本發(fā)明涉及一種用于以優(yōu)化的加工時間在數(shù)控機(jī)床中加工工件的方法，其中數(shù)控機(jī)床與機(jī)床控制裝置連接，并且其中由在機(jī)床控制裝置中運(yùn)行的部件程序(teileprogramm)控制加工，所述部件程序描述在機(jī)床中的工件的加工。

背景技術(shù)：

在機(jī)床中加工工件借助所謂的部件程序或nc(數(shù)控)程序。這種nc程序例如能夠在于：在工件中以特定的間距鉆一定數(shù)量的鉆孔。

在制造工件時，加工所需的時間是重要的經(jīng)濟(jì)因素。在多種范圍中，尤其在制造高件數(shù)的復(fù)雜工件時，例如在汽車-或還有航天-領(lǐng)域中嘗試：將加工時間最小化，以便能夠以更短的時間在機(jī)床上制造更多的工件。

如此，在大型機(jī)械或大型機(jī)器制造商中存在如下專業(yè)部門，所述專業(yè)部門致力于“在加工時間方面優(yōu)化部件程序”。在此，手動進(jìn)行優(yōu)化。手動表示：在加工程序的流程期間，例如關(guān)于時間繪制全部運(yùn)動的軸線的軸位置s(t)和軸速度v(t)，專家評估該s(t)-和/或v(t)-圖表并且尋找相應(yīng)的部件程序位置的結(jié)論，以便能夠執(zhí)行局部的改進(jìn)。隨后，改變部件程序位置，和/或以更短的加工時間為目的而改變機(jī)器參數(shù)，所述機(jī)器參數(shù)影響要優(yōu)化的位置的特征。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所基于目的是：提供一種用于在數(shù)控機(jī)床中加工工件的方法，其中自動地優(yōu)化加工時間。與借助具體的機(jī)床中的部件程序原始所需的加工時間相比，工件的優(yōu)化的加工時間應(yīng)當(dāng)降低。在此，工件的加工類型或加工順序不應(yīng)當(dāng)被改變。僅非直接地在工件輪廓處進(jìn)行的運(yùn)動能夠在加工時間的優(yōu)化方面進(jìn)行改變。

所述目的通過根據(jù)本發(fā)明的方法來實(shí)現(xiàn)。據(jù)此，所述方法包括如下步驟：

-將原始的部件程序加載到機(jī)床控制裝置中，

-將運(yùn)動軌跡分類成至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域，在該優(yōu)化區(qū)域中不存在工件接觸，

-將容限空間與至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域相關(guān)聯(lián)，在該容限空間中運(yùn)動軌跡的走向是開放的，

-在容限空間之內(nèi)確定優(yōu)化的運(yùn)動軌跡，其中通過部件程序中的相應(yīng)的改變，沿著容限空間中的優(yōu)化的運(yùn)動軌跡的所需時間比沿著容限空間中的原始的運(yùn)動軌跡的所需時間更短，

-模擬借助改變的部件程序加工工件，

-顯示和標(biāo)記容限空間中的優(yōu)化的運(yùn)動軌跡

-通過用戶啟用部件程序中的改變，并且

-借助改變的部件程序加工工件。

與至今常見的方式相比，部件程序在載入機(jī)床控制裝置中之后不直接地被激活以加工工件，而是利用機(jī)床的具體的參數(shù)經(jīng)受預(yù)處理。在模擬分析中，部件程序自動地由機(jī)床控制裝置查詢，以便找出加工時間中的優(yōu)化潛力。在此，不考慮機(jī)床自身的機(jī)器周期，因為機(jī)床制造商本身已經(jīng)注意到該機(jī)器自身的周期的最佳進(jìn)程。預(yù)處理僅涉及部件程序本身。

由于例如機(jī)器操作者的輸入，在機(jī)床控制裝置中啟動部件程序預(yù)處理。在該預(yù)處理中不進(jìn)行機(jī)床的動作，例如運(yùn)動或工具更換。機(jī)床控制裝置上的部件程序的模擬在相關(guān)的真實(shí)的條件下進(jìn)行。該點(diǎn)是重要的，因為不同的機(jī)床上的部件程序能夠具有不同的優(yōu)化潛力。在具有低動態(tài)的機(jī)床中、即在具有軸運(yùn)動的更確切地說低最大加速度值的機(jī)床中，優(yōu)化潛力的重點(diǎn)例如在于“過角(eckenfahren)”。

相反，在具有軸運(yùn)動的高動態(tài)、即高最大加速度值的機(jī)床中，“過角”通常不是占優(yōu)勢的。在這種類型的機(jī)床中，會的確重要的是：“并行化”功能。這在部件程序中尤其涉及不同的機(jī)器功能的控制命令。這是在部件程序中的m命令，所述部件程序應(yīng)用所謂的g代碼。經(jīng)由m命令例如控制主軸和控制冷卻和潤滑。如果原始的部件程序提出：在開動運(yùn)動和加工運(yùn)動之間接通主軸冷卻裝置(在命令“m8”中的g代碼)，那么為了優(yōu)化加工時間進(jìn)行并行化，使得在開動運(yùn)動期間進(jìn)行接通冷卻水。

潛在的優(yōu)化區(qū)域是機(jī)床的緩慢運(yùn)動，所述緩慢運(yùn)動通過非故意的編程環(huán)境或控制內(nèi)部事務(wù)來形成。同樣潛在的優(yōu)化區(qū)域是如下范圍，所述區(qū)域盡管故意地被編程，然而沒有意圖在那里產(chǎn)生緩慢的軌跡運(yùn)動。緩慢的軌跡運(yùn)動通過部件程序與機(jī)床動態(tài)、如最大可能的加速度和/或最大可能的沖擊的共同作用才產(chǎn)生。

將經(jīng)由不存在工件接觸的標(biāo)準(zhǔn)識別的潛在的優(yōu)化區(qū)域與容限空間相關(guān)聯(lián)。這通過例如允許用于轉(zhuǎn)移運(yùn)動(例如從一個銑削袋至下一個的運(yùn)動)的縮回平面或縮回空間進(jìn)一步遠(yuǎn)離工件以便獲得更大的操縱區(qū)域的方式，來自動地進(jìn)行。在容限空間之內(nèi)，運(yùn)動軌跡是開放的并且隨后以降低在容限空間之內(nèi)的沿著運(yùn)動軌跡所需要的時間為目的來改變。換言之，進(jìn)入到容限空間和從容限空間中離開之間的時間在優(yōu)化之后比在應(yīng)用原始的部件程序時更短。

出于安全理由，借助這樣自動改變的部件程序又啟動工件加工的模擬并且顯示結(jié)果，其中于是標(biāo)記優(yōu)化的運(yùn)動軌跡。僅在通過用戶啟用之后，開始以改變的部件程序進(jìn)行工件加工。

加工時間的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化不改變加工類型和加工順序。僅工件或工件支架的不在工件的輪廓處發(fā)生的運(yùn)動被進(jìn)一步分析，并且必要時被改變。該優(yōu)化產(chǎn)生時間優(yōu)勢，但是不產(chǎn)生加工中的質(zhì)量損失。

通過本發(fā)明提出一個有利的設(shè)計方案。據(jù)此，顯示至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域連同原始的部件程序的一個部段，所述原始的部件程序預(yù)設(shè)在至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域中的軌跡運(yùn)動。借此，為機(jī)器操作者說明優(yōu)化方法的重要的中間結(jié)果。這能夠以圖形的方式或也在部件程序編輯器中進(jìn)行。關(guān)于此點(diǎn)，也能夠提供機(jī)器操作者干預(yù)優(yōu)化方法的可行性。

尤其在低動態(tài)機(jī)器中的一個尤其有利的設(shè)計方案通過本發(fā)明得出。據(jù)此，將潛在的優(yōu)化區(qū)域的確定限制于運(yùn)動軌跡的如下區(qū)域，所述區(qū)域預(yù)設(shè)快速運(yùn)動中的工具運(yùn)動。在那里，軸運(yùn)動理論上必須以最大的速度進(jìn)行。在運(yùn)動軌跡的該區(qū)域中當(dāng)然不存在工件接觸。

本發(fā)明還提出另一有利的設(shè)計方案。據(jù)此，至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域的確定包括用于部件程序中的輔助函數(shù)的指令。借此，為了優(yōu)化加工時間，與用于軸運(yùn)動的指令部分并行地實(shí)施用于輔助函數(shù)的部件程序中的指令，所述輔助函數(shù)例如是g代碼中的m函數(shù)。

附圖說明

結(jié)合實(shí)施例的下述描述，本發(fā)明的上文所描述的特性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)這些的方式和方法在理解方面變得更加清楚且顯而易見，其中所述實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)闡述。在此以示意圖示出：

圖1示出用于以優(yōu)化的加工時間在數(shù)控機(jī)床中加工工件的方法的第一變型形式的主要步驟的方框圖，和

圖2示出用于以優(yōu)化的加工時間在在數(shù)控機(jī)床中加工工件的方法的第二變型形式的主要步驟的方框圖。

具體實(shí)施方式

數(shù)控機(jī)床首先包括機(jī)床本身，用所述機(jī)床將工件借助于加工工具更多或更少自動化地加工至期望的制成部件。

機(jī)床控制裝置與機(jī)床連接，在所述機(jī)床控制裝置中存儲機(jī)床的詳細(xì)說明。屬于此的是機(jī)器數(shù)據(jù)、例如通常的機(jī)器數(shù)據(jù)、通道特定的機(jī)器數(shù)據(jù)、軸特定的機(jī)器數(shù)據(jù)、驅(qū)動機(jī)器數(shù)據(jù)等和設(shè)定數(shù)據(jù)，所述設(shè)定數(shù)據(jù)能夠由用戶設(shè)定。

工件的自動化加工通過部件程序或nc程序來預(yù)設(shè)，所述部件程序或nc程序說明要制造的工件的期望的形狀和要應(yīng)用的工藝。

機(jī)床控制裝置的核心功能在于：在考慮機(jī)床本身的動態(tài)事實(shí)的情況下，從部件程序的預(yù)設(shè)中產(chǎn)生用于機(jī)床的各個運(yùn)動軸的額定值或參考變量，所述動態(tài)事實(shí)作為機(jī)器數(shù)據(jù)存儲在控制裝置中。

機(jī)床控制裝置包含具有用于計算幾何元素的運(yùn)算程序的運(yùn)動計算程序。為了加工工件借助于部件程序為機(jī)床控制裝置提供用于根據(jù)函數(shù)或軌跡元素(點(diǎn)到點(diǎn)、直線、圓)計算內(nèi)插點(diǎn)(stützpunkten)處的幾何形狀的指令，該函數(shù)或軌跡元素具有用于軌跡速度的說明和其他的預(yù)設(shè)值，例如輔助函數(shù)的控制(例如命令m8：接通冷卻機(jī)構(gòu))等。在控制裝置中解釋說明或處理幾何命令或運(yùn)動命令，并且為了執(zhí)行而輸出給機(jī)床。

為了產(chǎn)生用于工具和工件之間的期望的相對運(yùn)動的額定值，能夠?qū)τ跈C(jī)床的每個運(yùn)動軸實(shí)施多個步驟。從程序信息中計算運(yùn)動曲線或運(yùn)動軌跡。從中在坐標(biāo)或軸中產(chǎn)生用于路徑時間運(yùn)動的參考變量。最后，控制機(jī)床中的各個坐標(biāo)或軸中的運(yùn)動。

除了上述路徑控制裝置之外，其他的功能屬于機(jī)床控制裝置的核心范圍，所述其他的功能例如是工具處理、監(jiān)控和校正計算、輔助函數(shù)輸出、例外情況處理和報警、運(yùn)動的開啟和停止、速度和加速度的疊加、運(yùn)動過渡部和真實(shí)的或還有虛擬的運(yùn)動/軸處的運(yùn)動的疊加以及模擬運(yùn)行類型。

為了加工工件，將部件程序(nc程序)傳輸?shù)綑C(jī)床控制裝置中并且在那里加工。當(dāng)為了相同的加工而又一次開始部件程序時，機(jī)床控制裝置通常不具有關(guān)于更早加工的基礎(chǔ)知識，即機(jī)床控制裝置總是如當(dāng)所述機(jī)床控制裝置第一次處理部件程序時那樣計算全部運(yùn)行/循環(huán)等。

機(jī)床控制裝置的已知的功能性為了優(yōu)化工件的加工時間而現(xiàn)在被擴(kuò)展。

用于以優(yōu)化的加工時間在數(shù)控機(jī)床中加工工件的方法的第一變型形式的主要步驟在圖1中示出。

在第一方法步驟2中，將原始的部件程序載入機(jī)床控制裝置中。在模擬步驟4中，在考慮機(jī)床的機(jī)器特定數(shù)據(jù)6的情況下，借助原始的部件程序復(fù)制工件的加工。在模擬步驟4中，在機(jī)床中不發(fā)生動作，即例如運(yùn)動或工具更換等。然而，在機(jī)床控制裝置上模擬部件程序在給定的機(jī)床的相關(guān)的真實(shí)的條件下進(jìn)行。

模擬步驟4的結(jié)果是機(jī)床中的運(yùn)動軌跡8，所述運(yùn)動軌跡在每個時間點(diǎn)t至少說明工具或工具支架的方位s(t)。

在隨后的分析步驟10中，將運(yùn)動軌跡8分類成其中部件程序能改變的區(qū)域和其中所述部件程序必須保持不變的區(qū)域。在第一實(shí)施例中，運(yùn)動軌跡8的不存在工件接觸的區(qū)域分級為潛在的優(yōu)化區(qū)域14。

在方法步驟16中，將潛在的優(yōu)化區(qū)域14在nc儀表盤上以圖形的方式或以文本形式示出。附加地，所屬的nc程序塊能夠經(jīng)由程序編輯器來說明。

對于運(yùn)動軌跡8的每個區(qū)域，在機(jī)床控制裝置中已知了部件程序的如下塊(satz)，所述塊產(chǎn)生運(yùn)動軌跡8的所述區(qū)域。因此，在nc機(jī)床中識別部件程序中的為了優(yōu)化加工時間而能改變的塊。

至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域14在方法步驟18中與容限空間20相關(guān)聯(lián)，或者-換言之-將容限空間20與潛在的優(yōu)化區(qū)域14相關(guān)聯(lián)。容限空間20預(yù)設(shè)圍繞運(yùn)動軌跡8的潛在的優(yōu)化區(qū)域14周圍的空間區(qū)域，在所述空間區(qū)域中能夠自由地確定運(yùn)動軌跡的走向。當(dāng)存在至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域14時，能夠應(yīng)用用于優(yōu)化加工時間的方法。復(fù)雜的工件加工中存在多個潛在的優(yōu)化范圍14。各個優(yōu)化范圍14在該情況下通過包括工件接觸的運(yùn)動彼此分開。

容限空間20由第一子容限空間20.1形成，所述第一子容限空間通過機(jī)床的幾何值來預(yù)設(shè)。典型地，通過其中進(jìn)行轉(zhuǎn)移運(yùn)動的縮回空間、即沒有工件接觸的運(yùn)動允許進(jìn)一步遠(yuǎn)離工件，以便獲得更大的操縱區(qū)域。第一子容限空間20.1例如能夠通過如下空間限定，所述空間具有距工件的輪廓的特定的最小間距并且所述空間遠(yuǎn)離工件的輪廓延伸。子容限空間20.1也能夠限定圍繞運(yùn)動軌跡8的公差帶。原則上，能夠為每個軸線確定子容限空間20.1的自身的極限，使得例如沿x方向的運(yùn)動軌跡會與根據(jù)原始的部件程序的運(yùn)動軌跡8偏差5mm，并且沿z方向偏差20mm。數(shù)字值顯然僅是示例性的。

根據(jù)受控的機(jī)床的動態(tài)數(shù)據(jù)，例如每個軸的最大加速度和最大速度，計算每個軸的第二子容限空間20.2。由機(jī)床的動態(tài)數(shù)據(jù)形成的該第二子容限空間20.2通過如下路徑來確定，軸在最大加速度的情況下需要所述路徑，以便達(dá)到最大速度。于是，從第一子容限空間20.1和第二子容限空間20.2中尋找容差的最小值。結(jié)果是(所得出的)容限空間20。

在下一方法步驟21中，優(yōu)化加工時間。在此，確定優(yōu)化的運(yùn)動軌跡，所述運(yùn)動軌跡允許：工具或工具支架在盡可能最短的時間內(nèi)運(yùn)動。優(yōu)化21在考慮空間條件或幾何尺寸的情況下進(jìn)行，在空間條件或所述幾何尺寸中，工具或工具支架能夠運(yùn)動，并且真實(shí)的機(jī)床的動態(tài)相應(yīng)地像通過第一和/或第二子容限空間20.1或20.2來預(yù)設(shè)。

在方法步驟21中，為了優(yōu)化，首先確定運(yùn)動軌跡中的優(yōu)化的研磨長度。在研磨時，僅近似地駛過通過nc程序預(yù)設(shè)的各個位置，并且在該近似駛過的位置處不制動。在容限空間20中，產(chǎn)生利用容差的運(yùn)動導(dǎo)引。在此要注意的是：運(yùn)動不處理和/或研磨運(yùn)動軌跡8中的各個角，而是運(yùn)動自由地且優(yōu)化地在容限空間20之內(nèi)生成。如果容限空間20通過第二容子容限空間20.2來限定，那么運(yùn)動導(dǎo)引在加工時間方面是優(yōu)化的，因為軸的運(yùn)動能夠與最大動態(tài)疊加。如果從第一子容限空間20.1中確定容限空間中的一些容差，那么在輔助條件下，運(yùn)動導(dǎo)引是優(yōu)化的，即必須遵守幾何邊界條件。

如上面已經(jīng)描述，由用戶提前限定第一子容限空間20.1，其經(jīng)由機(jī)器中的幾何空間或者經(jīng)由全局容差或者經(jīng)由不同的軸容差來限定。因此，在優(yōu)化21時嘗試：遵守第一子容限空間20.1的最小值還有第二子容限空間20.2的最小值。

運(yùn)動軌跡的改變通過到部件程序中的相應(yīng)的改變來承擔(dān)。改變例如能夠在于：自動地改變部件程序中的相應(yīng)的塊的特定的幾何元素。

通常，通過多邊形-、齒條-或所謂的nurbs塊(nurbs＝non-uniformrationalb-splines非均勻有理b樣條)來替換改變的塊。由此得到幾何描述的部件程序，所述部件程序在該機(jī)器類型上能夠時間優(yōu)化地加工。不應(yīng)改變的塊例如能夠在部件程序中借助來自g代碼中的命令g9來標(biāo)記。

借助修改的部件程序22，在后續(xù)的模擬中(方法步驟24)復(fù)制機(jī)床中的根據(jù)優(yōu)化21修改的運(yùn)動軌跡。運(yùn)動軌跡中的改變的區(qū)域在方法步驟26中以在nc操作儀表上標(biāo)記的方式顯示。

在通過機(jī)器操作者啟用28之后在方法步驟30中借助加工時間優(yōu)化的部件程序進(jìn)行工件的實(shí)際的加工。附加地，在方法步驟32中，將加工時間優(yōu)化的部件程序存儲在用于加工另外的相同類型的工件的機(jī)床控制裝置中。

為了降低在確定優(yōu)化區(qū)域中的耗費(fèi)，能夠僅在如下區(qū)域上應(yīng)用前述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，所述區(qū)域基于部件程序的步驟，借助所述步驟預(yù)設(shè)快速運(yùn)動中的工具運(yùn)動。

圖2中的方框圖示出用于以優(yōu)化的加工時間在數(shù)控機(jī)床中加工工件的方法的第二變型形式的主要步驟。具有與在第一變型形式中相同功能的方法步驟具有與圖1中相同的附圖標(biāo)記。

也在第二變型形式中，在方法步驟2中，將用于在數(shù)控機(jī)床中加工工件的原始的部件程序載入機(jī)床控制裝置中。在方法步驟4中，模擬借助原始的部件程序?qū)ぜM(jìn)行加工。在此，在每個時間點(diǎn)t確定運(yùn)動軌跡8，所述運(yùn)動軌跡除路徑s(t)之外至少也說明速度v(t)。附加地，也在每個時間點(diǎn)t能夠確定加速度a(t)和/或沖擊r(t)。

允許僅改變運(yùn)動軌跡8的不存在工件接觸的區(qū)域。沒有工件接觸的區(qū)域在此也通常是潛在的優(yōu)化區(qū)域。在方法步驟10a中，在第二變型形式中，為了分類而識別運(yùn)動軌跡的如下區(qū)域，在所述區(qū)域中，實(shí)際速度v(t)小于最大可行的機(jī)器速度。此外，識別具有高加速度值a(t)的區(qū)域。高加速度值表示高速度改變。特別是表式根據(jù)優(yōu)化潛力以直接后續(xù)的強(qiáng)加速度進(jìn)行強(qiáng)烈的制動。也還能夠評估沿著運(yùn)動軌跡的沖擊r(t)。因此，在方法步驟10a中，分析運(yùn)動的動態(tài)。運(yùn)動軌跡的其中分析超過或低于極限值的區(qū)域被分類或識別為潛在的優(yōu)化范圍。在此，由機(jī)器操作者或也由部件程序在方法步驟12中能夠預(yù)設(shè)極限值，所述極限值在超過或低于時確定潛在的優(yōu)化區(qū)域14。以該方式，識別至少一個潛在的優(yōu)化區(qū)域14。

后續(xù)的方法步驟對應(yīng)于第一變型形式的已經(jīng)描述的方法步驟。在方法步驟18中，將這個潛在的優(yōu)化區(qū)域14或多個潛在的優(yōu)化區(qū)域14與容限空間20相關(guān)聯(lián)。在方法步驟21中，利用容限空間20實(shí)習(xí)確定時間優(yōu)化的運(yùn)動軌跡。類似如在第一變型形式中那樣依次經(jīng)過后續(xù)的方法步驟22、24、26、28、30。

通常，在優(yōu)化之后，潛在的優(yōu)化區(qū)域14中的運(yùn)動軌跡8變得“更圓”。例如，通過圓弧或鋸齒函數(shù)修改運(yùn)動軌跡的原始的、例如“角形的”走向。由此在經(jīng)過時間降低的同時，對于運(yùn)動軌跡在該區(qū)域中得到更小的速度變化。僅運(yùn)動軌跡8到容限空間20的通過點(diǎn)是固定的，進(jìn)而預(yù)設(shè)為運(yùn)動軌跡的相應(yīng)優(yōu)化的走向的固定點(diǎn)。