DE3707579C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden EP 00 89 561 A2 ist bereits eine numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine bekannt, die als wesentliche Einrichtungen eine Dateneingabeeinheit zur Eingabe von Daten enthält, welche die Ausbildung eines zu bearbeitenden Werkstücks darstellen. Ferner können die Bearbeitungsbahnen der Bearbeitungswerkzeuge relativ zum Werkstück ebenfalls bei der Erstellung eines Bearbeitungsprogramms in die Dateneingabeeinheit eingegeben werden. Die bekannte numerische Steuereinheit enthält eine Speichereinrichtung zur Speicherung der von der Dateneingabeeinheit eingegebenen Daten und auch eine Anzeigeeinheit zur Anzeige des Aufbaus des Werkstücks und der Bearbeitungsbahn entsprechend den aus der Speichereinheit ausgelesenen Daten. Mit Hilfe einer Zentraleinheit wird der Betrieb der Speichereinheit und auch die Anzeigeeinheit gesteuert.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer an sich bekannten, in der gattungsgemäßen Weise gesteuerten Werkzeugmaschine mit einer umlaufenden Welle (C-Achse), die durch eine numerische Steuervorrichtung gesteuert wird, gezeigt. Diese Maschine stellt eine Art einer Verbund-Drehbank dar, die kontinuierlich nicht nur eine Drehbearbeitung, sondern auch eine Fräs- und/oder Bohrbearbeitung des Werkstücks vornimmt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Induktionsmotor, 2 einen Servomotor, 3 eine Hauptwelle (C-Achse), 5 ein Werkstück, das auf der Hauptwelle 3 montiert ist, 6 einen Bohrer, 7 eine Vorrichtung zum Antrieb des Bohrers 6, die abnehmbar an der Maschine befestigt ist, 9 ein Schneidwerkzeug und 10 einen Revolverkopf zur Steuerung der Bewegung in Richtung der X- und Z-Achse des Bohrers 6 der Vorrichtung 7 und des Schneidwerkzeugs 9.

Der Bearbeitungsvorgang mit der in Fig. 1 dargestellten Verbund-Drehbank wird anschließend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der erzielten Formgebung des Werkstücks darstellt.

Um es der Verbund-Drehbank zu ermöglichen, als Drehbank zu arbeiten, wird der Induktionsmotor 1 zunächst mit der Hauptwelle 3 gekoppelt, um das Werkstück 5 mit einer Umlaufgeschwindigkeit in Drehung zu versetzen, die durch einen zugeführten Befehl bestimmt ist. Anschließend wird das Werkzeug 9 auf dem Revolverkopf 10 befestigt und dreht das Werkstück 5, um die in Fig. 2 dargestellten Abschnitte 5 a, 5 b zu erzeugen, wobei die Werkzeugbewegungen in Richtung der X- und Z-Achse durch eine numerische Steuervorrichtung NC 21 gesteuert werden, die mit der Drehbank verbunden ist. Anschließend wird, um die Betriebsart auf kontinuierlichen Fräsbetrieb umzustellen, die Welle 3 mit dem Servomotor 12 gekoppelt und die Position des Werkstücks 5 wird numerisch gesteuert, indem die Welle (C-Achse) gedreht wird, die als umlaufende Welle zur Positionssteuerung entsprechend einem Steuerbefehl von der numerischen Steuervorrichtung NC 21 dient. In diesem Falle ist der Bohrer 6 an der Vorrichtung 7 befestigt und kann mit hoher Geschwindigkeit umlaufen. Unter Steuerung der numerischen Steuervorrichtung NC 21 wird die Hauptwelle 3 in einer vorgegebenen Richtung um einen Betrag von 45° gedreht, so daß sie aufeinanderfolgend auf die acht Löcher 5c 1 bis 5c 8 positioniert wird, die in Fig. 2 dargestellt sind. Nachdem die Hauptwelle 3 in der vorausgehend beschriebenen Weise positioniert wurde, wird das Werkstück 5 gefräst, um die in Fig. 2 dargestellte fertige Formgebung zu erhalten, wobei die Bewegung des Revolverkopfes 10 in Richtung der Z- und Y-Achse durch die numerische Steuervorrichtung NC 21 gesteuert wird. Eine üblicherweise zur Steuerung des Betriebs der vorausgehend beschriebenen Verbund-Drehbank verwendete numerische Steuervorrichtung ist mit einer Bildschirmröhren-Anzeige 14a versehen, die die Bearbeitungsbahn des an der Verbund-Drehbank befestigten Schneidwerkzeugs 9 gemäß Fig. 3 darstellt. Jedoch wird die Bearbeitungsbahn beispielsweise eines Bohrers, dessen Bewegung von der entsprechenden Bewegung der C-Achse begleitet wird, nicht auf der Bildschirmröhren-Anzeige 14 a angezeigt. Dies macht es für die Bedienungsperson schwierig, den Fortschritt der Bearbeitung des Werkstücks bezüglich der Art des gebohrten Loches zu überprüfen (beispielsweise, ob es sich um ein durchgehendes Loch oder ein Sackloch handelt) oder bezüglich der Tiefe einer entstehenden Nut.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine auch bei einer numerisch gesteuerten Bewegung des Werkstücks die Möglichkeit zu bieten, den Fortschritt der Bearbeitung eines Werkstücks genau verfolgen zu können und hierzu die Gestalt eines Werkstücks und die Bearbeitungsbahnen des Werkzeugs relativ zum Werkstück darzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung, die zusammengefaßt ein Ausführungsbeispiel einer üblichen Verbund-Drehbank zeigt, die durch eine numerische Steuervorrichtung (NC) gesteuert wird;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erzielten Formgebung eines Werkstückes;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anzeige einer üblichen Anzeigevorrichtung der numerischen Steuervorrichtung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer numerischen Steuervorrichtung (NC) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5a und 5b eine Vorderansicht und eine Seitenansicht eines Werkstückes, das jeweils auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt wird;

Fig. 6a und 6b Darstellungen der Bearbeitungsbahnen von bearbeitenden Werkzeugen, die jeweils auf der Vorder- und Seitenansicht überlagert sind, die in Fig. 5a und 5b dargestellt sind;

Fig. 7a und 7b Darstellungen der Vorderansicht und der Seitenansicht des Werkstückes, die jeweils auf der Anzeigevorrichtung dargestellt wird;

Fig. 8 eine Betriebsablaufdarstellung zur Darstellung der Bearbeitungsbahnen relativ zum Werkstück;

Fig. 9, 10 und 11 schematische Erläuterungen zur Beschreibung der Anzeige einer Werkzeugbahn und der Drehbewegung des Werkstückes um die C-Achse;

Fig. 12a und 12b jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht des dargestellten Werkstückes;

Fig. 13a und 13b jeweils eine Darstellung der Bearbeitungsbahn eines Bearbeitungswerkzeuges, wie beispielsweise eines Bohrers, in der Vorderansicht und der Seitenansicht gemäß den Fig. 12a und 12b und

Fig. 14a und 14b eine Darstellung der Bearbeitungsbahnen von Bearbeitungswerkzeugen, wie beispielsweise eines Schneidwerkzeuges und des Bohrers in der Vorderansicht und der Seitenansicht gemäß jeweils den Fig. 12a und 12b.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer numerischen Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen (11) eine Zentraleinheit (CPU); (12) eine Dateneingabeeinheit zur Eingabe numerischer Daten, bezüglich der Gestalt eines zu bearbeitenden Werkstückes und bezüglich der Bearbeitungsbahnen der Werkzeuge relativ zum Werkstück, in die Zentraleinheit (11), wobei die numerischen Daten von einer (nicht dargestellten) Dateneingabeeinheit bzw. Programmierungseinheit geliefert werden; (13) eine Speichereinheit zur Speicherung numerischer Daten aus der Zentraleinheit (11); (14) eine Anzeigeeinheit für eine geometrische Figur, die abhängig von einem Steuersignal von der Zentraleinheit (11) die Ausbildung des Werkstückes (5) und die Bearbeitungsbahnen des Bearbeitungswerkzeuges relativ zum Werkstück (5) darstellt, wobei die Anzeigeeinheit (14) eine Bildschirmröhrenanzeige (14 a) und eine Bildschirmröhren-Steuereinheit (14 b) umfaßt; und (15) eine Steuereinheit der Werkzeugmaschine zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Verbund-Drehbank, abhängig von dem Steuerbefehl aus der Zentraleinheit (11), wobei die Steuereinheit (15) einen Ausgabeabschnitt (15 a) für ein Befehlssignal für den Werkzeugantrieb und einen Steuerabschnitt (15 b) der Werkzeugmaschine umfaßt.

Die numerischen Daten für die Eingabe in die Zentraleinheit (11), die die äußere Ausbildung des Werkstückes (5) angeben, umfassen fünf (X, Z) Koordinatenwerte, nämlich P 1 (X 1, Z 1), P 2 (X 2, Z 2), P 3 (X 3, Z 3), P 4 (X 4, Z 4) und P 5 (X 5, Z 5), um beispielsweise fünf Punkte des Werkstückes festzulegen. Für eine Anzeige des Aufbaus des Werkstückes (5) auf der Basis dieser somit eingegebenen Koordinatenwerte wird eine Seitenansicht des Werkstückes (5) erhalten, indem die jeweiligen Punkte (P 1, P 2, P 3, P 4, P 5) mit Geraden, gemäß Fig. 5b, verbunden werden, während eine Vorderansicht des Werkstückes durch eine Kombination zweier Kreise erhalten wird, deren Radien gemäß Fig. 5a den Abstand der jeweiligen Punkte von der Z-Achse angeben.

Ein Ausführungsbeispiel der numerischen Daten, die die Bearbeitungsbahn des Werkzeuges angeben, ist wie folgt:

was bedeutet, daß der Drehvorgang vom Ausgangspunkt (X=2000, Z = -3000) bis zum Endpunkt (X=2000, Z = -6000) durchgeführt wird. Soll die Bearbeitungsbahn auf der Basis dieser numerischen Daten angezeigt werden, so werden die Bearbeitungsbahnen dargestellt, wie wenn sie sich auf einer geraden Linie (100) gemäß Fig. 6b sowie längs eines gestrichelten Bogens (101) in einer durch die X- und Z-Achse definierten Ebene bewegen, wie dies in Fig. 6a dargestellt ist. Der Mittelpunkt des Bogens befindet sich am Nullpunkt (0) des X-Y-Koordinatensystems.

Fig. 7a und 7b zeigen die Ausbildung des Werkstückes (5), das auf der Bildschirmröhren-Anzeigeeinheit (14 a), abhängig von einem Steuerbefehl, von der Zentraleinheit (11) dargestellt wird. Fig. 7a und 7b stellen jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht dar.

Fig. 8 ist eine Betriebsablaufdarstellung für die Überlagerung der Bearbeitungsbahnen auf dem dargestellten Werkstück (5). Zunächst liefert die Dateneingabeeinheit (12) an die Zentraleinheit (11) Daten bezüglich der Bewegung des Werkzeuges gegenüber der X-, Z- und C-Achse (Stufe 5-1). Anschließend bestimmt die Zentraleinheit (11), ob eine Relativbewegung des Werkzeuges in einer durch die X-Achse und Z-Achse gebildeten Ebene erforderlich ist oder nicht (Stufe 5-2). Bejahendenfalls veranlaßt die Zentraleinheit (11) die Anzeigeeinheit (14) auf dem in Fig. 7b dargestellten Werkstück die Bearbeitungsbahn des Werkzeuges darzustellen, die durch die Gerade (100) dargestellt ist und sowohl den Ausgangspunkt und den Endpunkt der Bewegung des Werkzeuges gemäß Fig. 6b umfaßt (Stufe 5-3).

Die Zentraleinheit (11) bestimmt anschließend, ob eine Drehbewegung um die C-Achse (Drehachse) erforderlich ist oder nicht (Stufe 5-4) und bejahendenfalls veranlaßt die Zentraleinheit die Anzeigeeinheit (14) auf dem in Fig. 7a dargestellten Werkstück die Bearbeitungsbahn des Werkzeuges darzustellen, die in Fig. 6a durch den gestrichelten Bogen (101) angegeben ist.

Im Falle eines Fräsvorganges dreht sich das Werkstück (5) selbst, jedoch ist die Anzeige des Umlaufens des Werkstückes auf der Bildschirmröhrenanzeige nicht zweckmäßig, da die hierfür erforderliche Datenverarbeitung ziemlich zeitaufwendig ist. Daher liefert die bei der vorliegenden Erfindung vorgesehene Zentraleinheit (11) kein Bild des umlaufenden Werkstückes (5), sondern gibt statt dessen die Position des Werkzeuges und dessen Bearbeitungsbahn gegenüber dem stationären Werkstück an. Anders ausgedrückt, statt des Werkstückes (5) wird das Werkzeug umlaufend auf der Bildschirmröhrenanzeige (14 a) dargestellt.

Fig. 9 zeigt einen Fall, bei welchem die Position des Werkzeuges (6) gegenüber dem Werkstück (5) geändert wird, indem das Werkstück (5) um einen Winkel (Teta) um die C-Achse gedreht wird. Im realen Fall bewegt sich das Werkzeug (6) längs der Bahn, die in Fig. 10 durch den gestrichelten Bogen (17) angegeben ist, doch ist, wie bereits erwähnt wurde, die Anzeige der Drehung des Werkstückes (5) um einen Winkel (Teta) in der Anzeigeeinheit (14 a) ziemlich zeitaufwendig im Hinblick auf die komplexen Vorgänge zur Durchführung der erforderlichen Datenverarbeitung. Diese Schwierigkeit kann gelöst werden, indem die Bearbeitungsbahn durch die in Fig. 11 gestrichelte Kurve (17′) dargestellt wird, bei welcher das Werkzeug (6) dargestellt wird als würde es anstelle des Werkstückes (5) umlaufen.

Fig. 12a und 12b stellen jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht eines Werkstückes dar, das mit einer Verbund-Drehbank bearbeitet werden soll. Es sei angenommen, daß ein Bohren an der Vorderseite des Werkstückes (5) erfolgt, um durchgehende Löcher (5 c 1-5c 8) zu erhalten. Die in diesem Falle verwendeten Bearbeitungsbahnen sind in den Fig. 13a und 13b dargestellt. In den Fig. 13a und 13b sind die beiden Bahnen durch die Bezugszeichen (17′, 18) angegeben; die gestrichelte Kreisbogenbahn (17′) stellt eine Positionierungsbahn dar, während die voll ausgezogene Bahn (18) die Bohrbewegung darstellt. Die Reihenfolge der Werkzeugbewegung wird durch eine Folge angegeben, die mit (1) anfängt und mit (17) endet. Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird, wenn die numerische Steuervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, um die Bearbeitungsbahn eines an einer Werkzeugmaschine mit einer Drehachse (C) vorgesehenen Werkzeuges anzuzeigen, das Werkzeug selbst anstelle des Werkstückes (5) auf der Anzeigeeinheit dargestellt, wie wenn es umlaufen würde. Dies ergibt eine große Vereinfachung bei der Bearbeitung der Daten zur visuellen Anzeige der Bearbeitung. Falls die numerische Steuervorrichtung dazu verwendet wird, den Betrieb einer Verbund-Drehbank zu steuern, so können die für das Drehen verwendeten Bahnen (19, 20) und die für das Fräsen verwendeten Bahnen (17′, 18) gleichzeitig auf der Anzeigeeinheit dargestellt werden, wie aus den Fig. 14a und 14b hervorgeht (wobei die gestrichelte Linie (17′) eine Positionierungsbahn und die voll ausgezogene Linie (18) eine Bearbeitungsbahn darstellt).

Bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform zeigt die Anzeigeeinheit die Bearbeitungsbahn an, die bei Bearbeitung mit einer Verbund-Drehbank erhalten wird, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung auch zur Anzeige der Bearbeitungsbahn einer umlaufenden Welle verwendet werden kann, wie sie in einem Bearbeitungszentrum vorliegt.

Mit der numerischen Steuervorrichtung, die eine Anzeigeeinheit für eine geometrische Figur verwendet, ist es möglich, nicht nur den Aufbau des Werkstückes darzustellen, sondern auch die Werkzeugbahnen anstelle der Werkstückbewegung. Da das sich bewegende Werkstück in einem Stand-Modus dargestellt wird, hat die Bedienungsperson aus der Anzeige einen mühelosen Zugang zum Fortschritt und Zustand der Bearbeitung.

Claims (3)

1. Verfahren zur numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine, mit einer Dateneingabeeinheit zur Eingabe von Daten, die die Konturen eines zu bearbeitenden Werkstückes sowie die Bearbeitungsbahnen der Bearbeitungswerkzeuge relativ zum Werkstück beinhalten, mit einer Speichereinheit zur Speicherung der von der Dateneingabeeinheit eingegebenen Daten, mit einer Anzeigeeinheit zur Anzeige des Aufbaus des Werkstücks und der Bearbeitungsbahn entsprechend den aus der Speichereinheit ausgelesenen Daten, und mit einer Zentraleinheit zur Steuerung des Betriebes der Speichereinheit und zur Steuerung der Anzeigeeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zusätzlich und unabhängig von der Bewegung des Werkzeugs numerisch gesteuerten Bewegung des Werkstücks (5) relativ zu einem Maschinenkoordinatensystem-Nullpunkt diese Bewegung des Werkstücks (5) gegenüber dem Werkzeug auf der Anzeigeeinheit (14) graphisch dargestellt wird als Relativbewegung des Werkzeugs gegenüber einem auf der Anzeigeeinheit (14) stationären Werkstück.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mittels einer Verbund-Drehbank bearbeitet wird, die mindestens eine Dreh- und eine Fräsbearbeitung ausführen kann.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsbahnen der Bearbeitungswerkzeuge auf der Darstellung der Konturen des Werkstücks in der Anzeigeeinheit (14) überlagert werden.