WO2002020213A2 - Werkzeugmaschine mit kollisionsprüfung - Google Patents

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WO2002020213A2
WO2002020213A2 PCT/EP2001/010325 EP0110325W WO0220213A2 WO 2002020213 A2 WO2002020213 A2 WO 2002020213A2 EP 0110325 W EP0110325 W EP 0110325W WO 0220213 A2 WO0220213 A2 WO 0220213A2
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WO
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workpiece
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machine tool
movement
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Inventor
Jürgen Röders
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P & L Gmbh & Co. Kg
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49141—Detect near collision and slow, stop, inhibit movement tool

Definitions

  • the invention relates to a machine tool with a holding device for holding at least one workpiece, a tool for machining the workpiece, for example machining by milling or turning, a drive device for driving and moving the tool and / or the holding device, a storage device for storing one Desired movement sequence of the tool and / or workpiece representing first data and additionally of at least the second data representing the geometry of the tool, the workpiece, the holding device and / or other parts of the machine tool and with a control device for controlling the drive device as a function of the first Data from the storage device.
  • the first data representing a desired movement sequence of the tool and / or workpiece can be obtained, for example, by targeted manual movement of the tool and / or the holding device.
  • the workpiece can be movable, so that the holding device for holding the tool and / or for holding the workpiece is accordingly movably mounted and driven by the drive device.
  • the first data are recorded by corresponding sensors, wherein instead of the tool, a sensor that simulates the tool, for example a suitable button, can sit in the clamping device. This method used to be common before the introduction of CAM calculations.
  • the first data is normally 'by a corresponding calculation result of CAM calculated data in consideration of at least the geometry of the tool, the workpiece, the holding means and / or of other parts of the machine tool representing the second data generated.
  • the overall arrangement of the tool, workpiece, holding device and / or other parts of the machine tool is measured, for which purpose suitable buttons or other digitizing devices can be used.
  • the second data can also be created with the help of a CAD system by construction and transmitted to the storage device.
  • Modern machine tools which have computer-aided program control and are ⁇ programmable with regard to the desired workflow, generally have high processing speeds. Because of these high machining speeds, the damage is usually so great in the event of a collision of the tool with the workpiece, the holding device in which the workpiece is clamped, and / or another part of the machine tool that with the machine tool can no longer be worked on and expensive repairs become necessary.
  • a detection device is provided in a device of the type mentioned at the beginning, which, directly before and / or during the machining of the workpiece by the tool, detects the geometry of the tool, the workpiece, the holding device and / or other parts of the machine tool and generates the second data
  • a prediction device is provided which is provided during the machining of the workpiece the tool determines on the basis of the first and second data whether, during the subsequent movement of the tool and / or workpiece, material removal above the predetermined maximum value by the tool on the workpiece or a collision of the tool with the workpiece and / or contact of the tool with of the holding device and / or another part of the machine tool is to be expected or not, and corresponding third data is generated
  • the control device additionally controls the drive device as a function of the third data from the prediction device in such a way that a predetermined one Material removal lying at the maximum value by the tool on the workpiece or a collision of the tool with the workpiece and / or contact of
  • the invention offers the possibility of effectively avoiding collisions during machining, even if, for example, incorrect programming of the machine tool is present, a tool with different dimensions is selected or the tool and / or workpiece is clamped differently, contrary to expectations.
  • This is achieved according to the invention in that the geometry of the tool, the workpiece, the holding device and / or other parts of the machine tool is detected by a detection device only immediately before and / or during the machining of the workpiece by the tool and the second data is accordingly generated and are stored in the memory device and during the operation of the machine tool, i.e.
  • the first and second data are continuously processed by a prediction device in such a way that a prediction of the possible risk of excessive material removal or even a collision of the tool with the workpiece and / or Touching the tool with the holding device and / or another part of the machine tool can be made.
  • the individual traversing movements of the machine tool are therefore checked for a collision in good time shortly before they are carried out by the machine tool, so that the control device can intervene in a corrective manner if a collision is determined by the calculation.
  • the strength of the material removal can also be monitored. If the tool is immersed too deep in the workpiece and would thereby overload and break, this can also be determined with the help of the invention and thus avoided.
  • a reliable prediction is made during processing as to whether there is a risk of excessive material removal or even a collision, so that depending on the result of this determination, the control device can still react in good time.
  • the invention thus provides a reliable collision check for the first time, which is particularly useful when the geometric conditions before and during processing do not match.
  • the invention eliminates the need for a simulation to be carried out separately before starting the machining of the workpiece and thus before starting the operation of the machine tool. wall as well as in terms of costs, since no additional work step is required in advance.
  • the first data representing a desired movement sequence of the tool and / or workpiece and thus the desired path of the tool and / or workpiece need not necessarily be entered into the storage device before the machining of the workpiece begins and thus before the machine tool starts to operate , Rather, it may alternatively be held during the "machining of the workpiece, but then with a time projection, which is sufficient for the input first data can be processed in time by the prediction means and the control device.
  • the control device preferably stops the operation of the drive device in the event that the prediction device expects material to be expected to be above a predetermined maximum value by the tool on the workpiece or an impending collision of the tool with the workpiece and / or an imminent contact of the tool with the Holding device and / or another part of the machine tool determined.
  • the prediction device determines that during the subsequent movement of the tool and / or workpiece, the. Material removal by the tool on the workpiece will be above a predetermined maximum value
  • the prediction device additionally determine the expected deviation and the control device controls the drive device such that the movement of the tool and / or the holding device is corrected accordingly, taking into account the deviation determined by the prediction device so that the material removal does not dispute by the tool on the 'workpiece the predetermined maximum value.
  • a correction of the movement sequence of the tool and / or workpiece takes place during operation, not just one To avoid collision, but also to keep the material removal within specified tolerance limits.
  • a model of the tool, the workpiece, the holding device and / or other parts of the machine tool and, for example, also the axes in the work space are preferably mapped from the second data.
  • the prediction device expediently carries out a pre-simulation, as a result of which the third data are generated.
  • This pre-simulation therefore takes place online, step by step, during the operation of the machine tool, while the conventional simulation methods took place in a separate, time-consuming process step before the start of the operation of the machine tool.
  • the first data is a sequence of movement commands (X ⁇ X 2 , X 3 , .... X n - ⁇ . X ⁇ . Xn + i. •• representing the movement sequence of the tool and / or workpiece. -. N-2. XN-I, XN), which are essentially processed in order, is characterized in that the prediction device starts the first data. Travel command (X n + m + ⁇ ) processed by a predetermined number (m) of travel commands in the sequence of Travel commands occur later than the travel command (X n ) currently processed by the control device.
  • the processing or pre-simulation in the prediction device is always carried out in advance by a certain number (m).
  • m the required by the prediction means Ve- rarbeitungs- or computing time sense since the specific number (m) represented by motion commands in the 'result of the movement commands an appropriate time interval, which should be preferably not chosen to be smaller than that of the Prediction device required computing time.
  • the prediction device for processing should each contain a certain number (k) of travel commands.
  • the determined number (m) of travel commands could expediently represent a path length within which the control device is able to influence or stop the operation of the drive device as a function of the third data from the prediction device.
  • Such a path length corresponds to a time interval which is usually longer than the processing time required by the prediction device.
  • the aforementioned pre-simulation is particularly advantageous when processing very long sequences of travel commands, since the pre-simulation that takes place in the prediction device runs online in advance.
  • the detection device expediently has mechanical, electrical, magnetic and / or optical sensors. Additionally or alternatively, the detection device can also have an electronic camera.
  • the machine tool shown schematically there has a conventional workpiece holder 2, in which a workpiece 4 is clamped, and a tool holder 6, on which a chuck 8 ' for receiving a tool 10 is rotatably mounted.
  • the chuck 8 is driven by an electric motor 12 which is seated in the tool holder 6.
  • the tool holder 6 can be moved in the horizontal plane and in the vertical direction and thus within a three-dimensional working space;
  • a corresponding drive device is provided, of which the associated electric motor 14 is shown schematically in the attached figure.
  • a program control 20 which controls the machine tool accordingly.
  • the machine tool shown is a CNC machine tool.
  • the program controller 20 has a memory device 22 to which a first processing device 23 and a second processing device 24 are connected.
  • the processing devices 23 and 24 process signals from sensors which record the movement sequence of the machine tool and its geometry. In the illustrated embodiment, two sensors 26 and 28 are provided.
  • the first sensor 26 detects the movements of the tool holder 6 and is therefore arranged on the latter.
  • the sensor 26 can consist of a plurality of incremental angle sensors which detect the movement of the tool holder 6 in Detect the direction of all three axes x, y, z of a three-dimensional coordinate system.
  • the output signals of the first sensor 26 are processed in the first processing device 23 connected to them in such a way that they produce first data D1, which represent the recorded movement path of the tool holder 6.
  • the movement path of the tool holder 6 is usually expressed by a series of discrete points which are each defined by coordinates of the three-dimensional x, y, z coordinate system mentioned and are contained in the first data D1.
  • the second sensor 28 is provided as an optical sensor and consists, for example, of a camera. With the second sensor 28, the geometry of the overall arrangement of workpiece holder 2, workpiece 4, tool holder 6, chuck 8 and tool 10 and possibly other parts of the machine tool, not shown in the figure, are detected.
  • the output signals of the second sensor 28 are processed in the second processing device 24 connected thereto to form second data D2, which represent the geometry of the overall arrangement, for example by a number of discrete points, which are each defined by coordinates of the three-dimensional coordinate system.
  • the first and second data D1 and D2 generated in the first and second processing devices 23 and 24 are stored in the storage device 22.
  • the program controller 20 also has a pre-calculation device 30, which is connected to the memory device 22.
  • the program controller 20 also contains a control device 32, to which the storage device 22 and the pre-calculation device 30 are connected, among other things.
  • the control device 32 controls the drive motors 12 and 14.
  • a keyboard 34 and a screen monitor 36 can also be connected to the program controller 20, the signals from the keyboard 34 within the program controller 20 essentially being input into the memory device 22 and the control device 32 and the monitor 36 essentially Receives signals from the memory device 22 and the controller 32 for display.
  • First data are entered into the program control 20, which represent the desired movement sequence of the tool 10 for machining the workpiece 4.
  • This data is stored as first data D1 in the storage device 22.
  • the entry can be made in different ways.
  • the first data can be entered into the memory device 22 from an external source, for example manually via the keyboard 34.
  • the first data D1 can also be used on the basis of the CAM-calculated data to determine the construction of the workpiece to be produced represent, be determined, which is usually the case nowadays if the possibility of a CAM calculation is available in a CAD system:
  • the tool holder 6 can also be moved manually along the desired movement path during a learning phase during work preparation, the first sensor 26 supplies the desired first data D1 via the first processing device 23.
  • the input according to the possibilities described above by way of example should preferably take place before the machine tool is operated.
  • the control device 32 controls the drive motors 12 and 14 accordingly in dependence on the first data D1 representing the determined desired movement sequence of the tool 10 and stored in the storage device 22.
  • the machine tool thus basically follows the first data D1 during operation when the workpiece 4 is being machined.
  • a collision check is therefore provided in the program control 20.
  • the geometry of the arrangement of all relevant parts such as workpiece holder 2, workpiece 4, and tool holder is determined with the aid of second sensor 28.
  • 6, chuck 8 and tool 10 and other critical Parts are detected and stored in the memory device 22 in the form of second data D2 generated in the second processing device 24. This happens immediately before the machine tool starts operating. Alternatively or additionally, the detection can also take place during the operation of the machine tool. If it is ensured that a later unintentional change in the geometry of the machine tool already set up in the. It is essentially not to be feared that generation of the second data D2 is sufficient only immediately before the machining of the workpiece 4 and thus before the machine tool starts to operate. It is then not necessary to detect the actual movement by the second sensor 28 while the machine tool is in operation.
  • the precalculation device 30 based on the second data D2 representing the geometry of the overall arrangement, a model of all relevant parts such as workpiece holder 2, workpiece 4, tool holder 6, chuck 8 and tool 10 as well as other critical parts and, for example, also the axes is mapped in a three-dimensional space , Furthermore, the first data D1 representing the movement sequence of the tool 10 are also processed in the pre-calculation device 30, preferably in such a way that the movement sequence is also correspondingly mapped in the aforementioned three-dimensional space.
  • the precalculation device 30 determines, during the machining of the workpiece 4 by the tool 10, whether material removal by the tool 10 on the workpiece 4 or even one during the subsequent movement of the tool 10 is greater than one Collision of the tool 10 with the workpiece 4 and / or an undesired contact of the tool 10 with the workpiece holder 2 and / or another part of the machine tool (not shown in the attached figure) is or is not to be feared, and transmits corresponding results as a result of this determination third data D3 to the control device 32.
  • control device 32 corrects the traversing movement of the tool holder 6 with respect to the originally desired movement sequence entered as the first data D1 in the storage device 22 or even immediately stops the electric motors 12 and 14, so that the work of the machine tool is interrupted.
  • the individual traversing movements of the machine tool are checked for a collision shortly before they are carried out, so that the control device 32 can still react in good time if a collision is determined on the basis of the determination by the pre-calculation device 30.
  • a distinction can be made between workpiece 4 and other elements such as workpiece holder 2.
  • the removal of material on the workpiece 4 is in principle permissible, while a determined removal of material by the tool, for example on the workpiece holder 2, is treated like a collision.
  • the strength of the material removal can also be monitored by the program control 20. If the tool 0 is immersed too deeply, i.e. overloaded and would break, this can also be determined by the previously described check and thus avoided.
  • the first data D1 consist of a long sequence of travel commands which have to be processed in order to move the machine tool, in the present exemplary embodiment the tool holder 6 with the tool 10 relative to the firmly clamped workpiece 4.
  • This sequence of travel commands can be represented as, for example
  • n an integer between 1 and a maximum value N.
  • the movement commands are now passed in sequence through a 'pipeline' from the storage device 22 into the pre-calculation device 30 and only then into the control device 32.
  • Both the precalculation device 30 and the control device 32 can each hold several travel commands or a group of travel commands at once. For example, if the control device 32 immediately executes a travel command X n , a certain number n of further travel commands can already be temporarily stored in a buffer memory (not shown in the figure) in the control device 32 for subsequent execution. As a result, the precalculation device 30 processes those travel commands that follow after the travel command X n + m , since the previous travel commands up to the travel command X ⁇ + m are already in the control device 32 for processing.
  • the precalculation device 30 should itself always hold a minimum number k of travel commands itself if the travel commands are very short and a possibly necessary stopping of the machine tool is not possible within a single travel command due to the path length. Accordingly, the minimum number k of travel commands should correspond to a path length within which, in the exemplary embodiment shown, the tool holder 6 and thus the machine tool can be stopped safely.
  • the advance calculation device 30 thus contains at least the travel commands X n + m + ⁇ to X n + m + k .
  • the next movement command that the pre-calculation device 30 retrieves from the storage device 22 is then the movement command X n + m + k + 1 .
  • the next movement command, which the pre-calculation device 30 passes on to the control device 32, provided that a correction is not necessary, is the movement command X n + m + ⁇ - in this way, a simulation in the pre-calculation device 30 runs, so to speak, online.
  • the program controller 20 is only shown schematically as a block diagram in which the data streams are only roughly outlined.
  • the program controller 20 usually has a microprocessor which can take over at least the tasks of the pre-calculation device 30 and the control device 32 and, if appropriate, also the first and second processing devices 23 and 24 and further (calculation) functions not described in detail here.
  • the connection of the monitor 36 is also only indicated schematically, since its most important task is to display the data stored in the memory device 22 and processed in the control device 32.
  • the schematically illustrated machine tool is a milling machine with a milling tool designed as a tool 10, which rotates about its longitudinal axis and can be moved in three-dimensional direction while the workpiece holder 2 is arranged in a stationary manner.
  • the workpiece holder 2 movably in the same way as the tool holder 6; in the case of such three-dimensional mobility of the workpiece holder 2, the tool holder 6 can alternatively also be arranged in a stationary manner, which is the case, for example, with lathes.
  • the present invention is not only limited to the milling machine tool shown schematically in the present exemplary embodiment, but can be used for all types of machine tools in which there is a relative movement between the workpiece and the tool.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Speichereinrichtung (22) zur Speicherung von einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten (D1) sowie von die Geometrie des Werkzeuges (10), des Werkstückes (4), der Halteeinrichtung (2) und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden zweiten Daten (D2) und mit einer Steuerungseinrichtung (32) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (12, 14) in Abhängigkeit von den ersten Daten (D1). Das Besondere der Erfindung besteht darin, dass eine Erfassungseinrichtung (24, 28), die unmittelbar vor und/oder während der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) die zweiten Daten (D2) erzeugt, und eine Vorhersageeinrichtung (30) vorgesehen sind, die während der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) aufgrund der ersten und zweiten Daten (D1, D2) ermittelt, ob während der nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges (10) und/oder Werkstückes ein über einem vorbestimmten Maximalwert liegender Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) oder eine Kollision des Werkzeuges (10) mit dem Werkstück (4) und/oder eine Berührung des Werkzeuges (10) mit der Halteeinrichtung (2) und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine zu erwarten ist oder nicht, und entsprechende dritte Daten (D3) erzeugt, und die Steuerungseinrichtung (32) zusätzlich in Abhängigkeit von den dritten Daten (D3) die Antriebseinrichtung (12, 14) entsprechend steuert.

Description

Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Halteeinrichtung zur Halte- rung mindestens eines Werkstückes, einem Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstückes, beispielsweise spanabhebend durch Fräsen oder Drehen, einer Antriebseinrichtung zum Antreiben und Bewegen des Werkzeuges und/oder der Halteeinrichtung, einer Speichereinrichtung zur Speicherung von einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten sowie zusätzlich von mindestens die Geometrie des Werkzeuges, des Werkstük- kes, der Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden zweiten Daten und mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von den ersten Daten von der Speichereinrichtung.
Die einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten kann man z.B. durch gezieltes manuelles Verfahren des Werkzeuges und/oder der Halteeinrichtung erhalten. In diesem Zusammen- hang sei kurz darauf verwiesen, daß nicht nur das Werkzeug, sondern zusätzlich oder auch stattdessen das Werkstück verfahrbar sein kann, so daß dementsprechend die Halteeinrichtung zur Halterung des Werkzeuges und/oder zur Halterung des Werkstückes bewegbar gelagert und von der AntriebseinriGhtung angetrieben wird. Während der manuellen Führung von Werkzeug und/oder Werkstück entlang eines gewünschten Bewegungsablaufes werden die ersten Daten durch entsprechende Sensoren aufgezeichnet, wobei anstelle des Werkzeugs ein das Werkzeug simulierender Sensor, beispielsweise ein geeigneter Taster, in der Spanneinrichtung sitzen kann. Diese Methode war früher vor Einführung der CAM-BerechnUng üblich.
Heutzutage werden die ersten Daten üblicherweise' durch eine entsprechende Berechnung aufgrund von CAM-berechneten Daten unter Berücksichtigung der mindestens die Geometrie des Werkzeuges, des Werkstückes, der Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden zweiten Daten erzeugt. Zur Erzeugung dieser zweiten Daten wird die Gesamtanordnung aus Werkzeug, Werkstück, Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine vermessen, wozu beispielsweise geeignete Taster oder andere Digitalisiergeräte verwendet werden können. Alternativ können die zweiten Daten auch mit Hilfe eines CAD-Systems durch Konstruktion erstellt und an die Speichereinrichtung übermittelt werden.
Schließlich ist auch eine direkte manuelle Eingabe der ersten und/oder der zweiten Daten in die Speichereinrichtung möglich.
Moderne Werkzeugmaschinen, die eine computergestützte Programmsteuerung aufweisen und ■ hinsichtlich des gewünschten Arbeitsablaufes entsprechend programmierbar sind, verfügen in der Regel über hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Aufgrund dieser hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten sind bei einer Kollision des Werkzeuges mit dem Werkstück, der Halteeinrichtung, in der das Werkstück eingespannt ist, und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine die Schäden in der Regel so groß, daß mit der Werkzeugmaschine nicht mehr weitergearbeitet werden kann und aufwendige Reparaturen erforderlich werden.
Es gibt nun Systeme, die anhand der den gewünschten Bewegungsablauf reprä- • sentierenden ersten Daten und den die Geometrie repräsentierenden zweiten Daten auf dem Rechenwege eine Simulation durchführen und dabei eine Kollisionsprüfung vornehmen. Wenn bei dieser Simulation eine bei der späteren Bearbeitung zu befürchtende Kollision ermittelt wird, wird im einfachsten Fall auf die Kollisionsgefahr hingewiesen. Bei intelligenteren Systemen wird eine Korrektur des gewünschten Bewegungsablaufes vorgeschlagen oder sogar vorgenommen und werden dementsprechend die ersten Daten korrigiert.
Wie sich in der Praxis jedoch herausgestellt hat, besteht die. Gefahr, daß die während der späteren Bearbeitung herrschende Situation nicht mit der Situation, die die Grundlage bei der Festlegung des gewünschten Bewegungsablaufes bildete, oder mit der entsprechend simulierten Situation übereinstimmt, und zwar beispielsweise aufgrund anderer Werkzeuglängen, anderer Spannpositionen oder sonstiger unbeabsichtigter oder unvorhergesehener Änderungen oder, falls eine Kollisionsprüfung durch Simulation nicht stattfindet, auch aufgrund einer falschen Programmierung. Da während der Bearbeitung die Reaktionszeiten zu kurz sind, ist es für den Bediener unmöglich, dann noch rechtzeitig einzugreifen, um eine Kollision zu verhindern.
Abgesehen davon, ist bei einer Kollisionsprüfung durch Simulation der Aufwand verhältnismäßig hoch, da die Simulation getrennt vorweg berechnet werden muß.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässigere Kollisions- prüfung zur Verfügung zu stellen, ohne daß beispielsweise eine Simulationsberechnung vor dem eigentlichen Betrieb. erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Erfassungseinrichtuπg vorgesehen ist, die unmittelbar vor und/oder während der Bearbeitung des Werkstückes durch das Werkzeug die Geometrie es Werkzeuges, des Werkstückes, der Halteeinrichtung und/oder sonstige Teile der Werkzeugmaschine erfaßt und die zweiten Daten erzeugt, eine Vorhersageeinrichtung vorgesehen ist, die während der Bearbeitung des Werkstückes durch das Werkzeug aufgrund der ersten und zweiten Daten ermittelt,, ob während der nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges und/oder Werkstückes ein über einem vorbestimmten Maximalwert liegender Materialabtrag durch das Werkzeug am Werkstück oder eine Kollision des Werkzeuges mit dem Werkstück und/oder eine Berührung des Werkzeuges mit der Halteeinrichtung und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine zu erwarten ist oder nicht,, und entsprechende dritte Daten erzeugt, und die Steuerungseinrichtung zusätzlich in Abhängigkeit von den dritten Daten von der Vorhersageeinrichtung die Antriebseinrichtung derart steuert, daß ein über einen vorbestimmten Maximalwert liegender Materialabtrag durch das Werkzeug am Werkstück oder eine Kollision des Werkzeuges mit dem Werkstück und/oder eine Berührung des Werkzeuges mit der Halteeinrichtung und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine vermieden wird.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, Kollisionen während der Bearbeitung wirksam zu vermeiden, auch wenn beispielsweise eine falsche Programmierung der Werkzeugmaschine vorliegt, ein Werkzeug mit anderen Abmessungen gewählt wird oder das Werkzeug und/oder Werkstück wider Erwarten anders eingespannt wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß erst unmittelbar vor und/oder während der Bearbeitung des Werkstückes durch das Werkzeug die Geometrie des Werkzeuges, des Werkstückes, der Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine von einer Erfassungseinrichtung erfaßt und hieraus entsprechend die zweiten Daten erzeugt und in der Speichereinrichtung abgespeichert werden und während des Betriebes der Werkzeugmaschine, also wenn das Werkstück durch das Werkzeug bereits bearbeitet wird, von einer Vorhersageeinrichtung fortlaufend die ersten und zweiten Daten derart verarbeitet werden, daß hieraus eine Vorhersage über die mögliche Gefahr eines zu hohen Materialabtrages oder sogar einer Kollision des Werkzeuges mit dem Werkstück und/oder einer Berührung des Werkzeuges- mit der Halteeinrichtung und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine getroffen werden kann. Die Überprüfung der einzelnen Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine auf Kollision erfolgt demnach rechtzeitig kurz vor deren Ausführung durch die Werkzeugmaschine, so daß die Steuereinrichtung noch korrigierend eingreifen kann, wenn eine Kollision durch die Berechnung festgestellt wird.
Bei der Berechnung des Materialabtrages kann zwischen Werkstück einerseits und den relevanten Teilen der Werkzeugmaschine wie beispielsweise die Halteeinrichtung andererseits unterschieden werden. Der Materialabtrag an den Werkstücken ist grundsätzlich zulässig, während ein zu erwartender Materiafabtrag durch das Werkzeug an Teilen der Werkzeugmaschine wie eine Kollision behandelt wird.
Außerdem kann auch die Stärke des Materialabtrages überwacht werden. Wenn das Werkzeug nämlich im Werkstück zu tief eintaucht und dadurch überlastet und brechen würde, so kann dieses mit Hilfe der Erfindung ebenfalls ermittelt und damit vermieden werden.
Demnach wird mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Erfassungs- und Vorhersageeinrichtungen während der Bearbeitung eine zuverlässige Vorhersage getroffen, ob ein zu starker Materialabtrag oder sogar eine Kollision zu befürchten ist, so daß in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Feststellung die Steuerungseinrichtung noch rechtzeitig reagieren kann. Somit stellt die Erfindung erstmals eine zuverlässige Kollisionsprüfung zur Verfügung, die insbesondere auch dann zum Tragen kommt, wenn die geometrischen Verhältnisse vor und während der Bearbeitung nicht miteinander übereinstimmen.
Außerdem wird durch die Erfindung eine vor Beginn der Bearbeitung des Werkstückes und somit vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine separat durchzuführende Simulation überflüssig, was sich sowohl hinsichtlich des Zeitauf- wandes als auch hinsichtlich der Kosten positiv auswirkt, da insoweit kein zusätzlicher Arbeitsgang vorab mehr erforderlich ist.
Im übrigen brauchen die einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück und somit die Soll-Bahn von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden ersten Daten nicht unbedingt vor Beginn der Bearbeitung des Werkstückes und somit vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine in die Speichereinrichtung eingegeben zu werden. Vielmehr kann dies auch alternativ während der "Bearbeitung des Werkstückes stattfinden, allerdings dann mit einem zeitlichen Vorsprung, der ausreichend ist, damit die eingegebenen ersten Daten noch rechtzeitig von der Vorhersageeinrichtung und der Steuerungseinrichtung verarbeitet werden können.
Vorzugsweise stoppt die Steuerungseinrichtuπg den Betrieb der Antriebseinrich- tung für den Fall, daß die Vorhersageeinrichtung einen zu erwartenden über einen vorbestimmten Maximalwert liegenden Materialabtrag durch das Werkzeug am Werkstück oder eine drohende Kollision des Werkzeuges mit dem Werkstück und/oder eine drohende Berührung des Werkzeuges mit der Halteeinrichtung und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine ermittelt.
Außerdem kann für den Fall, daß die Vorhersageeinrichtung ermittelt, daß während der nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges und/oder Werkstückes der. Materialabtrag durch das Werkzeug am Werkstück über einen vorbestimmten Maximalwert liegen wird, die Vorhersageeinrichtung zusätzlich die zu erwartende Abweichung ermitteln und die Steuereinrichtung die Antriebseinrichtung derart steuern, daß die Bewegung des Werkzeuges und/oder der Halteeinrichtung unter Berücksichtigung der von der Vorhersageeinrichtung ermittelten Abweichung entsprechend korrigiert wird, so daß der Materialabtrag durch das Werkzeug am' Werkstück den vorbestimmten Maximalwert nicht überstreitet. Bei dieser Ausführung findet somit während des Betriebes erforderlichenfalls eine Korrektur des Bewegungsablaufes des Werkzeuges und/oder Werkstückes statt, um nicht nur eine Kollision zu vermeiden, sondern auch den Materialabtrag innerhalb von vorgegebenen Toleranzgrenzen zu halten.
In der Vorhersageeinrichtung wird vorzugsweise aus den zweiten Daten ein Modell des Werkzeuges, des Werkstückes, der Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine sowie beispielsweise auch der Achsen im Arbeitsraum abgebildet.
Es ist ohne weiteres denkbar, von der Erfassungseinrichtung sämtliche zweiten Daten, die die Geometrie des bereits eingespannten Werkzeuges, des ebenfalls bereits eingespannten Werkstückes, der Halteeinrichtung und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentieren, ausschließlich unmittelbar vor der Bearbeitung und somit vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine erzeugen zu lassen. Diese Maßnahme bietet sich dann an, wenn im wesentlichen sichergestellt ist, daß sich die Geometrie der bereits im betriebsfertigen Zustand eingerichteten Werkzeugmaschinen nicht mehr ändert. Dann ist eine Erfassung der Ist-Bewegung insbesondere von Werkzeug und/oder Werkstück während des Betriebes nicht erforderlich, wodurch der Verarbeitungsaufwand weiter reduziert werden kann.
Zweckmäßigerweise führt die Vorhersageeinrichtung eine Vorabsimulation durch, als deren Ergebnis die dritten Daten erzeugt werden. Diese Vorabsimulation findet somit on-line Schritt für Schritt während des Betriebes der Werkzeugmaschine statt, während die herkömmlichen Simulationsverfahren in einem getrennten, zeitaufwendigen Verfahrensschritt vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine stattfanden.
Eine Weiterbildung dieser Ausführung, bei welcher die ersten Daten eine Folge von den Bewegungsablauf von Werkzeug und/oder Werkstück repräsentierenden Verfahrbefehlen (X^ X2, X3, .... Xn-ι. Xπ. Xn+i. ••-. N-2. XN-I, XN) aufweisen, die im wesentlichen der Reihe nach abgearbeitet werden, zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorhersageeinrichtung die ersten Daten ab einem. Verfahrbefehl (Xn+m+ι) verarbeitet, der um eine vorbestimmte Anzahl (m) von Verfahrbefehlen in der Folge der Verfahrbefehle später auftritt als der von der Steuerungseinrichtung augenblicklich verarbeitete Verfahrbefehl (Xn).
Demnach erfolgt in Bezug auf den von der Steuerungseinrichtung augenblicklich verarbeiteten Verfahrbefehl (Xπ) die Verarbeitung bzw. Vorabsimulation in der Vorhersageeinrichtung stets um eine bestimmte Anzahl (m) von Verfahrbefehlen im voraus. Dies ist im Hinblick auf die von der Vorhersageeinrichtung benötigte Ve- rarbeitungs- bzw. Rechenzeit sinnvoll, da die bestimmte Anzahl (m) von Verfahrbefehlen in der' Folge der Verfahrbefehle ein entsprechendes Zeitintervall repräsentiert, das zweckmäßigerweise nicht kleiner gewählt werden sollte als die von der Vorhersageeinrichtung benötigte Rechenzeit.
Außerdem sollte die Vorhersageeinrichtung für die Verarbeitung jeweils eine bestimmte Anzahl (k) von Verfahrbefehlen enthalten. Dabei könnte zweckmäßigerweise die bestimmte Anzahl (m) von Verfahrbefehlen eine Weglänge repräsentieren, innerhalb derer die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von den dritten Daten von der Vorhersageeinrichtung den Betrieb der Antriebseinrichtung entsprechend zu beeinflussen oder zu stoppen in der Lage ist. Eine solche Weglänge entspricht einem Zeitintervall, das gewöhnlich länger ist als die von der Vorhersageeinrichtung benötigte Verarbeitungszeit.
Demnach ist die erwähnte Vorabsimuiation insbesondere bei der Abarbeitung von sehr langen Folgen von Verfahrbefehlen von Vorteil, da die in der Vorhersageeinrichtung stattfindende Vorabsimulation on-line vorweg läuft.
Zweckmäßigerweise weist die Erfassungseinrichtung mechanische, elektrische, magnetische und/oder optische Sensoren auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung auch eine elektronische Kamera aufweisen.
An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, daß nicht nur die Werkzeugmaschine, sondern auch die Steuerung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine im Sinne der vorliegenden Offenbarung jeweils eigenständige Erfindungsaspekte bilden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten einzigen Figur erläutert, in der die interessierenden Komponenten der Werkzeugmaschine und der zugehörigen Steuerung schematisch dargestellt sind.
Wie die beigefügte einzige Figur erkennen läßt, weist die dort schematisch dargestellte Werkzeugmaschine einen üblichen Werkstückhalter 2, in dem ein Werkstück 4 eingespannt ist, sowie einen Werkzeughalter 6 auf, an dem ein Spannfutter 8' zur Aufnahme eines Werkzeuges 10 drehbar gelagert ist. Angetrieben wird das Spannfutter 8 von einem Elektromotor 12, der im Werkzeughalter 6 sitzt. Der Werkzeughalter 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in der horizontalen Ebene sowie in vertikaler Richtung und somit innerhalb eines dreidimensionalen Arbeitsraumes verfahrbar; hierzu ist eine entsprechende Antriebseinrichtung vorgesehen, von der in der beiliegenden Figur der zugehörige Elektromotor 14 schematisch dargestellt ist.
Außerdem ist eine Programmsteuerung 20 vorgesehen, die die Werkzeugmaschine entsprechend steuert. Somit handelt es sich bei der dargestellten Werkzeugmaschine um eine CNC-Werkzeugmaschine.
Die Programmsteuerung 20 weist eine Speichereinrichtung 22 auf, an die eine erste Verarbeitungseinrichtung 23 und eine zweite Verarbeitungseinrichtung 24 angeschlossen sind. Die Verarbeitungseinrichtungen 23 und 24 verarbeiten Signale von Sensoren, die den Bewegungsablauf der Werkzeugmaschine und deren Geometrie erfassen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Sensoren 26 und 28 vorgesehen.
Der erste Sensor 26 erfaßt die Bewegungen des Werkzeughalters 6 und ist deshalb an diesem angeordnet. Beispielsweise kann der Sensor 26 aus mehreren Inkrementalwinkelgebem bestehen, die die Bewegung des Werkzeughalters 6 in Richtung aller drei Achsen x, y, z eines dreidimensionalen Koordinatensystems erfassen. Die Ausgangssignale des ersten Sensors 26 werden in der daran angeschlossenen ersten Verarbeitungseinrichtung 23 so verarbeitet, daß daraus erste Daten D1 entstehen, die den aufgenommenen Bewegungsweg des Werkzeughalters 6 repräsentieren. Üblicherweise wird der Bewegungsweg des Werkzeughalters 6 durch eine Reihe von diskreten Punkten ausgedrückt, welche jeweils durch Koordinaten des erwähnten dreidimensionalen x, y, z-Koordinatensystems definiert und in den ersten Daten D1 enthalten sind.
Der zweite Sensor 28 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als optischer Sensor vorgesehen und besteht beispielsweise aus einer Kamera. Mit dem zweiten Sensor 28 wird die Geometrie der Gesamtanordnung aus Werkstückhalter 2, Werkstück 4, Werkzeughalter 6, Spannfutter 8 und Werkzeug 10 sowie ggf. weiterer in der Figur nicht dargestellter Teile der Werkzeugmaschine erfaßt. Die Ausgangssignale des zweiten Sensors 28 werden in der daran angeschlossenen zweiten Verarbeitungseinrichtung 24 zu zweiten Daten D2 verarbeitet, die die Geometrie der Gesamtanordnung repräsentieren, und zwar beispielsweise durch eine Anzahl von diskreten Punkten, die jeweils durch Koordinaten des dreidimensionalen Koordinatensystems definiert sind.
Die in den ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtungen 23 und 24 erzeugten ersten und zweiten Daten D1 und D2 werden in der Speichereinrichtung 22 gespeichert.
Die Programmsteuerung 20 weist ferner eine Vorausberechnungseinrichtung 30 auf, die an die Speichereinrichtung 22 angeschlossen ist.
Ferner enthält die Programmsteuerung 20 noch eine Steuerungseinrichtung 32, an die u.a. die Speichereinrichtung 22 und die Vorausberechnungseinrichtung 30 angeschlossen sind. Die Steuerungseinrichtung 32 steuert die Antriebsmotoren 12 und 14. Schließlich können an die Programmsteuerung 20 noch eine Tastatur 34 und ein Bildschirm-Monitor 36 angeschlossen werden, wobei die Signale von der Tastatur 34 innerhalb der Programmsteuerung 20 im wesentlichen in die Speichereinrich- tung 22 und die Steuereinrichtung 32 eingegeben werden und der Monitor 36 im wesentlichen Signale von der Speichereinrichtung 22 und der Steuerung 32 zur Anzeige erhält.
Nachfolgend wird der Betrieb der zuvor beschriebenen Vorrichtung im einzelnen erläutert.
In die Programmsteuerung 20 werden erste Daten eingegeben, die den gewünschten Bewegungsablauf des Werkzeuges 10 zur Bearbeitung des Werkstückes 4 repräsentieren. Diese Daten werden als erste Daten D1 in der Speichereinrichtung 22 abgespeichert. Die Eingabe kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Zum einen können die ersten Daten von einer externen Quelle in die Speicher- einrichtung 22 eingegeben werden, beispielsweise manuell über die Tastatur 34. Zum anderen können die ersten Daten D1 aber auch auf der Grundlage der CAM- berechneten Daten, die die Konstruktion des herzustellenden Werkstückes repräsentieren, ermittelt werden, was heutzutage üblicherweise dann der Fall ist, wenn die Möglichkeit einer CAM-Berechnung in einer CAD-Anlage vorhanden ist: Schließlich kann auch in einer Lernphase während der Arbeitsvorbereitung der Werkzeughalter 6 manuell entlang des gewünschten Bewegungsweges verfahren werden, wobei der erste Sensor 26 die gewünschten ersten Daten D1 über die erste Verarbeitungseinrichtung 23 liefert. Die Eingabe gemäß den zuvor beispielhaft beschriebenen Möglichkeiten sollte vorzugsweise vor dem Betrieb der Werkzeugmaschine stattfinden.
Alternativ ist es aber auch denkbar, die ersten Daten D1 während des laufenden Betriebes nacheinander in die Speichereinrichtung 22 einzugeben, wobei dann allerdings die Eingabe mindestens um ein Zeitintervall im voraus stattfinden muß, welches die in der Programmsteuerung 20 benötigte Speicher- und Verarbeitungszeit berücksichtigt. •
In Abhängigkeit der den ermittelten gewünschten Bewegungsablauf des Werkzeuges 10 repräsentierenden und in der Speichereinrichtung 22 gespeicherten ersten Daten D1 steuert die Steuerungseinrichtung 32 die Antriebsmotoren 12 und 14 entsprechend. Somit folgt die Werkzeugmaschine prinzipiell den ersten Daten D1 Während des Betriebes bei Bearbeitung des Werkstückes 4.
Es ist jedoch leider nicht immer gewährleistet, daß die während der späteren Bearbeitung angetroffene Situation mit der ursprünglichen Situation übereinstimmt, die bei der früheren Ermittlung der den gewünschten Bewegungsablauf repräsentierenden ersten Daten D1 angenommen wurde oder zugrunde lag. Dies kann die Ursache beispielsweise in der Wahl anderer Werkzeuglängen, in der Einstellung anderer Spannpositionen oder in sonstigen unbeabsichtigten oder unvorhergesehenen Änderungen bei der Einstellung der Werkzeugmaschine oder ggf. auch in einer falschen Programmierung der Programmsteuerung 20 haben. Dann besteht die Gefahr eines unerwünschten zu hohen Materialabtrages durch das Werkzeug 10 am Werkstück 4 oder sogar einer Kollision des Werkzeugs 10 mit dem Werkstück 4 sowie ebenfalls die Gefahr einer unerwünschten Berührung der Werk- stückhalterung 2 oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine durch das Werkzeug 0. Aufgrund der üblichen hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten kann der Bediener bei einer drohenden, Kollision meistens nicht mehr eingreifen. Die Reaktionszeiten sind zu kurz. Aufgrund der hohen Verfahrgeschwindigkeiten der Maschine sind bei einer Kollision die Schäden in der Regel so groß, daß mit der Maschine nicht mehr weitergearbeitet werden kann und teuere Reparaturen unausweichlich sind.
Deshalb ist in der Programmsteuerung 20 eine Kollisionsprüfung vorgesehen. Hierzu wird, wie bereits zuvor beschrieben, mit Hilfe des zweiten Sensors 28 die Geometrie der Anordnung aller relevanten Teile wie Werkstückhalter 2, Werkstück 4, Werkzeughalter. 6, Spannfutter 8 und Werkzeug 10 sowie sonstiger kritischer Teile erfaßt und in Form von in der zweiten Verarbeitungseinrichtung 24 erzeugten zweiten Daten D2 in der Speichereinrichtung 22 abgespeichert. Dies geschieht unmittelbar vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassung aber auch während des Betriebes der Werkzeugmaschine stattfinden. Sofern sichergestellt ist, daß eine spätere unbeabsichtigte Änderung der Geometrie der bereits eingerichteten Werkzeugmaschine im. wesentlichen nicht zu befürchten ist, ist eine Erzeugung der zweiten Daten D2 ausschließlich unmittelbar vor Beginn der Bearbeitung des Werkstückes 4 und somit vor Beginn des Betriebes der Werkzeugmaschine ausreichend. Dann ist eine Erfassung der Ist-Bewegung durch den zweiten Sensor 28 während des laufenden Betriebes der Werkzeugmaschine nicht erforderlich.
In der Vorausberechnungseinrichtung 30 wird aufgrund der die Geometrie der Gesamtanordnung repräsentierenden zweiten Daten D2 vorzugsweise ein Modell aller relevanten Teile wie Werkstückhalter 2, Werkstück 4, Werkzeughalter 6, Spannfutter 8 und Werkzeug 10 sowie sonstiger kritischer Teile und beispielsweise auch der Achsen in einem dreidimensionalen Raum abgebildet. Ferner werden auch die den Bewegungsablauf des Werkzeuges 10 repräsentierenden ersten Daten D1 in der Vorausberechnungseinrichtung 30 verarbeitet, und zwar vorzugsweise derart, daß auch der Bewegungsablauf in dem zuvor erwähnten dreidimensionalen Raum entsprechend abgebildet wird. Aufgrund der ersten und zweiten Daten D1 und D2 ermittelt nun die Vorausberechnungseinrichtung 30 während der Bearbeitung des Werkstückes 4 durch das Werkzeug 10, ob während der nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges 10 ein über einen vorbestimmten Maximalwert liegender Materialabtrag durch das Werkzeug 10 am Werkstück 4 oder sogar eine Kollision des Werkzeuges 10 mit dem Werkstück 4 und/oder eine unerwünschte Berührung des Werkzeuges 10 mit dem Werkstückhalter 2 und/oder einem sonstigen (in der beiliegenden Figur nicht dargestellten) Teil der Werkzeugmaschine zu befürchten ist oder nicht, und übermittelt als Ergebnis dieser Feststellung entsprechende dritte Daten D3 an die Steuerungseinrichtung 32. In Abhängigkeit von den dritten Daten D3 von der Vorausberechnungseinrichtung 30 korrigiert die Steuereinrichtung 32 die Verfahrbewegung des Werkzeughalters 6 gegenüber dem als erste Daten D1 in die Speichereinrichtung 22 eingegebenen ursprünglich gewünschten Bewegungsablauf oder stoppt sogar unverzüglich die Elektromotoren 12 und 14, so daß die Arbeit der Werkzeugmaschine unterbrochen wird.
Demnach erfolgt die Überprüfung der einzelnen Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine auf Kollision kurz vor deren Ausführung, so daß die Steuerungseinrichtung 32 noch rechtzeitig reagieren kann, wenn eine Kollision aufgrund der Ermittlung durch die Vorausberechnungseinrichtung 30 festgestellt wird. Bei der Berechnung des Materialabtrages kann zwischen Werkstück 4 und anderen Elementen wie beispielsweise Werkstückhalter 2 unterschieden werden. Der Materialabtrag am Werkstück 4 ist grundsätzlich zulässig, während ein festgestellter Materialabtrag durch das Werkzeug beispielsweise am Werkstückhalter 2 wie eine Kollision behandelt wird. Außerdem kann auch die Stärke des Materialabtrages von der Programmsteuerung 20 überwacht werden. Wenn das Werkzeug 0 nämlich zu tief eintaucht, also überlastet und damit brechen würde, so kann dies durch die zuvor beschriebene Überprüfung ebenfalls ermittelt und damit vermieden werden.
Gewöhnlich bestehen die ersten Daten D1 aus einer langen Folge von Verfahrbefehlen, die der Reihe nach abgearbeitet werden müssen, um die Werkzeugmaschine, im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Werkzeughalter 6 mit dem Werkzeug 10 gegenüber dem fest eingespannten Werkstück 4, entsprechend zu verfahren. Diese Folge von Verfahrbefehlen lassen sich beispielsweise darstellen als
Xli X2ι X3> •••. n. •••. XN-2. XN-1I XN
mit n als ganze Zahl zwischen 1 und einem Maximalwert N. Mathematisch läßt sich die Folge von Verfahrbefehlen auch darstellen als n=N
∑ Xπ n=1.
Die Verfahrbefehle werden nun der Reihe nach wie durch eine 'Pipeline' von der Speichereinrichtung 22 in die Vorausberechnungseinrichtung 30 und erst dann in die Steuerungseinrichtung 32 geleitet. Dabei können sowohl die Vorausberechnungseinrichtung 30 als auch die Steuerungseinrichtung 32 jeweils mehrere Verfahrbefehle bzw. eine Gruppe von Verfahrbefehlen auf einmal halten. Führt beispielsweise die Steuerungseinrichtung 32 augenblicklich einen Verfahrbefehl Xn aus, kann in einem (in der Figur nicht dargestellten) Pufferspeicher in der Steuerungseinrichtung 32 bereits eine bestimmte Anzahl n von weiteren Verfahrbefehlen zur nachfolgenden Ausführung zwischengespeichert sein. Dadurch ist es erforderlich, daß die Vorausberechnungseinrichtung 30 diejenigen Verfahrbefehle verarbeitet, die nach dem Verfahrbefehl Xn+m folgen, da sich die vorausgegangenen Verfahrbefehle bis zum Verfahrbefehl Xπ+m bereits zur Verarbeitung in der Steuerungseinrichtung 32 befinden.
Ferner sollte die Vorausberechnungseinrichtung 30 stets selbst eine Mindestanzahl k von Verfahrbefehlen selber halten, wenn die Verfahrbefehle sehr kurz sind und ein evtl. erforderliches Anhalten der Werkzeugmaschine nicht innerhalb eines einzigen Verfahrbefehles aufgrund der Weglänge möglich ist. Demnach sollte die Mindestanzahl k von Verfahrbefehlen einer Weglänge entsprechen, innerhalb derer im dargestellten Ausführungsbeispiel der Werkzeughalter 6 und somit die Werkzeugmaschine sicher angehalten werden kann. Somit sind in der Vorausberechnungseinrichtung 30 mindestens die Verfahrbefehle Xn+m+ι bis Xn+m+k enthalten. Der nächste Verfahrbefehl, den die Vorausberechnungseinrichtung 30 von der Speichereinrichtung 22 abruft, ist dann der Verfahrbefehl Xn+m+k+1. Der nächste Verfahrbefehl, den die Vorausberechnungseinrichtung 30 an die Steuerungseinrichtung 32 weitergibt unter Voraussetzung, daß eine Korrektur nicht erforderlich ist, ist der Verfahrbefehl Xn+m+\- Auf diese Weise läuft in der Vorausberechnungseinrichtung 30 eine Simulation sozusagen on-line vorweg. Abschließend sei der guten Ordnung halber darauf hingewiesen, daß in der beiliegenden Figur die Programmsteuerung 20 nur schematisch als Blockschaltbild dargestellt ist, in dem die Datenströme nur grob skizziert sind. Gewöhnlich weist die Programmsteuerung 20 einen Mikroprozessor auf, der mindestens die Aufgaben der Vorausberechnungseinrichtung 30 und der Steuerungseinrichtung 32 sowie ggf. auch der ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtungen 23 und 24 und weitere hier im einzelnen nicht beschriebene (Berechnungs-)Funktionen übernehmen kann. Auch ist der Anschluß des Monitors 36 nur schematisch angedeutet, da dessen wichtigste Aufgabe darin besteht, die in der Speichereinrichtung 22 abgespeicherten sowie in der Steuerungseinrichtung 32 verarbeiteten Daten anzuzeigen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der schematisch dargestellten Werkzeugmaschine um eine Fräsmaschine mit einem als Werkzeug 10 ausgebildeten Fräswerkzeug, das um seine Längsachse rotiert und in dreidimensionaler Richtung verfahrbar ist, während der Werkstückhalter 2 stationär angeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, in gleicher Weise wie der Werkzeughalter 6 den Werkstückhalter 2 bewegbar anzuordnen; im Falle einer solchen dreidimensionalen Bewegbarkeit des Werkstückhalters 2 kann alternativ auch der Werkzeughalter 6 wiederum stationär angeordnet sein, was beispielsweise bei Drehbänken der Fall ist. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die im vorliegenden Ausführungsbeispiel schematisch dargestellte Fräswerkzeugmaschine beschränkt, sondern kann für alle Arten von Werkzeugmaschinen Anwendung finden, bei denen eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug stattfindet.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Werkzeugmaschine mit • einer Halteeinrichtung (2) zur Halterung mindestens eines Werkstückes (4), einem Werkzeug (10) zur Bearbeitung des Werkstückes (4), beispielsweise spanabhebend durch Fräsen oder Drehen, einer Antriebseiπrichtung (12, 14) zum Antreiben und Bewegen des Werkzeuges (10) und/oder der Halteeinrichtung, einer Speichereinrichtung (22) zur Speicherung von einen gewünschten Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) repräsentierenden ersten Daten (D1) sowie zusätzlich von mindestens die Geometrie des Werkzeuges (10), des Werkstückes (4), der Halteeinrichtung (2) und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine repräsentierenden zweiten Daten (D2) und mit einer Steuerungseinrichtung (32) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (12, 14) in Abhängigkeit von den ersten Daten (D1) von der Speichereinrichtung (22) dadurch gekennzeichnet, daß . eine Erfassungseinrichtung (24, 28) vorgesehen ist, die unmittelbar vor und/oder während der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) die Geometrie des Werkzeuges (10), des Werkstückes (4), der Halteeinrichtung (2) und/oder sonstige Teile der Werkzeugmaschine erfaßt und die zweiten Daten (D2) erzeugt, eine Vorhersageeinrichtung (30) vorgesehen ist, die während der Bearbeitung des Werkstückes (4) durch das Werkzeug (10) aufgrund der ersten und zweiten Daten (D1 , D2) ermittelt, ob während der nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges (10) und/oder Werkstückes ein über einem vorbestimmten Maximalwert' liegender Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) oder eine Kollision des Werkzeuges (10) mit dem Werkstück (4) und/oder eine Berührung des Werkzeuges (10) mit der Halteeinrichtung (2) und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine zu erwarten ist oder nicht, und entsprechende dritte Daten (D3) erzeugt, und die Steuerungseinrichtung (32) zusätzlich in Abhängigkeit von den dritten Daten (D3) von der Vorhersageeinrichtung (30) die Antriebseinrichtung (12, 14) derart steuert, daß ein über einen vorbestimmten Maximalwert liegender Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) oder eine. Kollision des Werkzeuges (10) mit dem Werkstück (4) und/oder eine Berührung des Werkzeuges (10) mit der Halteeinrichtung (2) und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine vermieden wird.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (32) den Betrieb der Antriebseinrichtung (12, 14) stoppt für den Fall, daß die Vorhersageeinrichtung (30) einen zu erwartenden über einen vorbestimmten Maximalwert liegenden Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) oder eine drohende Kollision des Werkzeuges (10) mit dem Werkstück (4) und/oder eine drohende Berührung des Werkzeuges (10) mit der Halteeinrichtung (2) und/oder einem sonstigen Teil der Werkzeugmaschine ermittelt.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Vorhersageeinrichtung (30) ermittelt, daß während der nachfolgenden Bewegung des Werkzeuges (10) und/- oder Werkstückes der Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) über einen vorbestimmten Maximalwert liegen wird, die Vorhersageeinrichtung (30) zusätzlich die zu erwartende Abweichung ermittelt und die Steuerungseinrichtung (32) die Aπtriebseinrichtung (12, 14) derart steuert, daß die Bewegung des Werkzeuges (10) und/oder der. Halteeinrichtung (2) unter Berücksichtigung der von der Vorhersageeinrichtung (30) ermittelten Abweichung entsprechend korrigiert wird, so daß der Materialabtrag durch das Werkzeug (10) am Werkstück (4) den vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet.
4. Werkzeugmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorhersageeinrichtung (30) aus den zweiten Daten (D2) ein Modell des. Werkzeuges (10), des Werkstückes (4), der Halteein-, richtung (2) und/oder sonstiger Teile der Werkzeugmaschine abgebildet wird.
5. Werkzeugmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, da^ durch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (24, 28) sämtliche zweiten Daten (D2) nur unmittelbar vor der Bearbeitung erzeugt.
6. Werkzeugmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhersageeinrichtung (30) eine Vorabsimulation durchführt.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, bei welcher die ersten Daten (D1) eine Folge von den Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) repräsentierenden Verfahrbefehlen (X1 t X2, X3, ..., Xn-,, X Xn+1, ..., XN.2l X^, XN) aufweisen, die im wesentlichen der Reihe nach abgearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhersageeinrichtung (30) die ersten Daten (D1 ) ab einem Verfahrbefehl (Xn+ +ι) verarbeitet, der um eine bestimmte Anzahl (m) von Verfahrbefehlen in der Folge der Verfahrbefehle später auftritt als der von der Steuerungseinrichtung (32) augenblicklich verarbeitete Verfahrbefehl (Xn).
8. Werkzeugmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die ersten Daten (D1) eine Folge von den Bewegungsablauf von Werkzeug (10) und/oder Werkstück (4) repräsentierenden Verfahrbefehlen (X1 t X2, X3,
..., Xn-,, Xn, Xπ+ι XN-2, XN-L XN) aufweisen, die im wesentlichen der Reihe nach abgearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vprhersageeinrichtung (30) für die Verarbeitung jeweils eine bestimmte Anzahl (k) von Verfahrbefehlen hält.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Anzahl (k) von Verfahrbefehlen eine Weglänge repräsentieren, innerhalb derer die Steuerungseinrichtung (32) in Abhängigkeit von den dritten Daten (D3) von der Vorhersageeinrichtung (30) den Betrieb der Antriebseinrichtung (12, 14) entsprechend zu beeinflussen oder zu stoppen in der Lage ist.
10. Werkzeugmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung mechanische, elektrische, magnetische und/oder optische Sensoren aufweist.
11. Werkzeugmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine elektronische Kamera aufweist.
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