird, ist die Positionierüberprüfung nicht erforderlich, nachdem das Werkzeug die Zielposition erreicht, wodurch die Positioniersteuerung weiter beschleunigt wird.

Nach der obigen Vorgehensweise enthält das Positioniersteuerverfahren vorzugsweise ferner den Schritt zum Auswählen der Tatsache, ob der Setzschritt, der Detektionsschritt, der Vergleichsschritt und der Bestimmungsschritt gestartet oder gestoppt sind.

Durch Bereitstellung des Auswahlschrittes läßt sich ein automatisches Umsetzen des Schnellverstellungsbefehls und des linearen Interpolierungsbefehls gemäß dem oben beschriebenen Positioniersteuerverfahren - bei Bedarf - durchführen. Demnach läßt sich das NC-Gerät flexibler dadurch einsetzen, daß der Prozeß durch das NC-Gerät vereinfacht ist.

Das Positioniersteuerverfahren wird vorzugsweise bei einer Werkzeugmaschine angewandt, bei der die Spindel als eine Rotationsachse des Werkzeugs oder des Werkstücks durch ein Luftlager gehalten wird.

Das Beschleunigen der Verarbeitung des Werkstücks ist ein Gegenstand für eine Werkzeugmaschine, bei der die Spindel als Rotationsachse des Werkzeugs oder des Werkstücks durch das Luftlager gehalten wird, so daß die vorliegende Erfindung hochwirksam ist.

Ferner nützt zum Erzielen der oben genannten Aufgabe ein Positioniersteuerverfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks und eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Schnellverstellungsbefehl zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks zu einer vorgegebenen Position mit maximaler Geschwindigkeit und einem linearen Interpolierungsbefehl zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks bei gleichzeitiger linearer Interpolierung. Das Positioniersteuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte zum Detektieren eines Sollwerts für eine Schnellverstellung durch den Schnellverstellungsbefehl enthält, sowie zum Vorhersagen einer Bewegungszeit gemäß dem Schnellverstellungsbefehl und dem linearen Interpolierungsbefehl auf der Grundlage des Sollwerts und das Bestimmen, daß entweder der Schnellverstellungsbefehl oder der lineare Interpolierungsbefehl durchgeführt wird, durch Vergleichen der Bewegungszeiten.

Im Rahmen der oben beschriebenen Vorhersageschritts wird die Bewegungszeit gemäß dem Schnellverstellungsbefehl und dem linearen Interpolierungsbefehl unter Betrachtung einer Beziehung zwischen einem Bewegungsbereich des jeweiligen Achsenantriebsmechanismus und des Bewegungsumfangs des Werkzeugs vorhergesagt, sowie der maximalen Zuführgeschwindigkeit des jeweiligen Achsenantriebsmechanismus, der Zeit vor dem Erreichen der maximalen Geschwindigkeit und der Parametereinstellung für den linearen Interpolierungsbefehl usw.

Durch Auswählen entweder des Schnellverstellungsbefehls oder des linearen Interpolierungsbefehls wird derjenige, dessen Bewegungszeit kürzer ist, üblicherweise zum Erzielen einer Beschleunigen ausgewählt.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Falle des Vorhersageschrittes die Positioniersteuerung mit hoher Geschwindigkeit wie gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Zusätzlich kann aufgrund der Tatsache, daß ein Setzen des Vergleichsreferenzwerts im Vergleich zu dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, das Positioniersteuerverfahren einfach durchgeführt werden.

Ein numerisches Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung dient zum Durchführen jedes der oben beschriebenen Positioniersteuerverfahren, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß es einen Verarbeitungsprogramm- Eingabebereich zum Eingeben eines Verarbeitungsprogramms zum Steuern eines Werkstücks und eines Werkzeugs enthält, sowie einen Bearbeitungsprogrammprozessor zum Lesen des Bearbeitungsprogramms, das über den Bearbeitungsprogramm- Eingabebereich eingegeben wird, damit ein Steuersignal ausgegeben wird, und einen Ausführungsprozessor zum Ausführen eines der Positioniersteuerverfahren in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm.

Gemäß dem NC-Gerät wird jedes der Positioniersteuerverfahren durchgeführt, in Übereinstimmung mit dem G00-Code des eingegebenen Bearbeitungsprogramms zum Durchführen einer Schnellverstellung.

Ein Gerät zum Erzeugen eines NC-Programms gemäß der vorliegenden Erfindung dient zum Ermöglichen der Durchführung jedes der Positioniersteuerverfahren, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß es einen Bearbeitungsprogrammprozessor zum Erzeugen und Editieren des Bearbeitungsprogramms zum Steuern des Werkstücks und des Werkzeugs enthält, sowie einen Einarbeitungsprozessor zum Durchführen des Einarbeitens jedes Positioniersteuerverfahrens in das Verarbeitungsprogramm, das durch den Bearbeitungsprogrammprozessor erzeugt wird.

Als Gerät zum Erzeugen des NC-Programms läßt sich ein APT- (Automatic Programming Tool)-System zum automatischen Erzeugen des Bearbeitungsprogramms heranziehen, sowie ein Computer, bei dem ein CAD/CAM-System mit einer Umsetzfunktion von Zeichnungsdaten auf einen Bildschirm zu einem Bearbeitungsprogramm installiert ist, und dergleichen mehr. Alternativ kann ein NC-Gerät, in dem ein CAD-System installiert ist und das eine Bearbeitungsprogramm- Generierfunktion aufweist, ebenfalls angepaßt werden.

Gemäß dem Gerät zum Erzeugen des NC-Programms läßt sich aufgrund der Tatsache, daß jedes der Positioniersteuerverfahren zum Ausführen in das Bearbeitungsprogramm durch den Einarbeitungsprozessor eingearbeitet wird, das oben beschriebene Positioniersteuerverfahren durch das NC-Gerät durchführen, unabhängig von der Einstellung des NC-Geräts für das einzugebende Bearbeitungsprogramm, wodurch dessen Anwendungsbereich erheblich verbessert ist.

Ein Aufzeichnungsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Programm zum Ausführen jedes der Positioniersteuerverfahren hieraufaufgezeichnet ist.

Das Aufzeichnungsmedium betrifft ein Aufzeichnungsmedium, das durch ein NC-Gerät und ein Gerät zum Erzeugen eines NC- Programms wie einem Computer lesbar ist, das auch ein sogenanntes NC-Band mit einer Informationsöffnung aufweist, die auf einem Papierband gebildet ist, sowie ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, wie eine Hard-Disk oder eine Floppy- Disk, ein optisches Aufzeichnungsmedium wie eine CD-ROM und eine CR-R (Compact Disk Recordable), einen Blitzlichtspeicher (flash memory) und dergleichen.

Information zum Verwalten von Programmgruppen, wie eine Versionsinformation und ein Name eines Programmierers, und Information in Abhängigkeit von einem OS-System (Operating System) auf der Seite des Programmlesens, z. B. ein Icon zum unterscheidbaren Anzeigen des Programms bei dem OS-System, kann auf dem Aufzeichnungsmedium sowie in dem Hauptprogramm zum Durchführen des oben beschriebenen Positioniersteuerverfahrens aufgezeichnet werden. Ferner lassen sich ein Programm zum Installieren zahlreicher Programme mit dem Programm zum Durchführen des Positioniersteuerverfahrens bei dem Computer sowie ein Programm zum Dekomprimieren des Installierungsprogramms auf dem Aufzeichnungsmedium aufzeichnen.

Gemäß dem Aufzeichnungsmedium läßt sich das Programm bei zahlreichen NC-Geräten über das Aufzeichnungsmedium installieren, wodurch die Anwendbarkeit des oben beschriebenen Programms verbessert ist. Enthält das Aufzeichnungsmedium die OS-Information, das Installierungsprogramm, das Dekomprimierprogramm usw., so läßt sich der Installierschritt vereinfachen, wodurch ferner die Anwendbarkeit des Programms verbessert ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht von oben zum Darstellen eines Bewegungsorts eines Werkzeugs zum Erläutern einer Wirkung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Werkzeugmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht zum Darstellen eines Spindelkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Struktur eines NC-Geräts gemäß der bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Flußdiagramm zum Darstellen eines Positioniersteuerverfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform; und

Fig. 6 einen Graph zum Darstellen einer Bewegungsgeschwindigkeitsänderung gemäß einem Schnellverstellungsbefehl in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik.

Die Fig. 2 zeigt eine spezifische Ansicht zum Darstellen einer Werkzeugmaschine, bei der ein Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Werkzeugmaschine durch ein NC-Gerät gesteuert, und sie weist eine Basis 1 auf, sowie einen Maschinenkörper 11, der auf der Basis 1 montiert ist, und ein NC-Gerät 41 als Steuervorrichtung eines Antriebs des Maschinenkörpers 11.

Der Maschinenkörper 11 besteht aus einem Bett 12, das auf der oberen Seite der Basis 1 durch einen Einebner (Engl.: leveler) oder dergleichen montiert ist, einen Tisch 13, der an einer oberen Seite des Betts 12 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Y-Achsenrichtung) bewegbarerweise vorgesehen ist, ein Säulenpaar 14 und 15, das aufrecht an beiden Seiten des Betts 12 abgesetzt ist, einen Querschenkel 16, der sich zwischen den oberen Abschnitten der Säulen 14 und 15 erstreckt, einen entlang dem Querschenkel 16 vorgesehenen Schieber 17, der beweglich entlang der Rechts- und der Linksrichtung (X-Achsenrichtung) vorgesehen ist, einen Spindelkopf 18, der bei dem Schieber 17 in Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Achsenrichtung) hebbarerweise vorgesehen ist, einen Spritzschutz 19, der einen Vorderteil zwischen der Säule 14 und 15 abdeckt, dessen Innenseite sichtbar ist und der sich in Aufwärts- und Abwärtsrichtung öffnen und schließen läßt, mit dem oberen Ende hiervon als Hebelstütze bzw. Hebelunterlage.

Das Bett 12 weist einen Y-Achsenantriebsmechanismus 21 auf, der den Tisch 13 entlang einer Y-Achsenrichtung bewegt, begleitet durch eine (nicht gezeigte) Führung zum Führen des Tisches 13. Ein Zuführschraubenmechanismus, bestehend aus einem Motor und einer Zuführschraubenwelle, die durch den Motor gedreht wird, wird als Y-Achsenantriebsmechanismus 21 eingesetzt.

Die seitliche Form der jeweiligen Spalten 14 und 15 ist näherungsweise dreieckförmig mit einem breiteren unteren Abschnitt als oberen Abschnitt konfiguriert. Demnach ist der untere Abschnitt stabil genug, um das Erzeugen einer Schwingung selbst dann zu vermeiden, wenn ein sich mit hoher Geschwindigkeit drehender Spindelkopf 14 eingesetzt wird.

Der Querschenkel 16 weist zwei Führungsleisten 23 auf, damit der Schieber 17 beweglich geführt wird, sowie als X- Achsenantriebsmechanismus 25 zum Bewegen des Schiebers 17 entlang der X-Achsenrichtung.

Der Schieber 17 weist eine (nicht gezeigte) Führung zum Führen des Spindelkopfs 18 entlang der Z-Achsenrichtung sowie ein Z-Achsenantriebsmechanismus 25 zum Anheben des Spindelkopfs 18 entlang der Z-Achsenrichtung auf. Als Y- Achsenantriebsmechanismus 21 setzen die Antriebsmechanismen 24 und 25 ebenfalls einen Zuführschraubenmechanismus ein, der aus einem Motor sowie eine durch den Motor gedrehte Zuführschraubenwelle besteht.

Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht der Spindelkopf 18 aus einem luftlagerunterstützten Spindelkopf. Insbesondere besteht der Spindelkopf 18 aus einem luftlagerunterstützten Spindelkopf mit einem Gehäuse 31, das hebbar an dem Querschenkel 16 vorgesehen und durch den Z-Achsenantriebsmechanismus 25 angehoben wird, sowie einer parallel zu der Z-Achsenrichtung an dem Gehäuse 31 gehaltenen Spindel 35, die über die Luftlager 32, 33 und 34 drehbar ist und eine Umrandung 35A bei halber Länge hiervon aufweist, und einen Motor 36 für den Drehantrieb der Spindel 35. Die Spindel 35 läßt sich mit hoher Geschwindigkeit von 30000 bis 50000 U/min (rpm) drehen.

Mehrere Luftblasöffnungen 37 zum Blasen von Luft zu der Spindel 35 entlang einer Richtung rechtwinklig zu der Achse der Spindel sind an einer Innenseite der zugeordneten Luftlager 32, 33 und 34 gebildet. Die durch die Luftblasöffnungen 35 eingeblasene Luft bildet eine Radiallagerung zum Halten der Spindel 35 entlang einer Radialrichtung. Eine andere Gruppe von Luftblasöffnungen 38 zum Blasen von Luft zu der Umrandung 35A der Spindel 35 sind an einer Endseite des zugeordneten Luftlager 33 und 34 jeweils gegenüberliegend ein Achsenrichtung gebildet. Die durch die Luftblasöffnungen 38 eingeblasene Luft bildet eine Kugelspur- bzw. Drucklager zum Halten der Spindel 35 in einer Schubrichtung. Übrigens bezeichnet in der Fig. 2 das Bezugszeichen 39 einen Luftzufuhrdurchgang zum Bereitstellen von Luft bei den jeweiligen Luftblasöffnungen 37 und 38, das Bezugszeichen 40 bezeichnet einen Luftauslaßdurchgang und T ein Drehwerkzeug wie einen Schaftfräser (Engl.: end mill).

Wie in Fig. 4 gezeigt, weist das NC-Gerät einen Eingangsbereich 42, einen RAM-Speicher 43, einen ROM-Speicher 44, eine CPU-Einheit 45 und einen Servomotorantrieb 46 auf.

Der Eingangsbereich 42 enthält ein NC-Bandlesegerät, eine Tastatur, eine Netzwerkkommunikationsvorrichtung und dergleichen. Ein Bearbeitungsprogramm 61 wird ausgehend von dem Eingabebereich 42 eingegeben.

Der RAM-Speicher 43 ist ein Speicherbereich, in dem das Bearbeitungsprogramm 61 und Parameter zum Steuern zahlreicher NC-Geräte gespeichert sind. Übrigens wird elektrische Energie dem RAM-Speicher 43 durch eine Batterie oder dergleichen zugeführt, sowie durch eine Energiequelle des gesamten NC- Geräts 41, wodurch vermieden wird, daß gespeicherte Daten durch eine Energieunterbrechung bei dem NC-Gerät 41 verloren werden.

Der ROM-Speicher 44 ist ein Speicherbereich, in dem ein Speichercode des NC-Geräts 41 gespeichert ist. Insbesondere sind in dem ROM-Speicher 44 Steuercodes gespeichert, z. B. als Vorbereitungsfunktionswort (G-Code) mit einem Schnellverstellungsbefehl (G00-Code) und einem linearen Interpolierungsbefehl (G01-Code) sowie ein Werkzeugfunktionswort (T-Code) und ein verschiedenes Funktionswort (M-Code) zum Anweisen einer spezifischen Aktion an die Werkzeugmaschine.

Die CPU-Einheit 45 nützt den Steuercode in dem ROM-Speicher 44, speichert Daten, die zeitweise in einem Bereich des RAM- Speichers 43 zu speichern sind, während dem Auslegen des Bearbeitungsprogramms 61, das in dem RAM-Speicher 43 gespeichert ist, und berechnet, einen Bewegungsbefehl auf der Grundlage des ausgelesenen Bearbeitungsprogramms 61 für die Ausgabe an der Servomotorantrieb 46.

Der an den Servomotorantrieb 46 ausgegebene Bewegungsbefehl wird zu dem X-Achsenantriebsmechanismus 24, den Y- Achsenangtriebsmechanismus 21 und den Z- Achsenantriebsmechanismus 25 über eine Kommunikationsleitung 47 übertragen, und zwar zum Betätigen eines Servomotors 48, der an der Innenseite vorgesehen ist, auf der Grundlage des Bewegungsbefehls.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein Codierer 49 zum Prüfen des tatsächlich durch den Servomotor 48 erreichten Bewegungsortes bei dem X-Achsenantriebsmechanismus 24, dem Y- Achsenantriebsmechanismus 21 und dem Z- Achsenantriebsmechanismus 25 vorgesehen. Der tatsächliche Bewegungsort des X-Achsenantriebsmechanismus 24, des Y- Achsenantriebsmechanismus 21 und des Z- Achsenantriebsmechanismus 25 wird zu der CPU-Einheit 45 über den Servomotorantrieb 46 übertragen. Ein Abweichen zwischen dem Ort des Werkzeugs auf der Grundlage des Bewegungsbefehls und des tatsächlichen Bewegungsorts wird über eine Anzeige 62 für die Beobachtung durch einen Betreiber angezeigt.

Das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in Übereinstimmung mit einem Programm 80 durchgeführt, das anhand eines in Fig. 5 gezeigten Flußdiagramms dargestellt ist.

Das Programm 80 weist einen Einstellabschnitt 81 zum Setzen eines Vergleichsreferenzwerts auf, sowie einen Detektionsabschnitt 82 zum Detektieren eines Befehlswerts, einen Vergleichsabschnitt 83 zum Vergleichen des Vergleichsreferenzwerts und des Befehlswerts und einen Bestimmungsabschnitt 84 zum Anweisen einer Bewegung des Werkzeugs T auf der Grundlage von Vergleichsergebnissen des Vergleichsabschnitts 83. Übrigens ist das Programm 80 in dem ROM-Speicher 44 gespeichert, und es wird durch die CPU- Einheit 45 gleichzeitig mit dem Start des NC-Geräts 41 aufgerufen.

Ein spezifischer Schritt zum Durchführen des Programms 80 in dem NC-Gerät 21 zum Antreiben des X-Achsenantriebsmechanismus 24 und des Y-Achsenantriebsmechanismus 21 des Maschinenkörpers 11 wird nachfolgend beschrieben.

• (1) Der Vergleichsreferenzwert wird vorab gesetzt, durch Einstellen des Abschnitts 81, und der gesetzte Wert wird in dem Parameterbereich des RAM-Speichers 43 gespeichert. Übrigens wird der Vergleichsreferenzwert unter Betrachtung einer Beziehung zwischen einem Bewegungsbereich der zugeordneten Achsenantriebsmechanismen 21 und 24 und eines Bewegungsumfangs des Werkzeugs T, der als Parameter gesetzt ist, bestimmt, ferner einer maximalen Zuführgeschwindigkeit des G00-Codes, einer Zeitperiode vor dem Erreichen der maximalen Geschwindigkeit und von Parameter zum Setzen des linearen Interpolierungsbefehls usw. Bei der oben beschriebenen Werkzeugmaschine wird der Vergleichsreferenzwert zu 20 sowohl für die X-Achsen- als auch die Y-Achsenrichtung gesetzt.
• (2) Beispielsweise dann, wenn das Werkzeug T in X- Achsenrichtung um 100 mm und in Y-Achsenrichtung um 200 mm bewegt wird, weist das Bearbeitungsprogramm 61 einen hierin eingeschriebenen Positioniersteuerbefehl von G00X100Y200 als Eingabe für den Eingabebereich 42 des NC-Geräts 41 auf.
• (3) Der Detektionsabschnitt 82 detektiert einen X- Achsenrichtungs-Bewegungsumfang von 100 und einen Y- Achsenrichtungs-Bewegungsumfang von 200 anhand des Steuercodes von G00X100Y200 als Sollwert.
• (4) Der Vergleichsabschnitt 83 vergleicht den Vergleichsreferenzwert von 20 mit dem Sollwert von 100 und 200.
• (5) Gemäß dem Vergleichsergebnis des Vergleichsabschnitts 83 bestimmt der Bestimmungsabschnitt, welcher von dem Schnellverstellungsbefehl (G00) und dem linearen Interpolierungsbefehl (G01) zum Bewegen des Werkzeugs T eingesetzt werden sollte. In dem vorliegenden Fall ist es aufgrund der Tatsache, daß der Vergleichsreferenzwert kleiner sowohl für die X-Achsenrichtung als auch die Y-Achsenrichtung ist, bekannt, daß das Werkzeug T gemäß dem Schnellverstellungsbefehl (G00) bewegt werden sollte. Demnach wird das Werkzeug T gemäß dem G00-Code entlang der Bewegungsorte G0 oder G01, die in Fig. 1 gezeigt sind, zu einer Position von X=100 mm und Y=200 mm bewegt, und eine Positionierüberprüfung wird durchgeführt, um zu bestätigen, ob die Abweichung zwischen der Position des Werkzeugs T und der Eingabekoordinate innerhalb einem vorgegebenen Bereich liegt.
• (6) Wird andererseits das Werkzeug T 10 mm entlang der X- Achsenrichtung und 19 mm entlang der Y-Achsenrichtung bewegt, so wird das Bearbeitungsprogramm 61 in ähnlicher Weise bei dem Eingabebereich 42 eingegeben, mit einem Positioniersteuerbefehl von G00X10Y19.
• (7) Der Vergleichsreferenzwert und der Sollwert werden durch den Detektionsabschnitt 82 ähnlich verglichen, und der Vergleichsabschnitt 83 und der Bestimmungsabschnitt 84 bestimmen, ob der G00-Code durchgeführt werden sollte oder der G01-Code anstelle des G00-Codes durchgeführt werden sollte. Im vorliegenden Fall wird aufgrund der Tatsache, daß X10 und Y19 kleiner als der Vergleichsreferenzwert von 20 sind, der G01-Code zum Festlegen der Positioniersteuerung eingesetzt. Demnach wird das Werkzeug T zu der Zielposition von X10Y19 entlang dem Bewegungsort G1 der Fig. 1 bei linearer Interpolierung bewegt.

Gemäß der folgenden Ausführungsform lassen sich die folgenden Wirkungen beobachten.

Da die folgende Ausführungsform den Bestimmungsabschnitt 84 zum Bestimmen aufweist, welcher von dem G00-Code oder dem G01-Code für das Steuern der Position ausgewählt werden sollte, und zwar gemäß einem Niveau des Befehlswerts relativ zu dem Vergleichsreferenzwert, läßt sich die Positioniersteuerung mit hoher Geschwindigkeit durchführen, so daß die gesamte Bearbeitung des Werkstücks einschließlich der Positioniersteuerung schneller ausgeführt werden kann.

Ist der Sollwert kleiner als der Vergleichsreferenzwert, so läßt sich aufgrund der Tatsache, daß die Positioniersteuerung durch den G01-Code durchgeführt wird, der nicht die Positionsüberprüfung erfordert, die Positioniersteuerung zusätzlich schneller ausführen. Insbesondere dann, wenn eine kurze Distanzbewegung, z. B. G00X10Y19, in Folge durchgeführt wird, ist das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem die Positionsüberprüfung weggelassen ist, hoch wirksam.

Da sich der Vergleichsreferenzwert auf eine Vielzahl von Werten durch den Setzabschnitt 81 zum Durchführen des Setzschrittes setzen läßt, läßt sich ein geeigneter Vergleichsreferenzwert in Übereinstimmung mit der Spezifikation der Werkzeugmaschine und dergleichen so setzen, daß sich das Programm 80 in hohem Umfang anwenden läßt.

Da die Spindel 35 durch die Luftlager 32, 33 und 34 zum Ermöglichen einer hochschnellen Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine gehalten wird, läßt sich das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam anwenden.

Übrigens ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie enthält die folgenden Modifikationen.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Programm 80 durch die CPU-Einheit 45 simultan zu dem Start des NC-Geräts 41 aufgerufen, und das Programm 80 wird automatisch simultan zu einer Eingabe des G00-Codes durchgeführt. Jedoch kann ein Auswahlschritt zum Starten oder Stoppen der Folge ausgehend von dem Setzschritt zu dem Bestimmungsschritt vor dem in Fig. 5 gezeigten Setzabschnitt 81 vorgesehen sein.

In diesem Fall läßt sich ein Anzeigecode zum Bestimmen der Tatsache, ob das Programm 80 durchgeführt wird oder nicht, vorab in einen nicht benutzten Bereich setzen, beispielsweise als G70-Code des Bereichs zum Speichern des Steuercodes, z. B. als G-Funktion und M-Funktion. Alternativ kann ein Referenzwert (ein Wert, der im Zusammenhang mit dem Gerät bestimmt ist und sich von dem oben beschriebenen Vergleichsreferenzwert unterscheidet) vorab in dem RAM- Speicher 43 und in dem ROM-Speicher 44 des NC-Geräts gesetzt sein, zum Bestimmen der Tatsache, ob das Programm 80 durchgeführt werden sollte oder nicht.

Mit dem Auswahlschritt läßt sich das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv in dem NC-Gerät durchführen. Demnach läßt sich das NC-Gerät flexibel durch Vereinfachung des Prozesses in dem NC-Gerät ferner anwenden, wenn keine automatische Umsetzung der Positioniersteuerung erforderlich ist.

Gemäß dem Positioniersteuerverfahren der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Vergleichsreferenzwert durch den Setzschritt gesetzt, und er wird mit dem Befehlswert verglichen, der durch den Detektionsschritt detektiert wird, damit bestimmt wird, welcher von dem G00-Code und dem G01- Code ausgewählt werden soll.

Jedoch ist das Positioniersteuerverfahren zum Erzielen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht auf die obige Anordnung begrenzt, sondern der Setzschritt kann weggelassen werden. Alternativ kann das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einen Vorhersageschritt zum Vorhersagen einer Bewegungszeit gemäß dem G00- und G01-Code aufweisen, sowie einen Bestimmungsschritt zum Auswählen und Durchführen eines der Codes durch Vergleich der vorhergesagten Bewegungszeit.

Gemäß der obigen Anordnung ermöglicht der Vorhersageschritt eine hochschnelle Positionionssteuerung ähnlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform, und es besteht keine Anforderung für den Betreiber zum Setzen des Vergleichsreferenzwerts. Demnach läßt sich das Durchführen des Positioniersteuerverfahrens vereinfachen.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Programm 80 zum Durchführen des Positioniersteuerverfahrens in dem NC-Gerät aufgezeichnet und durchgeführt. Jedoch ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt.

In anderen Worten ausgedrückt, läßt sich ein Effekt ähnlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform dadurch erzielen, daß ein Einarbeitungsprozessor vorgesehen ist, und zwar zum Einarbeiten des Positioniersteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zu einem Verarbeitungsprogramm, das durch ein Gerät zum Erzeugen eines NC-Programms erzeugt wird, in dem ein APT (Automatic Programming Tool) -System und ein CAD-System zum Erzeugen des Bearbeitungsprogramms installiert ist. Da das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unabhängig von der Einstellung des NC-Geräts durchgeführt wird, läßt sich die Einsetzbarkeit des Positioniersteuerverfahrens verbessern.

Obgleich das Programm 80 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform in dem ROM-Speicherbereich 44 des NC-Geräts 41 gespeichert ist, läßt sich eine Wirkung ähnlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform ebenfalls durch Anwenden der vorliegenden Erfindung bei einem NC-Gerät erzielen, bei dem das Programm 80 in dem RAM-Speicher 43 vorliegt.

Das Programm zum Durchführen des Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium wie einer Floppy-Disk aufgezeichnet, sowie einem optischen Aufzeichnungsmedium wie einer CD-ROM und dergleichen, wodurch die Eingabe ausgehend von dem Eingabebereich des NC-Geräts ermöglicht wird.

Durch Einsatz des Aufzeichnungsmediums mit hierauf aufgezeichnetem Programm läßt sich das Programm bei einer Vielzahl von NC-Geräten durch das Aufzeichnungsmedium installieren, wodurch die Anwendbarkeit des Verfahrens verbessert ist.

Obgleich das Programm 80 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform die Tätigkeit des NC-Geräts 41 selbst steuert, mit hierin installiertem Programm 80, ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die Anordnung beschränkt.

Das Programm kann durch ein außenseitiges Endgerät in einem Computernetzwerk installiert sein, und die tatsächliche Steuerung kann über einen Host-Computer in dem Computernetzwerk durchgeführt werden. Alternativ kann eine Informationsgruppe einschließlich des Programms auf ein Ausgabegerät ausgehend von einem externen Aufzeichnungsmedium über das Computernetzwerk verteilt sein. Gemäß der obigen Anordnung läßt sich die vorliegende Erfindung zum Erzielen einer ähnlichen Wirkung wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform anwenden.

Das Positioniersteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich bei einem System anwenden, das aus mehreren Maschinen besteht, anders als das Gerät der oben beschriebenen Ausführungsform, das aus einer einzigen Maschine besteht. In diesem Fall läßt sich die Wirkung der vorliegenden Erfindung auf das System dadurch übertragen, daß das Aufzeichnungsmedium ausgelesen wird, das das durch eine Software dargestellte Programm zum Umsetzen der vorliegenden Erfindung speichert.

Insbesondere kann durch Herunterladen des Programms von einer Datenbasis in einem Computernetzwerk durch ein Kommunikationsprogramm die Wirkung der vorliegenden Erfindung durch das System umgesetzt werden. Übrigens läßt sich das Programm ebenfalls durch ein Gerät auslesen, das aus einer einzigen Maschine besteht.

Jedwede anderen spezifischen Strukturen und Konfigurierungen lassen sich solange anpassen, solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erzielt wird.

Claims (7)

1. Positioniersteuerverfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks und eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine unter Einsatz eines Schnellverstellungsbefehls zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks zu einer vorgegebenen Position mit maximaler Geschwindigkeit und unter Einsatz eines linearen Interpolierungsbefehls zum Bewegen des Werkzeugs und/oder Werkstücks bei linearer Interpolierung, enthaltend die Schritte:
Setzen eines Vergleichsreferenzwerts in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungswerkzeug;
Detektieren eines Sollwerts für eine Schnellverstellung gemäß dem Schnellverstellungsbefehl;
Vergleichen des Vergleichsreferenzwerts und des Sollwerts; und
Bestimmen, welcher von dem Schnellverstellungsbefehl und dem linearen Interpolierungsbefehl durchgeführt werden soll, derart, daß der Schnellverstellungsbefehl dann durchgeführt wird, wenn der Sollwert größer als der Vergleichsreferenzwert ist, daß der lineare Interpolierungsbefehl dann durchgeführt wird, wenn der Vergleichsreferenzwert kleiner als der Sollwert ist und daß vorbestimmt ein beliebiger von dem Schnellverstellungsbefehl oder dem linearen Interpolierungsbefehl durchgeführt wird, wenn der Vergleichsreferenzwert und der Sollwert gleich sind.

2. Positioniersteuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum Auswählen enthält, ob der Setzschritt, der Detektionsschritt, der Vergleichsschritt und der Bestimmungsschritt gestartet oder gestoppt sind.

3. Positioniersteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel der Werkzeugmaschine als Rotationsachse des Werkzeugs oder des Werkstücks durch eine Luftlagerung gehalten ist.

4. Positioniersteuerverfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks und eines Werkzeugs bei einer Werkzeugmaschine unter Einsatz eines Schnellverstellungsbefehls zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks zu einer vorgegebenen Position mit maximaler Geschwindigkeit und unter Einsatz eines linearen Interpolierungsbefehls zum Bewegen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks bei linearer Interpolierung, enthaltend die Schritte:
Detektieren eines Befehlswerts für eine Schnellverstellung gemäß dem Schnellverstellungsbefehl;
Vorhersage einer Bewegungszeit gemäß dem Schnellverstellungsbefehl und dem linearen Interpolierungsbefehl auf der Grundlage des Sollwerts; und
Bestimmen und Ausführen eines von dem Schnellverstellungsbefehl oder dem linearen Interpolierungsbefehl durch Vergleich der beiden hinsichtlich der Bewegungszeit.

5. Numerisches Steuergerät zum Durchführen des Positioniersteuerverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend:
einen Bearbeitungsprogramm-Eingabebereich zum Eingeben eines Bearbeitungsprogramms zum Steuern eines Werkstücks und eines Werkzeugs;
einen Bearbeitungsprogrammprozessor zum Auslesen des Bearbeitungsprogramms, das über den Bearbeitungsprogramm-Eingabebereich eingegeben wird, zum Ausgeben eines Steuersignals; und
einen Durchführungsprozessor zum Durchführen von jedwedem Positioniersteuerverfahren in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm.

6. Gerät zum Erzeugen eines NC-Programms zum Ermöglichen der Ausführung des Positioniersteuerverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend:
einen Bearbeitungsprogrammprozessor zum Erzeugen und Editieren des Bearbeitungsprogramms zum Steuern des Werkstücks und des Werkzeugs; und
einen Einarbeitungsprozessor zum eigentlichen Einarbeiten von jedwedem Positioniersteuerverfahren in das durch den Bearbeitungsprogrammprozessor erzeugte Bearbeitungsprogramm.

7. Computerlesbares Aufzeichnungsmedium, in dem ein Programm zum Ausführen der Positioniersteuerverfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4 aufgezeichnet ist.