DE4330221A1 - Dialogorientiertes Programmiergerät 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.

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 gesam­ ten Dialoge, die verwendete Technologie und beispielsweise auch die eingesetzten Werkzeuge vorab festgelegt werden. Das Steuer­ programm wird vorab erstellt und erst anschließend kann es modi­ fiziert und angepaßt werden. Dies erfordert zusätzliche Rech­ nerkapazität und längere Programmlaufzeiten.

Zur Änderung muß sowohl stark in das steuerspezifische Quellen­ programm als auch in den sogenannten G-Code des Systems einge­ griffen werden.

Bei komplexen Bearbeitungsvorgängen müssen zusätzlich alle mög­ lichen Dialogabläufe und Funktionsabläufe fest implementiert sein. Wenn neue Bearbeitungsmöglichkeiten vom Anwender gewünscht werden, ergeben sich erhebliche Abstimmungsschwierigkeiten.

Zusätzlich zu der oben erwähnten Konfigurierbarkeit und Funktio­ nalität wird vom Anwender einer CNC-Maschine gewünscht, eigene Bearbeitungsarten, welche auf seine speziellen Anforderungen abgestimmt sind, selbst zu definieren. Die Programmierung kann somit speziell angepaßt werden.

Bei bisher bekannten sogenannten automatischen "Programmiersy­ stemen" wurde grundsätzlich zwischen Quellprogrammdaten und Maschinensteuerprogrammdaten unterschieden. Das heißt, es sind mindestens zwei verschiedene Datenbasen zur Modifizierung vor­ handen. Änderungen können also, sowohl dialoggeführt im soge­ nannten "Quellcode" als auch direkt über einen "G-Satz-Editor" im "Maschinensteuerprogramm" durchgeführt werden.

Da das "Maschinensteuerprogramm" durch einen "Übersetzungslauf" aus dem "Quellcode" erzeugt wird, werden Änderungen überschrie­ ben. Diese Änderungen können nicht "rückübersetzt" in den "Quellcode" übertragen werden können. Aus dieser Einschränkung ergeben sich grundsätzlich Probleme bei der Verwaltung von Pro­ grammdaten, wenn auch im Maschinensteuerprogramm geändert bzw. optimiert werden soll.

Mit anderen Worten es ist nicht möglich, "Steuerprogrammänderun­ gen", welche in einem bestimmten Eingabelevel bzw. Datenlevel der "Einheit" vom Anwender durchgeführt wurden, in einen höheren "Level" zurückzuführen. Das bedeutet, nachträgliche Änderungen in einem "niedrigeren" Level (z. B. DIN-Code) sind in dem höher­ wertigen Eingabelevel (Dialogquellinformationen), in welchem das Steuerprogramm ursprünglich vom Anwender eingegeben wurde, nicht mehr vorhanden.

Der Anwender ist also gezwungen, immer den höchsten Eingabelevel zu wählen, um gemachte Änderungen in allen anderen "Leveln" verfügbar zu haben. Dies hat gravierende Einschränkungen in den Möglichkeiten und der Flexibilität bei der Optimierung von Steu­ erprogrammen zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es, die funktionale und konfigurier­ bare Ausprägung eines Programmiergerätes zur Erstellung von Steuerungsdaten für eine CNC-Maschine zu verbessern. Darüber hinaus sollen Änderungen und Programmoptimierungen in jedem beliebigen "Level" durchgeführt werden können.

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspru­ ches 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfinderi­ schen Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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 Steuerprogramm­ daten erstellen kann, die in bezug auf den Funktionsumfang und den Programmierablauf gegenüber herkömmlichen Programmiersyste­ men erhebliche Vorteile bringen.

Das Programmiersystem wird über Dialogmakros an maschinenspezi­ fische Gegebenheiten und auf technologische Anforderungen beim Anwender angepaßt.

Der erfindungsgemäß angeordnete Dialogmakrointerpreter und Edi­ tor des Programmiergerätes macht es möglich, sowohl die funktio­ nale Ausprägung, als auch die Ausprägung bezüglich der Bedienung flexibel durch den Anwender festzulegen bzw. auf die jeweils vorliegenden technologischen Anforderungen abzustimmen. Durch die spezielle Funktionsbeschreibungseinheit und Funktionssteuer­ einheit wird es dem Anwender ermöglicht, durch Eingabe von Funk­ tionssteuerblöcken die Ausprägung bezüglich einer gewünschten Technologie selbst zu bestimmen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird gänzlich auf eine Unter­ scheidung zwischen "Quellprogramm" und "Maschinenprogramm" ver­ zichtet.

Dialogsteuerinformationen und Maschinensteuerinformationen sind zu jedem Zeitpunkt in "einer" Datenbasis verfügbar, die in der Editoreinheit abgelegt sind. Der Zugriff auf diese Datenbasis übernimmt ein Datensteuerungsmodul.

Die Datenbasis kann prinzipiell in "Maschinensteuerdaten" und "Dialogsteuerdaten des Programmiersystems" unterteilt werden. Das Datensteuerungsmodul übernimmt die Zugriffskontrolle und -verwaltung beim Datenzugriff beim Programmieren im Dialog und auf NC-Code-Ebene.

Die Datenbasis wird nach außen für den Anwender so behandelt und dargestellt als ob ein getrenntes "Maschinenprogramm" vor­ liegen würde. Das Datensteuerungsmodul verwaltet dabei die "Auf­ trennung" und "Zusammenführung" der Daten für die "Maschinen­ steuerung" und für die "Dialogsteuerung", wodurch ein "Pseudo- Maschinenprogramm" entsteht.

Änderungen, welche der Anwender in diesem "Pseudo-Maschinenpro­ gramm" macht, sind jedoch sofort auch für den Zugriff vom Pro­ grammiersystem als "Quelldaten" verfügbar. Der Anwender verhält sich beim "Ändern" bzw. beim "Optimieren" genau so wie beim Ändern eines manuell erzeugten NC-Steuerprogramms.

Durch das Datensteuerungsmodul wird es bei der vorliegenden Erfindung möglich, in einem beliebigen "Level" durchgeführte Änderungen, auch in jedem beliebigen anderen, auch höherwertigen "Level" sofort verfügbar zu haben. Durch dieses Modul steht dem Anwender jedes beliebige "Level" für Änderungen zur Verfügung. Ferner ist somit eine hohe Flexibilität bei Programmoptimierun­ gen gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend 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. 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, indem 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 dem 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.

Erfindungsgemäß sind die in der Funktionssteuereinheit oder Editoreinheit vorhandenen Steuer- und Dialogdaten in einer ge­ meinsamen Datenbasis abgelegt mit Zugriffsmöglichkeit für das Datensteuerungsmodul 6 a. Da die Datenbasis zweckmäßig in "Ma­ schinensteuerdaten" und "Dialogsteuerdaten des Programmiersy­ stems" unterteilt ist, übernimmt das Modul 6a nicht nur den Zugriff auf die Basis, sondern generell die Verwaltung beim Datenzugriff. Dies ist sowohl in der Dialogebene als auch in der NC-Code-Ebene möglich.

In bezug auf das CNC-Programmiersystem besitzt das Datensteue­ rungsmodul 6a die Eigenschaft, ein verkettetes und verschach­ teltes Listenkonzept zu ermöglichen, welches die Aufteilung eines Programmes nach bestimmten Teilsystemen, Bearbeitungsblöcken und Bearbeitungsmakros (mehrere zusammenhängende Programmieranwei­ sungen, die wie eine Anweisung behandelt werden) erlauben. Fer­ ner bietet das Modul. 6a einen schnellen Zugriff auf Parameter, welche zur Steuerung des Programmiersystems benötigt werden.

Aus den in der Funktionssteuereinheit 6 abgelegten Daten wird ein sogenanntes "Pseudo-Maschinenprogramm" 6b generiert, wobei das Datensteuerungsmodul 6a auch hier die "Auftrennung" und "Zusammenführung" der Daten durchführt. Für den Anwender stellt sich dies so dar, als wäre ein getrenntes "Maschinenprogramm" vorhanden.

Neben den reinen NC-Daten, die für den Ablauf des Programmes an der CNC-Maschine (13) benötigt werden, müssen alle systembeding­ ten Zusatzinformationen (Blockstruktur, Makro-Parameter, Geome­ trieprozessor usw.) beim Zugriff durch den Programmierer einge­ tragen werden.

Das "Pseudo-Maschinenprogramm" 6b besitzt also alle Informatio­ nen, die für die Rekonstruktion eines Programmes zu einem späte­ ren Zeitpunkt erforderlich sind.

Die in der Funktions-Steuermatrix (Abb. 3) angegebenen gewünsch­ ten Funktionen sind als Moduleinheit in dem erfindungsgemäßen Gerät implementiert, u. a. über Applikationsablauf und Datenauf­ bereitung direkt mit der Funktionssteuereinheit verbunden.

Diese Applikationseinheiten können durch weitere (NNN) Einheiten ergänzt werden, wie in Abb. 4 dargestellt.

Eine dieser Applikationseinheiten ist das Datensteuerungsmodul 6a. Die Kommunikation dieser Applikation erfolgt über eine Kom­ mando-Schnittstelle und eine Übergabestruktur (nicht darge­ stellt).

Der Zugriff auf die einzelnen Applikationseinheiten in Abb. 4 erfolgt hierarchisch, d. h. der Zugriff auf Daten einer tiefer­ liegenden Ebene ist von der Positionierung in der aktuellen Ebene abhängig. Wird in einer bestimmten Ebene neu positioniert, hat dies den Verlust aller Positionen der tieferliegenden Ebenen zur Folge, d. h. bei Bedarf müssen diese ebenfalls neu positio­ niert werden. Diese Tatsache kann sich mitunter nachteilig aus­ wirken. Das Datensteuerungsmodul 6a bietet daher die Möglich­ keit, den aktuellen Zugriffspfad temporär zwischenzuspeichern und bei Bedarf zu restaurieren.

Eine Möglichkeit, sich Positionen in einem Programm zu merken, ist das Setzen von Marken bzw. Merkern. Somit können bestimmte Bereiche gekennzeichnet und umfangreiche Datenmanipulationen wie Kopieren, Vorschieben, Löschen und ähnliches angewendet werden.

Claims (7)

1. Dialogorientiertes Programmiergerät zur Erstellung von Funktions- und Steuerdaten für eine CNC-Maschine

• - mit einer Dateneingabe und Visualisierungseinrichtung (Bildschirm, Tastatur) zur Eingabe und/oder Ändern des ge­ wünschten Funktions- und Steuerungsablaufes der Maschine
• - mit einer zentralen Speicher- und Verarbeitungseinheit (1), in der die eingegebenen Daten über eine Ein/Ausgabeeinheit (I/O-Einheit) zu Steuerungsdaten (13) für die Maschinen­ steuerung verarbeitet und als Steuerprogramm für die Ma­ schine ausgegeben werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - in der zentralen Speicher- und Verarbeitungseinheit (1) die eingegebenen Daten einem Dialogmakrointerpreter (4) zur Beschreibung des Bearbeitungs- und Dialogablaufs des Ma­ schinenprogramms zugeführt werden und in einer Programmedi­ toreinheit (6) zu Programmlaufzeiten verarbeitet werden,
• - wobei die in der Editoreinheit (6) vorhandenen Steuer- und Dialogdaten in einer gemeinsamen Datenbasis abgelegt sind,
• - ein Datensteuerungsmodul (6a) vorhanden ist mit Zugriffs­ möglichkeit zu den in der Datenbasis abgelegten Daten und zur Selektierung und Steuerung von gewünschten Teildaten­ mengen
• - und wobei in dem erstellten Maschinensteuerprogramm (6b) neben den Ablaufdaten die von dem Steuerungsmodul selek­ tierten Teildatenmengen in Form von Programmsätzen gene­ riert werden.

2. Programmiergerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbasis in Maschinensteuer­ daten und Dialogsteuerdaten unterteilt ist.

3. Programmiergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeditoreinheit (6) online mit der Dateneingabeeinrichtung verbunden ist.

4. Programmiergerät nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensteuerungsmodul (6a) die Zugriffkontrolle und Verwaltung beim Datenzugriff sowohl in der Dialogquellebene als auch im fertig erstellten Maschinensteuer­ programm übernimmt.

5. Programmiergerät nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen im Maschinensteuerpro­ gramm (13) durch das Datensteuermodul im Dialogquellprogramm ausgeführt werden.

6. Programmiergerät nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsätze des Maschinenpro­ gramms (13), die die durch das Datensteuerungsmodul (6a) selek­ tierte Teildatenmenge beinhalten, im Ablaufsteuerprogramm durch spezielle Merker gekennzeichnet sind.