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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines
Werkstücks,
insbesondere zum spanabhebenden Bearbeiten eines metallischen Werkstücks, mit
den Schritten:
- – Bereitstellen einer Werkzeugmaschine
mit einer Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeugs,
mit einer Werkstückaufnahme
zum Aufnehmen eines Werkstücks,
mit einer Vielzahl von Antrieben, die das Bearbeitungswerkzeug und
das Werkstück
relativ zueinander bewegen, und mit einer Steuereinheit,
- – Bereitstellen
eines Steuerprogramms für
die Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mit Hilfe des Steuerprogramms
individuelle Antriebssteuerdaten für die Antriebe erzeugt, und
wobei die individuellen Antriebssteuerdaten für das zu bearbeitende Werkstück repräsentativ
sind,
- – Simulieren
von relativen Bewegungen des Bearbeitungswerkzeuges und des Werkstücks, um eine
Kollisionsprüfung
durchzuführen,
und
- – Bearbeiten
des Werkstücks
mit dem Bearbeitungswerkzeug, wenn die Kollisionsprüfung keine Kollisionen
erwarten lässt,
wobei die individuellen Antriebssteuerdaten den Antrieben zugeführt werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine zum bearbeiten eines
Werkstücks,
insbesondere zum spanabhebenden Bearbeiten eines metallischen Werkstücks, mit
einer Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeugs,
mit einer Werkstücksaufnahme
zum Aufnehmen eines Werkstücks,
mit einer Vielzahl von Antrieben, die das Bearbeitungswerkzeug und
das Werkstück
relativ zueinander bewegen, und mit einer Steuereinheit, die dazu
ausgebildet ist, mit Hilfe eines Steuerprogramms individuelle Steuerdaten
für die
Antriebe zu erzeugen, wobei die individuellen Antriebssteuerdaten
für das
zu bearbeitende Werkstück
repräsentativ sind,
und wobei die individuellen Antriebssteuerdaten den Antrieben beim
Bearbeiten des Werkstücks
zugeführt
werden.
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Ein
solches Verfahren und eine solche Werkzeugmaschine sind den einschlägigen Fachleuten aufgrund
ihrer Tätigkeit
auf diesem Gebiet bekannt. Beispielsweise beschreibt
DE 196 35 258 C1 eine solche
Werkzeugmaschine, ohne allerdings auf Details zu der Steuereinheit
und dem Steuerprogramm einzugehen. Des Weiteren gibt es verschiedene
Anbieter von sog. CAM-Software, mit deren Hilfe das Steuerprogramm
für eine
Steuereinheit einer Werkzeugmaschine erstellt werden kann sowie
eine graphische Simulation zur Kollisionsprüfung durchgeführt werden
kann.
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Ein
Beispiel für
eine solche CAM-Software ist in einem Prospekt der Firma Pathtrace
Engineering Systems mit dem Titel "Innovative Fertigungslösungen" beschrieben. Vorgestellt
wird hier ein Softwarepaket namens EdgeCAM, das einerseits dazu
dient, ein sog. NC-Programm, d.h. das Steuerprogramm für die CNC-Steuereinheit einer
Werkzeugmaschine, offline zu erstellen. Darüber hinaus bietet das Softwarepaket
EdgeCAM die Möglichkeit,
eine graphische Simulation der Werkzeugbahnen offline durchzuführen, um
eine Kollisionsprüfung
vorzunehmen. Hierdurch soll verhindert werden, dass das mit EdgeCAM
erstellte NC-Steuerprogramm
im tatsächlichen
Produktionsprozess zu einer Kollision der bewegten Teile führt.
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Solche
CAM-Softwaretools stellen allerdings erhebliche Anforderungen an
die Rechenleistung der verwendeten Computer, was zur Folge hat,
dass die Erstellung des NC-Programms und die Simulation häufig an
einer Stelle stattfinden, die von der Werkzeugmaschine mehr oder
weniger weit entfernt ist. Zeigt sich im Verlauf des Produktionsprozesses und/oder
beim Einrichten der Werkzeugmaschine, dass an dem erstellten NC-Programm Änderungen erforderlich
sind, ergeben sich aufgrund der großen Entfernungen zwischen Werkzeugmaschine
und CAM-Arbeitsplatz lange Verzögerungszeiten.
Ein CAM-Arbeitsplatz kann aufgrund der empfind lichen Hochleistungsrechner
auch nicht ohne weiteres in den Produktionsbereich einer Werkzeugmaschinen gestellt
werden. Außerdem
erfordert die Bedienung eines CAM-Softwaretools spezielle Kenntnisse,
die nicht jeder Maschinenbediener besitzt.
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Darüber hinaus
besitzen die bekannten CAM-Softwaretools den Nachteil, dass sie
letztlich mit theoretischen Daten arbeiten, die von den tatsächlichen
Gegebenheiten an einer bestimmten Werkzeugmaschine abweichen können. Um
eine zuverlässige
Simulation der Bewegungsabläufe
zu realisieren, müssen
in dem CAM-Softwaretool
eine Vielzahl von individuellen Maschinenparametern hinterlegt werden,
was angesichts der Typenvielfalt und der individuellen Eigenschaften
von Werkzeugmaschinen sehr aufwändig
ist. Je weniger die Simulation die tatsächlichen Parameter der Maschine
berücksichtigt,
desto größer ist
das Risiko, dass es trotz erfolgreicher Simulation zu einer Kollision
im Produktionsprozess kommt. Die damit verbundenen Schäden können beträchtlich
sein.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art
anzugeben, mit deren Hilfe sich Kollisionen im Produktionsprozess
effizienter verhindern lassen.
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Diese
Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren
der eingangs genannten Art gelöst,
bei dem die relativen Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs und des
Werkstücks
anhand der individuellen Antriebssteuerdaten simuliert werden, die
von der Steuereinheit erzeugt wurden.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine
Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art gelöst, einen Simulationsrechner,
dem die individuellen Antriebssteuerdaten ebenfalls zugeführt sind,
wobei der Simulationsrechner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit
von den Antriebssteuerdaten ein Freigabesignal für die Bearbeitung des Werkstücks zu erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet also auch eine Simulation der Bewegungsabläufe, um
das Risiko einer Kollision im Verlauf eines Produktionsprozesses
frühzeitig
zu erkennen. Im Unterschied zu den bekannten Simulationsprogrammen
werden bei dem neuen Verfahren der neuen Werkzeugmaschine allerdings
reale Daten für
die Simulation verwendet, nämlich
die realen Antriebssteuerdaten, die von der Steuereinheit der Werkzeugmaschine
mit Hilfe des Steuerprogramms erzeugt und im Betrieb an die Antriebe
der Maschine geliefert werden. Die Simulation beruht somit auf Daten,
die praktisch alle individuellen Parameter der Maschine genauso
berücksichtigen,
wie dies im späteren
Produktionsprozess der Fall ist. Da die Steuereinheit einer Werkzeugmaschine
auf die individuellen Eigenschaften der Maschine abgestimmt ist
(einschließlich
der Berücksichtigung von
Streuungen der Maschinenparameter) ist die Simulation zuverlässiger als
eine Offline-Simulation auf Basis von theoretischen Daten.
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Darüber hinaus
ist die Simulation anhand der individuellen Antriebssteuerdaten
mit einem geringeren Rechenaufwand verbunden, weil die individuellen
Eigenschaften der Steuereinheit in die Antriebssteuerdaten eingehen
und nicht gesondert modelliert werden müssen. Das neue Verfahren und
die neue Werkzeugmaschine lassen sich daher sehr kostengünstig realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil des neuen Verfahrens und der neuen Werkzeugmaschine
liegt darin, dass die Kollisionsprüfung direkt vor Ort an der
Werkzeugmaschine durchgeführt
werden kann, so dass auch kleine Änderungen am NC-Steuerprogramm
der Maschine, die häufig
vor Ort erfolgen, sofort berücksichtigt
werden. Änderungen
am NC-Steuerprogramm werden bei der Simulation automatisch berücksichtigt,
da die Steuereinheit der Werkzeugmaschine die individuellen Antriebssteuerdaten
prinzipbedingt anhand des geänderten
NC-Steuerprogramms erzeugt.
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Insgesamt
bieten das neue Verfahren und die neue Werkzeugmaschine daher eine
kostengünstige,
zeitsparende und zuverlässige
Möglichkeit,
um Kollisionen im Produktionsprozess eines Werkstücks zu verhindern.
Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird im Bereich der Werkzeugmaschine
ein Simulationsrechner bereitgestellt, dem die individuellen Antriebssteuerdaten
zugeführt
werden.
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Alternativ
hierzu kann das neue Verfahren bspw. auch durchgeführt werden,
indem man die realen Antriebssteuerdaten der Maschinensteuerung einem
Simulationstool zuführt,
das auf einem entfernt angeordnetem Simulationsrechner abläuft. Die
vorliegende Ausgestaltung ist demgegenüber bevorzugt, weil die Verzögerungszeiten
minimiert werden, die sich ansonsten durch die langen Wege zwischen Werkzeugmaschine
und Simulationsrechner ergäben.
Daher erhöht
die vorliegende Ausgestaltung auch die Akzeptanz des neuen Verfahrens
beim Maschinenbediener. In Folge dessen werden Simulationen zur
Vermeidung von Kollisionen auch bei kleinen Änderungen am NC-Steuerprogramm
bereitwilliger durchgeführt,
wodurch Kollisionen noch zuverlässiger
verhindert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung erzeugt der Simulationsrechner ein
Freigabesignal für
die Bearbeitung des Werkstücks.
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In
dieser Ausgestaltung erzeugt der Simulationsrechner ein eindeutiges
Signal, dass die Bearbeitung eines Werkstücks bzw. den Start eines automatischen,
programmgesteuerten Produktionsprozesses freigibt. Vorzugsweise
handelt es sich um ein Signal, das lediglich zwei oder drei Signalzustände annimmt,
bspw. "Bearbeitungsprozess
freigebeben", "Bearbeitungsprozess
gesperrt" und/oder "Bearbeitungsprozess
kritisch". Der zuletzt
genannte Fall signalisiert dann bspw., dass der Simulationsrechner keine
eindeutige Entscheidung über
das Auftreten einer Kollision treffen kann, so dass der Maschinenbediener
ggf. einen Probedurchlauf mit geringer Geschwindigkeit und/oder
einer schrittweisen Freigabe der Maschinenbewegungen durchführen kann.
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Die
Erzeugung eines solchen Freigabesignals besitzt den Vorteil, dass
der Maschinenbediener eine eindeutige und leicht verständliche
Information darüber
erhält,
ob er den Produktionsprozess mit dem vorhandenen Steuerprogramm
starten kann. Dies trägt
dazu bei, den Produktionsprozess und insbesondere das Einrichten
einer Maschine zu beschleunigen.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiter bevorzugt, wenn der Simulationsrechner
in dem oder den Fällen,
in denen keine eindeutige Freigabe für die Bearbeitung eines Werkstücks signalisiert
wird, eine zusätzliche
Information darüber
herausgibt, an welcher Stelle im Programmablauf des Steuerprogramms
der Maschine eine Kollision auftreten wird oder zumindest nicht
ausgeschlossen werden kann, so dass der Maschinenbediener die entsprechenden Programmschritte
schneller auffinden und modifizieren kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann der Schritt des Bearbeitens nur
in Abhängigkeit
von dem Freigabesignal durchgeführt
werden. Vorzugsweise erfolgt eine Kollisionsprüfung und eine zwingende Freigabe
eines Bearbeitungsprozesses zumindest jedes Mal dann, wenn die Werkzeugmaschine
in einen Automatikmodus geschaltet wird, d.h. ein automatischer
Produktionsprozess gestartet wird.
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In
dieser Ausgestaltung ist zumindest der Start eines automatischen
Produktionsprozesses nur möglich,
wenn eine zuvor erfolgte Kollisionsprüfung anhand einer Simulation
der relativen Bewegungen unter Verwendung der individuellen Antriebssteuerdaten
durchlaufen wurde und keine Kollisionen erkannt wurden. Damit wird
vor jedem automatischen Betrieb der Werkmaschine eine Kollisionsprüfung durchgeführt. Mit
dieser Ausgestaltung werden Kollisionen der Maschine besonders zuverlässig verhindert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung erzeugt der Simulationsrechner das
Freigabesignal ohne graphische Darstellung der relativen Bewegung
des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks.
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Alternativ
hierzu ist es grundsätzlich
auch denkbar, dass der Simulationsrechner eine graphische Darstellung
der relativen Bewegungen erzeugt, wie dies von den eingangs beschriebenen
CAM-Softwaretools bekannt ist. Eine graphische Darstellung ist allerdings
auf Grund der realen Antriebssteuerdaten, die für die Simulation der Bewegungen
verwendet werden, nicht erforderlich, da es letztlich nur darauf
ankommt, zu entscheiden, ob ein Produktionsprozess gestartet werden
kann oder nicht. Andererseits ermöglicht diese Ausgestaltung
eine wesentlich schnellere und kostengünstige Realisierung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung erzeugt das Steuerprogramm eine definierte
Anzahl von Antriebssteuerdaten für
die Bearbeitung des Werkstücks
und der Schritt des Simulierens wird anhand von allen erzeugten
Antriebssteuerdaten durchgeführt,
bevor das Freigabesignal erzeugt wird.
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In
dieser Ausgestaltung wird also die Simulation und Kollisionsprüfung vor
dem möglichen
Beginn eines Produktionsprozesses vollständig durchgeführt. Mit
anderen Worten wird das Steuerprogramm im Rahmen der Simulation
einmal vollständig
durchlaufen, bevor das Freigabesignal erzeugt wird. Diese Ausgestaltung
ist sehr einfach und kostengünstig
zu realisieren.
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In
einer alternativen Ausgestaltung werden die Schritt des Simulierens
und des Bearbeitens zeitlich überlappend
durchgeführt,
wobei es sich versteht, dass die Schritte des Simulierens den Bearbeitungsschritten
zeitlich jeweils etwas vorlaufen.
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In
dieser Ausgestaltung findet die Simulation und Kollisionsprüfung mit
einem gewissen Vorlauf in Echtzeit und parallel zu einem schon begonnenen Produktionsprozess
statt. Diese Ausgestaltung ist in der praktischen Realisierung aufwändiger als
die zuvor genannte Ausgestaltung. Sie besitzt andererseits den Vorteil,
dass die Kollisionsprüfung
in den Produktionsprozess integriert ist. Der Produktionsprozess kann
daher auch nach einer Änderung
am Steuerprogramm schneller gestartet werden und es ist insbesondere
möglich,
eine Kollisionsprüfung
kontinuierlich während
eines gesamten Produktionsprozesses (über mehrere Werkstücke hinweg)
durchzuführen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung werden die individuellen Antriebssteuerdaten
in Form von Sollwerten für
eine Antriebsregelung der Antriebe bereitgestellt.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
eine einfache und kostengünstige
Implementierung des neuen Verfahrens auf bekannten Werkzeugmaschinen,
da nicht in den komplizierten Regelungsprozess der Antriebsregelung
eingegriffen wird. Andererseits führt diese Ausgestaltung zu
zuverlässigen
Ergebnissen, da durch die Antriebsregelung gewährleistet wird, dass die Bewegungen
der Maschine den von der Steuereinheit vorgegebenen Sollwerten in
engen Toleranzen entsprechen. Die Sollwerte, auf denen die Simulation
und die Kollisionsprüfung
beruhen, können
insbesondere Sollpositionen, Sollgeschwindigkeiten und/oder Sollbeschleunigungen
sein, die den Antrieben von der Steuereinheit vorgegeben werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Simulationsrechner in die Steuereinheit
integriert.
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Alternativ
hierzu kann der Simulationsrechner auch als separate Baugruppe an
einer Werkzeugmaschine realisiert sein, was vor allem eine Nachrüstung an älteren Maschinen
erleichtert. Andererseits bieten moderne Steuereinheiten Rechenkapazitäten, die
man für
den Simulationsrechner vorteilhaft nutzen kann, um eine besonders
kostengünstige
Realisierung zu ermöglichen.
Außerdem
lässt sich
die Kollisionsprüfung
in diese Ausgestaltung ganz transparent in die Steuerung des Produktionsprozesses
integrieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Werkzeugmaschinen zumindest
eine Werkzeugspindel zur Aufnahme des Bearbeitungswerkzeugs und zumindest
eine Werkstückspindel
zur Aufnahme des Werkstücks
auf, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel relativ zueinander
verfahrbar und relativ zueinander verschwenkbar sind.
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Eine
solche Werkzeugmaschine ist für
sich genommen aus
DE
196 35 258 C1 bekannt, die schon eingangs erwähnt wurde.
Eine solche Werkzeugmaschine ermöglicht
eine vielseitige und flexible Bearbeitung von komplexen Werkstücken in
eine Aufspannung, was zu einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit führt. Andererseits
sind die relativen Bewegungen des Werkzeugs und des Werkstücks einer solchen
Maschine äußerst komplex,
weshalb eine hohe Kollisionsgefahr besteht. Die Werkzeugmaschine
dieser Ausgestaltung profitiert daher in besonderem Maße von der
vorliegenden Erfindung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Werkstücke stangenförmige Werkstücke, die
an einem freien Ende bearbeitet werden.
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Auch
diese Ausgestaltung ist für
sich genommen aus der eingangs erwähnten
DE 196 35 258 C1 bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besitzt diese Ausgestaltung
den Vorteil, dass die Simulation bzw. Kollisionsprüfung relativ
einfach und mit einer besonders hohen Zuverlässigkeit realisiert werden
kann, weil die maximalen Außenabmessungen der
Werkstücke
durch den Stangenvorschub und den Außendurchmesser bzw. Außenumfang
der Werkstückstangen
eindeutig definiert sind. Die Modellierung des Prozessablaufs im
Rahmen der Kollisionsprüfung
ist daher für
diesen Anwendungsfall sehr einfach und schnell.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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In
der einzigen Figur ist eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung in Form einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung von stangenförmigen Werkstücken gezeigt.
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Die
Werkzeugmaschine 10 besitzt eine Werkzeugspindel 12,
die in einem Spindelstock 14 gelagert ist. Der Spindelstock 14 kann
mit Hilfe von hier nicht näher
bezeichneten Antrieben in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen
verfahren werden, was anhand der Pfeile 16 dargestellt
ist. Typischerweise werden die drei Raumrichtungen als x-, y- und
z-Richtung bezeichnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Spindelstock 14 an
einem Fahrständer
(hier nicht dargestellt) gelagert und an diesem in vertikaler z-Richtung
verfahrbar. Der Fahrständer
selbst sitzt auf einem Kreuzschlitten (hier ebenfalls nicht dargestellt),
der eine Bewegung in x- und y-Richtung ermöglicht. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf derartige Fahrständermaschinen beschränkt. Sie
kann bspw. auch bei Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, die eine
horizontale Werkzeugspindel besitzen und/oder bei denen die Werkzeugspindel
in einer oder mehreren der genannten Raumrichtungen ortsfest angeordnet
ist.
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Mit
der Bezugsziffer 18 ist eine Werkzeugaufnahme bezeichnet,
die am unteren freien Ende der Spindel 12 angeordnet ist.
In der Werkzeugaufnahme befindet sich ein Bearbeitungswerkzeug 19, das
typischerweise über
einen sog. Werkzeughalter in die Werkzeugaufnahme 18 eingespannt
wird. Das Werkzeug 19 kann mit Hilfe der Spindel 12 um
eine Spindelachse 20 gedreht werden, was mit Hilfe eines Pfeils 21 dargestellt
ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist die Werkzeugspindel 12 dazu ausgebildet,
eine Fräs-
und/oder Bohrbearbeitung an einem metallischen Werkstück durchzuführen, d.h.
die Spindel 12 ist in der Lage, die für eine solche Bearbeitung erforderliche
Drehzahlen und Drehmomente aufzubringen.
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Mit
der Bezugsziffer 22 ist eine Werkstückspindel bezeichnet, die eine
Werkstückaufnahme 24 aufweist.
Die Werkstückspindel 22 ist
an einem Träger 26 gelagert
und um eine horizontale Achse 27 verschwenkbar, was mit
einem Pfeil 28 dargestellt ist. Die Werkstückspindel 22 ist
um eine Spindelachse 30 drehbar, was durch einen Pfeil 32 dargestellt
ist. In die Werkstückaufnahme 24 der
Spindel 22 ist hier eine Werkstückstange 34 eingespannt.
Das vordere freie Ende der Werkstückstange 34 ragt aus
der Werkstückaufnahme 24 hervor
und kann mit dem Bearbeitungswerkzeug 19 bearbeitet werden.
In bevorzugen Ausführungsbeispielen
ist die Spindel 22 dazu ausgebildet, eine Drehbearbeitung
an der Werkstückstange 34 zu
ermöglichen,
d.h. die Werkstückspindel 22 ist
in der Lage, die für
eine Drehbearbeitung an einem metallischen Werkstück erforderlichen Drehzahlen
und Drehmomente aufzubringen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Werkstückstange 34 in
Richtung eines Pfeils 36 von hinten durch die Spindel 22 nach
vorne geschoben. Dies ermöglicht
die Herstellung von Werkstücken "von der Stange", indem das vordere
freie Ende der Werkstückstange 34 nach
der Bearbeitung abgetrennt wird und die Werkstückstange 34 in Richtung des
Pfeils 36 vorgeschoben wird. Eine geeignete Zuführeinrichtung
für die
Werkstückstange 34 ist
vereinfacht bei der Bezugsziffer 38 dargestellt.
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Mit
der Bezugsziffer 40 ist ein zweiter Träger 40 mit einer weiteren
Werkstückspindel 42 bezeichnet.
Die Werkstückspindel 42 ist
ebenfalls um eine Horizontalachse verschwenkbar, wie mit Hilfe des Pfeils 44 dargestellt
ist. Darüber
hinaus kann der Träger 40 entlang
einer zweiten Horizontalachse verfahren werden, was mit dem Pfeil 46 dargestellt
ist. Die Werkstückspindel 42 dient
in bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung dazu, das schon teilweise bearbeitete, vordere freie
Ende der Werkstückstange 34 aus
der Werkstückspindel 22 zu übernehmen,
um eine vollständige
Bearbeitung inklusive der sechsten Werkstückseite zu ermöglichen.
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Die
hier dargestellte Werkzeugmaschine 10 ist ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
für die
vorliegende Erfindung, weil die relativen Bewegungen zwischen dem
Werkzeug 19 und dem Werkstück 34 hier sehr komplex
sein können,
wie sich aufgrund der verschiedenen Verfahr- und Schwenkbewegungen leicht
nachvollziehen lässt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Werkzeugmaschine
beschränkt und
kann grundsätzlich
auch bei einfachen Drehmaschinen oder bspw. bei Bearbeitungszentren
mit einem konventionellen Werkstücktisch
angewendet werden.
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Mit
der Bezugsziffer 48 ist eine Umhausung bezeichnet, die
die beweglichen Teile der Werkzeugmaschine 10 und den Arbeitsraum
vollständig
umhaust.
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Mit
der Bezugsziffer 50 ist eine Steuereinheit bezeichnet,
die sämtliche
Bewegungen der Werkzeugmaschine in an sich bekannter Weise steuert. Zu
diesem Zweck erzeugt die Steuereinheit 50 mit Hilfe eines
individuellen Steuerprogramms 52 Antriebssteuerdaten, die
hier in Form von Sollwerten an die Antriebe der Maschine 10 übertragen
werden. Vereinfacht sind die Antriebe hier bei den Bezugsziffern 54, 56 dargestellt,
wobei es sich versteht, dass die Werkzeugmaschine 10 mehr
Antriebe aufweist als hier mit den Bezugsziffern 54 und 56 dargestellt ist.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen
erzeugt die Steuereinheit 50 mit Hilfe des Steuerprogramms 52 Sollwerte
für die
Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder den Ruck.
Diese Sollwerte werden geeigneten Antriebsregelkreisen zugeführt.
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Mit
den Bezugsziffern 58, 60 sind hier vereinfacht
zwei Sensoren dargestellt, die stellvertretend für eine Vielzahl von Sensoren
stehen, mit deren Hilfe die Ist-Positionen der beweg ten Teile der
Werkzeugmaschine 10 und ggf. weitere für den Produktionsprozess benötigte Parameter
bestimmt werden. Insbesondere ist die Steuereinheit 50 mit
Hilfe der Sensoren 58, 60 in der Lage, die Ist-Positionen
der Spindeln, 20, 22, 42 entlang der
verfahr- und Schwenkachsen 16, 28, 44 und 46 zu
bestimmen.
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Mit
der Bezugsziffer 64 ist ein Simulationsrechner bezeichnet,
der ein Simulationsprogramm 66 abarbeitet. Der Simulationsrechner 64 erhält von der Steuereinheit 50 die
Antriebssteuerdaten 68, 70, mit denen die Steuereinheit 50 im
normalen Betrieb der Werkzeugmaschine 10 die Antriebe 54, 56 ansteuert. Mit
Hilfe dieser realen Antriebssteuerdaten und mit Hilfe des Simulationsprogramms 66 simuliert
der Simulationsrechner die Bewegungsabläufe der Werkzeugmaschine 10,
und er ist damit in der Lage, eine Kollisionsprüfung durchzuführen. Abhängig von
dem Ergebnis der Kollisionsprüfung
erzeugt der Simulationsrechner 64 ein Freigabesignal 72,
das hier der Steuereinheit 50 zugeführt ist. Die Steuereinheit 50 kann
die Antriebe 54, 56 in bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung nur dann in einem programmgesteuerten Automatikmodus
ansteuern, wenn das Freigabesignal 72 des Simulationsrechners 64 signalisiert,
dass eine Kollision innerhalb der Werkzeugmaschine 10 (bspw.
eine Kollision zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 19 und
dem Werkstück 34 oder
eine Kollision zwischen den Spindeln 12 und 22)
nicht zu erwarten ist.
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Die
Freigabe der Antriebe 54, 56 kann bspw. über ein
gesondertes Signal (hier nicht dargestellt) das von der Steuereinheit 50 an
die Antriebe 54, 56 übertragen wird, realisiert
sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel
kann in den Verbindungen zwischen der Steuereinheit 50 und
den Antrieben 54, 56 ein geeignetes Schaltelement
(hier nicht dargestellt) angeordnet sein, das von der Steuereinheit 50 und/oder
dem Simulationsrechner 64 geschlossen wird, wenn das Freigabesignal 72 einen
kollisionsfreien Produktionsprozess signalisiert. Darüber hinaus
kann der Simulationsrechner 54 auch in die Steuereinheit 50 integriert
sein, was durch die punktierte Linie 74 symbolisch angedeutet
ist. Die einschlägigen
Fachleute werden hier ohne Schwierigkeiten weitere Alternativen
finden, wie die Freigabe der Antriebe 54, 56 in
Abhängigkeit
von der Kollisionsprüfung
anhand des Simulationsprogramms 66 realisiert sein kann.
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In
bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist der Simulationsrechner 64 ohne graphische
Darstellung der simulierten Bewegungen realisiert. Der Simulationsrechner 64 kann
allerdings eine Signalanzeige und/oder eine alphanumerische Anzeige
(hier nicht dargestellt) besitzen, um bspw. die Stelle im Steuerprogramm 52 anzugeben,
an der eine Kollision zwischen Teilen der Werkzeugmaschine 10 zu
erwarten oder zumindest nicht auszuschließen ist. In anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung nutzt der Simulationsrechner 64 zu diesem Zweck
die Anzeige 76, die typischerweise bei Steuereinheiten 50 von
Werkzeugmaschinen dieser Art vorgesehen ist.
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Das
Simulationsprogramm 66 arbeitet nach den gleichen oder ähnlichen
Algorithmen, wie sie in den Offline-Simulationsprogrammen verwendet
werden, die im Stand der Technik bekannt sind (siehe z.B. das eingangs
beschriebene Simulationswerkzeug des Softwarepakets EdgeCAM). Prinzipiell kann
es sich um den entsprechenden Kern aus den bekannten Offline-Simulationsprogrammen
handeln, wobei es sich versteht, dass das Simulations programm 66 durch
entsprechende Parametereingaben an die individuellen Eigenschaften
der Werkzeugmaschine 10 angepasst ist. Eine derartige Anpassung ist
auch bei den bekannten Simulationsprogrammen erforderlich, und sie
wird mit der vorliegenden Erfindung sogar vereinfacht, weil das
Simulationsprogramm 66 bereits vom Maschinenhersteller
an die individuelle Werkzeugmaschine 10 angepasst ist.
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Andererseits
muss das Simulationsprogramm 66 die Eigenschaften der Steuereinheit 50 nicht
nachbilden, da die Kollisionsprüfung
mit den realen Antriebssteuerdaten 68, 70 durchgeführt wird. Auch
aus diesem Grund kann das Simulationsprogramm 66 wesentlich
einfacher sein und es kann schneller ausgeführt werden als die bekannten
Simulationsprogramme.