DE4330220A1 - Dialogorientiertes Programmiergerät und Verfahren zur Erzeugung von Steuerungsprogrammen für CNC-Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dialogorientiertes Program­ miergerät zur Erzeugung von Steuerprogrammen für CNC-Maschinen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Verfahren, um mit einem solchen Gerät ein Steuerprogramm zu erstellen, ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung.

Solche Geräte oder Systeme sind Teil einer Programmiereinheit, die sich zur automatischen und/oder halbautomatischen Erstellung von Steuerprogrammen für CNC-Maschinen einer ganz bestimmten Bearbeitungstechnologie (Drehen, Fräsen u. ähnl.) eignen. Sie sind entweder Bestandteil der Maschinensteuerung (Vorortprogram­ mierung) oder als separater Programmierplatz als PC ausgeführt und über Datenleitung mit der Maschine verbunden.

Unabhängig von der Ausführungsform handelt es sich dabei immer um Programmiersysteme, welche in ihrer funktionalen Ausprägung auf eine spezielle Technologie abgestimmt sind. Die Ausprägung des Systems ist dabei sowohl bezüglich seiner Funktionalität als auch der Handhabung durch den Anwender bzw. Programmierer fest vorgegeben.

Aus dem Stand der Technik sind dialogorientierte Programmiersy­ steme, insbesondere bei CNC-Werkzeugmaschinen bekannt. Solche Systeme beruhen im Prinzip auf einer Analyse eines zu bearbei­ tenden Werkstückes (Roh-Fertigteilgeometrie) mit entsprechender automatischer oder halbautomatischer Festlegung oder Variation von Bearbeitungsschritten mit einer z. B. ebenfalls automatischen Zuordnung von entsprechenden Bearbeitungswerkzeugen. Darüberhin­ aus werden in Abhängigkeit vom jeweils vorhandenen Maschinentyp die für das CNC-Programm notwendigen Technologiedaten interaktiv festgelegt und generiert.

Diese Vorgaben können vom Programmierer überprüft und modifi­ ziert werden. Bezogen auf ein so erstelltes Maschinensteuerungs­ programm können solche Programme modifiziert gehandhabt werden. (Autoprogrammiersysteme).

Beispiele für solche Programmiergeräte und Systeme sind in den DE 32 40 000 C2, DE 33 08 765 C2 und DE 32 40 974 C2 angegeben und näher präzisiert.

Die herkömmlichen Programmiersysteme besitzen aber in bezug auf ihre Flexibilität und Konfigurierbarkeit, insbesondere bei kom­ plexen Bearbeitungsabläufen erhebliche Nachteile. So müssen bei diesen Systemen vor einer Modifizierung und Anpassung die ges am­ ten Dialoge, die verwendete Technologie und beispielsweise auch die eingesetzten Werkzeuge vorab festgelegt werden.

Das Steuerprogramm wird vorab erstellt und erst anschließend kann es modifiziert und angepaßt werden. Dies erfordert zu­ sätzliche Rechnerkapazität und längere Programmlaufzeiten. Zur Änderung muß sowohl stark in das steuerspezifische Quellenpro­ gramm als auch in den sogenannten G-Code des Systems einge­ griffen werden.

Bei komplexen Bearbeitungsvorgängen müssen zusätzlich alle möglichen Dialogabläufe und Funktionsabläufe fest implemen­ tiert sein. Wenn neue Bearbeitungsmöglichkeiten vom Anwender gewünscht werden, ergeben sich erhebliche Abstimmungsschwie­ rigkeiten.

Zusätzlich zu der oben erwähnten Konfigurierbarkeit und Funk­ tionalität wird vom Anwender einer CNC-Maschine gewünscht, eigene Bearbeitungsarten, welche auf seine speziellen Anforde­ rungen abgestimmt sind, selbst zu definieren. Die Programmie­ rung kann somit speziell angepaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die funktionale und konfigurier­ bare Ausprägung eines Programmiergerätes zur Erstellung von Steuerungsdaten für eine CNC-Maschine zu verbessern. Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes "programmierbares Program­ miersystem" herzustellen.

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin­ derischen Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ver­ fahren zur Steuerprogrammerstellung auf dem Programmiergerät ist in Anspruch 9 angegeben.

Die Erfindung beruht-auf dem neuartigen Prinzip einer struktu­ rellen Unterteilung in eine Beschreibungs- und Steuereinheit, sowie durch die funktionale Ausprägung der Funktionssteuerein­ heit. Damit wird erreicht, daß der Programmierer Steuerpro­ grammdaten erstellen kann, die im Bezug auf den Funktionsum­ fang und den Programmierablauf gegenüber herkömmlichen Pro­ grammiersystemen erhebliche Vorteile bringen.

Das Programmiersystem wird über Dialogmakros an maschinenspe­ zifische Gegebenheiten und auf technologische Anforderungen beim Anwender angepaßt.

Der erfindungsgemäß angeordnete Dialogmakrointerpreter und Editor des Programmiergerätes macht es möglich, sowohl die funktionale Ausprägung, als auch die Ausprägung bezüglich der Bedienung flexibel durch den Anwender festzulegen bzw. auf die jeweils vorliegenden technologischen Anforderungen abzustim­ men. Durch die spezielle Funktionsbeschreibungseinheit und Funktionssteuereinheit wird es dem Anwender ermöglicht, durch Eingabe von Funktionssteuerblöcken die Ausprägung bezüglich einer gewünschten Technologie selbst zu bestimmen.

Hierin unterscheidet sich das erfindungsgemäße Programmiergerät von herkömmlichen Systemen. Es ergibt sich somit ein universell einsetzbares "Programmierbares Programmiergerät".

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines konkreten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es handelt sich um eine CNC- Werkzeugmaschine, für die mit Hilfe des erfinderischen Program­ miergerätes ein Steuerprogramm erstellt werden soll.

Abb. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines üblichen Programmiergerätes zur Erstellung von CNC-Steuerungs­ daten.

Abb. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung des erfinderischen Pro­ grammiergerätes.

Abb. 3 zeigt beispielhaft die Festlegung von Parametern für einen gewünschten Funktionsablauf bei CNC-Werkzeug­ maschinen.

Abb. 4 zeigt die Datenaufbereitung und den Applikationsablauf für die Funktionssteuereinheit des Programmiergerätes.

Abb. 5-18 zeigen Bilddarstellungen der Visualisierungsein­ richtungen zur Erstellung eines Steuerprogrammes für eine CNC-Drehmaschine.

Abb. 1 zeigt die Struktur eines Programmiersystems in Hardware- Darstellung mit Bildschirm 2 und Tastatur 3 sowie den zentralen Speicher und Verarbeitungseinheit 1, in der die eingegebenen Daten über eine Ein-/Ausgabeeinheit (I/O-Einheit) zu Steuerungs­ daten für die Maschinensteuerung verarbeitet werden.

Eine solche Einheit besitzt mehrere Funktionsblöcke, die unter­ einander über einen System-Bus mit der Eingabe- und Ausgabeein­ heit (I/O-Einheit) verbunden sind.

Die Funktionsblöcke in Abb. 1 haben folgende Aufgaben

• - Im Systemprogrammspeicher wird das gesamte Bewegungs- und Ablaufprogramm mit allen Zusatzinformationen gespeichert. Darüberhinaus das ursprüngliche Quellenprogramm, mit dem der gesamte Steuerungsablauf programmiert wird.
• - Im Arbeitsspeicher wird die aktuell abgelegte und benötigte Software als System- und Anwenderprogramm und die mit die­ sem Programm zu verarbeitenden Daten und Ergebnisse gespei­ chert.
• - Im Parameterspeicher wird die Adresse variabler Eingangs- und Steuerdaten in Form von Makrobefehlen oder Algorithmen abgelegt.
• - In der CPU (Central Prozess Unit) erfolgt die Aufrufung eines Befehls einer Programmierung in definierter Reihen­ folge, die Entschlüsselung und Veranlassung der verlangten Operationen durch entsprechende Steuerbefehle.
• - Der CRT (Bildschirm)/Grafikcontroler bewirkt die Anzeige von Daten und Informationen auf dem Bildschirm.
• - Im Filesystem (Datenspeicher) werden Daten unter einem Dateinamen, über die sie eingelesen werden, abgespeichert und zur Wiederverwendung bereitgehalten.

Zunächst soll der Dialogmakrointerpreter zur Beschreibung der Funktionen und des Dialogablaufes bei der Programmierung anhand der Abb. 2 näher erläutert werden. Über Bildschirm 2 und Tastatur 3 beschreibt der Programmierer zunächst den gewünschten Funktionsablauf der Werkzeugmaschine als parametrisches Steuer­ programm. Die Eingaben erfolgen entsprechend dem Programmformat der für die Bearbeitungsmaschine eingesetzten Steuerung. In der eigentlichen Funktionsbeschreibungseinheit 4 werden die eingege­ benen Daten zu einer sogenannten Funktionssteuermatrix 7 aufbe­ reitet. Manuell durch den Programmierer oder automatisch erfolgt die Vergabe und Zuordnung von Parametern zu den einzelnen Funk­ tionen der Maschine. Eine solche Funktions-Steuermatrix mit der dazu gehörenden Ablaufbeschreibung 7a ist beispielhaft in Abb. 3 dargestellt, einem Bearbeitungsfall für die spanende Bearbei­ tung für eine CNC-Werkzeugmaschine.

Folgende Funktionen und Steuerparameter sind in Abb. 3 beispiel­ haft dargestellt.

a) Funktionsbeispiele

RTM - Revolvertabellenmodul (bei Revolver-Werkzeugma­ schinen)
TTM - Technologietabellenmodul
GEO - Geometrie

b) Parameterbeispiele

WKZ - Werkzeugnummer
ST - Station
V - Schnittgeschwindigkeit
F - Vorschub
D - Schnittiefe
GEO - Geometrie.

Die so erstellte Funktionssteuermatrix wird dann vom Programmie­ rer programmiert, in dem zu den einzelnen Parametern ein oder mehrere Funktionsattribute aktiviert werden (Abb. 3). Das Ergeb­ nis wird dann in Form einer Struktur 5 zusammen mit der Ablauf­ beschreibung 7a einer Steuerlistenerstellungseinheit 5 zuge­ führt.

Jedes der in der Steuerliste eingetragene Funktionsattribut dient dabei als Schlüssel zur Auslösung eines ganz bestimmten Funktionsablaufes, wie z. B. Berechnung eines Vorschubwertes", welcher der Anwender zu den eingegebenen Parametern vorgelegt werden soll. Der Funktionsablauf wird durch Aufruf der entspre­ chenden Funktionseinheit ausgelöst.

Die Steuerliste 5 zusammen mit der Ablaufbeschreibung wird an­ schließend als Eingabe für den Programmeditor bereitgestellt, der bei dem erfindungsgemäßen Gerät als Funktionssteuereinheit 6 verwendet wird. Dieser ist zweckmäßig online mit der Datenein­ gabeeinrichtung 2, 3 verbunden, um von dort aktuelle Parameter­ werte einzugeben, falls erforderlich. Diese Einheit kommt bei der Erstellung eines Steuerprogrammes für die Bearbeitungsma­ schine durch die Befehle "Bearbeitungsschritt-Eingabe" oder "Bearbeitungsschritt-Ändern" ausgelöst durch die Dateneingabe­ vorrichtung zur Ausführung.

Startet also der Anwender die Funktionssteuereinheit, so werden die von ihm in der Funktionsbeschreibungseinheit vorgegebenen Eingabeanforderungen und Funktionsabläufe - z. B. die Ermittlung eines geeigneten Werkzeuges und/oder des geeigneten Vorschubes - ausgeführt.

Die in der Funktions-Steuermatrix (Abb. 3) angegebenen gewünsch­ ten Funktionen sind als Moduleinheit in dem erfindungsgemäßen Gerät implementiert u. a. über Applikationsablauf und Datenaufbe­ reitung direkt mit der Funktionssteuereinheit verbunden. Diese Applikationseinheiten können durch weitere (NNN) Einheiten er­ gänzt werden. Dies ist als Prinzipdarstellung in Abb. 4 darge­ stellt.

Im folgenden soll am Beispiel eines Bearbeitungsfalles für eine CNC-Drehmaschine die Programmerstellung mit Hilfe des erfinderi­ schen Programmiergerätes näher erläutert werden. Insbesondere wird die Dialogablaufsequenz anhand von Bildschirmdarstellungen erklärt.

Bei den Bildschirmdarstellungen nach Abb. 5-17 liegt folgendes Layout zugrunde:

• - Funktionszeile 8 (Abb. 5)
  Hier werden alle zur Verfügung stehenden Funktionen ange­ zeigt. Die gerade aktive Funktion wird andersfarbig unter­ legt.
• - Dialogstatus 9
  In dieser Zeile spiegelt sich die Dialoghierarchie wieder. Hier wird angezeigt, in welchem Dialogzweig und in welcher Dialogstufe man sich bewegt.
• - Alphanumerischer und grafischer Informationsbereich 10
  Hier werden Grafiken und Eingaben sichtbar gemacht.
• - Softkeyliste 11
  Funktionstastatur, die vom Benutzer mit beliebigen Befehlen programmiert werden können.
• - Eingabe- und Selektionsfenster 12
  Sie werden je nach Bedarf auf dem Bildschirm sichtbar, wenn Eingaben vom Bediener angefordert werden. Innerhalb des Fensterbereiches sind Eingabefelder angeordnet, in denen der Benutzer Werte eingeben kann.

Das zu erstellende Steuerprogramm soll neu angelegt werden. Wie in Abb. 5 dargestellt, wird deshalb in der Funktionszeile 8 die Funktion "Datei" angewählt. Im Eingabefenster erscheint die Softkey-Funktion Neuanlage mit bestimmten Dateifunktionen. Auf der Tastatur 3 wird durch "Input" die Neuanlage beendet. Es erscheint automatisch das Eingabefenster für die Rohteildefini­ tion, wie in Abb. 6 dargestellt. Jetzt beginnt die eigentliche Erstellung des CNC-Programmes.

Dieses Dialogfenster ist als "Dialogmakro" angelegt und kann vom Anwender modifiziert bzw. neu nach seinen Anforderungen erstellt werden. Die automatische Anwahl des Dialoges wird beispielsweise durch eine sog. systemdefinierte Datei oder ähnliche Steuerungs­ elemente gesteuert. Diese Datei kann vom Anwender konfiguriert werden.

Die erfolgte Eingabe der in Abb. 6 dargestellten Rohteileingabe wird durch "Übernahme" bzw. "Input" abgespeichert.

Die gewählte Spannsituation (z. B. Spannzange D30) wird danach als Eintrag in eine sog. Bearbeitungsschrittliste" zur Anzeige gebracht. Dies ist in Abb. 7 (rechte Seite) dargestellt. Gleich­ zeitig erscheint in der linken Bildhälfte eine "Auswahlliste der Bearbeitungsfunktionen". Die Eingabe einer Bearbeitungsfolge erfolgt über die Funktionen "Übernahme/Input". Der jeweils ge­ wählte Schritt wird in die Bearbeitungsschrittliste übernommen. In Abb. 7 ist dies die Funktion "Vorbearbeiten". Beinhaltet diese Funktion mehrere Bearbeitungsschritte, so werden mit "Übernahme"Input" alle Schritte aus dieser Gruppe in die Bear­ beitungsschrittliste übernommen. Ein solcher Fall ist in Abb. 8 dargestellt, die Funktion "Vorbearbeitung" beinhaltet die Be­ arbeitungsschritte "Längsschnitt, Planschnitt und Vorbohren". Mit "Aufruf" werden die Bearbeitungsschritte aus der Gruppe zur Auswahl vorgelegt.

Durch eine weitere Betätigung von "Aufruf" wird im folgenden das zum Bearbeitungsschritt festgelegte Dialogfenster angezeigt, wie z. B. Abb. 9, am Beispiel des "Schruppen außen mit fallender Kontur" dargestellt. Die dort vom System vorgelegten Werte wer­ den entweder als Standardwert aus der Dialogmakrodefinition oder aus der Technologietabelle (TTM) vorgeschlagen.

Der Anwender kann diese Werte verändern. Bei "Aufruf" werden die zum jeweiligen Parameter gehörenden Daten bzw. Informationen angezeigt. Dies ist in Abb. 10 dargestellt, wobei hier Zusatz­ infos aus dem TTM dargestellt sind.

Mit Input werden die Eingaben übernommen und der "Schritt" ist abgeschlossen. Es erscheint in der Bearbeitungsschrittliste der "Schritt" "Schruppen außen", wie in Abb. 11 dargestellt.

Werden zu einer Bearbeitung "Geometrien" benötigt, so können diese nach der Anwahl des Softkey "Geometrie" mit Hilfe eines, im Programmiersystem vorhandenen Geometrieeditors und Prozessors festgelegt werden. Im Beispiel des Bearbeitungsschrittes "Schrup­ pen außen mit fallender Kontur" ist dies in Abb. 12 dargestellt.

In bezug auf die Geometrieeingabe gibt es mehrere Möglichkeiten. In Abb. 13 ist die Eingabe über eine Kontur dargestellt. Daneben besteht die Möglichkeit, wie in Abb. 14 dargestellt, die Eingabe über eine Geometrieelementeingabe zu vollziehen. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, eine gewünschte Kontur aus vorhandenen Geometrien auszuwählen oder die schon im gleichen Programm ein­ gegebene Kontur nochmals zu verwenden (z. B. Schruppen und Schlichten).

Bei der Geometrieeingabe kann zu jedem Konturelement zusätzliche Technologie angefordert werden. Eine entsprechende Softkey ist in Abb. 14 eingezeichnet. Die entsprechende Bildschirmdarstel­ lung ist in Abb. 15 dargestellt.

Die Geometrieeingabe in Abb. 12 kann auch alternativ über die Funktion "Freie Eingabe" erfolgen. In diesem Fall erfolgt die Programmierung konventionell im G-Code. In diesem Fall erfolgt dann die Anzeige von Abb. 16. Durch diese Form der Eingabe kön­ nen einzelne Sätze wie z. B. M-Funktionen oder auch G-Sätze schnell ergänzt werden.

Mit der Funktion "Freie Eingabe" können auch G-Codes beliebig durch bereits erstellte Bearbeitungsschritte eingefügt werden, die als Dialogmakro ähnlich Abb. 11 definiert werden. Dies ist in Abb. 17 dargestellt.

Aus den nun für den Bearbeitungsprozeß vorliegenden Daten und Infos wird automatisch ein NC-Programm für die Drehmaschinen­ steuerung erstellt.

Claims (10)

1. Dialogorientiertes Programmiergerät zur Erzeugung von Steuerungsprogrammen für CNC-Maschinen mit einer Daten­ eingabe und Visualisierungseinrichtung (Bildschirm, Ta­ statur) zur Eingabe und zum Ändern des gewünschten Funk­ tions- und Steuerablaufes der Maschine

• - mit einer zentralen Speicher- und Verarbeitungsein­ heit (1), in der die eingegebenen Daten über eine Ein-/Ausgabeeinheit (I/O-Einheit) zu Steuerungsdaten (13) für die Maschinensteuerung verarbeitet und als Steuerprogramm für die Maschine ausgegeben werden,

dadurch gekennzeichnet daß

• - in der zentralen Speicher- und Verarbeitungseinheit (1) eine Funktionsbeschreibungseinheit (4) zur Be­ schreibung des Bearbeitungs- und Dialogablaufes vor­ handen ist, wobei dieser Einheit die Ablaufbeschrei­ bung und die Vergabe und Zuordnung von Programmpara­ metern zu den gewünschten Funktionen der Maschine in Form einer Funktionssteuermatrix (7) zusammen mit der Ablaufbeschreibung (7a) eingegeben werden
• - eine Funktionssteuereinheit (6) in der zentralen Speicher- und Verarbeitungseinheit (1) vorhanden ist, in der die in der Funktionsbeschreibungseinheit (4) aufbereiteten Daten mit aktuellen Parametern und weiteren Applikationseinheiten verbunden und zu Pro­ grammlaufzeiten verarbeitet werden
• - unter Verwendung der durch die Funktionsbeschrei­ bungseinheit erzeugte Funktionsblöcke in der Funk­ tionssteuereinheit (6) ein dialogorientiertes Ma­ schinensteuerprogramm erstellt wird.

2. Programmiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - in der zentralen Speicher- und Verarbeitungseinheit Speichereinheiten zur Speicherung der gewünschten Funktionen und der Programmparameter der CNC-Maschi­ ne vorhanden sind.

3. Programmiergerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Aktivierungseinheit vorhanden ist, mit der ein Programmierer gewünschte Funktionsattribute der Ma­ schine zu einzelnen Parametern aktivieren kann.

4. Programmiergerät nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - die Daten der Funktionsbeschreibungseinheit (4) einer Steuerlistenerstellungseinheit (5) zugeführt werden.

5. Programmiergerät nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - vom Programmierer eingegebene Funktionsattribute als Schlüssel zur Auslösung eines bestimmten Funktions­ ablaufes der Maschine verwendet werden.

6. Programmiergerät nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - die Funktionssteuereinheit (6) mit der Dateneingabe­ einrichtung (Tastatur) online verbunden ist und von dort aktiviert wird.

7. Programmiergerät nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - es Bestandteil der Steuereinrichtung (13) der CNC- Maschine ist.

8. Programmiergerät nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeich­ net ist, daß

• - es Bestandteil eines mit der CNC-Steuerung verbunde­ nen separaten Computers ist.

9. Verfahren zur Erstellung eines NC-Programmes für NC-Ma­ schinen auf einem Programmiergerät entsprechend den An­ sprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Beschreibung des gewünschten Funktionsablaufes der Maschine als parametrisches Steuerprogramm er­ folgt, wobei die Eingabe entsprechend dem Programm­ format der Maschine erfolgt,
• - die Vergabe und Zuordnung von Parametern zu den ge­ wünschten Maschinenfunktionen zu einer Funktions­ steuermatrix (7) erfolgt,
• - vom Programmierer in der Funktionssteuermatrix (7) zu den einzelnen Parametern ein oder mehrere Funk­ tionsattribute der Maschine aktiviert werden
• - das Ergebnis in Form einer Steuerliste (5) zusammen mit der Ablaufbeschreibung als Eingabedaten für die Funktionssteuereinheit (6) bereitgestellt wird
• - jedes, der in der Steuerliste (5) eingetragenen Funktionsattribute als Schlüssel verwendet wird, der zur Auslösung eines Funktionsablaufes im Programm führt, wobei der Funktionsablauf durch Aufruf der entsprechenden Funktionseinheit ausgelöst wird
• - die Steuerliste (5) mit der dazugehörenden Ablaufbe­ schreibung der Funktionssteuereinheit zugeführt wer­ den
• - und die Funktionssteuereinheit (6) durch Eingabebe­ fehle bzw. Änderungsanweisungen in der Dateneingabe­ einrichtung (Tastatur) aktiviert wird, so daß die dort vorgegebene Eingabeanforderung und Funktions­ abläufe zur Ausführung gelangen.