WO2002086636A2 - Machine control program system and method for controlling a machine tool - Google Patents

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WO2002086636A2
WO2002086636A2 PCT/DE2002/001286 DE0201286W WO02086636A2 WO 2002086636 A2 WO2002086636 A2 WO 2002086636A2 DE 0201286 W DE0201286 W DE 0201286W WO 02086636 A2 WO02086636 A2 WO 02086636A2
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WO
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machine
data
module
target data
control program
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Frank Baumbusch
Walter Bauer
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Witzig & Frank Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • 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
    • G05B19/409—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 using manual input [MDI] or by using control panel, e.g. controlling functions with the panel; characterised by control panel details, by setting parameters

Definitions

  • the invention relates to a program system for controlling a machine tool and a corresponding control method.
  • NC programs which allow the operator to specify the actions of the machine tools in a suitable programming language or by other inputs. These entries are based on the dimensions of the workpiece to be manufactured. These are given in a drawing, for example. The programmer or machine operator ner then enters the dimensions of the drawing at a suitable operator interface in the machine tool, or its control, and corrects the entries, if necessary, until the desired production result is achieved.
  • the machine tool In order to achieve high manufacturing accuracy on a machine tool, the machine tool is manufactured as geometrically accurate as possible. This affects the straightness of the guides, the proportionality of the feed of tool spindles and so on. If such geometric accuracy is not available, this can be corrected with the help of stored correction tables as part of the NC control. The NC programs then constantly use such correction tables as part of subroutine calls and in this way attempt to compensate for geometry errors in the machine tool.
  • NC axis is understood to mean any numerically controlled drive that is used to move a tool spindle or the workpiece.
  • NC axes are actuators and the associated ones Guides.
  • the object on which the invention is based is derived from creating a program system which, regardless of the geometric accuracy of the machine tool, permits increased machining accuracy without the cycle times being increased unreasonably or the clarity of the program structure being lost.
  • the machine control program system contains an operating module which is used to enter the desired machining operations.
  • the operating module forms the programming level.
  • the theoretical geometry of the machine tool is shown here. Corrections as they become necessary due to imprecise work results are not incorporated at these levels and are not displayed here.
  • the operating module can have a manual user interface or also a user interface for the transmission of machine-readable data, for example via data carriers or connection to a CAD system.
  • the machine control program system contains a translation module that creates a machine work program from the target dimension data that the operating module provides.
  • the machine work program belongs to the working level and contains all work instructions for the individual work spindles and actuators (NC axes) of the tool machine.
  • the translation module thus creates a machine work program that is only indirectly visible from the operating module.
  • the program system also includes a measuring module, which processes the measurement values obtained during the measurement of test workpieces and transfers them to the actual measurement data interface of the correction module.
  • the correction module is now able to correct the machine work program initially created on the basis of the target data. Based on the measurement data obtained, position values, feed values and other values that appear in the work instructions of the machine work program and characterize the machining process are now corrected. This correction has no influence on the data specified by the control module. The operator therefore does not see the correction - for him, the drawing data (or CAD data) entered once remains.
  • the machine work program is corrected on the working level directly by changing the machine work program, based on differences between the target data and the actual data, as obtained from the measuring module.
  • the cycle time of the machine tool is therefore not negatively influenced in any way. Compared to controls that use correction tables while the machine tool is in operation, the cycle time of the machine tool is significantly reduced. Any loss of time, which otherwise occurs due to the use of correction tables or correction programs, is avoided.
  • the machine tool is controlled by linear processing of the machine machine work program. This is adjusted in the measuring cycle.
  • the machine control program according to the invention allows high machining precision on machine tools that are not geometrically precisely manufactured. Guide errors, misalignments, elasticities and resilience in the guides, tools or workpiece bearings have no influence on the precision of the workpiece produced. Rather, this is achieved in the course of familiarization by correcting the machine work program. Deviations of the actual machine tool geometry from the theoretical geometry of the machine on which the programming level is based are rendered ineffective by the correction module in cooperation with the measuring module.
  • the translation module preferably contains an assignment list or assignment table in order to be able to assign the corrected processing data to the target data.
  • This enables the associated work instructions to be displayed in parallel on the user interface with the setpoint data.
  • the usability and clarity of the program system is very high.
  • the machine control program system can easily base the target data as machining data when the machine work program is first created.
  • the Correction is carried out by the correction module in one or more iteration stages.
  • the measurement module preferably combines individual measurement values from several workpieces into measurement data.
  • the measured values scatter somewhat and are then combined into measured data by the measuring module on the basis of averaging or other statistical evaluation. It depends, for example, on the formation of the mean (expected value) and the scatter of the measured values. From the scatter and the permitted tolerance range of the default values, it can be determined whether reliable production can be achieved with the desired accuracy. If not, the critical machining process for machine tools with several or many workstations can be moved to another workstation, which may allow the machining in question to be carried out with less variation.
  • the correction method mentioned takes into account deviations and inaccuracies which result from the flexibility of the workpiece, for example in thin-walled areas. All corrections are made on the working level below the operating level and are therefore invisible to the operator. If necessary, the correction values can be displayed.
  • FIG. 3 shows a method for controlling a machine tool, carried out with the machine control program system according to FIG. 1, 4 shows a machine tool in an extremely schematic representation
  • FIG. 6 shows a program system for controlling the machine tool according to FIG. 5 as a block diagram.
  • a machine control program system 1 is illustrated in a schematic representation as a block diagram. It serves bpsw. for controlling a machine tool 2, as is illustrated very schematically in FIG. 4.
  • the machine tool 2 is used to machine a workpiece 3, which can be fixed in place or, as illustrated, by a turntable.
  • a work spindle 5 with a tool 6 attached to it is assigned to the workpiece 3 and the rotary table 4.
  • the work spindle 5 is driven in rotation and can be moved by a positioning unit 7 in different, in two directions XY in the example.
  • Guides 8, 9 and drives 10, 11 are used for this purpose.
  • the guide 8 and the drive 10 form an NC axis for the X direction.
  • the guide 9 and the drive 11 form the NC axis for the Y direction.
  • the axis is formed by the drive of the rotary table 4, which is not illustrated in further detail, and the drive of the work spindle 5. All NC axes are controlled by a control device 12, ie controlled moves.
  • the control device 12 is program-controlled.
  • the machine control program system 1 according to FIG. 1 runs on the control device 12.
  • the machine control program system 1 includes an operating module 14, a translation module 15, a measuring module 16 and a correction module 17.
  • the operating module 14 has an input and output interface which serves as the operating interface 18.
  • the operating interface 18 is, for example, a manual input device (keyboard) in connection with a monitor, a data interface for connection to a CAD program or another input and output interface.
  • the function of the control module lies in user communication. It serves bpsw. the target data, such as drawing dimensions a finished part drawing or input values corresponding to these dimensions.
  • the operating module 14 can be set up to enter machining actions, such as, for example, selecting a work spindle, positioning it, driving it at a predetermined speed, feeding it in a specific direction and at a predetermined speed. These inputs form the target data.
  • the operating module 14 has a target data interface 19 which provides the target data.
  • the translation module has a corresponding target data input 21, at which it receives the target data which represent the desired ideal workpiece on a geometrically ideally precise machine tool. Based on this data, the translation module now creates a machine work program 22 which is used for direct control of the controlled NC axes. Production can be carried out with this machine work program 22, which is symbolized in FIG. 1 by a block 23.
  • the workpieces produced in this way are measured with a suitable measuring device 24 (FIG. 4), the measured data being passed as actual data via a corresponding data connection line 25 to an actual data input 26 of the correction module 15.
  • the correction module 17 receives the target data which the operating module 14 provides at its target data interface 19.
  • the correction module 27 checks whether the target data and the actual data match within a predetermined or to be entered (see data line 28) accuracy or not. If the deviation (difference) is too large, the machine work program 22 is changed either directly or with the aid of the translation module 15.
  • the machine control program system 1 described so far functions as follows:
  • the operating module 14 receives this data and transfers it to the translation module, which first of all creates a machine work program with the target coordinates 50, 50.
  • the corresponding machine work program is transferred to the control device 12 or generated therein. It now controls the production (block 23 in FIG. 1) of a sample lot. This can include one or more parts. In order to be able to obtain statistically relevant statements, a lot is preferably made that comprises several (a sufficient number) workpieces.
  • the finished workpieces are transferred to the measuring device 24 (FIG.
  • the measuring module 16 which can run part of the measuring device 24 or at another point in the overall system, now determines the actual data for the actually produced bore 31 from the measured values obtained. As a rule, their position is different from the target position shown in dashed lines in FIG. 2.
  • the correction module thus detects a deviation between the target data and the actual data. Based on this deviation, the translation module 15 now corrects the machine work program.
  • the deviations measured in the respective directions X, Y from the position values that the machine work program is to set are added or subtracted.
  • the translation module can create a list 34, which indicates which target data belong to the data actually driven and processed by the machine work program.
  • the list 34 permits the display of the current program step with target data by the operating module 14.
  • the operator is not aware that the machine work program is not affected by the drawing data ( Target data) actually has different settings and runs through them.
  • geometry errors in the machine tool, compliance of the machine tools, lack of rigidity of the workpiece and other sources of error no longer appear.
  • the machine tool does not have to be precisely manufactured in the geometric sense. Alignment errors, linearity errors, guide errors and similar sources of errors have no influence on the precision of the machining result.
  • the only requirement for the machine tool is that dimensions that arise during production are possible. can be reproduced exactly.
  • the existing position errors are then rendered ineffective by the measuring module 16 and the correction module 17. This without any loss of usability and working speed.
  • FIG. 3 For clarification, the course of the familiarization process, as it is carried out by the machine control program system 1 according to the invention, is illustrated again in FIG. 3.
  • a first machine control program is generated based on the machining data entered.
  • the correction module changes the processing data accordingly. This correction can be made one or more times until the desired actual dimensions are reached.
  • the first creation of the machine control program based on the entered machining data can take place without any consideration of geometry errors of the machine tool. However, at least when these geometry errors assume larger values, it is advantageous to already create the first machine work program taking into account such known deviations. This is possible if a corresponding table 35 is available (FIG. 1), which the translation module can use if necessary. However, this is optional.
  • a major advantage of the division into a programming level and a working level is that it is possible to work with a machine work program that does not require a description and without any subroutine calls.
  • the programmer At the user level (program At the programming level, the programmer has the option of creating a programming-friendly NC program that is easy to use (e.g. calling up work cycles and subroutines.
  • This program is translated into the work level as a directly written naked program in order to minimize cycle times on the machine If the processing of the machine work program is stopped at any point, the translation module controls the corresponding position of the operating program in the operating module, so that the existing situation and the position of the program are quasi translated back. The operator can thus immediately recognize which one Position in which situation the machine work program is currently in.
  • This system enables simple operation on very complex NC machines with many axes and extensive NC programs.
  • the division of the program system into a programming area and on one working level ensure that the machine will operate with the shortest possible cycle time. This advantage weighs heavily above all on complex machines with extensive NC programs.
  • FIG. 5 shows a modified machine tool as shown in FIG. 2.
  • This has a workpiece carrier 36 which is rotatably mounted about an axis of rotation 37.
  • the workpiece carrier 36 is, for example, cruciform in plan view, with turntables 104 being arranged on the flanks of the arms of the cross. These each support the workpieces 3 such that they can rotate about an axis that is oriented transversely to the axis of rotation 37 and is perpendicular to the respective side surface of the workpiece carrier 36.
  • Three workpiece positions represent machining positions, while the fourth position 38 is, for example, a loading and unloading position.
  • One or more processing units are provided at each of the other positions.
  • two turret heads 39, 40, each with a plurality of tools 41, 42, are provided.
  • the turret heads 39, 40 are not further displaced.
  • illustrated NC axes or drive units can be moved in the X and Y directions.
  • the machine control program system 1 is somewhat modified to control such a machine tool 102. In this form it is illustrated in Fig. 6. The description of the machine control program system according to FIG. 1 applies accordingly, unless expressly pointed out to differences.
  • the machine control program system 1 has the operating module 14 as before.
  • the correction module and the translation module are combined here to form a translation and correction module 15/17.
  • This first generates on the basis of the target data and, as soon as test productions are available, also on the basis of the actual data, machine work programs Ml, M2, M3, M4. These are individually assigned in turntables 104, namely Ml ⁇ TI, M2 ⁇ T2, M3 ⁇ T3, M4 ⁇ T4. Metaphorically speaking, the machine control programs M1, M2, M3, M4 each change their place when the workpiece carrier 36 is advanced by 90 °.
  • the result of this measure are the machine work programs individually assigned to the workpiece clamping stations T1 to T4, which each contain all the corrections specific to the specific clamping station and the processing units.
  • the machine tool works with four different machine work programs, 3 of which are simultaneously active (the 4th position 38 is not a machining position, but a loading and unloading station). The operator feels none of this. All he sees on the user interface is a machine control program that shows the desired dimensions.
  • a machine control program system 1 which strictly separates the programming level from the working level.
  • the programming level is assigned to an operating module 14, which only receives target data and reproduces target data.
  • a machine work program is generated that is assigned to the working level.
  • the machine work program contains the instructions and data required to manufacture the workpiece with the desired precision.
  • the data and instructions of the machine work program can differ from the data and instructions of the operating module 14.
  • measurement data from a measurement module 16 are used, which are obtained in a familiarization process.
  • the correction module 17 corrects the machine work program in such a way that the desired precision is achieved.

Abstract

The invention relates to a machine control program system (1) that strictly separates a programming level from a working level, wherein said system has the aim of improving precision of machine tools, while independently observing mechanically geometric precision, improving operation of said machine tool and optionally reducing cycle time. The programming level is assigned to an operating module (14), which only receives and reproduces setpoint data. A machine working program is generated with the aid of a translation module or a correction module, said working program being assigned to the working plane. The machine working program contains the instructions and data required to finish the work piece with the desired precision. The data and instructions of the machine working program can differ from the data and instructions of the operating module (14). In order to produce the machine working program, measuring data of a measuring module (16) are retrieved, which were obtained during an initializing process. The correction module (17) corrects the machine working program in such a way that the desired precision is achieved.

Description

Maschinensteuerungsprogrammsvstem und Verfahren zur Steuerung einer WerkzeugmaschineMachine control program system and method for controlling a machine tool
Die Erfindung betrifft ein Programmsystem zur Steuerung einer Werkzeugmaschine sowie ein entsprechendes Steuerungsverfahren .The invention relates to a program system for controlling a machine tool and a corresponding control method.
Werkzeugmaschinen sind in vielen Fällen durch ein Steuerungsprogramm gesteuert. Solche Steuerungsprogramme werden als NC-Programme bezeichnet, die es dem Bediener gestatten, die Aktionen der Werkzeugmaschinen in einer geeigneten Programmiersprache oder durch anderweitige Eingaben vorzugeben. Diese Eingaben beruhen auf den Maßen des herzustellenden Werkstücks. Diese sind bspw. in einer Zeichnung angegeben. Der Programmierer oder Maschinenbedie- ner gibt die Zeichnungsmaße dann an einer geeigneten Bedienschnittstelle in die Werkzeugmaschine, bzw. deren Steuerung, ein und korrigiert die Eingaben gegebenenfalls so lange, bis das gewünschte Fertigungsergebnis erzielt wird.In many cases, machine tools are controlled by a control program. Such control programs are referred to as NC programs, which allow the operator to specify the actions of the machine tools in a suitable programming language or by other inputs. These entries are based on the dimensions of the workpiece to be manufactured. These are given in a drawing, for example. The programmer or machine operator ner then enters the dimensions of the drawing at a suitable operator interface in the machine tool, or its control, and corrects the entries, if necessary, until the desired production result is achieved.
Um auf einer Werkzeugmaschine eine hohe Fertigungsgenauigkeit zu erreichen, wird die Werkzeugmaschine möglichst geometrisch genau hergestellt. Dies betrifft die Geradheit der Führungen, die Proportionalität des Vorschubs von Werkzeugspindeln und so weiter. Ist eine solche geometrische Genauigkeit nicht vorhanden, kann dies mit Hilfe von hinterlegten Korrekturtabellen im Rahmen der NC-Steue- rung korrigiert werden. Die NC-Programme greifen dann im Rahmen von Unterprogrammaufrufen ständig auf solche Korrekturtabellen zurück und versuchen auf diese Weise Geometriefehler der Werkzeugmaschine auszugleichen.In order to achieve high manufacturing accuracy on a machine tool, the machine tool is manufactured as geometrically accurate as possible. This affects the straightness of the guides, the proportionality of the feed of tool spindles and so on. If such geometric accuracy is not available, this can be corrected with the help of stored correction tables as part of the NC control. The NC programs then constantly use such correction tables as part of subroutine calls and in this way attempt to compensate for geometry errors in the machine tool.
Jeder Aufruf einer Korrekturtabelle oder eines Korrekturrechenprogramms beansprucht Zeit. Die Erfahrung zeigt, dass ein solcher Unterprogrammaufruf die Taktzeit um bis zu 20 % verlängern können.Each call of a correction table or a correction calculation program takes time. Experience shows that such a subroutine call can increase the cycle time by up to 20%.
Wird das NC-Programm von dem Programmierer jedoch im Rahmen einer Versuch-Irrtums-Einstellung und Durchlaufen vieler Korrekturläufer so lange geändert bis eine präzise Werkstückfertigung erreicht wird, ergibt sich in der Regel eine völlig undurchsichtige Programmstruktur, die, wenn die Maschine über mehrere NC-Achsen verfügt, nur von Spezialisten überblickt wird. Unter NC-Achse wird dabei jeder numerisch gesteuerte Antrieb verstanden, der zum Verfahren einer Werkzeugspindel oder des Werkstücks dient. NC-Achsen sind somit letztlich Stellantriebe und die zugeordneten Führungen.However, if the programmer changes the NC program as part of a trial and error setting and running through many correction runs until a precise workpiece production is achieved, the result is usually a completely opaque program structure, which, if the machine has several NC Axes, is only overseen by specialists. The NC axis is understood to mean any numerically controlled drive that is used to move a tool spindle or the workpiece. Ultimately, NC axes are actuators and the associated ones Guides.
Hieraus leitet sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ab, ein Programmsystem zu schaffen, das unabhängig von der geometrischen Genauigkeit der Werkzeugmaschine eine erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit gestattet, ohne dass die Taktzeiten unzuträglich erhöht werden oder die Übersichtlichkeit der Programmstruktur verloren geht.From this, the object on which the invention is based is derived from creating a program system which, regardless of the geometric accuracy of the machine tool, permits increased machining accuracy without the cycle times being increased unreasonably or the clarity of the program structure being lost.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Programmsystem gelöst, bei dem die Programmierebene und die Arbeitsebene voneinander getrennt sind und Korrekturwerte nur in das Maschinenprogramm der Arbeitsebene, nicht aber in die Eingaben (Programmierebene) eingearbeitet werden.This object is achieved according to the invention by a program system in which the programming level and the working level are separated from one another and correction values are only incorporated into the machine program of the working level, but not into the inputs (programming level).
Das erfindungsgemäße Maschinensteuerprogrammsystem enthält ein Bedienmodul, das zur Eingabe der gewünschten Bearbeitungsvorgänge dient. Das Bedienmodul bildet die Programmierebene. Hier wird die theoretische Geometrie der Werkzeugmaschine aufgezeigt. Korrekturen, wie sie infolge nicht präziser Arbeitsergebnisse erforderlich werden, werden nicht auf diesen Ebenen eingearbeitet und hier auch nicht angezeigt. Das Bedienmodul kann eine manuelle Benutzerschnittstelle oder auch eine Benutzerschnittstelle zur Übertragung von maschinenlesbaren Daten, bspw. über Datenträger oder Anbindung an ein CAD-System aufweisen.The machine control program system according to the invention contains an operating module which is used to enter the desired machining operations. The operating module forms the programming level. The theoretical geometry of the machine tool is shown here. Corrections as they become necessary due to imprecise work results are not incorporated at these levels and are not displayed here. The operating module can have a manual user interface or also a user interface for the transmission of machine-readable data, for example via data carriers or connection to a CAD system.
Das Maschinensteuerungsprogrammsystem enthält ein Übersetzungsmodul, das aus den Sollmaßdaten, die das Bedienmodul bereitstellt, ein Maschinenarbeitsprogramm erstellt. Das Maschinenarbeitsprogramm gehört zur Arbeitsebene und enthält alle Arbeitsanweisungen für die einzelnen Arbeitsspindeln und Stellantriebe (NC-Achsen) der Werkzeug- maschine. Das Übersetzungsmodul erstellt somit ein Maschinenarbeitsprogramm, das von dem Bedienmodul auf nur mittelbar sichtbar ist.The machine control program system contains a translation module that creates a machine work program from the target dimension data that the operating module provides. The machine work program belongs to the working level and contains all work instructions for the individual work spindles and actuators (NC axes) of the tool machine. The translation module thus creates a machine work program that is only indirectly visible from the operating module.
Zu dem Programmsystem gehört außerdem ein Messmodul, das beim Vermessen von probeweise gefertigten Werkstücken, gewonnene Messwerte zu Messdaten verarbeitet und an die Istmaßdatenschnittstelle des Korrekturmoduls überträgt. Das Korrekturmodul ist nun in der Lage, das zunächst anhand der Soll-Daten erstellte Maschinenarbeitsprogramm zu korrigieren. Anhand der gewonnenen Messdaten werden nun Positionswerte, Vorschubwerte und sonstige Werte, die in den Arbeitsanweisungen des Maschinenarbeitsprogramms vorkommen und den Bearbeitungsvorgang charakterisieren, korrigiert. Diese Korrektur hat keinen Einfluss auf die von den Bedienmodul angegebenen Daten. Der Bediener sieht somit die Korrektur nicht - für Ihn bleibt es bei den einmal eingegebenen Zeichnungsdaten (oder CAD-Daten) . Die auf der Arbeitsebene erfolgte Korrektur des Maschinenarbeitsprogramms erfolgt unmittelbar durch Veränderung des Maschinenarbeitsprogramms, anhand von Differenzen zwischen den Soll-Daten und den Ist-Daten, wie sie von dem Messmodul gewonnen worden sind. Bei Abarbeitung des Maschinenarbeitsprogramms ist deshalb kein Rückgriff auf irgendwelche Korrekturtabellen oder Korrekturprogrammen erforderlich. Somit wird die Taktzeit der Werkzeugmaschine in keiner Weise negativ beein- flusst. Im Vergleich zu Steuerungen, die während des Betriebs der Werkzeugmaschine auf Korrekturtabellen zurückgreifen, wird eine deutliche Verkürzung der Taktzeit der Werkzeugmaschine erreicht. Jeglicher Zeitverlust, wie er sonst durch Rückgriff auf Korrekturtabellen oder Korrekturprogramme eintritt, wird vermieden. Die Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt durch lineare Abarbeitung des Ma- schinenarbeitsprogramms . Dieses wird im Messzyklus justiert .The program system also includes a measuring module, which processes the measurement values obtained during the measurement of test workpieces and transfers them to the actual measurement data interface of the correction module. The correction module is now able to correct the machine work program initially created on the basis of the target data. Based on the measurement data obtained, position values, feed values and other values that appear in the work instructions of the machine work program and characterize the machining process are now corrected. This correction has no influence on the data specified by the control module. The operator therefore does not see the correction - for him, the drawing data (or CAD data) entered once remains. The machine work program is corrected on the working level directly by changing the machine work program, based on differences between the target data and the actual data, as obtained from the measuring module. When processing the machine work program, it is therefore not necessary to use any correction tables or correction programs. The cycle time of the machine tool is therefore not negatively influenced in any way. Compared to controls that use correction tables while the machine tool is in operation, the cycle time of the machine tool is significantly reduced. Any loss of time, which otherwise occurs due to the use of correction tables or correction programs, is avoided. The machine tool is controlled by linear processing of the machine machine work program. This is adjusted in the measuring cycle.
Mit der erfindungsgemäßen Strukturierung des Maschi- nensteuerungsprogrammssystems wird zum einen eine für den Bediener übersichtliche Programmierung der Werkzeugmaschine und zum anderen eine schnelle Arbeit derselben ermöglicht. Darüber hinaus gestattet das erfindungsgemäße Maschinensteuerungsprogramm eine hohe Bearbeitungspräzession auf Werkzeugmaschinen, die geometrisch nicht genau gefertigt sind. Führungsfehler, Fluchtungsfehler, Elastizitäten und Nachgiebigkeiten in den Führungen, Werkzeugen oder Werkstücklagerungen haben keinen Einfluss auf die Präzision des hergestellten Werkstücks. Diese wird vielmehr im Rahmen der Einarbeitung durch Korrektur des Maschinenarbeitsprogramms erreicht. Abweichungen der tatsächlichen Werkzeugmaschinengeometrie von der theoretischen, auf der Programmierebene zugrundegelegten Geometrie der Maschine werden von dem Korrekturmodul im Zusammenwirken mit dem Messmodul unwirksam gemacht.With the structuring of the machine control program system according to the invention, programming of the machine tool that is clear to the operator is made possible on the one hand, and rapid work of the same is made possible on the other hand. In addition, the machine control program according to the invention allows high machining precision on machine tools that are not geometrically precisely manufactured. Guide errors, misalignments, elasticities and resilience in the guides, tools or workpiece bearings have no influence on the precision of the workpiece produced. Rather, this is achieved in the course of familiarization by correcting the machine work program. Deviations of the actual machine tool geometry from the theoretical geometry of the machine on which the programming level is based are rendered ineffective by the correction module in cooperation with the measuring module.
Das Übersetzungsmodul enthält vorzugsweise eine Zuordnungsliste oder Zuordnungstabelle, um die korrigierten Bearbeitungsdaten den Soll-Daten zuordnen zu können. Dies ermöglicht bei Abarbeitung des Maschinenarbeitsprogramms die parallele Anzeige der dazugehörigen Arbeitsanweisungen an der Benutzerschnittstelle mit den Sollwertdaten. Die Bedienbarkeit und Übersichtlichkeit des Programmsystems ist dadurch sehr hoch.The translation module preferably contains an assignment list or assignment table in order to be able to assign the corrected processing data to the target data. When the machine work program is being processed, this enables the associated work instructions to be displayed in parallel on the user interface with the setpoint data. The usability and clarity of the program system is very high.
Das Maschinensteuerungsprogrammsystem kann ohne weiters beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms die Soll-Daten als Bearbeitungsdaten zugrunde legen. Die Korrektur erfolgt durch das Korrekturmodul in einer oder mehreren Iterationsstufen. Es ist jedoch auch möglich, bekannte Geometriefehler der Werkzeugmaschine in einer Korrekturtabelle abzulegen. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass das Übersetzungsmodul beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms bereits die Soll-Daten anhand der Korrekturtabelle umrechnet, so dass der erste Bearbeitungsversuch bereits mit korrigierten Daten durchgeführt wird. Unter Umständen lassen sich damit Einarbeitungszeiten verkürzen, indem schon bei der ersten Probefertigung genauere Ergebnisse erzielt werden. In einigen Fällen kann dadurch die Anzahl der erforderlichen Iterationszyklen gesenkt werden. Das Messmodul fasst vorzugsweise einzelne Messwerte von mehreren Werkstücken zu Messdaten zusammen. Beispielsweise streuen die Messwerte etwas und werden durch das Messmodul dann anhand einer Mittelwertbildung oder anderweitiger statistischer Auswertung zu Messdaten zusammenge- fasst. Dabei kommt es bspw. auf die Bildung des Mittelwerts (Erwartungswert) und die Streuung der Messwerte an. Aus der Streuung und dem zugelassenen Toleranzbereich der Vorgabewerte kann bestimmt werden, ob sich überhaupt eine prozesssichere Fertigung mit der gewünschten Genauigkeit erreichen lässt. Falls nicht, kann der kritische Bearbeitungsvorgang bei Werkzeugmaschinen mit mehren oder vielen Arbeitsstationen auf eine andere Arbeitsstation verlegt werden, die die Durchführung der betreffenden Bearbeitung evtl. mit geringeren Streuungen gestattet.The machine control program system can easily base the target data as machining data when the machine work program is first created. The Correction is carried out by the correction module in one or more iteration stages. However, it is also possible to store known geometry errors of the machine tool in a correction table. This opens up the possibility that the translation module already converts the target data using the correction table when the machine work program is first created, so that the first editing attempt is already carried out with corrected data. Under certain circumstances, familiarization times can be shortened by achieving more precise results during the first trial production. In some cases, this can reduce the number of iteration cycles required. The measurement module preferably combines individual measurement values from several workpieces into measurement data. For example, the measured values scatter somewhat and are then combined into measured data by the measuring module on the basis of averaging or other statistical evaluation. It depends, for example, on the formation of the mean (expected value) and the scatter of the measured values. From the scatter and the permitted tolerance range of the default values, it can be determined whether reliable production can be achieved with the desired accuracy. If not, the critical machining process for machine tools with several or many workstations can be moved to another workstation, which may allow the machining in question to be carried out with less variation.
Insbesondere für -Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkstückaufspannplätzen ist es vorteilhaft, wenn für jeden Werkstückaufspannplatz ein individuelles Maschinenarbeitsprogramm erzeugt wird. Auf diese Weise kann das entsprechende individualisierte Maschinenarbeitsprogramm Ungenau- igkeiten, die von dem Werkstückaufspanntisch oder einer Werkstückpositioniervorrichtung herrühren, genauso ausgleichen, wie Ungenauigkeiten, die aus Fehlpositionierungen der Arbeitspindeln herrühren.Particularly for machine tools with several workpiece clamping positions, it is advantageous if an individual machine work program is generated for each workpiece clamping position. In this way, the corresponding individualized machine work program can compensate for inaccuracies resulting from incorrect positioning of the work spindles.
Darüber hinaus berücksichtigt das genannte Korrekturverfahren Abweichungen und Ungenauigkeiten, die sich aus Nachgiebigkeiten des Werkstücks bspw. an dünnwandigen Bereichen ergeben. Alle Korrekturen erfolgen auf der Arbeitsebene unterhalb der Bedienebene und sind von dem Bediener somit unsichtbar. Bedarfsweise kann eine Anzeige der Korrekturwerte vorgesehen werden.In addition, the correction method mentioned takes into account deviations and inaccuracies which result from the flexibility of the workpiece, for example in thin-walled areas. All corrections are made on the working level below the operating level and are therefore invisible to the operator. If necessary, the correction values can be displayed.
Entsprechende Vorzüge, wie für das Maschinensteue- rungsprogrammsystem, ergeben sich für das Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine.Corresponding advantages, such as for the machine control program system, result for the method for controlling a machine tool.
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung der Beschreibung oder Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:Details of advantageous embodiments of the invention result from the drawing of the description or subclaims. Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawing. Show it:
Fig. 1 ein Maschinensteuerungsprogrammsystem als Blockschaltbild,1 shows a machine control program system as a block diagram,
Fig. 2 die Korrektur der Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Fig. 1,2 the correction of the machining of a workpiece with the machine control program system according to FIG. 1,
Fig. 3 ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, durchgeführt mit dem Maschinensteuerungspro- grammsystem nach Fig. 1, Fig. 4 eine Werkzeugmaschine in einer aufs äußerste schematisierten Darstellung,3 shows a method for controlling a machine tool, carried out with the machine control program system according to FIG. 1, 4 shows a machine tool in an extremely schematic representation,
Fig. 5 eine Werkezeugmaschine mit mehreren Werkstückaufspannplätzen in einer aufs äußerste schematisierten Darstellung und5 shows a machine tool with a plurality of workpiece clamping places in an extremely schematic representation and
Fig. 6 ein Programmsystem zur Steuerung der Werkzeugmaschine nach Fig. 5 als Blockschaltbild. 6 shows a program system for controlling the machine tool according to FIG. 5 as a block diagram.
In Fig. 1 ist ein Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 in schematisierter Darstellung als Blockschaltbild veranschaulicht. Es dient bpsw. zur Steuerung einer Werkzeugmaschine 2, wie sie in Fig. 4 sehr schematisch veranschaulicht ist. Die Werkzeugmaschine 2 dient der Bearbeitung eines Werkstücks 3, das ortsfest oder, wie veranschaulicht, durch einen Drehtisch gelagert sein kann. Dem Werkstück 3 und dem Drehtisch 4 ist eine Arbeitsspindel 5 mit einem daran befestigten Werkzeug 6 zugeordnet. Die Arbeitsspindel 5 ist drehend angetrieben und durch eine Positioniereinheit 7 in verschiedenen, im Beispiel in zwei Richtungen XY bewegbar. Dazu dienen Führungen 8, 9 und Antriebe 10, 11. Die Führung 8 und der Antrieb 10 bilden eine NC-Achse für die Richtung X. Die Führung 9 und der Antrieb 11 bilden die NC-Achse für die Richtung Y. Eine weitere NC-Achse bildet der nicht weiter veranschaulichte Antrieb des Drehtischs 4 sowie der Antrieb der Arbeitsspindel 5. Alle NC-Achsen werden von einer Steuerungseinrichtung 12 gesteuert, d.h. kontrolliert bewegt.In Fig. 1, a machine control program system 1 is illustrated in a schematic representation as a block diagram. It serves bpsw. for controlling a machine tool 2, as is illustrated very schematically in FIG. 4. The machine tool 2 is used to machine a workpiece 3, which can be fixed in place or, as illustrated, by a turntable. A work spindle 5 with a tool 6 attached to it is assigned to the workpiece 3 and the rotary table 4. The work spindle 5 is driven in rotation and can be moved by a positioning unit 7 in different, in two directions XY in the example. Guides 8, 9 and drives 10, 11 are used for this purpose. The guide 8 and the drive 10 form an NC axis for the X direction. The guide 9 and the drive 11 form the NC axis for the Y direction. The axis is formed by the drive of the rotary table 4, which is not illustrated in further detail, and the drive of the work spindle 5. All NC axes are controlled by a control device 12, ie controlled moves.
Die Steuerungseinrichtung 12 ist programmgesteuert. Auf der Steuerungseinrichtung 12 läuft das Maschinensteue- rungsprogrammsystem 1 nach Fig. 1. Zu den Maschinensteue- rungsprogrammsystem 1 gehören ein Bedienmodul 14, ein Übersetzungsmodul 15, ein Messmodul 16 und ein Korrekturmodul 17. Das Bedienmodul 14 weist eine Ein- und Ausgabeschnittstelle auf, die als Bedienschnittstelle 18 dient. Die Bedienschnittstelle 18 ist bspw. eine manuelle Eingabeeinrichtung (Tastatur) in Verbindung mit einem Monitor, eine Datenschnittstelle zur Anbindung an ein CAD-Programm oder eine anderweitige Ein- und Ausgabeschnittstelle. Die Funktion des Bedienmoduls liegt in der Nutzerkommunikation. Es dient bpsw. dazu, die Soll-Daten, wie bspw. Zeichnungsmaße einer Fertigteilzeichnung oder diesen Maßen entsprechende Eingabewerte, aufzunehmen. Außerdem kann das Bedienmodul 14 zur Eingabe von Bearbeitungsaktionen eingerichtet sein, wie bspw. Auswahl einer Arbeitsspindel, Positionierung derselben, Antrieb derselben mit vorgegebener Drehzahl, Vorschub derselben in bestimmter Richtung und mit vorgegebener Geschwindigkeit. Diese Eingaben bilden die Solldaten.The control device 12 is program-controlled. The machine control program system 1 according to FIG. 1 runs on the control device 12. The machine control program system 1 includes an operating module 14, a translation module 15, a measuring module 16 and a correction module 17. The operating module 14 has an input and output interface which serves as the operating interface 18. The operating interface 18 is, for example, a manual input device (keyboard) in connection with a monitor, a data interface for connection to a CAD program or another input and output interface. The function of the control module lies in user communication. It serves bpsw. the target data, such as drawing dimensions a finished part drawing or input values corresponding to these dimensions. In addition, the operating module 14 can be set up to enter machining actions, such as, for example, selecting a work spindle, positioning it, driving it at a predetermined speed, feeding it in a specific direction and at a predetermined speed. These inputs form the target data.
Ausgangsseitig weist das Bedienmodul 14 eine Soll-Datenschnittstelle 19 auf, die die Soll-Daten bereitstellt. Das Übersetzungsmodul weist einen entsprechenden Soll-Dateneingang 21 auf, an dem es die das gewünschte ideale Werkstück, auf einer geometrisch ideal exakten Werkzeugmaschine abbildenden Soll-Daten erhält. Das Übersetzungsmodul erstellt nun anhand dieser Daten ein Maschinenarbeitsprogramm 22, das zur unmittelbaren Ansteuerung der gesteuerten NC-Achsen dient. Mit diesem Maschinenarbeitsprogramm 22 ist eine Fertigung durchführbar, die in Fig. 1 durch einen Block 23 symbolisiert ist. Die dabei erzeugten Werkstücke werden mit einer geeigneten Messvorrichtung 24 vermessen (Fig,. 4), wobei die gemessenen Daten als Ist-Daten über eine entsprechende Datenverbindungsleitung 25 an einen Ist-Dateneingang 26 des Korrekturmoduls 15 geführt werden. An einem Soll-Dateneingang 27 erhält das Korrekturmodul 17 die Soll-Daten die das Bedienmodul 14 an seiner Soll-Datenschnittstelle 19 bereitstellt.On the output side, the operating module 14 has a target data interface 19 which provides the target data. The translation module has a corresponding target data input 21, at which it receives the target data which represent the desired ideal workpiece on a geometrically ideally precise machine tool. Based on this data, the translation module now creates a machine work program 22 which is used for direct control of the controlled NC axes. Production can be carried out with this machine work program 22, which is symbolized in FIG. 1 by a block 23. The workpieces produced in this way are measured with a suitable measuring device 24 (FIG. 4), the measured data being passed as actual data via a corresponding data connection line 25 to an actual data input 26 of the correction module 15. At a target data input 27, the correction module 17 receives the target data which the operating module 14 provides at its target data interface 19.
Das Korrekturmodul 27 prüft, ob die Soll-Daten und Ist-Daten im Rahmen einer vorgegebenen oder einzugebenden (siehe Datenleitung 28) Genauigkeit übereinstimmen oder nicht. Ist die Abweichung (Differenz) zu groß, wird das Maschinenarbeitsprogramm 22 entweder direkt oder mit Hilfe des Übersetzungsmoduls 15 abgeändert. Das insoweit beschriebene Maschinensteuerungsprogramm- system 1 funktioniert wie folgt:The correction module 27 checks whether the target data and the actual data match within a predetermined or to be entered (see data line 28) accuracy or not. If the deviation (difference) is too large, the machine work program 22 is changed either directly or with the aid of the translation module 15. The machine control program system 1 described so far functions as follows:
Zur Erläuterung wird zunächst als einfacher Fall angenommen, dass in das in Fig. 2 veranschaulichte Werkstück, 3 eine Bohrung 31 einzubringen ist, deren X und Y Koordinaten jeweils 50 Einheiten betragen. D.h. (X, Y) = (50, 50). Diese Daten erhält das Bedienmodul 14 und übergibt sie an das Übersetzungsmodul, das zunächst einmal ein Maschinenarbeitsprogramm mit den Sollkoordinaten 50,50 erstellt. Das entsprechende Maschinenarbeitsprogramm wird an die Steuereinrichtung 12 übergeben oder in dieser generiert. Es steuert nun die Fertigung (Block 23 in Fig. 1) eines Probeloses. Dieses kann ein oder mehrere Teile umfassen. Um statistisch relevante Aussagen gewinnen zu können, wird vorzugsweise ein Los gefertigt, das mehrere (eine ausreichende Anzahl) Werkstücke umfasst. Die gefertigten Werkstücke werden an die Messvorrichtung 24 (Fig. 4) übergeben. Das Messmodul 16, das Teil der Messvorrichtung 24 oder an anderer Stelle des Gesamtsystems laufen kann, stellt nun aus den gewonnen Messwerten die Ist-Daten für die tatsächlich hergestellte Bohrung 31 fest. In der Regel ist deren Position von der in Fig. 2 gestrichelt veranschaulichten Sollposition verschieden. Das Korrekturmodul stellt somit eine Abweichung zwischen Soll-Daten und Ist-Daten fest. Anhand dieser Abweichung korrigiert das Übersetzungsmodul 15 nun das Maschinenarbeitsprogramm. Im einfachsten Fall werden die in den jeweiligen Richtungen X,Y gemessenen Abweichungen von den Positionswerten, die das Maschinenarbeitsprogramm einstellen soll, addiert bzw. subtrahiert. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich bspw. Maschinendaten XM und YM, die von dem Soll-Daten 50 abweichen (XM = 49,1 und YM = 52,3). Zugleich kann das Übersetzungsmodul eine Liste 34 anlegen, die kenntlich macht, welche Soll-Daten zu den tatsächlich gefahrenen und von dem Maschinenarbeitsprogramm abgearbeiteten Daten gehören.For the sake of explanation, it is first assumed as a simple case that a bore 31 is to be made in the workpiece 3 illustrated in FIG. 3, the X and Y coordinates of which are 50 units each. Ie (X, Y) = (50, 50). The operating module 14 receives this data and transfers it to the translation module, which first of all creates a machine work program with the target coordinates 50, 50. The corresponding machine work program is transferred to the control device 12 or generated therein. It now controls the production (block 23 in FIG. 1) of a sample lot. This can include one or more parts. In order to be able to obtain statistically relevant statements, a lot is preferably made that comprises several (a sufficient number) workpieces. The finished workpieces are transferred to the measuring device 24 (FIG. 4). The measuring module 16, which can run part of the measuring device 24 or at another point in the overall system, now determines the actual data for the actually produced bore 31 from the measured values obtained. As a rule, their position is different from the target position shown in dashed lines in FIG. 2. The correction module thus detects a deviation between the target data and the actual data. Based on this deviation, the translation module 15 now corrects the machine work program. In the simplest case, the deviations measured in the respective directions X, Y from the position values that the machine work program is to set are added or subtracted. In the present example, machine data X M and Y M result, for example, which deviate from the target data 50 (X M = 49.1 and Y M = 52.3). At the same time, the translation module can create a list 34, which indicates which target data belong to the data actually driven and processed by the machine work program.
Mit dem korrigierten Maschinenarbeitsprogramm wird nun eine weitere Probefertigung durchgeführt, die in der Regel schon die gewünschten präzisen Werkstücke erbringt. Falls nicht, wird der Korrekturvorgang nochmals durchlaufen, indem die Werkstücke mit dem Messmodul 16 vermessen werden und indem das Korrekturmodul 17 anhand der festgestellten Unterschiede zwischen Soll-Daten und Ist-Daten das Maschinenarbeitsprogramm nochmals korrigiert.With the corrected machine work program, a further test production is now carried out, which usually already produces the desired precise workpieces. If not, the correction process is carried out again by measuring the workpieces with the measuring module 16 and by correcting the machine work program again on the basis of the differences found between the target data and the actual data.
In der Regel genügen ein oder wenige solcher Iterationsläufe in dem Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 nach Fig. 1.As a rule, one or a few such iteration runs are sufficient in the machine control program system 1 according to FIG. 1.
Die Liste 34 gestattet in jedem Arbeitsschritt, insbesondere bei Hand- und Probebetrieb des Maschinensteue- rungsprogrammsystems, die Anzeige des jeweils aktuellen Programmschritts mit Soll-Daten durch das Bedienmodul 14. Der Bediener wird auf diese Weise nicht gewahr, dass das Maschinenarbeitsprogramm von den Zeichnungsdaten (Soll-Daten) abweichende tatsächlich Einstellungen hat und durchfährt. Auf diese Weise treten Geometriefehler der Werkzeugmaschine, Nachgiebigkeiten der Werkzeugmaschinen fehlende Steifigkeit des Werkstücks und andere Fehlerquellen nicht mehr in Erscheinung. Die Werkzeugmaschine muss nicht im geometrischen Sinne präzise gefertigt sein. Ausrichtfehler, Linearitätsfehler, Führungsfehler und ähnliche Fehlerquellen bleiben ohne Einfluss auf die Präzision des Bearbeitungsergebnisses. Die einzige Bedingung an die Werkzeugmaschine ist, dass bei der Fertigung entstehende Maße mög- liehst genau reproduziert werden. Die vorhandenen Positionsfehler werden dann durch das Messmodul 16 und das Korrekturmodul 17 unwirksam gemacht. Dies ohne jegliche Einbuße an Bedienbarkeit und Arbeitsgeschwindigkeit.In each work step, in particular in manual and trial operation of the machine control program system, the list 34 permits the display of the current program step with target data by the operating module 14. In this way, the operator is not aware that the machine work program is not affected by the drawing data ( Target data) actually has different settings and runs through them. In this way, geometry errors in the machine tool, compliance of the machine tools, lack of rigidity of the workpiece and other sources of error no longer appear. The machine tool does not have to be precisely manufactured in the geometric sense. Alignment errors, linearity errors, guide errors and similar sources of errors have no influence on the precision of the machining result. The only requirement for the machine tool is that dimensions that arise during production are possible. can be reproduced exactly. The existing position errors are then rendered ineffective by the measuring module 16 and the correction module 17. This without any loss of usability and working speed.
Zur Verdeutlichung ist der Ablauf des Einarbeitungsvorgangs, wie er von dem erfindungsgemäßen Maschinensteue- rungsprogrammsystem 1 durchgeführt wird, nochmals in Fig. 3 veranschaulicht. Nach Eingabe der Sollwerte wird ein erstes Maschinensteuerungsprogramm anhand der eingegebenen Bearbeitungstaten erzeugt. Nach Probefertigung der Werkstücke werden die Ist-Maße derselben gemessen. Wenn diese nicht mit den Solldaten übereinstimmen, ändert das Korrekturmodul die Bearbeitungsdaten entsprechend. Diese Korrektur kann ein- oder mehrmals vorgenommen werden, bis die gewünschten Ist-Maße erreicht werden.For clarification, the course of the familiarization process, as it is carried out by the machine control program system 1 according to the invention, is illustrated again in FIG. 3. After entering the setpoints, a first machine control program is generated based on the machining data entered. After the workpieces have been tested, their actual dimensions are measured. If these do not match the target data, the correction module changes the processing data accordingly. This correction can be made one or more times until the desired actual dimensions are reached.
Die erste Erstellung des Maschinensteuerprogramms anhand der eingegebenen Bearbeitungsdaten kann ohne jegliche Berücksichtigung von Geometriefehlern der Werkezeugmaschine erfolgen. Es ist jedoch zumindest dann, wenn diese Geometriefehler größere Werte annehmen, vorteilhaft, bereits das erste Maschinenarbeitsprogramm unter Berücksichtigung solcher bekannten Abweichungen zu erstellen. Dies ist möglich, wenn eine entsprechende Tabelle 35 vorhanden ist (Fig. 1), auf die das Übersetzungsmodul bedarfweise zurückgreifen kann. Dies ist jedoch optional.The first creation of the machine control program based on the entered machining data can take place without any consideration of geometry errors of the machine tool. However, at least when these geometry errors assume larger values, it is advantageous to already create the first machine work program taking into account such known deviations. This is possible if a corresponding table 35 is available (FIG. 1), which the translation module can use if necessary. However, this is optional.
Ein wesentlicher Vorteil der Aufteilung in eine Programmierebene und eine Arbeitsebene liegt darin, dass es möglich ist, mit einem Maschinenarbeitsprogramm zu arbeiten, das ohne Beschreibung und ohne jegliche Unterprogrammaufrufe auskommt. Auf der Benutzerebene hat (Program- mierebene hat der Programmierer die Möglichkeit ein Programmierfreundliches NC-Programm zu erstellen, das einen entsprechenden Bedienkomfort (z.B. das Aufrufen von Arbeitszyklen und Unterprogrammen gestattet. Dieses Programm wird in der Arbeitsebene als ein ganz direkt geschriebenes nacktes Programm übersetzt, um damit kürzeste Zykluszeiten an der Maschine zu erreichen. Wird die Abarbeitung des Maschinearbeitsprogramms an irgendeiner Stelle gestoppt, wird von dem Übersetzungsmodul die entsprechende Stelle des Bedienprogramms in dem Bedienmodul angesteuert, so dass die vorhandene Situation und die Position des Programms quasi rückübersetzt werden. Der Bediener kann somit sofort erkennen, an welcher Stellung in welcher Situation sich das Maschinenarbeitsprogramm gerade befindet. Dieses System ermöglicht die einfache Bedienung auf sehr komplexe NC-Maschinen, mit vielen Achsen und umfangreichen NC-Pro- grammen. Außerdem stellt die Aufteilung des Programmsystems in einem Programmierebene und in eine Arbeitsebene sicher, dass die Maschine mit kürzt möglichster Zykluszeit betreiben wird. Dieser Vorteil wiegt vor allen bei komplexen Maschinen mit umfangreichen NC-Programmen schwer.A major advantage of the division into a programming level and a working level is that it is possible to work with a machine work program that does not require a description and without any subroutine calls. At the user level (program At the programming level, the programmer has the option of creating a programming-friendly NC program that is easy to use (e.g. calling up work cycles and subroutines. This program is translated into the work level as a directly written naked program in order to minimize cycle times on the machine If the processing of the machine work program is stopped at any point, the translation module controls the corresponding position of the operating program in the operating module, so that the existing situation and the position of the program are quasi translated back. The operator can thus immediately recognize which one Position in which situation the machine work program is currently in. This system enables simple operation on very complex NC machines with many axes and extensive NC programs. In addition, the division of the program system into a programming area and on one working level, ensure that the machine will operate with the shortest possible cycle time. This advantage weighs heavily above all on complex machines with extensive NC programs.
In Fig. 5 ist eine abgewandelte Werkzeugmaschine unter Fig. 2 veranschaulicht. Diese weist einen Werkstückträger 36 auf, der um eine Drehachse 37 drehbar gelagert ist. Der Werkstückträger 36 ist in Draufsicht bspw. kreuzförmig, wobei an den Flanken der Arme des Kreuzes Drehtische 104 angeordnet sind. Diese lagern die Werkstücke 3 jeweils drehbar um eine Achse, die quer zur Drehachse 37 ausgerichtet ist und senkrecht auf der jeweiligen Seitenfläche des Werkstückträgers 36 steht.5 shows a modified machine tool as shown in FIG. 2. This has a workpiece carrier 36 which is rotatably mounted about an axis of rotation 37. The workpiece carrier 36 is, for example, cruciform in plan view, with turntables 104 being arranged on the flanks of the arms of the cross. These each support the workpieces 3 such that they can rotate about an axis that is oriented transversely to the axis of rotation 37 and is perpendicular to the respective side surface of the workpiece carrier 36.
Von den vier dargestellten Werkstückpositionen stellen drei Werkstückpositionen Bearbeitungspositionen dar, während die vierte Position 38 z.B. eine Belade- und Entladeposition ist. An allen anderen Positionen sind jeweils ein oder mehrere Bearbeitungseinheiten vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Revolverköpfe 39, 40 mit jeweils mehreren Werkzeugen 41, 42 vorgesehen. Außerdem sind die Revolverköpfe 39, 40 durch nicht weiter ver- . anschaulichte NC-Achsen bzw. Antriebseinheiten jeweils in X- und Y-Richtung verfahrbar.Set from the four workpiece positions shown three workpiece positions represent machining positions, while the fourth position 38 is, for example, a loading and unloading position. One or more processing units are provided at each of the other positions. In the present exemplary embodiment, two turret heads 39, 40, each with a plurality of tools 41, 42, are provided. In addition, the turret heads 39, 40 are not further displaced. illustrated NC axes or drive units can be moved in the X and Y directions.
Zur Steuerung einer solchen Werkzeugmaschine 102 ist das Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 etwas abgewandelt. In dieser Form ist es in Fig. 6 veranschaulicht. Dabei gilt die Beschreibung des Maschinensteuerungsprogrammsystems nach Fig. 1, sofern nicht ausdrücklich auf Unterschiede hingewiesen ist, entsprechend.The machine control program system 1 is somewhat modified to control such a machine tool 102. In this form it is illustrated in Fig. 6. The description of the machine control program system according to FIG. 1 applies accordingly, unless expressly pointed out to differences.
Das Maschinensteuerungsprogrammsystem 1 nach Fig. 6 weist wie gehabt das Bedienmodul 14 auf. Das Korrekturmodul und das Übersetzungsmodul sind hier zu einem Übersetzungsund Korrekturmodul 15/17 zusammengefasst . Dieses erzeugt zunächst anhand der Soll-Daten und sobald Probefertigungen vorliegen zusätzlich anhand der Ist-Daten, Maschinenarbeitsprogramme Ml, M2, M3, M4. Diese sind jeweils in Drehtischen 104 individuell zugeordnet, nämlich Ml → TI, M2 → T2, M3 → T3, M4 → T4. Bildlich gesprochen wechseln die Maschinensteuerungsprogramme Ml, M2, M3, M4 mit dem Fortschalten des Werkstückträgers 36 um 90° jeweils ihren Platz. Sie gehen mit dem Werkstück und mit dem betreffenden Werkstückaufspannplatz zur nächsten Arbeitsstation über und werden in dem betreffenden Teil der Steuerung für die dort vorhandenen Bearbeitungseinheiten geladen. Mit diesen auf- spannplatzspezifischen Maschinenarbeitsprogrammen Ml bis M4 wird eine Probefertigung durchgeführt, wobei jeweils diejenigen Werkstücke, die auf dem gleichen Tisch TI, T2, T3, oder T4 hergestellt worden sind, jeweils in einer Gruppe FI, F2, F3, F4 zusammengefasst werden. Diese Gruppen werden von dem Messmodul 16 jeweils einzeln vermessen, wobei die sich ergebenden Ist-Werte wiederum gruppenweise erfasst und als Ist-Daten IST1 bis IST4 bspw. nacheinander ausgegeben werden. Das Übersetzungs- und Korrekturmodul 15/17 korrigiert danach dann alle 4 Maschinenarbeitsprogramme Ml bis M4 anhand der sich jeweils zwischen den Soll-Daten SOLL und den Ist-Daten IST1 bis IST4 ergebenen Differenzen.The machine control program system 1 according to FIG. 6 has the operating module 14 as before. The correction module and the translation module are combined here to form a translation and correction module 15/17. This first generates on the basis of the target data and, as soon as test productions are available, also on the basis of the actual data, machine work programs Ml, M2, M3, M4. These are individually assigned in turntables 104, namely Ml → TI, M2 → T2, M3 → T3, M4 → T4. Metaphorically speaking, the machine control programs M1, M2, M3, M4 each change their place when the workpiece carrier 36 is advanced by 90 °. You move to the next workstation with the workpiece and the relevant workpiece clamping station and are loaded in the relevant part of the control system for the processing units available there. With these machine work programs Ml to M4 specific to the clamping location A test production is carried out, whereby those workpieces that have been produced on the same table TI, T2, T3, or T4 are each grouped in a group FI, F2, F3, F4. These groups are measured individually by the measuring module 16, the resulting actual values in turn being recorded in groups and output, for example, successively as actual data IST1 to IST4. The translation and correction module 15/17 then corrects all 4 machine work programs Ml to M4 on the basis of the differences between the target data TARGET and the actual data ACTUAL1 to ACTUAL4.
Das Ergebnis dieser Maßnahme sind dem Werkstückaufspannplätzen Tl bis T4 individuelle zugeordnete Maschinenarbeitsprogramme, die jeweils alle für den speziellen Aufspannplatz und die Bearbeitungseinheiten spezifischen Korrekturen enthalten. Die Werkzeugmaschine arbeitet mit vier unterschiedlichen Maschinenarbeitsprogrammen, von denen jeweils 3 gleichzeitig aktiv sind (die 4. Position 38 ist keine Bearbeitungsposition, sondern eine Be- und Entladestation) . Der Bediener spürt von alledem nichts. Er sieht an der Bedienoberfläche lediglich ein Maschinensteuerpro- gramm, das Soll-Maße wiedergibt.The result of this measure are the machine work programs individually assigned to the workpiece clamping stations T1 to T4, which each contain all the corrections specific to the specific clamping station and the processing units. The machine tool works with four different machine work programs, 3 of which are simultaneously active (the 4th position 38 is not a machining position, but a loading and unloading station). The operator feels none of this. All he sees on the user interface is a machine control program that shows the desired dimensions.
Zur Verbesserung der Präzision von Werkzeugmaschinen, unabhängig von der Einhaltung einer mechanisch geometrischen Präzision und zur Verbesserung der Bedienbarkeit einer solchen Werkzeugmaschine sowie gegebenenfalls zur Verminderung von Taktzeiten, ist ein Maschinensteuerungspro- grammsystem 1 geschaffen, das strikt zwischen Programmierebene und Arbeitsebene trennt. Die Programmierebene ist einem Bedienmodul 14 zugeordnet, das nur Soll-Daten erhält und Soll-Daten wiedergibt. Mit Hilfe eines Übersetzungs- moduls und oder eins Korrekturmoduls wird ein Maschinenarbeitsprogramm erzeugt, das der Arbeitsebene zugeordnet ist. Das Maschinenarbeitsprogramm enthält die Anweisungen und Daten, die erforderlich sind, um das Werkstück in der gewünschten Präzision zu fertigen. Die Daten und Anweisungen des Maschinenarbeitsprogramms können von den Daten und Anweisungen des Bedienmoduls 14 abweichen. Um das Maschinearbeitsprogramm zu erzeugen, wird auf Messdaten eines Messmoduls 16 zurückgegriffen, die in einem Einarbeitungsvorgang gewonnen werden. Das Korrekturmodul 17 korrigiert das Maschinenarbeitsprogramm in einer solchen Weise, dass die gewünschte Präzision erreicht wird. To improve the precision of machine tools, irrespective of compliance with a mechanical geometric precision and to improve the usability of such a machine tool and possibly to reduce cycle times, a machine control program system 1 is created which strictly separates the programming level from the working level. The programming level is assigned to an operating module 14, which only receives target data and reproduces target data. With the help of a translation module and or a correction module, a machine work program is generated that is assigned to the working level. The machine work program contains the instructions and data required to manufacture the workpiece with the desired precision. The data and instructions of the machine work program can differ from the data and instructions of the operating module 14. In order to generate the machine work program, measurement data from a measurement module 16 are used, which are obtained in a familiarization process. The correction module 17 corrects the machine work program in such a way that the desired precision is achieved.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Maschinensteuerungsprogrammsystem (1), insbesondere für in der Serienfertigung eingesetzten Werkzeugmaschinen (2, 102),1. machine control program system (1), in particular for machine tools (2, 102) used in series production,
mit einem Bedienmodul (14), das als Benutzerschnittstelle zur Eingabe der gewünschten Fertigungsmaße und Fertigungsvorgänge dient,with an operating module (14), which serves as a user interface for entering the desired manufacturing dimensions and manufacturing processes,
mit einem Übersetzungsmodul (15), das zur Erstellung eines Maschinenarbeitsprogramms (22) zur Steuerung der NC-Antriebe der Werkzeugmaschine dient, wobei das Übersetzungsmodul (15) eine Soll-Datenschnittstelle (21) aufweistwith a translation module (15) which serves to create a machine work program (22) for controlling the NC drives of the machine tool, the translation module (15) having a target data interface (21)
mit einem Korrekturmodul (17), das eine Ist-Datenschnittstelle (26) aufweist und dazu eingerichtet ist, Bearbeitungsdaten des Maschinenarbeitsprogramms (22) anhand von Differenzen zwischen den Soll-Daten und den Ist-Daten zu korrigieren,with a correction module (17) which has an actual data interface (26) and is set up to correct machining data of the machine work program (22) on the basis of differences between the target data and the actual data,
mit einem Messmodul (16), das Messdaten, die an in einer Probefertigung hergestellten Werkstücken (3) gewonnen sind, an die Ist-Datenschnittstelle (26) überträgt .with a measuring module (16) which transmits measurement data obtained on workpieces (3) produced in a test production to the actual data interface (26).
2. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) eine Zuordnungsliste (34) zur Zuordnung von korrigierten Bearbeitungsdaten zu Soll-Daten enthält.2. Machine control program system according to claim 1, characterized in that the translation module (15) contains an assignment list (34) for assigning corrected machining data to target data.
3. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienmodul (14) an der Benutzerschnittstelle Soll-Daten empfängt und wiedergibt .3. Machine control program system according to claim 1, characterized in that the operating module (14) receives and reproduces target data at the user interface.
4. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Soll-Daten als Bearbeitungsdaten überträgt .4. Machine control program system according to claim 1, characterized in that the translation module (15) transmits the target data as machining data when the machine work program (22) is first created.
5. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Bearbeitungsdaten anhand der Soll-Daten und anhand einer Korrekturtabelle (35) erzeugt, die Korrekturdaten zur Berücksichtigung von Geometriefehlern der Werkzeugmaschine (2) enthält.5. Machine control program system according to claim 1, characterized in that the translation module (15) generates the machining data on the basis of the target data and on the basis of a correction table (35) the first time the machine work program (22) is created, the correction data for taking into account geometry errors of the machine tool (2 ) contains.
6. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (16) einzelne Messwerte durch statistische Nachbearbeitung zu Messdaten umwandelt.6. Machine control program system according to claim 1, characterized in that the measuring module (16) converts individual measured values into statistical data by post-processing.
7. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu der statistischen Auswertung die Bildung des Mittelwerts und der Streuung der Messwerte gehören.7. Machine control program system according to claim 6, characterized in that the statistical evaluation includes the formation of the mean value and the scatter of the measured values.
8. Maschinensteuerungsprogrammsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Werkzeugmaschine (2) mit mehreren Werkstückaufspannplätzen (TI, T2, T3, T4) für jeden Werkstückaufspannplatz ein individuelles Maschinenarbeitsprogramm (Ml, M2, M3, M4) er- zeugt wird.8. Machine control program system according to claim 1, characterized in that in the case of a machine tool (2) with a plurality of workpiece clamping locations (TI, T2, T3, T4), an individual machine work program (M1, M2, M3, M4) is obtained for each workpiece clamping location. is fathered.
9. Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, insbesondere für eine in der Serienfertigung eingesetzten Werkzeugmaschine, bei dem9. Method for controlling a machine tool, in particular for a machine tool used in series production, in which
mit einem Bedienmodul (14), das als Benutzerschnittstelle dient, gewünschte Fertigungsmaße und Fertigungsvorgänge eingegeben werden,desired production dimensions and production processes can be entered with an operating module (14) which serves as a user interface,
mit einem Übersetzungsmodul (16), ein Maschinenarbeitsprogramm (22) zur Steuerung der NC-Antriebe der Werkzeugmaschine erstellt wird, wobei das Übersetzungsmodul eine Soll-Datenschnittstelle (21) aufweista machine work program (22) for controlling the NC drives of the machine tool is created with a translation module (16), the translation module having a target data interface (21)
mit einem Korrekturmodul (17), das eine Ist-Datenschnittstelle (26) aufweist, Bearbeitungsdaten des Maschinenarbeitsprogramms (22) anhand von Differenzen zwischen den Soll-Daten und den Ist-Daten korrigiert werden, und bei demwith a correction module (17) which has an actual data interface (26), machining data of the machine work program (22) are corrected on the basis of differences between the target data and the actual data, and in which
mit einem Messmodul (16) Messdaten an in einer Probefertigung hergestellten Werkstücken (3) gewonnen und an die Ist-Datenschnittstelle (26) übertragen werden.With a measuring module (16), measurement data are obtained on workpieces (3) produced in a test production and transmitted to the actual data interface (26).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmodul (15) eine Zuordnungsliste (34) zur Zuordnung von korrigierten Bearbeitungsdaten zu Soll-Daten enthält.10. The method according to claim 9, characterized in that the translation module (15) contains an assignment list (34) for assigning corrected processing data to target data.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bedienmodul (14) mittels der Benutzerschnittstelle Soll-Daten empfangen und wiedergegeben werden.11. The method according to claim 9, characterized in that the operating module (14) receives and reproduces target data by means of the user interface become.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Soll-Daten als Bearbeitungsdaten in das Maschinenarbeitsprogramm (22) übertragen werden.12. The method according to claim 9, characterized in that when the machine work program (22) is first created, the target data are transmitted as machining data to the machine work program (22).
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittel des Übersetzungsmoduls (16) beim ersten Erstellen des Maschinenarbeitsprogramms (22) die Bearbeitungsdaten anhand der Soll-Daten und anhand einer Korrekturtabelle (35) erzeugt werden, die Korrekturdaten zur Berücksichtigung von Geometriefehlern der Werkzeugmaschine (2) enthält.13. The method according to claim 9, characterized in that by means of the translation module (16) when the machine work program (22) is first created, the machining data are generated on the basis of the target data and on the basis of a correction table (35), the correction data for taking into account geometry errors of the machine tool (2) contains.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Messwerte durch das Messmodul (16) durch statistische Nachbearbeitung zu Messdaten umgewandelt werden.14. The method according to claim 9, characterized in that individual measurement values are converted into measurement data by the measurement module (16) by statistical postprocessing.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der statistischen Auswertung der Mittelwert und die Streuung der Messwerte bestimmt werden.15. The method according to claim 9, characterized in that the mean value and the scatter of the measured values are determined as part of the statistical evaluation.
16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Werkzeugmaschiene mit mehreren Werkstückaufspannplätzen für jeden Werkstückaufspannplatz ein individuelles Maschinenarbeitsprogramm erzeugt wird. 16. The method according to claim 9, characterized in that in a machine tool with a plurality of workpiece clamping locations, an individual machine work program is generated for each workpiece clamping location.
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