CN1050099A - 加工站及其操作方法 - Google Patents

Abstract

加工设备(1)可以是一台机床，最好是借助于电 腐蚀(电火花腐蚀)加工工件的机床。可使线路(8)投 入工作，将有关加工设备、其中所使用的刀具和/或 其中所使用的工件的信息在从控制装置(3)至CAM 加工站的方向传输。在工作期间，控制装置(3)的过 程控制计算机(6)实时处理至少一部分时间为决定因 素的加工量，CAM加工站的过程控制计算机(7)则 处理所有计算工作量大但不是时间为决定因素的处 理量，有时也可以处理部分时间为决定因素的处理 量。

Description

本发明涉及拥有加工设备，例如机床，的加工站及其操作方法。

为控制加工设备，例如机床，近来通常是采用数字控制（NC），最常用的则是计算机控制或计算机数字控制（CNC）。这些控制的目的是根据借助键盘、数据载体（例如穿孔带阅读器、软塑料磁盘）或数据信道（例如串行传输链）输入的指令和数据使加工设备的轴运转，进行加工并控制加工过程。

确定NC或CNC控制装置的各输入参数，其开销可以是非常之大，这视乎加工过程在几何尺寸和技术方面的要求而定。因此为了计算输入参数，人们通常采用计算机辅助制造（CAM）的方法。CAM加工站借助于与有关问题及加工工艺有关的应用编程语言编制所需要的数据，这些数据通常是通过数据载体（线路外）或数据线路（线路上）以最常用的编码语言单元（ISO或EIA码）的形式传送到NC或CNC控制装置的。

NC或CNC控制装置是用来控制或调节时间是决定因素的处理量和设备的运转情况的。由于这些控制装置不能进行计算任务繁重的工作，而且由于这些控制装置的显示器分辨能力不足，没有与有关问题有关的应用编程语言，没有表示工件和机械加工几何尺寸等的数据结构，因此在加工过程中通过对NC或CNC控制装置的干预来改变机械加工几何条件的能力有限。

另一方面，CAM加工站对程序在加工过程中快速而连续发生的与工艺有关的多次中断反应不够快，因此它们不适宜控制时间是决定因素的处理量以及设备的运转情况。

从1986年第128卷第22期的《德国工程师协会杂志》第875-878页以及从1987年第77卷第3期的《武器技术工场》第129-133页中，人们可以知道将CAM加工站连接到一编程系统进行NC或CNC控制的情况。在该现有技术中，编程系统根据DIN  66025西德工业标准产生标准化NC控制信息，该信息必须以某种方式输送到NC或CNC控制装置上。因此CAM加工站与NC或CNC控制装置之间并不是直接发生联系的。在这些情况下，鉴于将任何数据从编程系统传送回CAM加工站没有什么意义，因而CAM加工站与编程系统之间的联系只供单向传输数据之用，仅仅是在CAM加工站至编程站的方向传送，这个特点还可以在所述影印参考资料附图中箭头的方向加以理解。此外该两份参考资料教导要尽可能保持各系统的自主性，并将它们与现有的一般结构相耦合（参看《德国工程师协会杂志》第128页，左栏，第二段，和《武器技术工场》第131页，第4点）。此外在《武器技术工场》第131页，第4点中还推荐不可能进行任何实时交互式过程控制的IGES或4PT式接口设备。

从欧洲专利EP-A-0109742可以知道将编程站所产生的数据传送到NC或CNC控制装置供该装置使用的情况。在该现有技术中，数据的传送还是只在从编程站至NC或CNC控制装置的方向进行。附带说一下，这个编程站完全不是一个CAM加工站，因为它能根据加工工艺的几何条件方面的要求而不是根据加工工艺技术上的要求确定NC或CNC控制装置的各输入参数。

当然，从欧洲专利EP-A-0109742和EP-A-0086843中还可以了解到采用也可用作双向工作线路（双向线路，“总线”）的联系在编程站和NC或CNC控制装置之间的传送数据。在欧洲专利EP-A-0109742和EP-A-0086843的现有技术中，该双向线路是决不能用以在编程站与NC或CNC控制装置的过程控制计算机之间建立起真正的双向数据交换的，它们只能用来使数据按需要在各专用的过程控制计算机与一输入/输出控制器之间在一个方向或另一个方向流通，以便与数据存储器联系。在欧洲专利EP-A-0109742和EP-A-0086843的现有技术中，数据在编程站的过程控制计算机与NC或CNC控制装置的过程控制计算机之间的传输始终是从编程站至NC或NC控制装置和在NC或CNC控制装置的方向上单向进行的。

此外，从欧洲专利EP-A-0109742和EP-A-0086843可以看到编程站与NC或CNC控制装置之间所建立的联系，这些联系有时只让数据在编程站的过程控制计算机与NC或CNC控制装置的过程控制计算机之间流通，而有时却不让数据流通，就是说，这时编程站的过程控制计算机与NC或CNC控制装置的过程控制计算机之间的联系中断。

因此现有技术完全没有提出过在NC或CNC控制装置的过程控制计算机与位于其上游的编程站或CAM加工站的过程控制计算机之间进行相互的过程交互数据交换的作法。

在键盘和显示器方面，欧洲专利EP-A-0109742介绍的也只是可选择地而不是同时地通往编程站或NC或CNC控制装置的联系方式。

因此除大致上只在CAM加工站至NC或CNC控制装置的方向之外，在其它方向引导数据在CAM加工站与NC或CNC控制装置之间流通是与现有技术相抵触的。换句话说，现有技术只教导在加工操作开始之前使用CAM加工站，而与NC或CNC控制装置配合工作的CAM加工站的过程交互式的使用方式就会与现有技术相抵触。

尤其是，将通常在设备上普遍用以进行加工且与现行加工操作的机械加工几何条件和/或机械加工技术有关的任何即时条件从NC或CNC控制装置反馈到CAM加工站可能会与现有技术有矛盾。如上所述，CAM加工站处理所产生的数据实际上是不能快得足以按时将它们传送到NC或CNC控制装置供在现行的加工过程中任何有意义的用途之用。

因此现有技术排除了将普通CAM站的处理任务以及普通NC或CNC控制装置的处理任务按传统方式以外的方式分配和调配CAM加工站各相应的处理机的可能性。按传统的方式，CAM加工站的全部任务是由CAM加工站自己的处理机处理，NC或CNC控制装置的所有任务是由NC或CNC控制装置自己的处理机处理的。

无论怎么说，要将普通CAM加工站的处理任务完全转移到普通的NC或CNC控制装置是不可能的，因为就数据量而论，普通NC或CNC控制装置是不能处理普通CAM加工站的任务的。此外，无论如何也不可能将普通NC或CNC的处理任务完全转移到普通的CAM加工站，因为普通的CAM加工站至少就与工艺有关、时间因素起决定作用的事件来说是不能以足够快的速度进行反应的。

本发明的目的是提供一种把普通NC或CNC控制装置和普通CAM加工站的有益性能结合起来综合解决上述问题的方法，使得设备上普遍用以进行加工且与现行加工操作的机械加工几何条件和/或机械加工技术有关的任何即时条件都能从NC或CNC控制装置反馈到CAM加工站，在CAM加工站进行处理，而且使得当时使加工过程得以进行所需的数据和/或指令及时传送到NC或CNC控制装置中。

在本发明的加工站中汇集有下列设备：一加工设备;一NC或CNC控制装置，包括其中配备的过程控制计算机;一CAM加工站，包括其中配备的过程控制计算机;单个控制台，配备有显示器键盘以及可设可不设的打印机，供与NC或CNC控制装置和CAM加工站进行人机交互之用;和一双向数据传输线路（双向线路，“总线”），供在两台过程控制计算机之间进行双向数据传输之用。

因此本发明加工站的实施例具有这样的优点：所有不涉及时间起决定因素的处理量和设备进行加工动作的功能都可以传送到CAM加工站中。这进一步促进了合理化，而且减少了费用，因为NC或CNC控制装置只需要处理普通NC或CNC控制装置的部分功能，因而可以制造得更简单。此外，这一下可以避免多次重复输入相同或类似的数据，举例说，将数据码按例如西德工业标准DIN66025将数据码从CAM的格式转换成NC或CNC的格式，还可以避免模棱两可的意义和由此产生的误差源。

总之，迄今存在着两个独立的“领域”，即“CAM领域”和“NC或CNC领域”，而本发明使“NC或CNC领域”较大的设备有可能转移到“CAM领域”中，从而转移到操作接口设备和转变成语言。本发明加工站的实施例现在包括体现出CAM加工站与NC或CNC控制装置之间实时变化过程的双向联系。同时实际NC或CNC控制装置被削减成“残缺的”控制，因为NC或CNC控制装置的某些部分的传统任务系由CAM加工站代为执行，这带来了显著合理化的效果。

最好至少是在加工设备工作时，两台过程控制计算机永久地彼此相连接，且控制台永久连接到两台过程控制计算机上。

这样做的一个好处在于，来自CAM加工站和来自NC或CNC控制装置必须要显示的数据都可借助于一般的窗口技术同时显示在单个显示器上。相比之下，在现有技术中，操作人员就得同时看两部显示器，这两部显示器各有的一个系分派给CAM加工站和NC或CNC控制装置，或者按欧洲专利EP-A-0109742这个现有技术的方式，操作人员必须将显示器分派给来自CAM加工站的数据或来自NC或CNC控制装置的数据，而且拒绝将未分派的数据显示出来。

这种加工站最好是可与机床联用，特别是可用以借电蚀加工（电火花腐蚀加工）对工件进行加工。

双向数据传输线路最好被构成数据传输网络，往该网络上可另外连接一些处理机和/或一台外部计算机。

这样做的好处在于，可以由外部计算机执行行政管理的任务，而且例如可以从生产装置获取其数据而无需操作人员介入。外部计算机可以简易地连接到本发明的加工站上，因为该数据网络可以（原理上也是）按现代网络布局的基本规律构成。

加工设备最好是机床，特别是借电蚀（电火花腐蚀）对工件进行加工的机床。

最好是至少在加工设备工作时，可以使双向数据传输线路投入工作，将属于加工设备、其中所使用的工具和/或其中所使用的工件的信息在从NC或CNC控制装置至CAM加工站的方向进行传输。

本发明操作加工站的方法，其特征在于，NC或CNC控制装置的过程控制计算机实时运行，并处理至少一部分时间起决定因素的处理量，而CAM加工站的过程控制计算机则处理所有计算工作量大但不是以时间为决定因素的处理量。

这样做的好处在于，往CAM加工站传送所有不涉及时间为决定因素的处理量和加工设备进行加工的动作的功能时可以无需多次重复输入相同或类似的数据，举例说将数据码按例如西德工业标准DIN  66025从CAM格式转换成NC或CNC格式，从而也可以避免模棱两可的意义和误差源。

CAM加工站的过程计算机最好也处理部分时间起决定因素的处理量。换句话说，若CAM加工站的过程控制计算机因其所进行汇集和耦合的方式而工作得非常之快，则CAM加工站也可用以协助NC或CNC控制装置的过程控制计算机计算实时问题。

这样做的好处在于，CAM加工站的过程控制计算机接收最近有关现行加工工艺的机械加工几何条件和技术要求的信息。同时，CAM加工站的过程控制计算机处理大量加工工艺数据，因而使它可以干预现行的加工过程。举例说，特别是当加工设备是用以借电腐蚀（电火花腐蚀）加工工件时，CAM加工站的过程控制计算机可以在改变脉冲发生器的参数时适应加工过程，或使加工过程最优化，方法是在减少半径时改变几何数据，或者也可以在加工过程不稳定，特别是冲洗条件不稳定时改变所谓排放策略（escape  strategy）。

当加工设备是一台机床，特别是借电腐蚀（电火花腐蚀）加工工件的机床时，在工艺的一最佳实施例中，双向数据传输线路至少在部分时间期间在从NC和/或CNC控制装置至CAM加工站的方向传送有关加工设备、其中所使用的工具和/或其中所使用的工件的信息。该信息实质上表示现行加工工艺现行的机械加工几何条件方面和技术上的要求，其往CAM加工站的反馈是除了数据和/或指令在加工过程开始之前从NC和或CNC控制装置至CAM加工站进行一般的传送之外进行的。

换句话说，在加工过程开始之前，线路是以普通方式用以将有关工件和机械加工几何条件的数据和技术数据从CAM加工站传送到NC或CNC控制装置的。此外该线路还用以在加工过程中进行再装入和更新上述那种数据的工作（这在NC或CNC控制装置内部存储容量因成本关系而受到限制的场合可能是需要这样做的），并用于在NC或CNC控制装置与CAM加工站之间交换机械加工几何和技术数据，这一下就有可能以最佳的方式利用各过程控制计算机的各容量，因而也可以使被交换的数据本身达到最优化。

这样做的好处在于，对加工站对应于CAM加工站的部分以及加工站对应于NC或CNC控制装置的部分来说，可以采用同一个显示器、同一个键盘、同一种应用编程语言，而且通常采用同一种形式的交互作用。

在本发明的加工站所具有的其它诸多优点中，可以列举如下：

-始终可以在加工过程中使用完整的数据结构来描述工件、刀具和加工路径的三维设计，并使用逻辑数据库来描述刀具等的行星运动和退刀或排放策略，从而由此而有可能使加工工艺技术、几何路径的预定和所选择的步骤顺序的最优化达到最理想的程度或有所改进;

-有可能将加工设备本身进接到高性能的网络（局部区域网络），从而有可能巧妙地收集操作数据，并将数据从中心操作计算机传送到加工设备中;

-有可能在加工过程中测量工件和机械加工的几何尺寸，观测几何上的误差，从而有可能通过改变几何和技术参数补偿或校正几何上的误差;

-有可能利用性能更好的数据结构以使一般ISO或EIA码可用于加工过程（但不是就到此为止）;

-有可能利用CAM系统结构的高性能进行加工过程的自适应控制。

下面参看附图详细说明本发明的一个实施例。

附图以方框图的形式示出了本发明的加工站。

鉴于本发明的要旨不在于加工过程本身而在于其与NC或CNC控制装置及CAM加工站的交互作用，因此下面是参照一个借电腐蚀法切割工件的加工设备的实施例来介绍本发明的内容，其中所使用的刀具是一个金属丝电极。

在本举例性实施例中，本发明的加工设备包括：

-金属丝刀具电火花腐蚀加工设备1;

-电火花腐蚀用的脉冲发生器2;

-刀具和工件用的NC或CNC控制装置3;

-CAM加工站4;

-NC或CNC控制装置3的第一处理机6，该处理机实时工作，且处理时间起决定因素的处理量;

-CAM加工站4的第二处理机7，该处理机处理所有计算工作量大但主要不是时间为决定因素的处理量;

-控制台5，配备有一显示器、键盘和打印机，其显示器连接到第一处理机6上，键盘和打印机则连接到第二处理机7上;和

-高性能双向线路8，用作数据网络，并将第一处理机6和第二处理机7连接在一起;

可能需要的话，第一处理机6可由另外的处理机6′、6″加以支援。

本发明的加工站可以连接到外部计算机9上，在本实例中，外部计算机9为生产厂的中央操作计算机。这种连接可以按一般方式经由高性能局部区域的网络来进行，或如图中实线所示、编号为10的那样，直接经由加工站的数据网络8进行连接。由于CAM加工站4的处理机7进行计算操作，且各量和数据分别从NC或CNC控制装置3反馈到CAM加工站4，因此中央操作计算机9能记录加工站的操作情况，并例如在停机或运行期间及时进行统计。

由于对两台过程控制计算机6和7进行了相应的编程，因而可由NC或CNC控制装置3的处理机6处理时间起决定因素的处理量，CAM加工站4的处理机处理计算工作量大但主要不是时间为主要因素的处理量。这种分工之所以可以实现是由于数据网络8的两台过程控制计算机都可以使用为此目的所需的所有数据。

可由第一处理机加以处理的时间为决定因素的处理量可列举如下：

-插值;

-伺服传动装置的控制;

-脉冲发生器的控制;

-刀具传动装置的控制;

-加工过程的监测;

-根据加工过程中所测得的数据对工件和机械加工几何参数以及加工过程技术参数的自适应最优化;

-刀具退刀或排放策略最优条件的选择，这取决于工件和机械加工几何条件以及加工过程的几何和技术要求。

可由第二处理机处理的不是时间为决定因数的处理量可列举如下：

-加工路径的计算（例如特征几何点）;

-加工操作顺序的计算;

-正确加工方法的选择，这取决于存储在数据库中的信息;

-最佳加工算法和策略的选择;

-正确机械加工几何操作顺序的选择，这取决于机械加工几何条件的难度，例如确定刀具电极的行星式运动;

-工件几何尺寸的测量，和相应校正性加工操作的确定，以通过改变几何和技术参数补偿或校正工件几何形状的误差。

控制台包括单个显示器、一键盘和一台打印机。这个控制台形成了操作人员和编程人员为一方，加工设备为另一方的两者之间的唯一接口。控制台的作用可列举如下：

-输入有关工件和机械加工几何条件的数据以及技术数据;

-输入机床在手动操作时的指令，

-显示有关加工过程诸如工件和机械加工几何条件之类的数据、技术数据、操作数据等。

这样有极大的好处，即操纵整个加工站只需要单个控制台：特别是，当出现某些操作问题时，操作人员无需在各种控制台之间来回跑到处读取或输入数据。迄今，这种优点不可能以这种综合性和合乎逻辑的形式达到，特别是不可能连同目前保证同时进行监测和统一的操作一起达到。

Claims (10)

1、一种加工站，其中汇集有下列设备：

一加工设备(1)；

一NC或CNC控制装置(3)，包括分配给它的过程控制计算机(6)；

一CAM加工站(4)，包括分配给它的过程控制计算机(7)；

一单个控制台(5)，配备有显示器、键盘，还可配备以打印机，供与NC或CNC控制装置(3)以及CAM加工站(4)人一机交互之用；和

一线路(8)，用以在两台过程控制计算机(6，7)之间进行双向数据传输(双向线路，“总线”)。

2、根据权利要求1所述的加工站，其特征在于，至少当加工设备（1）工作时，两台过程控制计算机（6，7）永久性地彼此连接，且控制台（5）永久性地连接到两台过程控制计算机（6，7）上。

3、根据权利要求2所述的加工站，其特征在于，数据双向传输线路（8）系构成一数据传输网络，该网络可接上另外的处理机（6′，6″）和/或一外部计算机（9）。

4、根据权利要求1所述的加工站，其特征在于，加工设备（1）是机床。

5、根据权利要求4所述的加工站，其特征在于，加工设备（1）是借电腐蚀（电火花腐蚀）加工工件的机床。

6、根据权利要求2和4所述的加工站，其特征在于，至少当加工设备（1）工作时，可以使双向数据传输线路（8）工作，将有关加工设备、其中所使用的刀具和其中所使用的工件的信息在从NC或CNC控制装置至CAM加工站的方向传输。

7、一种加工站的操作方法，该加工站具有加工设备（I）;NC或CNC控制装置（3），包括分配给它的过程控制计算机（6）;CAM加工站（4），包括分配给它的过程控制处理机（7）;单个控制台（5），永久性地连接到两台过程计算机（6，7）上，并配备有显示器、键盘，还可配备以打印机，供与NC或CNC控制装置（3）以及CAM加工站（4）进行人-机交互之用;和永久性的双向数据传输线路（8），用以在两台过程计算机（6，7）之间交换数据;

其特征在于，NC或CNC控制装置（3）的过程控制计算机（6）实时运行，且至少处理部分时间为决定因数的处理量，而CAM加工站的过程控制计算机（7）则处理计算工作量大但不是时间为决定因素的处理量。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，CAM加工站（4）的过程控制计算机（7）也处理部分时间为决定因素的处理量。

9、根据权利要求7或8所述的方法，其中加工设备（1）是机床，

其特征在于，双向数据传输线路（8）至少在部分时间期间沿从NC或CNC控制装置至CAM加工站的方向传输有关加工设备、其中所使用的刀具和/或其中所用的工件的信息。

10、根据权利要求7或8所述的方法，其中加工设备（1）是个借助于电腐蚀（电火花腐蚀）加工工件的机床，

其特征在于，双向数据传输线路（8）至少在部分时间期间沿从NC或CNC控制装置至CAM加工站的方向传输有关加工设备、其中所使用的刀具和/或其中所用的工件的信息。

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