用于以优化的加工时间在机床中加工工件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于以优化的加工时间在数控机床中加工工件的方法，其中数控机床与机床控制装置连接，并且其中由在机床控制装置中运行的部件程序(Teileprogramm)控制加工，所述部件程序描述在机床中的工件的加工。

背景技术

在机床中加工工件借助所谓的部件程序或NC(数控)程序。这种NC程序例如能够在于：在工件中以特定的间距钻一定数量的钻孔。

在制造工件时，加工所需的时间是重要的经济因素。在多种范围中，尤其在制造高件数的复杂工件时，例如在汽车-或还有航天-领域中尝试：将加工时间最小化，以便能够以更短的时间在机床上制造更多的工件。

如此，在大型机械或大型机器制造商中存在如下专业部门，所述专业部门致力于“在加工时间方面优化部件程序”。在此，手动进行优化。手动表示：在加工程序的流程期间，例如关于时间绘制全部运动的轴线的轴位置s(t)和轴速度v(t)，专家评估该s(t)-和/或v(t)-图表并且寻找相应的部件程序位置的结论，以便能够执行局部的改进。随后，改变部件程序位置，和/或以更短的加工时间为目的而改变机器参数，所述机器参数影响要优化的位置的特征。

发明内容

本发明所基于目的是：提供一种用于在数控机床中加工工件的方法，其中自动地优化加工时间。与借助具体的机床中的部件程序原始所需的加工时间相比，工件的优化的加工时间应当降低。在此，工件的加工类型或加工顺序不应当被改变。仅非直接地在工件轮廓处进行的运动能够在加工时间的优化方面进行改变。

所述目的通过根据本发明的方法来实现。据此，所述方法包括如下步骤：

-将原始的部件程序加载到机床控制装置中，

-将运动轨迹分类成至少一个潜在的优化区域，在该优化区域中不存在工件接触，

-将容限空间与至少一个潜在的优化区域相关联，在该容限空间中运动轨迹的走向是开放的，

-在容限空间之内确定优化的运动轨迹，其中通过部件程序中的相应的改变，沿着容限空间中的优化的运动轨迹的所需时间比沿着容限空间中的原始的运动轨迹的所需时间更短，

-模拟借助改变的部件程序加工工件，

-显示和标记容限空间中的优化的运动轨迹

-通过用户启用部件程序中的改变，并且

-借助改变的部件程序加工工件。

与至今常见的方式相比，部件程序在载入机床控制装置中之后不直接地被激活以加工工件，而是利用机床的具体的参数经受预处理。在模拟分析中，部件程序自动地由机床控制装置查询，以便找出加工时间中的优化潜力。在此，不考虑机床自身的机器周期，因为机床制造商本身已经注意到该机器自身的周期的最佳进程。预处理仅涉及部件程序本身。

由于例如机器操作者的输入，在机床控制装置中启动部件程序预处理。在该预处理中不进行机床的动作，例如运动或工具更换。机床控制装置上的部件程序的模拟在相关的真实的条件下进行。该点是重要的，因为不同的机床上的部件程序能够具有不同的优化潜力。在具有低动态的机床中、即在具有轴运动的更确切地说低最大加速度值的机床中，优化潜力的重点例如在于“过角(Ecken fahren)”。

相反，在具有轴运动的高动态、即高最大加速度值的机床中，“过角”通常不是占优势的。在这种类型的机床中，会的确重要的是：“并行化”功能。这在部件程序中尤其涉及不同的机器功能的控制命令。这是在部件程序中的M命令，所述部件程序应用所谓的G代码。经由M命令例如控制主轴和控制冷却和润滑。如果原始的部件程序提出：在开动运动和加工运动之间接通主轴冷却装置(在命令“M8”中的G代码)，那么为了优化加工时间进行并行化，使得在开动运动期间进行接通冷却水。

潜在的优化区域是机床的缓慢运动，所述缓慢运动通过非故意的编程环境或控制内部事务来形成。同样潜在的优化区域是如下范围，所述区域尽管故意地被编程，然而没有意图在那里产生缓慢的轨迹运动。缓慢的轨迹运动通过部件程序与机床动态、如最大可能的加速度和/或最大可能的冲击的共同作用才产生。

将经由不存在工件接触的标准识别的潜在的优化区域与容限空间相关联。这通过例如允许用于转移运动(例如从一个铣削袋至下一个的运动)的缩回平面或缩回空间进一步远离工件以便获得更大的操纵区域的方式，来自动地进行。在容限空间之内，运动轨迹是开放的并且随后以降低在容限空间之内的沿着运动轨迹所需要的时间为目的来改变。换言之，进入到容限空间和从容限空间中离开之间的时间在优化之后比在应用原始的部件程序时更短。

出于安全理由，借助这样自动改变的部件程序又启动工件加工的模拟并且显示结果，其中于是标记优化的运动轨迹。仅在通过用户启用之后，开始以改变的部件程序进行工件加工。

加工时间的根据本发明的优化不改变加工类型和加工顺序。仅工件或工件支架的不在工件的轮廓处发生的运动被进一步分析，并且必要时被改变。该优化产生时间优势，但是不产生加工中的质量损失。

通过本发明提出一个有利的设计方案。据此，显示至少一个潜在的优化区域连同原始的部件程序的一个部段，所述原始的部件程序预设在至少一个潜在的优化区域中的轨迹运动。借此，为机器操作者说明优化方法的重要的中间结果。这能够以图形的方式或也在部件程序编辑器中进行。关于此点，也能够提供机器操作者干预优化方法的可行性。

尤其在低动态机器中的一个尤其有利的设计方案通过本发明得出。据此，将潜在的优化区域的确定限制于运动轨迹的如下区域，所述区域预设快速运动中的工具运动。在那里，轴运动理论上必须以最大的速度进行。在运动轨迹的该区域中当然不存在工件接触。

本发明还提出另一有利的设计方案。据此，至少一个潜在的优化区域的确定包括用于部件程序中的辅助函数的指令。借此，为了优化加工时间，与用于轴运动的指令部分并行地实施用于辅助函数的部件程序中的指令，所述辅助函数例如是G代码中的M函数。

附图说明

结合实施例的下述描述，本发明的上文所描述的特性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法在理解方面变得更加清楚且显而易见，其中所述实施例结合附图详细阐述。在此以示意图示出：

图1示出用于以优化的加工时间在数控机床中加工工件的方法的第一变型形式的主要步骤的方框图，和

图2示出用于以优化的加工时间在在数控机床中加工工件的方法的第二变型形式的主要步骤的方框图。

具体实施方式

数控机床首先包括机床本身，用所述机床将工件借助于加工工具更多或更少自动化地加工至期望的制成部件。

机床控制装置与机床连接，在所述机床控制装置中存储机床的详细说明。属于此的是机器数据、例如通常的机器数据、通道特定的机器数据、轴特定的机器数据、驱动机器数据等和设定数据，所述设定数据能够由用户设定。

工件的自动化加工通过部件程序或NC程序来预设，所述部件程序或NC程序说明要制造的工件的期望的形状和要应用的工艺。

机床控制装置的核心功能在于：在考虑机床本身的动态事实的情况下，从部件程序的预设中产生用于机床的各个运动轴的额定值或参考变量，所述动态事实作为机器数据存储在控制装置中。

机床控制装置包含具有用于计算几何元素的运算程序的运动计算程序。为了加工工件借助于部件程序为机床控制装置提供用于根据函数或轨迹元素(点到点、直线、圆)计算内插点(Stützpunkten)处的几何形状的指令，该函数或轨迹元素具有用于轨迹速度的说明和其他的预设值，例如辅助函数的控制(例如命令M8：接通冷却机构)等。在控制装置中解释说明或处理几何命令或运动命令，并且为了执行而输出给机床。

为了产生用于工具和工件之间的期望的相对运动的额定值，能够对于机床的每个运动轴实施多个步骤。从程序信息中计算运动曲线或运动轨迹。从中在坐标或轴中产生用于路径时间运动的参考变量。最后，控制机床中的各个坐标或轴中的运动。

除了上述路径控制装置之外，其他的功能属于机床控制装置的核心范围，所述其他的功能例如是工具处理、监控和校正计算、辅助函数输出、例外情况处理和报警、运动的开启和停止、速度和加速度的叠加、运动过渡部和真实的或还有虚拟的运动/轴处的运动的叠加以及模拟运行类型。

为了加工工件，将部件程序(NC程序)传输到机床控制装置中并且在那里加工。当为了相同的加工而又一次开始部件程序时，机床控制装置通常不具有关于更早加工的基础知识，即机床控制装置总是如当所述机床控制装置第一次处理部件程序时那样计算全部运行/循环等。

机床控制装置的已知的功能性为了优化工件的加工时间而现在被扩展。

用于以优化的加工时间在数控机床中加工工件的方法的第一变型形式的主要步骤在图1中示出。

在第一方法步骤2中，将原始的部件程序载入机床控制装置中。在模拟步骤4中，在考虑机床的机器特定数据6的情况下，借助原始的部件程序复制工件的加工。在模拟步骤4中，在机床中不发生动作，即例如运动或工具更换等。然而，在机床控制装置上模拟部件程序在给定的机床的相关的真实的条件下进行。

模拟步骤4的结果是机床中的运动轨迹8，所述运动轨迹在每个时间点t至少说明工具或工具支架的方位s(t)。

在随后的分析步骤10中，将运动轨迹8分类成其中部件程序能改变的区域和其中所述部件程序必须保持不变的区域。在第一实施例中，运动轨迹8的不存在工件接触的区域分级为潜在的优化区域14。

在方法步骤16中，将潜在的优化区域14在NC仪表盘上以图形的方式或以文本形式示出。附加地，所属的NC程序块能够经由程序编辑器来说明。

对于运动轨迹8的每个区域，在机床控制装置中已知了部件程序的如下块(Satz)，所述块产生运动轨迹8的所述区域。因此，在NC机床中识别部件程序中的为了优化加工时间而能改变的块。

至少一个潜在的优化区域14在方法步骤18中与容限空间20相关联，或者-换言之-将容限空间20与潜在的优化区域14相关联。容限空间20预设围绕运动轨迹8的潜在的优化区域14周围的空间区域，在所述空间区域中能够自由地确定运动轨迹的走向。当存在至少一个潜在的优化区域14时，能够应用用于优化加工时间的方法。复杂的工件加工中存在多个潜在的优化范围14。各个优化范围14在该情况下通过包括工件接触的运动彼此分开。

容限空间20由第一子容限空间20.1形成，所述第一子容限空间通过机床的几何值来预设。典型地，通过其中进行转移运动的缩回空间、即没有工件接触的运动允许进一步远离工件，以便获得更大的操纵区域。第一子容限空间20.1例如能够通过如下空间限定，所述空间具有距工件的轮廓的特定的最小间距并且所述空间远离工件的轮廓延伸。子容限空间20.1也能够限定围绕运动轨迹8的公差带。原则上，能够为每个轴线确定子容限空间20.1的自身的极限，使得例如沿x方向的运动轨迹会与根据原始的部件程序的运动轨迹8偏差5mm，并且沿z方向偏差20mm。数字值显然仅是示例性的。

根据受控的机床的动态数据，例如每个轴的最大加速度和最大速度，计算每个轴的第二子容限空间20.2。由机床的动态数据形成的该第二子容限空间20.2通过如下路径来确定，轴在最大加速度的情况下需要所述路径，以便达到最大速度。于是，从第一子容限空间20.1和第二子容限空间20.2中寻找容差的最小值。结果是(所得出的)容限空间20。

在下一方法步骤21中，优化加工时间。在此，确定优化的运动轨迹，所述运动轨迹允许：工具或工具支架在尽可能最短的时间内运动。优化21在考虑空间条件或几何尺寸的情况下进行，在空间条件或所述几何尺寸中，工具或工具支架能够运动，并且真实的机床的动态相应地像通过第一和/或第二子容限空间20.1或20.2来预设。

在方法步骤21中，为了优化，首先确定运动轨迹中的优化的研磨长度。在研磨时，仅近似地驶过通过NC程序预设的各个位置，并且在该近似驶过的位置处不制动。在容限空间20中，产生利用容差的运动导引。在此要注意的是：运动不处理和/或研磨运动轨迹8中的各个角，而是运动自由地且优化地在容限空间20之内生成。如果容限空间20通过第二容子容限空间20.2来限定，那么运动导引在加工时间方面是优化的，因为轴的运动能够与最大动态叠加。如果从第一子容限空间20.1中确定容限空间中的一些容差，那么在辅助条件下，运动导引是优化的，即必须遵守几何边界条件。

如上面已经描述，由用户提前限定第一子容限空间20.1，其经由机器中的几何空间或者经由全局容差或者经由不同的轴容差来限定。因此，在优化21时尝试：遵守第一子容限空间20.1的最小值还有第二子容限空间20.2的最小值。

运动轨迹的改变通过到部件程序中的相应的改变来承担。改变例如能够在于：自动地改变部件程序中的相应的块的特定的几何元素。

通常，通过多边形-、齿条-或所谓的NURBS块(NURBS＝Non-Uniform Rational B-Splines非均匀有理B样条)来替换改变的块。由此得到几何描述的部件程序，所述部件程序在该机器类型上能够时间优化地加工。不应改变的块例如能够在部件程序中借助来自G代码中的命令G9来标记。

借助修改的部件程序22，在后续的模拟中(方法步骤24)复制机床中的根据优化21修改的运动轨迹。运动轨迹中的改变的区域在方法步骤26中以在NC操作仪表上标记的方式显示。

在通过机器操作者启用28之后在方法步骤30中借助加工时间优化的部件程序进行工件的实际的加工。附加地，在方法步骤32中，将加工时间优化的部件程序存储在用于加工另外的相同类型的工件的机床控制装置中。

为了降低在确定优化区域中的耗费，能够仅在如下区域上应用前述标准规范，所述区域基于部件程序的步骤，借助所述步骤预设快速运动中的工具运动。

图2中的方框图示出用于以优化的加工时间在数控机床中加工工件的方法的第二变型形式的主要步骤。具有与在第一变型形式中相同功能的方法步骤具有与图1中相同的附图标记。

也在第二变型形式中，在方法步骤2中，将用于在数控机床中加工工件的原始的部件程序载入机床控制装置中。在方法步骤4中，模拟借助原始的部件程序对工件进行加工。在此，在每个时间点t确定运动轨迹8，所述运动轨迹除路径s(t)之外至少也说明速度v(t)。附加地，也在每个时间点t能够确定加速度a(t)和/或冲击r(t)。

允许仅改变运动轨迹8的不存在工件接触的区域。没有工件接触的区域在此也通常是潜在的优化区域。在方法步骤10A中，在第二变型形式中，为了分类而识别运动轨迹的如下区域，在所述区域中，实际速度v(t)小于最大可行的机器速度。此外，识别具有高加速度值a(t)的区域。高加速度值表示高速度改变。特别是表式根据优化潜力以直接后续的强加速度进行强烈的制动。也还能够评估沿着运动轨迹的冲击r(t)。因此，在方法步骤10A中，分析运动的动态。运动轨迹的其中分析超过或低于极限值的区域被分类或识别为潜在的优化范围。在此，由机器操作者或也由部件程序在方法步骤12中能够预设极限值，所述极限值在超过或低于时确定潜在的优化区域14。以该方式，识别至少一个潜在的优化区域14。

后续的方法步骤对应于第一变型形式的已经描述的方法步骤。在方法步骤18中，将这个潜在的优化区域14或多个潜在的优化区域14与容限空间20相关联。在方法步骤21中，利用容限空间20实习确定时间优化的运动轨迹。类似如在第一变型形式中那样依次经过后续的方法步骤22、24、26、28、30。

通常，在优化之后，潜在的优化区域14中的运动轨迹8变得“更圆”。例如，通过圆弧或锯齿函数修改运动轨迹的原始的、例如“角形的”走向。由此在经过时间降低的同时，对于运动轨迹在该区域中得到更小的速度变化。仅运动轨迹8到容限空间20的通过点是固定的，进而预设为运动轨迹的相应优化的走向的固定点。