DE4330221C2 - Dialogorientiertes Programmiersystem zur Erzeugung eines Steuerungsprogramms für eine CNC-Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dialogorientiertes Program­ miersystem zur Erzeugung eines Steuerprogramms für eine CNC- Maschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Systeme sind Teil einer Programmiereinheit, die sich zur automatischen und/oder halbautomatischen Erstellung von Steuer­ programmen für CNC-Maschinen einer ganz bestimmten Bearbei­ tungstechnologie (Drehen, Fräsen u. ähnl.) eignen. Sie sind entweder Bestandteil der Maschinensteuerung (Vorortprogrammie­ rung) oder als separater Programmierplatz als PC ausgeführt und über Datenleitung mit der CNC-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/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 entsprechen­ der automatischer oder halbautomatischer Festlegung oder Varia­ tion von Bearbeitungsschritten mit einer z. B. ebenfalls automa­ tischen Zuordnung von entsprechenden Bearbeitungswerkzeugen. Darüberhinaus werden in Abhängigkeit vom jeweils vorhandenen Maschinentyp die für das CNC-Programm notwendigen Technologie­ daten interaktiv festgelegt und generiert.

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

Beispiele für solche Programmiersysteme 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 bekannten Systemen vor einer Modifizierung und Anpassung die gesamten Dialoge, die verwendete Technologie und beispiels­ weise auch die eingesetzten Werkzeuge vorab festgelegt werden. Das Steuerprogramm wird vorab erstellt und erst anschließend kann es modifiziert und angepaßt werden. Dies erfordert zusätz­ liche Rechnerkapazität und längere Programmlaufzeiten.

Zur Änderung muß sowohl stark in das steuerspezifische Quellen­ programm als auch in den G-Code des Systems eingegriffen wer­ den.

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

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

Bei bisher bekannten automatischen "Programmiersystemen" wurde grundsätzlich zwischen Quellprogrammdaten und Maschinensteuer­ programmdaten unterschieden. Das heißt, es sind mindestens zwei verschiedene Datenbasen zur Modifizierung vorhanden. Änderungen können also, sowohl dialoggeführt im sogenannten "Quellcode" als auch direkt über einen "G-Satz-Editor" im "Maschinensteuer­ programm" 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 oder optimiert werden soll.

Mit anderen Worten, es ist nicht möglich, "Steuerprogrammände­ rungen", welche in einem bestimmten Eingabelevel bzw. Daten­ level der "Einheit" vom Anwender durchgeführt wurden, in einen höheren "Level" zurückzuführen. Das bedeutet, nachträgliche Än­ derungen in einem "niedrigeren" Level (z. B. DIN-Code) sind in dem höherwertigen Eingabelevel (Dialogquellinformationen), in welchem das Steuerprogramm ursprünglich vom Anwender eingegeben wurde, nicht mehr vorhanden.

Der Anwender ist also gezwungen, immer den höchsten Eingabe­ level zu wählen, um gemachte Änderungen in allen anderen "Leveln" verfügbar zu haben. Dies hat gravierende Einschränkun­ gen in den Möglichkeiten und der Flexibilität bei der Optimie­ rung von Steuerprogrammen zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Programmiersystem gemäß der DE-32 40 000 C2 zur Erstellung von Steuerungsdaten für eine CNC- Maschine so zu verbessern, daß Änderungen und Programmoptimierun­ gen in jedem beliebigen "Level" durchgeführt werden können.

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale im Patentan­ spruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung 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 Steuerpro­ grammdaten erstellen kann, die in bezug auf den Funktionsumfang und den Programmierablauf gegenüber herkömmlichen Programmier­ systemen erhebliche Vorteile bringen.

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

Der erfindungsgemäß angeordnete Dialogmakrointerpreter und Edi­ tor des Programmiersystems machen es möglich, sowohl die funk­ tionale Ausprägung, als auch die Ausprägung bezüglich der Be­ dienung flexibel durch den Anwender festzulegen oder auf die jeweils vorliegenden technologischen Anforderungen abzustimmen. Durch die spezielle Funktionsbeschreibungseinheit und Funkti­ onssteuereinheit wird es dem Anwender ermöglicht, durch Eingabe von Funktionssteuerblöcken die Ausprägung bezüglich einer ge­ wünschten 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 "Auftrennung" und "Zusammenführung" der Daten für die "Maschi­ nensteuerung" und für die "Dialogsteuerung", wodurch ein "Pseu­ do-Maschinenprogramm" entsteht.

Änderungen, welche der Anwender in diese, "Pseudo-Maschinen­ programm" macht, sind jedoch sofort auch für den Zugriff vom Programmiersystem als "Quelldaten" verfügbar. Der Anwender ver­ hält sich beim "Ändern" oder beim "Optimieren" genau so wie beim Ändern eines manuell erzeugten NC-Steuerprogramms.

Durch das Datensteuerungsmodul wird es bei der vorliegenden Er­ findung möglich, in einem beliebigen "Level" durchgeführte Än­ derungen, 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 miersystems ein Steuerprogramm erstellt werden soll. Es zeigen:

Abb. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines üblichen Programmiersystems zur Erstellung von CNC- Steuerungsdaten,

Abb. 2 eine Prinzipdarstellung des erfinderischen Program­ miersystems,

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

Abb. 4 die Datenaufbereitung und den Applikationsablauf für die Funktionssteuereinheit des Programmiersystems.

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 13 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 werden die aktuell abgelegte und benötig­ te Software als System- und Anwenderprogramm und die mit diesem Programm zu verarbeitenden Daten und Ergebnisse ge­ speichert.
• - 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 gewünsch­ ten Funktionsablauf der Werkzeugmaschine als ein parametrisches Steuerprogramm. Die Eingaben erfolgen entsprechend dem Pro­ grammformat der für die Bearbeitungsmaschine eingesetzten Steuerung. In der eigentlichen Funktionsbeschreibungseinheit 4 werden die eingegebenen Daten zu einer Funktionssteuermatrix 7 aufbereitet. Manuell durch den Programmierer oder automatisch erfolgt die Vergabe und Zuordnung von Parametern zu den einzel­ nen Funktionen der Maschine. Eine solche Funktionssteuermatrix 7 mit der dazu gehörenden Ablaufbeschreibung 7a ist in Abb. 3 dargestellt, einem Bearbeitungsfall für die spanende Bearbei­ tung für eine CNC-Werkzeugmaschine.

Folgende Funktionen und Steuerparameter sind in Abb. 3 darge­ stellt.

• a) Funktionsbeispiele:
  RTM - Revolvertabellenmodul (bei Revolver- Werkzeugmaschinen)
  TTM - Technologietabellenmodul
  GEO - Geometrie
• b) Parameterbeispiele:
  WKZ - Werkzeugnummer
  ST - Station
  V - Schnittgeschwindigkeit
  F - Vorschub
  D - Schnittiefe
  GEO - Geometrie

Die so erstellte Funktionssteuermatrix 7 wird dann vom Program­ mierer programmiert, indem zu den einzelnen Parametern ein oder mehrere Funktionsattribute aktiviert werden (Abb. 3). Das Er­ gebnis wird dann in Form einer Struktur zusammen mit der Ab­ laufbeschreibung 7a einer Steuerlistenerstellungseinheit 5 zu­ geführt.

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 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 Daten­ eingabeeinrichtung 2, 3 verbunden, um von dort aktuelle Parame­ terwerte einzugeben, falls erforderlich. Diese Funktionssteuer­ einheit 6 kommt bei der Erstellung eines Steuerprogrammes für die Bearbeitungsmaschine durch die Befehle "Bearbeitungs­ schritt-Eingabe" oder "Bearbeitungsschritt-Ändern" - ausgelöst durch die Dateneingabeeinrichtung - zur Ausführung.

Startet also der Anwender die Funktionssteuereinheit 6, so wer­ den die von ihm in der Funktionsbeschreibungseinheit vorgegebe­ nen Eingabeanforderungen und Funktionsabläufe - z. B. die Ermittlung eines geeigneten Werkzeuges und/oder des geeigneten Vorschubes - ausgeführt.

Erfindungsgemäß sind die in der Funktionssteuereinheit 6 oder Editoreinheit vorhandenen Steuer- und Dialogdaten in einer ge­ meinsamen Datenbasis abgelegt mit Zugriffsmöglichkeit für das Datensteuerungsmodul 6a. Da die Datenbasis zweckmäßig in "Ma­ schinensteuerdaten" und "Dialogsteuerdaten des Programmiersy­ stems" unterteilt ist, übernimmt das Datensteuerungsmodul 6a nicht nur den Zugriff auf die gemeinsame Datenbasis, 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 ei­ nes Steuerungsprogrammes nach bestimmten Teilsystemen, Bearbei­ tungsblöcken und Bearbeitungsmakros (mehrere zusammenhängende Programmieranweisungen, die wie eine Anweisung behandelt wer­ den) erlauben. Ferner bietet das Datensteuerungsmodul 6a einen schnellen Zugriff auf Parameter, welche zur Steuerung des Pro­ grammiersystems benötigt werden.

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

Neben den reinen NC-Daten, die für den Ablauf des Programmes an der CNC-Maschine benötigt werden, müssen alle systembedingten Zusatzinformationen (Blockstruktur, Makro-Parameter, Geometrie­ prozessor usw.) beim Zugriff durch den Programmierer eingetra­ gen werden.

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

Die in der Funktions-Steuermatrix (Abb. 3) angegebenen ge­ wünschten Funktionen sind als Moduleinheit in dem erfindungsge­ mäßen Gerät implementiert, u. a. über Applikationsablauf und Da­ tenaufbereitung direkt mit der Funktionssteuereinheit verbun­ den.

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

Eine dieser Applikationseinheiten ist das Datensteuerungsmodul 6a. Die Kommunikation dieser Applikationseinheiten erfolgt über eine Kommando-Schnittstelle und eine Übergabestruktur (nicht dargestellt).

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 E­ bene abhängig. Wird in einer bestimmten Ebene neu positioniert, hat dies den Verlust aller Positionen der tieferliegenden Ebe­ nen zur Folge, d. h. bei Bedarf müssen diese ebenfalls neu po­ sitioniert werden. Diese Tatsache kann sich mitunter nachteilig auswirken. Das Datensteuerungsmodul 6a bietet daher die Mög­ lichkeit, den aktuellen Zugriffspfad temporär zwischenzuspei­ chern und bei Bedarf zu restaurieren.

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

Claims (9)

1. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC- Maschine, mit
einer Dateneingabe- und Visualisierungseinrichtung (3, 2) zum Eingeben und/oder Ändern von Daten, die einen gewünschten Funktions- und Steuerungsablauf der CNC-Maschine bestimmen;
einer zentralen Speicher- und Verarbeitungseinheit (1), in der die eingegebenen Daten zu Steuerungsdaten für eine Maschinensteuerung (13) der CNC-Maschine verarbeitet und als Steuerprogramm für die CNC-Maschine über eine Ein- /Ausgabeeinheit an die Maschinensteuerung (13) ausgegeben werden;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Datenbasis vorhanden ist, in der die eingegebenen Daten gemeinsam abgelegt werden, wobei die Datenbasis in einen Bereich für ein parametrisches Steuerprogramm für die CNC- Maschine und in einen Bereich für Dialogsteuerdaten des Programmiersystems unterteilt ist; und
eine Funktionssteuereinheit (6) vorhanden ist, um aus dem parametrischen Steuerprogramm zusammen mit den eingegebenen Daten das ablauffähige Steuerprogramm für die CNC-Maschine zu erstellen.

2. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Funktionssteuereinheit (6) ein Datensteuerungsmodul (6a) aufweist, das auf die Dialogsteuerdaten in der Datenbasis zugreift und diese verwaltet; und
das Steuerprogramm für die CNC-Maschine die für den Ablauf des Steuerprogramms an der CNC-Maschine benötigten Ablaufdaten und Verweise auf die zugehörigen Dialogsteuerdaten enthält.

3. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensteuerungsmodul (6a) den Zugriff und die Verwaltung sowohl in einer Dialogquellebene des Programms als auch in dem Steuerprogramm für die CNC-Maschine ausführt.

4. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensteuerungsmodul (6a) die Ablaufdaten und die Dialogsteuerdaten zur Darstellung für den Anwender und zur Änderung zusammenführt und zur Ansteuerung der CNC-Maschine voneinander trennt.

5. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem parametrischen Steuerprogramm die einzelnen Funk­ tionen der CNC-Maschine durch Parameter festgelegt sind.

6. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Parameter in Form einer Matrix abgelegt sind, und
die Matrix eine Vielzahl von aktivierbaren Funktions­ attributen enthält.

7. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Funktionsattribut zur Auslösung jeweils eines bestimmten Funktionsablaufes in der Steuerung der CNC-Maschine dient.

8. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen in dem Steuerprogramm für die CNC-Maschine durch das Datensteuerungsmodul (6a) in der Dialogquellebene des Programms ausgeführt werden.

9. Dialogorientiertes Programmiersystem für eine CNC-Maschine nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensteuerungsmodul (6a) Programmsätze des Steuer­ programms für die CNC-Maschine als Teildatenmengen selektiert und in dem ersten Teil des Steuerprogramms, der nur die Ablaufdaten enthält, kennzeichnet.