DE69508297T2

DE69508297T2 - Methode und Vorrichtung zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit Hilfe numerischer Steuerung und computerunterstützter Simulationsfunktion

Info

Publication number: DE69508297T2
Application number: DE69508297T
Authority: DE
Inventors: Takao Inoue; Takeshi Masaki; Masahiro Muro; Taiziro Yosioka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2015-03-09
Also published as: EP0671677A1; CN1122018A; DE69508297D1; KR100201020B1; US5808432A; KR950026598A; EP0671677B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung eines Werkstückes unter Verwendung einer numerischen Steuerung mit computerunterstützter Simulationsfunktion. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind für die Bearbeitung eines sehr kleinen Werkstückes mit einer Größe kleiner als beispielsweise ein Millimeter geeignet.

Beschreibung des Standes der Technik

Wenn eine Schneidbearbeitung oder eine Bearbeitung mittels elektrischer Entladungen in einem NC-Bearbeitungszentrum durchgeführt wird, sieht die herkömmliche Praxis so aus, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, welche den nächstkommenden Stand der Technik repräsentiert, von dem die Erfindung ausgeht, wobei durch CAD erhaltene Designdaten in eine Bearbeitungsinformation beim CAM umgewandelt werden und anschließend die Bearbeitungsinformation an das Bearbeitungszentrum entweder online oder off-line für die nachfolgende Bearbeitung übermittelt wird. Falls jedoch ein sehr kleines Werkstück mit einer Größe kleiner als ein Millimeter unter Verwendung des zuvor erwähnten herkömmlichen Verfahrens bearbeitet wird, können sogar sehr kleine Substanzen wie beispielsweise Kristallpartikel des Werkstückes oder Verunreinigungen, die bislang keine Probleme verursacht haben, den Fortgang der Bearbeitung beeinflussen. Aus diesem Grunde entstanden einige Probleme darin, daß nur Bearbeitungsanweisungen unter einer Steuerung mit offener Schleife die Bearbeitung in der im voraus festgelegten Art und Weise nicht befriedigend voranbringen konnten, die herkömmliche visuelle Beobachtung aufgrund der sehr geringen Größe der Form nicht möglich ist und eine Korrektur im Verlauf der Bearbeitung nicht möglich ist. Obwohl es denkbar ist, daß bei Herausnahme des Werkstückes aus der NC-Maschine das Werkstück für eine nachfolgende Nachbearbeitung gemessen werden kann, kann eine solche Meßung nicht einfach durchgeführt werden, da die Bearbeitungsfläche sehr klein ist.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die zuvor beschriebenen Nachteile zu beseitigen.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Feinbearbeitung eines Werkstückes unter Verwendung einer numerischen Steuerung mit computerunterstützter Simulationsfunktion zu schaffen, welches eine visuelle Beobachtung während der Bearbeitung sogar in bezug auf sehr kleine Werkstücke ermöglicht, welche kleiner als beispielsweise ein Millimeter sind, und anormale Symptome durch Erfassen von Bearbeitungsgeräuschen entdecken kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Verfahren der zuvor beschriebenen Art zu schaffen, welches einfach die Bearbeitungsbedingungen sogar während der Bearbeitung modifizieren kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor erwähnten Verfahrens zu schaffen.
Um diese und andere Aufgaben zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen ein Verfahren zur Feinbearbeitung eines Werkstückes unter Verwendung einer numerischen Steuerung mit computerunterstützter Simulationsfunktion, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(a) ein Bearbeitungsprogramm unter Verwendung von Designdaten, die man durch CAD erhält und Bearbeitungsbedingungen, die vorab in einer Datenbank gespeichert sind, auszuarbeiten;
(b) eine Bearbeitungsstatusinformation vom Beginn der Bearbeitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt vom Bearbeitungsort zu erhalten, wobei die Bearbeitungsstatusinformation mindestens eine Toninformation, die Bearbeitungsgeräusche am Bearbeitungsort angibt, eine Information, die einen Antriebsstrom angibt, der zum Antrieb einer NC-Maschine erforderlich ist, eine Information, die eine Form des Werkstückes angibt und/oder eine Information, die eine Form eines Bearbeitungswerkzeuges angibt, enthält;
(c) einen Bearbeitungsstatus unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms und der Bearbeitungsstatusinformation zu simulieren, um ein Ergebnis der Bearbeitung vorherzusagen;
(d) das Ergebnis der Simulation auszugeben;
(e) zu ermitteln, ob das Ergebnis der Simulation innerhalb eines zusätzlichen Bereiches liegt oder nicht;
(f) eine Information über ein anderes Bearbeitungswerkzeug aus einer Datenbank zu erhalten, falls das Ergebnis der Simulation nicht innerhalb des zulässigen Bereiches liegt;
(g) Bearbeitungsbefehle unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms und des Ergebnisses der Simulation auszuarbeiten,
(h) eine NC-Steuerung unter Verwendung der Bearbeitungsbefehle durchzuführen, um einen Rest der Bearbeitung zu optimieren, wobei die Schritte (b) bis (h) während einer Bearbeitung des Werkstückes (A) ausgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls geschaffen eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung eines Werkstückes unter Verwendung einer numerischen Steuerung mit einer computerunterstützten Simulationsfunktion, wobei die Vorrichtung eine NC-Maschine mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes, eine in der NC-Maschine befestigte Antriebseinrichtung zum Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges, eine NC-Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Antriebseinrichtung, eine Anzeige- und Instruktionseinrichtung mit einer Anzeigefunktion und einer Instruktionsfunktion und eine Steuerungs-Shell zur gemeinsamen Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges, der Antriebseinrichtung, der NC-Steuerungseinrichtung und der Anzeige- und Instruktionseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs-Shell einen Bearbeitungsstatus während der Bearbeitung simuliert, um ein Ergebnis der Verarbeitung vorherzusagen, die Anzeige- und Instruktionseinrichtung selektiv durch CAD erhaltene Designdaten, Bearbeitungsbedingungen, ein Bearbeitungsprogramm, eine Bearbeitungsstatusinformation, die man vom Beginn einer Bearbeitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt am Bearbeitungsort erhält, das Ergebnis der von der Steuerungs-Shell ausgeführten Simulation und an die Steuerungs-Shell gegebene Instruktionen anzeigt, wobei die Bearbeitungsstatusinformation mindestens eine Toninformation, die Bearbeitungsgeräusche am Bearbeitungsort angibt, eine Information, die einen Antriebsstrom angibt, der zum Antrieb der NC-Maschine erforderlich ist, eine Information, die eine Form des Werkstückes angibt, und eine Information, die eine Form des Bearbeitungswerkzeuges angibt, enthält, und die Steuerungs-Shell ermittelt, ob das Ergebnis der Simulation innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, eine Information über ein anderes Bearbeitungswerkzeug aus einer Datenbank erhält, falls das Ergebnis der Simulation nicht innerhalb des zulässigen Bereiches liegt, Bearbeitungsbefehle unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms und des Ergebnisses der Simulation ausarbeitet und eine NC-Steuerung unter Verwendung der Bearbeitungsbefehle ausführt, um einen Rest der Bearbeitung zu optimieren.
Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der Ausarbeitung des Bearbeitungsprogrammes wird bevorzugt auf die Bearbeitungsstatusinformation vom Bearbeitungsort Bezug genommen. Ebenfalls sollte vorzugsweise die übermäßige Dicke minimiert werden, welche eine weitere Bearbeitung erfordert, und zwar unter Bezugnahme auf mindestens eine Werkzeugforminformation, die als eine Bearbeitungsbedingungen verwendet wird; und eine zweidimensionale Information plus ein vorbestimmte Tiefeninformation oder eine drei-dimensionale Information, welche die Form des Werkstückes während der Bearbeitung angeben.
In vorteilhafter Weise weist das Verfahren der vorliegenden Erfindung außerdem den Schritt, anormale Bedingungen unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation zu diagnostizieren, oder den Schritt auf, die Form eines Bearbeitungswerkzeuges unter Verwendung der vom Bearbeitungsort erhaltenen Bearbeitungsstatusinformation wieder herzustellen.
Die Bearbeitungsstatusinformation enthält mindestens eine Toninformation am Bearbeitungsort, eine Information, die einen Antriebsstrom angibt, der zum Antrieb einer NC-Masche erforderlich ist, eine Information, die die Form des Werkstückes angibt, und eine Information, die die Form des Bearbeitungswerkzeuges angibt.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes, eine Antriebseinrichtung zum Antrieb des Bearbeitungswerkzeugs, eine NC-Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Antriebseinrichtung, eine Anzeige- und Instruktionseinrichtung mit einer Anzeigefunktion und einer Instruktionsfunktion und eine Steuerungs-Shell zur gemeinsamen Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges, der Antriebseinrichtung, der NC-Steuerungseinrichtung und der Anzeige- und Instruktionseinrichtung auf. Die Anzeige- und Instruktionseinrichtung zeigt selektiv durch CAD erhaltene Designdaten, Bearbeitungsbedingungen, ein Bearbeitungsprogramm, eine Bearbeitungsstatusinformation, die man vom Beginn einer Bearbeitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt am Bearbeitungsort erhält, ein Ergebnis der von der Steuerungs-Shell ausgeführten Simulation und an die Steuerungs-Shell gegebene Instruktionen an.
Zweckmäßigerweise ist die Steuerungs-Shell eine Multi-Tasking-Steuerungs-Shell mit einer Task, die durch CAD erhaltene Designdaten in eine NC-Steuerungsinformation zu wandeln, einer Task, auf eine zuvor in einer Datenbank gespeicherte Bearbeitungsbedingungsinformation Bezug zu nehmen, und einer Task, das Bearbeitungsprogramm unter Verwendung der Bearbeitungsbedingungsinformation und der NC-Steuerungsinformation auszuarbeiten. Die Multi-Task-Steuerungs-Shell besitzt ebenfalls eine Task, die Bearbeitungsstatusinformation vom Bearbeitungsort zu erhalten, eine Task, einen Bearbeitungsstatus unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation und des Bearbeitungsprogramms zu simulieren, eine Task, für die NC-Steuerung erforderliche Bearbeitungsbefehle unter Verwendung eines Ergebnisses der Simulation und des Bearbeitungsprogrammes vorzubereiten, und eine Task, die Antreibseinrichtung in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbefehlen zu steuern.
Zweckmäßigerweise weist die Steuerungs-Shell eine Task auf, anormale Bedingungen während der Bearbeitung unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation zu diagnostizieren.
In vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Wiederherstellung der Form des Bearbeitungswerkzeugs unter Verwendung der vom Bearbeitungsort erhaltenen Verarbeitungsstatusinformation auf.
Ebenfalls in vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung ferner einen Tonmonitor zur Erfassung einer Toninformation am Bearbeitungsort, ein Ampermeter zur Messung einer Antriebsstrominformation der Antriebseinrichtung und eine Formermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Forminformation, die mindestens eine Form des Werkstückes und des Bearbeitungswerkzeuges angibt, auf. Die Formermittlungseinrichtung kann eine Videokamera, ein Lasermikroskop, ein dreidimensionaler Digitalisierer o. dgl. sein.
Bei der Bearbeitung, die für die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommt, kann es sich beispielsweise um eine Schneidbearbeitung oder eine Bearbeitung unter elektrischer Entladung handeln.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die zuvor erwähnten und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Erklärung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Flußdiagramm ist, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung angibt;
Fig. 3 die Verarbeitungsschritte zur Herstellung einer rechteckigen Öffnung zeigt;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer NC-Maschine der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Werkstückes und eines Bearbeitungswerkzeuges ist;
Fig. 6A schematisch das Verfahren zur Bildung von peripheren Löchern für die Herstellung eines evolventen Zahnrades zeigt;
Fig. 6B schematisch die Trace-Bearbeitung zeigt;
Fig. 6C schematisch die Grobbearbeitung zeigt;
Fig. 6D schematisch die Feinbearbeitung zeigt;
Fig. 7 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Segmentierung ist, welche erforderlich ist, um Unterbrechungsoperationen zu ermöglichen;
Fig. 8 ein Blockschaltbild ist, das den Betrieb einer in der NC-Maschine von Fig. 4 vorhandenen Steuerungs-Shell zeigt; und
Fig. 9 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm gezeigt, das ein Bearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angibt. Wie beim herkömmlichen Verfahren wird eine Zeichnung mit CAD ausgearbeitet und werden Designdaten, die eine durch CAD erhaltene einteilige Figur angeben, durch CAM in Bearbeitungsbefehle umgewandelt, die für die Arbeit eines Bearbeitungswerkzeuges erforderlich sind und wiederum in ein NC-System einer Bearbeitungsvorrichtung eingegeben werden.
Wie im Flußdiagramm von Fig. 2 gezeigt ist, wird unter Verwendung einer Zeichnung, eines Bildes o. dgl., die bzw. das das Profil eines gewünschten Zielobjektes zeigt, die Form, in die ein Werkzeug schließlich zur bearbeiten ist, im Schritt S1 unter Verwendung einer Formausarbeitungsfunktion des CAD ausgearbeitet. Obwohl dieses Verfahren im allgemeinen interaktiv ausgeführt wird, kann eine Information über ein gegebenes Format aus anderen CAD-System über ein Interface abgerufen werden. Andere Formen während der Bearbeitung werden ebenfalls im Schritt S1 vorbereitet.
Im Schritt S2 wird die Planung des Verfahrens einschließlich der Bearbeitungsreihenfolge und der Bearbeitungsbedingungen festgelegt. Für den Fall, daß ein rundes Loch oder ein Schlitz ausgebildet wird, wird dieser Schritt für jede Bearbeitung vorgenommen. Andererseits für den Fall, daß ein Gegenstand mit einer 2,5-dimensionalen Form durch Bearbeitung ausgebildet werden soll, werden einzelne Drahtrahmenelemente, die die Konturlinien angeben, gebildet, und zwar um die Kontinuität und die Richtung festzulegen, die für die nachfolgende Bearbeitung erforderlich sind, und werden segmentiert, um eine Unterbrechung (Sekrementierung) zu ermöglichen.
Obwohl ein Bearbeitungsprogramm durch Festlegung geeigneter Werkzeugwege in Abhängigkeit von der Größe eines Bearbeitungswerkzeuges wie beispielsweise einer Elektrode ausgearbeitet wird, kann auf die in einer Datenbank abgespeicherten Bearbeitungsbedingungen im Schritt S3 Bezug genommen werden. Es sei hier angemerkt, daß die durch diese Beschreibung verwendeten Bearbeitungsbedingungen vorbestimmte Bedingungen wie beispielsweise die Form des Bearbeitungswerkzeuges, die Bearbeitungsgeschwindigkeit, die Schnittiefe u. dgl. meinen.
Bei der Planung des Verfahrens wird vorzugsweise die Festlegung so ausgeführt, daß die übermäßige Dicke minimiert wird, die eine weitere Bearbeitung erfordert, und zwar unter Bezugnahme auf mindestens eine Werkzeugforminformation, die als eine der Bearbeitungsbedingungen verwendet wird, oder eine 2,5- oder 3-dimensionale Information über die Form des Werkstückes während der Bearbeitung. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, in der die Bearbeitungsschritte zur Ausbildung einer rechteckigen Öffnung erkennbar sind, werden beispielsweise zunächst drei runde Löcher unter Verwendung eines Bearbeitungswerkzeuges mit großem Durchmesser ausgebildet. Anschließend werden vier überlappende Punkte unter Verwendung eines Werkzeuges mit mittlerem Durchmesser ausgebildet, und schließlich wird die noch rauhe Innenfläche der Öffnung unter Verwendung eines Werkzeuges mit kleinem Durchmesser bearbeitet.
Anschließend werden unter Verwendung des im Schritt S2 ausgearbeiteten Bearbeitungsprogrammes für den Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges erforderliche Bearbeitungsbefehle im Schritt S4 erzeugt, und die Antriebssteuerung der NC- Maschine wird im Schritt S5 durchgeführt.
Im Schritt S6 wird unter Verwendung einer am Bearbeitungsort erhaltenen Bildinformation eine Entscheidung getroffen, ob die während der Bearbeitung beobachtete Werkstückform akzeptabel ist. Falls die Werkstückform innerhalb eines erlaubten Bereiches liegt, wird die Steuerung von Schritt S5 fortgesetzt. Falls demgegenüber die Werkstückform nicht zulässig ist, wird ein Unterbrechungsverfahren durchgeführt, um die Werkzeugwege zu ändern. Insbesondere im Schritt S7 erfragt das NC-System eine AI-System(datenbank)-Information über die Form eines neuen Bearbeitungswerkzeuges ab, welches anstelle des augenblicklich benutzten Bearbeitungswerkzeuges vorzugsweise verwendet werden kann. Anschließend wird eine Simulation durchgeführt, um das Ergebnis der Bearbeitung mit dem neuen Bearbeitungswerkzeug unter Verwendung eines neuen Bearbeitungsprogrammes, das man durch Festlegung geeigneter Werkzeugwege entsprechend der Größe des neuen Bearbeitungswerkzeuges erhält, und der Information zu kennen, die die Form des Werkstückes und die des neuen Bearbeitungswerkzeuges angibt. Während das Ergebnis der Simulation von einer Anzeige- und Instruktionseinrichtung bestätigt wird, falls ermittelt worden ist, daß man eine gewünschte Form erhalten kann, kehrt das Verfahren zum Schritt S1 zurück, wo die gegenwärtige Form des Werkstückes ausgearbeitet wird, und werden die Schritte S2 bis S5 wieder nacheinander durchgeführt. Die Anzeige- und Instruktionseinrichtung wird nachfolgend erörtert.
Im Schritt S8 wird unter Verwendung einer Steuerinformation über die Wellenform eines Steuerstromes für die NC-Maschine u. dgl. der Bearbeitungsstatus geprüft oder erkannt, um zu bestimmen, ob die Bearbeitungsbedingungen wie beispielsweise die anfänglich festgesetzte Bearbeitungsgeschwindigkeit, Entladungsspan nung, Kapazität einer Kapazität, Bearbeitungsreihenfolge u. dgl. für die Bearbeitung geeignet sind. Gleichzeitig wird unter Verwendung einer Toninformation, die Bearbeitungsgeräusche am Bearbeitungsort angibt, einer Bildinformation des Bearbeitungswerkzeuges u. dgl. eine Entscheidung getroffen, ob das Bearbeitungswerkzeug neu geformt oder der Ort der Bearbeitung in Übereinstimmung mit dem Verschleiß des Bearbeitungswerkzeuges modifiziert werden soll. Falls keine Anormalität im Schritt S8 festgestellt worden ist, kehrt das Verfahren zum Schritt S5 zurück, um die Bearbeitungsverfahrenssteuerung fortzusetzen, während der Bearbeitungsstatus oder der Ort der Bearbeitung in geeigneter Weise modifiziert wird, falls eine Anormalität festgestellt worden ist, gefolgt vom Schritt S9, in dem eine Bearbeitungssimulation durchgeführt wird. Anschließend wird ein Unterbrechungsverfahren, das zur Änderung der Bearbeitungsreihenfolge oder der Bearbeitungsbedingungen erforderlich ist, durchgeführt, wobei ein solches Verfahren eine Unterbrechung, die zur Optimierung der Bearbeitungsgeschwindigkeit erforderlich ist, und eine Unterbrechung enthält, die erforderlich ist, um dem Verschleiß des Bearbeitungswerkzeuges Rechnung zu tragen. Dieses Unterbrechungsverfahren verursacht, daß das Verfahren zum Schritt S2 zurückkehrt, in dem ein neues Bearbeitungsprogramm ausgearbeitet wird, und die Schritte S4 und S5 werden wieder ausgeführt.
Bei der Durchführung der zuvor erwähnten Simulation kann auf die Information über die zuvor erwähnten Arbeitsbedingungen Bezug genommen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach Überprüfung des Simulationsergebnisses für den Fall, daß sich der weitere Verlauf der Bearbeitung vom gewünschten unterscheidet, das Bearbeitungsprogramm modifiziert, indem wieder das Verfahren der Schleife LP1 oder LP2 ausgeführt oder es wiederholt ausgeführt wird. Wenn die Bearbeitungsbefehle vorbereitet sind, da die Bedienperson den Fortgang der Bearbeitung aus dem Simulationsergebnis visuell prüfen kann, werden die Bearbeitungsbefehle im wesentlichen unter Berücksichtigung des Beobachtungsergebnisses ermittelt, um die übermäßige Dicke des Werkstückes nach der Bearbeitung zu minimieren.
Im Schritt S10 wird die Feststellung des Bearbeitungsstatus auf Real-Zeit-Basis durchgeführt, und zwar im Bezug darauf, ob eine ernste Situation wie beispielsweise eine Bestätigung am Bearbeitungswerkzeug eintritt, welche eine Unterbrechung des Bearbeitungsbetriebes erfordert. Falls keine Anormalität bestätigt worden ist, wird die Bearbeitungsverfahrenssteuerung fortgesetzt. Falls demgegenüber eine Anormalität bestätigt worden ist, wird ein Not-Unterbrechungsverfahren durchgeführt und werden neue Bearbeitungsbefehle wie beispielsweise ein Steuerungsaufhebungsbefehl ausgearbeitet.
Im Schritt S11 werden die zur Steuerung des Bearbeitungsverfahrens von Schritt S5 verwendeten Steuerdaten an das AI-System übermittelt und dort als historische Verfahrensinformation abgespeichert. Durch Analyse dieser historischen Verfahrensinformation kann man Regeln betreffend die Bearbeitungsverfahrenssteuerung als Wissensdaten erhalten, in denen sie durch ein "falls-dann-noch"-Format repräsentiert werden, wodurch eine Expertendatenbank aufgebaut wird. Die Ausarbeitung eines neuen Bearbeitungsprogramms und einer neuen Simulation wird im Schritt S2 und im Schritt S7 bzw. S9 vorgenommen, indem die Expertendatenbank auf einem AI-Entscheidungssystem läuft. Diese Expertendatenbank wird ebenfalls als Referenzinformation verwendet, wenn die Bedienperson Überarbeitungsprogramme ausarbeitet oder modifiziert.
Falls der Bearbeitungsstatus akzeptabel ist, wird der Bearbeitungsbetrieb aufgehoben und geht das Verfahren zum Schritt S12, wo der fertiggestellte Gegenstand inspiziert wird.
Auch wenn nicht gezeigt, weist das Bearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung ebenfalls das Verfahren zum erneuten Formen des Bearbeitungswerkzeuges wie gewöhnliche Bearbeitungsverfahren auf. In diesem Verfahren wird unter Bezugnahme auf die vom Bearbeitungsort erhaltene Bearbeitungsstatusinformation und insbesondere auf die Forminformation des Werkstückes und/oder Bearbeitungswerkzeuges oder der Steuerinformation, die die Wellenform eines elektrischen Stromes angibt, u. dgl. das Bearbeitungswerkzeug erneut geformt.
Fig. 4 zeigt eine NC-Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese NC- Maschine weist einen Antriebstisch 1, der in X- und Y-Richtungen bewegbar ist, eine elektrische Entladungsmaschine 2, eine zylindrische Elektrode 22, die als Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines auf dem Antriebstisch 1 angeordneten Werkstückes A verwendet wird, und eine Antriebseinrichtung 21 auf, die in Z- Richtung bewegbar ist, um die zylindrische Elektrode 22 anzutreiben. Zwei 3- dimensionale Digitalisierer 3 und 4 sind auf dem Antriebstisch 1 befestigt, um die zylindrische Elektrode 22 und das Werkstück A entsprechend zu inspizieren. Eine Abrichtspannvorrichtung 5 ist ebenfalls auf den Antriebstisch 1 befestigt, um die zylindrische Elektrode 22 unter Verwendung der vom Bearbeitungsort erhaltenen Bearbeitungsstatusinformation erneut zu formen. Ein Tonmonitor 8 zur Ermittlung der Toninformation am Bearbeitungsort ist unterhalb des Werkstückes A angeordnet.
Die NC-Maschine weist ebenfalls eine Workstation (EWS) 6, die als die zuvor erwähnte Anzeige- und Instruktionseinrichtung verwendet wird, und eine Steuereinrichtung 7 auf, die eine Steuer-Shell zur gemeinsamen Steuerung sämtlicher Elemente der NC-Maschine enthält. Die Steuereinrichtung 7 enthält ebenfalls ein Ampermeter 9, um eine Antriebsstrominformation der elektrischen Entladungsmaschine 2 zu erhalten. Die Anzeige- und Instruktionseinrichtung 6 besitzt zusätzlich zur Anzeigefunktion eine Instruktionsfunktion. Deswegen ist die Anzeige- und Instruktionseinrichtung 6 in der Lage, CAD-Daten, die Bearbeitungsbedingungen, das Bearbeitungsprogramm, die Bearbeitungsortinformation und das Ergebnis der Simulation anzuzeigen und auch Instruktionen an die Steuerungs-Shell zu geben. Bei der Anzeige- und Instruktionseinrichtung 6 kann es sich um einen Personalcomputer handeln.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird, wenn das auf dem Antriebstisch 1 angeordnete Werkstück A in einer hemisphärischen Konfiguration zur bearbeiten ist, eine pulsförmige Entladungsspannung zwischen dem Werkstück A und der zylindrischen Elektrode 22 angelegt. Während der Bewegung des Antriebstisches 1 in die X- und Y-Richtungen treibt die Antriebseinrichtung 21 die zylindrische Elektrode 22 für eine Rotation und Bewegung in Z-Richtung an, wodurch sich die zylindrische Elektrode 22 in einer mit D angegebenen Richtung bewegt, um eine gewünschte Bearbeitung zu erzielen.
Ein besonderes Bearbeitungsverfahren zur Herstellung eines kleinen evolventen Zahnrades mit einem Wälzkreisdurchmesser von 0,30 mm und zwölf Zähnen wird nachfolgend anhand der Fig. 6A bis 6D erläutert.
Eine endgültige Form g, in die ein Werkstück A zu bearbeiten ist, und mehrere beispielsweise drei, gewünschte Formen, wie in den Fig. 6A bis 6C im Lauf der Bearbeitung gezeigt ist, werden anfänglich erzeugt. Unter Verwendung der ausgearbeiteten Formen werden ein Bearbeitungsprogramm und Bearbeitungsbefehle ausgearbeitet.
Das Werkstück A wird anschließend auf dem Antriebstisch 1 angeordnet, und eine zylindrische Elektrode 22 mit einem Durchmesser von 200 um ist an der Antriebseinrichtung 21 befestigt, um nachfolgend mehrere in Fig. 6A gezeigte, kreisförmig angeordnete Löcher zu bohren. Insbesondere wird während der Bearbeitungsverfahrenssteuerung die zylindrische Elektrode 22 in Position gebracht, so daß ihr Mittelpunkt über einem ersten Ort auf einem Kreis C mit einem Durchmesser von 600 um angeordnet werden kann. Die Antriebseinrichtung 21 treibt dann die zylindrische Elektrode 22 an, damit sie sich nach unten bewegt, während sie sich dreht, wodurch ein erstes Loch c1 mit einem Durchmesser von 200 um am ersten Ort ausgebildet wird. Anschließend treibt die Antriebseinrichtung 21 die zylindrische Elektrode 22 an, damit sie sich nach oben bewegt, und das Werkstück A wird zusammen mit dem Antriebstisch 1 horizontal bewegt, so daß die zylindrische Elektrode 22 über einem zweiten Ort auf dem Kreis C im Abstand von 30º von dem ersten Ort angeordnet werden kann. Ein zweites Loch c2 wird dann durch Hinabbewegen der zylindrischen Elektrode 22 ausgebildet. Dasselbe Verfahren der zuvor erwähnten Art wird zwölfmal wiederholt, bis das in Fig. 8A gezeigte Bohrverfahren vollendet ist, währenddessen mehrere auf einem Kreis angeordnete Löcher c1 bis c12 entlang des Kreises C ausgebildet werden.
Da diese Löcher c1 bis c12 eine ringförmige Nut mit unebenen vertikalen Innenflächen bilden, wird die zylindrische Elektrode 22 allmählich entlang der ringförmigen Nut bewegt, während sie um ihre eigene Achse gedreht wird, nachdem das zwölfte Loch c12 ausgebildet worden ist, wodurch eine ringförmige Nut G mit ebenen vertikalen Innenflächen und einer Dicke von 200 um ausgebildet wird, wie in Fig. 6B (Spurbearbeitung) gezeigt ist.
Die Spurbearbeitung wird gefolgt von einer in Fig. 6C gezeigten Grobverarbeitung, wo nach Austausch der zylindrischen Elektrode eine neue zylindrische Elektrode 22 mit einem Durchmesser von 50 um entlang eines programmierten Bearbeitungsortes L1 bewegt wird, so daß die endgültige Form g des beabsichtigen evolventen Zahnrades eine übermäßige Dicke haben kann. In einem in Fig. 6D gezeigten anschließenden Fertigbearbeitungsverfahren wird nach Austausch der zylindrischen Elektrode eine zylindrische Elektrode 22 mit einem Durchmesser von 20 um entlang eines programmierten Bearbeitungsortes L2 bewegt, bis man das beabsichtigte evolvente Zahnrad erhält.
Es sei hier angemerkt, daß, wie in Fig. 7 gezeigt ist, die endgültige Form g des evolventen Zahnrades aus mehreren kontinuierlichen Drahtrahmenelementen besteht, von denen jedes in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, um ein Unterbrechungsverfahren für jedes Segment zu gestatten. Bei den in den Fig. 6A bis 6D gezeigten Bearbeitungsverfahren werden die Formen während der Bearbeitung erkannt (Schritt S6 in Fig. 2) und wird der Bearbeitungsstatus erkannt (Schritte S8 bis S10 in Fig. 2). Falls es die Gelegenheit erfordert, werden Simulationen (Schritte S7 und S9 in Fig. 2) und zugehörige Unterbrechungsverfahren durchgeführt.
Es sei ebenfalls angemerkt, daß sämtliche Verfahren der Reihe nach automatisch durchgeführt werden können, und zwar dadurch, daß die Elektrode vor jeder Bearbeitungsoperation erneut geformt wird.
Das so hergestellte Drehmomentenzahnrad besitzt eine Bearbeitungsgenauigkeit von ± 0,5 um, und die Bearbeitungszeit hierzu wird auf etwa ein Zehntel im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren reduziert.
Die Steuerungs-Shell ist eine Multitask-Shell mit, wie Fig. 8 zeigt, einer Task 11, die durch CAD erhaltene Designdaten in eine für eine NC-Steuerung erforderlich information zu wandeln, einer Task 12, auf eine zuvor in einer Datenbank gespeicherte Bearbeitungsbedingungsinformation Bezug zu nehmen, und einer Task 13, das Bearbeitungsprogramm unter Verwendung der Bearbeitungsbedingungsinformation und der gewandelten NC-Steuerungsinformation auszuarbeiten. Die Steuerungs-Shell besitzt ebenfalls Tasks 14a, 14b und 14c, die Bearbeitungsstausinformation am Bearbeitungsort zu erhalten, eine Task 15, den Bearbeitungsstatus unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation und des ausgearbeiteten Bearbeitungsprogramms zu simulieren, eine Task 16, Bearbeitungsbefehle für die NC-Steuerung unter Verwendung des Ergebnisses der Simulation und des Bearbeitungsprogramms vorzubereiten, eine Task 17, die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbefehlen zu steuern, und eine Task 18, anormale Bedingungen während der Bearbeitung unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation zu diagnostizieren.
Um die Tasks 14a, 14b und 14c auszuführen, ist die NC-Maschine, wie zuvor erläutert wurde, mit den beiden 3-dimensionalen Digitalisierern 3 und 4, um eine Forminformation über die zylindrische Elektrode 22 und das Werkstück A zu erhalten, dem Ampermeter 9, um eine Antriebsstrominformation der elektrischen Entladungsmaschine 2 zu erhalten, und mit dem Tonmonitor 8 zur Erfassung einer Toninformation am Bearbeitungsort versehen. Die 3-dimensionalen Digitalisierer 3 und 4 können auch durch Videokameras, Lasermikroskope o. dgl. ersetzt werden.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wird, da eine Feinbearbeitung mit einer numerischen Steuerung mit computerunterstützter Simulationsfunktion durchgeführt wird, kann das Verfahren der Bearbeitung visuell beobachtet werden, und zwar sogar in bezug auf sehr kleine Werkstücke mit einer Größer kleiner als 1 mm, und die Bearbeitungsverfahren können im Laufe der Bearbeitung einfach modifiziert werden. Auch kann, falls notwendig, der Fortgang der Bearbeitung aus den Bearbeitungsgeräuschen ermittelt werden. Deswegen ermöglichen es das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Bedienperson, den Grad des Fortganges der Bearbeitung in geeigneter Weise zu beurteilen und die Bearbeitung voranzutreiben, während er dies erfährt, wodurch die Genauigkeit der Bearbeitung stark verbessert wird.
Als Ergebnis haben das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung folgende Wirkungen:
(a) Falls sogar eine Änderung im Fortgang der Bearbeitung unter dem Einfluß sehr kleiner Substanzen wie beispielsweise Kristallpartikel des Werkstückes oder Verunreinigungen stattfindet, kann leicht eine Modifizierung vorgenommen werden.
(b) Die Bearbeitung kann vorangetrieben werden, ohne im Bearbeitungszustand irgendwelche Veränderungen zu verursachen.
(c) Das besonders vorteilhafte Bearbeitungsverfahren in bezug auf Zeit und Kosten kann erstellt werden.
Zusätzlich zu diesen Wirkungen kann die Bedienperson den Fortgang der Bearbeitung in bezug auf eine Bildinformation oder in einigen Fällen Toninformationen beeinflussen. Dies bedeutet, daß das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Bedienperson eine gewünschte Arbeitsatmosphäre ermöglichen, die interaktive Prozesse zwischen der Bedienperson und der Bearbeitungsvorrichtung gestattet.

Claims

1. Verfahren zur Feinbearbeitung eines Werkstückes (A) unter Verwendung einer numerischen Steuerung mit computerunterstützter Simulationsfunktion, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(a) ein Bearbeitungsprogramm unter Verwendung von Designdaten, die man durch CAD erhält und Bearbeitungsbedingungen, die vorab in einer Datenbank gespeichert sind, auszuarbeiten;

(b) eine Bearbeitungsstatusinformation vom Beginn der Bearbeitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt vom Bearbeitungsort zu erhalten, wobei die Bearbeitungsstatusinformation mindestens eine Toninformation, die Bearbeitungsgeräusche am Bearbeitungsort angibt, eine Information, die einen Antriebsstrom angibt, der zum Antrieb einer NC-Maschine erforderlich ist, eine Information, die eine Form des Werkstückes (A) angibt und/oder eine Information, die eine Form eines Bearbeitungswerkzeuges angibt, enthält;

(c) einen Bearbeitungsstatus unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms und der Bearbeitungsstatusinformation zu simulieren, um ein Ergebnis der Bearbeitung vorherzusagen;

(d) das Ergebnis der Simulation auszugeben;

(e) zu ermitteln, ob das Ergebnis der Simulation innerhalb eines zusätzlichen Bereiches liegt oder nicht;

(f) eine Information über ein anderes Bearbeitungswerkzeug aus einer Datenbank zu erhalten, falls das Ergebnis der Simulation nicht innerhalb des zulässigen Bereiches liegt;

(g) Bearbeitungsbefehle unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms und des Ergebnisses der Simulation auszuarbeiten,

(h) eine NC-Steuerung unter Verwendung der Bearbeitungsbefehle durchzuführen, um einen Rest der Bearbeitung zu optimieren, wobei die Schritte (b) bis (h) während einer Bearbeitung des Werkstückes (A) ausgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem auf die Bearbeitungsstatusinformation vom Bearbeitungsort bei der Ausarbeitung des Bearbeitungsprogrammes Bezug genommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Bearbeitungsprogramm ausgearbeitet wird, um die übermäßige Dicke zu minimieren, welche eine weitere Bearbeitung erfordert, und zwar unter Bezugnahme auf mindestens eine Werkzeugforminformation, die als eine der Bearbeitungsbedingungen verwendet wird, und einer 2-dimensionalen Information plus einer vorbestimmten Tiefeninformation, welche die Form des Werkstückes (A) während der Bearbeitung angeben.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Bearbeitungsprogramm ausgearbeitet wird, um die übermäßige Dicke zu minimieren, die eine weitere Bearbeitung erfordert, und zwar unter Bezugnahme auf mindestens eine Werkzeugforminformation, die als eine der Bearbeitungsbedingungen verwendet wird, und eine 3-dimensionale Information, die die Form des Werkstückes (A) während der Bearbeitung angibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, anormale Bedingungen unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation zu diagnostizieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, ein Bearbeitungswerkzeug (22) unter Verwendung der vom Bearbeitungsort erhaltenen Bearbeitungsstatusinformation neu zu formen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Bearbeitungsstatusinformation mindestens eine Toninformation am Bearbeitungsort, eine Information, die einen Antriebsstrom angibt, der zum Antrieb einer NC-Maschine (2) erforderlich ist, eine Information, die die Form des Werkstückes (A) angibt, und/oder eine Information, die die Form des Bearbeitungswerkzeuges (22) angibt, enthält.

8. Vorrichtung zur Feinbearbeitung eines Werkstückes (A) unter Verwendung einer numerischen Steuerung mit einer computerunterstützten Simulationsfunktion, wobei die Vorrichtung eine NC-Maschine mit einem Bearbeitungswerkzeug (22) zur Bearbeitung eines Werkstückes (A), eine in der NC-Maschine befestigte Antriebseinrichtung (21) zum Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges (22), eine NC-Steuerungseinrichtung (7) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (21), eine Anzeige- und Instruktionseinrichtung (6)mit einer Anzeigefunktion und einer Instruktionsfunktion und eine Steuerungs-Shell zur gemeinsamen Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges (22), der Antriebseinrichtung (21), der NC-Steuerungseinrichtung (7) und der Anzeige- und Instruktionseinrichtung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerungs-Shell einen Bearbeitungsstatus während der Bearbeitung simuliert, um ein Ergebnis der Verarbeitung vorherzusagen;

die Anzeige- und Instruktionseinrichtung (6) selektiv durch CAD erhaltene Designdaten, Bearbeitungsbedingungen, ein Bearbeitungsprogramm, eine Bearbeitungsstatusinformation, die man vom Beginn einer Bearbeitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt am Bearbeitungsort erhält, das Ergebnis der von der Steuerungs-Shell ausgeführten Simulation und an die Steuerungs-Shell gegebene Instruktionen anzeigt, wobei die Bearbeitungsstatusinformation mindestens eine Toninformation, die Bearbeitungsgeräusche am Bearbeitungsort angibt, eine Information, die einen Antriebsstrom angibt, der zum Antrieb der NC-Maschine erforderlich ist, eine Information, die eine Form des Werkstückes (A) angibt, und eine Information, die eine Form des Bearbeitungswerkzeuges (22) angibt, enthält; und die Steuerungs-Shell ermittelt, ob das Ergebnis der Simulation innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, eine Information überein anderes Bearbeitungswerkzeug aus einer Datenbank erhält, falls das Ergebnis der Simulation nicht innerhalb des zulässigen Bereiches liegt, Bearbeitungsbefehle unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms und des Ergebnisses der Simulation ausarbeitet und eine NC- Steuerung unter Verwendung der Bearbeitungsbefehle ausführt, um einen Rest der Bearbeitung zu optimieren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Steuerungs-Shell eine Multi- Tasking-Steuerungs-Shell mit einer Task, die durch CAD erhaltene Designdaten in eine NC-Steuerungsinformation zu wandeln, einer Task, auf eine zuvor in einer Datenbank gespeicherte Bearbeitungsbedingungsinformation Bezug zu nehmen, einer Task, das Bearbeitungsprogramm unter Verwendung der Bearbeitungsbedingungsinformation und der NC-Steuerungsinformation auszuarbeiten, einer Task, die Bearbeitungsstatusinformation vom Bearbeitungsort zu erhalten, einer Task, einen Bearbeitungsstatus unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation und des Bearbeitungsprogramms zu simulieren, einer Task, für die NC-Steuerung erforderliche Bearbeitungsbefehle unter Verwendung eines Ergebnisses der Simulation und des Bearbeitungsprogrammes vorzubereiten, und einer Task, die Antriebseinrichtung (21) in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbefehlen zu steuern, ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Steuerungs-Shell eine Task aufweist, anormale Bedingungen während der Bearbeitung unter Verwendung der Bearbeitungsstatusinformation zu diagnostizieren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit einer Einrichtung (5) zum erneuten Formen des Bearbeitungswerkzeuges (22) unter Verwendung der vom Bearbeitungsort erhaltenen Bearbeitungsstatusinformation.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit mindestens einem Tonmonitor (8) zur Erfassung einer Toninformation am Bearbeitungsort, einem Amperemeter (9) zur Messung einer Antriebsstrominformation der Antriebseinrichtung (22) und einer Formermittlungseinrichtung (3, 4) zur Ermittlung einer Forminformation, die mindestens eine Form des Werkstückes (A) und/oder des Bearbeitungswerkzeuges (22) angibt.