DE69220263T2 - Methode und Apparat für maschinelle Werkstückbearbeitung mittels eines solidmodel-Algorithmus - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Software- Verfahren zur automatischen Generierung bzw. Erzeugung von numerisch gesteuerten (numerical control, NC) Werkzeugwegen in einer CAD/CAM- bzw. Herstellungsumgebung.
Hintergrund der Erfindung.
• Mechanische CAD/CAM-Systeme existieren seit mehr als 20 Jahren und wurden in den späten siebziger Jahren sehr populär. Anfänglich wurden CAD/CAM-Systeme zum Erzeugen detaillierter Konstruktionen von mechanischen Werkstücken und zur Dokumentation von Konstruktionen unter Verwendung von Angaben, wie zum Beispiel der Abmessungen und Merkmale, angewendet. CAD/CAM-Systeme erstreckten sich zunehmend auch auf andere Anwendungen, wie zum Beispiel Analysis (zum Beispiel Modellierung finiter Elemente) und Fertigung (zum Beispiel Erzeugung von NC-Werkzeugwegen).
• Wenn Werkstücke mit einem CAD/CAM-System konstruiert werden, erzeugt das System Computermodelle dieser Werkstücke. Bis heute waren Drahtrahmen- und Oberflächenmodellierungen die bislang dominierenden Darstellungsschemen für CAD/CAM-Werkstückmodelle. Bei der Drahtrahmenmodellierung wird ein Werkstück durch Beschreiben seiner Kanten modelliert (zum Beispiel wird eine Schachtel durch 12 Linien dargestellt), und bei der Oberflächenmodellierung wird ein Werkstück durch Beschreiben seiner Flächen oberflächenmodelliert (zum Beispiel wird eine Schachtel durch 6 ebene Flächen dargestellt). Diesen Modellierungstechnologien fehlen jedoch Informationen, die beschreiben, wie Kanten und Flächen zusammengefügt sind, um das physikalische Werkstück auszubilden. Ferner fehlen Informationen, die die Innenseite und Außenseite des modellierten Werkstücks beschreiben. Aufgrund dieser Beschränkungen werden Drahtrahmen und Oberflächenmodellierungstechnologien als informell unvollständige Modellierungsdarstellungen klassifiziert. Auf diese Technologien aufbauende CAD/CAM-Anwendungen können keine vollständige Automatisierung un terstützen.
• Ist ein Werkstück einmal an einem CAD/CAM-System konstruiert, so können NC-Werkzeugwege zur automatischen Bearbeitung des Werkstücks erzeugt werden. NC-Werkzeugwege sind Programme, die die Betätigung des Bearbeitungswerkzeugs steuern, da das Bearbeitungswerkzeug das Werkstück aus dem Rohteil bzw. Halbzeug heraustrennt. Ein rechnerunterstütztes Konstruktionssystem (CAD-System) wird verwendet, um Werkstückmodelle zu schaffen, zu dokumentieren und zu analysieren, während ein rechnerunterstütztes Fertigungssystem (CAM-System) verwendet wird, um unmittelbar aus dem konstruierten Modell NC-Werkzeugwege zu erzielen. Dieser Weg war nur einigerinaßen erfolgreich. Obwohl ein Anwender (Fertigungsingenieur) einer CAM-Anwendung eine sehr gut definierte Strategie bezüglich der Herstellungsweise eines Werkstücks haben kann, können die heutigen CAD/CAM-Systeme nicht die automatische NC-Werkzeugwegeberechnung unterstützen. Der Grund hierfür liegt darin, daß Drahtrahmen- und Oberflächenmodelle keine vollständigen Werkstückmodellinformationen liefern, die für eine automatisierte Fertigung notwendig sind.
• Beispielsweise besteht bei einem Anwender die Notwendigkeit, einen Werkzeugweg zum Abtrennen einer einteiligen Fläche zu schaffen (zum Beispiel der inneren Bodenfläche eines Kaffeebechers). Das Erzeugen eines Flächenwerkzeugweges erfordert, daß x-, y-, z-Punkte, welche die Programmierpunkte für das Werkzeug sind, während das Werkzeug tangential zur Oberfläche der gesamten Fläche verbleibt, mit einer vorbestimmten Toleranz berechnet werden. Wenn der sich ergebende Oberflächenwerkzeugweg am Bearbeitungswerkzeug durchgeführt wird, wird das untere Zentrum des Trennwerkzeuges zu jedem der vorbestimmten x- , y-, z-Punkte des Werkzeugweges bewegt. Das Ergebnis hieraus ist, daß das Material im Weg des Werkzeugs entfernt wird.
• Da Flächen Bestandteile von heutigen CAD/CAM-Modellierungstechnologien sind, bestehen Verfahrensweisen zum Berechnen von NC-Werkzeugwegen für die Oberfläche eines Werkstücks. Die Kenntnis der Oberfläche eines Werkstücks alleine ist jedoch nicht ausreichend. Das Schneidwerkzeug darf nicht in andere Flächen des Werkstückmodells eingreifen (zum Beispiel die Seitenflächen des Kaffeebechers). Dies kann passieren, da ein Schneidwerkzeug einen Radius größer als null aufweist. Wenn das Schneidwerkzeug daher in einen Bearbeitungsradius einer benachbarten Fläche kommt, kann zusätzliches Material aus der benachbarten Fläche abgetrennt werden. Das Bearbeitungswerkzeug kann nicht automatisch ein Eingreifen in benachbarte Flächen vermeiden, da es Drahtrahmen- und Oberflächenmodellen an einer Beschreibung der Zusammenhänge zwischen den Flächen mangelt. Zum Beispiel beschreiben Drahtrahmenund Oberflächenmodelle nicht, daß die Bodenfläche des Kaffeebechers den Seitenflächen benachbart ist - die Flächen des Werkstücks werden unabhängig voneinander modelliert.
• Der herkömmliche Weg zum Lösen dieses Problems erfordert das Eingreifen des Anwenders. Der Anwender muß auf manuelle Weise zusätzliche Informationen zuführen, bevor ein Werkstück hergestellt werden kann. Dies wird heutzutage in einer Vielzahl von zweckmäßigen Weisen durchgeführt. Sie alle sind zeitintensiv und neigen zu Fehlern.
• Der am meisten genutzte herkömmliche Weg beim heutigen CAM ist der, neue Flächen insbesondere für die Bearbeitung zu schaffen. Das heißt, anstelle dem System zu "lehren", daß die Seitenflächen eines Kaffeebechers an die Bodenfläche angrenzen, schafft der Anwender eine neue Bodenfläche, die kleiner ist (zumindest um den Schneidwerkzeugradius) als die ursprünglich konstruierte Bodenfläche. Folglich halten die zur Bearbeitung der neuen Bodenfläche erzeugten Werkzeugwege das Schneidwerkzeug von den angrenzenden Flächen fern.
• Dieser Weg schafft verschiedene Probleme. Der offensichtlichste ist der, daß das tatsächliche Konstruktionsmodell nicht zur Herstellung verwendet wird, aber ein Fertigungsmodell aus dem Konstruktionsmodell erneut erzeugt werden muß. Dies erzeugt eine Lücke zwischen Konstruktion und Herstellung, da das gleiche Modell nicht bei der Konstruktion und Herstellung beteiligt ist. Ein zweites Problem ist das der Zeit (Produktivität) und des Potentials für menschliche Fehler, da neue Flächen für jede zu bearbeitende Fläche erzeugt werden müssen - möglicherweise hunderte von Flächen für ein einzelnes Werkstück. Schließlich werden die neuen Flächen basierend auf der Größe des Schneidwerkzeuges geschaffen. Wenn eine andere Trennstrategie gewünscht ist, muß ein völlig neuer Satz an Flächen für das Fertigungsinodell generiert werden.
• Forscher entwickelten in den siebziger Jahren eine neue Modellierungstechnologie, genannt Solid Modeling bzw. Volumenmodellierung, welche Anfang der achtziger Jahre kommerziell verfügbar wurde, um die Grenzen der Drahtrahmen- und Oberflächenmodellierungstechnologien zu überwinden. Die Volumenmodellierung bietet eine informell vollständige Darstellung von dreidimensionalen Werkstücken. Während Drahtrahmen- und Oberflächenmodelle lediglich Beschreibungen der Geometrie eines herzustellen den Werkstücks aufweisen, haben Volumenmodelle Beschreibungen der Geometrie und der Topologie des Werkstücks. Die Geometrie des Werkstücks ist vergleichbar mit der Geometrie bei Drahtrahmen- und Oberflächenmodellierungen, aber die Topologie des Werkstücks ist eine "Straßenkarte", welche beschreibt, wie durch das Modell definierte Flächen zueinandergefügt sind, um das tatsächlich zu modellierende Werkstück auszubilden.
• Da ein Volumenmodell Werkstücke vollständig und unzweideutig beschreibt, sind höherwertige Arbeitsschritte, wie zum Beispiel Vereinigung, Unterscheidung bzw. Trennung und Überschneidung von Werkstückmodellen, möglich. Um zum Beispiel ein Loch in einem Werkstück zu schaffen, kann ein Volumenmodell eines Zylinders auf einem Volumenmodell eines Werkstücks positioniert und geometrisch abgezogen werden - wobei das gewünschte Loch verbleibt. Mathematisch ist dies eine Boolsche bzw. logische Operation. Logische Operationen werden in der gesamten hier beschriebenen Erfindung durchgehend verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung ist ein vollständiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Fertigung eines Werkstücks unter Verwendung von Volumenmodellen und logischen Operationen zum Erzeugen von NC-Werkzeugwegen. Die vorliegende Erfindung verwendet Volumenmodelle der Differenz zwischen dem Halbzeugmodell und dem Werkstückmodell, dem "Deltavolumen", um die Werkzeugwege für Bearbeitungswerkzeuge zu berechnen. Aus den Werkzeugwegen werden dann Bearbeitungsvolumen geschaffen. Die Bearbeitungsvolumen werden dann von dem Deltavolumen abgezogen, um neue Deltavolumen zu erhalten. Dieses Verfahren automatisiert die Modellierung von nachfolgenden Werkzeugoperationen an einem Halbzeug, um ein Werkstück so zu erzeugen, wie es konstruiert wurde.
• Die Volumenmodelle werden unter Verwendung von Attributen, wie zum Beispiel Halbzeug-, Werkstück- und Delltavolumen, klassifiziert. Ferner können auch Attribute zu Flächen, Löchern, Kanten, Scheitelpunkten und Merkmalen hinzugefügt werden. Die Volumenmodelle und die zu den Modellen, Flächen, Merkmalen etc. zugeordneten Attribute werden verwendet, um die aufeinanderfolgenden Schnittiefen für den Bearbeitungsvorgang zu bestimmen. Der Anwender gibt eine Bearbeitungseinstellung und eine Bearbeitungsstrategie ein. Das System bestimmt automatisch die besten Schnittiefen aus den Volumenmodellen und der Bearbeitungsstrategie. Jede Schnittiefe wird verwendet, um eine Schnittebene zu erzeugen, welche mit den Flächen der Volumenmodellierung überlagert ist, um die Kurven zu bestimmen, welche die Bereiche darstellen, in die das Werkzeug eintreten kann. Das Volumenmodell und die zugeordneten Attribute werden daher verwendet, um zu verhindern, daß das Werkzeug in das Werkstück eingreift bzw. es verletzt.
• Eine Übersicht über das Volumenmodellierungsverfahren zur Herstellung von Werkstücken ist graphisch in Fig. 1 dargestellt. Ein Volumenmodell des Werkstücks wird zuerst in einem Block 20 geschaffen. Das Volumenmodell enthält eine Beschreibung der Oberflächengeometrie des Werkstücks, der Topologie des Werkstücks und zusätzliche Informationen, welche Merkmale des Werkstücks wie zum Beispiel Löcher, Überstände und Vertiefungen beschreiben. Die Volumenmodelle können von einem Nullpunkt aus, durch Wiederverwenden eines früher geschaffenen Modells aus einer Rechnerbibliothek von Volumenmodellen, oder durch Abwandeln von Modellen geschaffen werden, die aus der Rechnerbibliothek erzielt werden. Ein Beispiel für ein Konstruktionsmodell ist in Fig. 2 gezeigt. Die Figuren 2 bis 8 sind Darstellungen von Bildern, welche von CRT-Anzeigen von Computermodellen erhältlich sind.
• Werkstückmodelle werden gewöhnlich in einer Konstruktionsabteilung unter Zuhilfenahme eines CAD/CAM-Konst- ruktionssystems geschaffen. Diese CAD/CAM-Systeme unterstützen die Erzeugung von Volumenmodellen, welche eine Vielzahl von Modellierungstechnologien nutzen, die das Schaffen von primitiven Formen, wie zum Beispiel Blöcken und Zylindern, Ziehen von geschlossenen 2-D-Profilen, und kreisförmige Bögen (circular sweeps) von 2-D-Profilen enthält. Die logischen Operationen der Vereinigung und Unterscheidung werden während der gesamten Konstruktionsprozedur hindurch verwendet. Während jeder Operation behält der Volumenmodellierer Computermodelle bei, die die Topologie und Geometrie des resultierenden Volumenobjekts beschreiben.
• Spezielle Merkmale, wie zum Beispiel Löcher, Taschen, Erhöhungen oder Vertiefungen, werden in das Modell des Werkstücks eingefügt. Ein einfaches Loch kann zum Beispiel durch Subtrahieren eines Zylinders von einem Modell des Werkstücks modelliert werden, wobei eine innere zylindrische Fläche am Modell verbleibt. Informationen in Form von Attributen können dann zur zylindrischen Fläche hinzugefügt werden, um das gewünschte Design zu beschreiben, wie zum Beispiel "for #2 Phillips screw". Bearbeitungszyklen und -toleranzen zur Realisierung eines Lochs für eine "# 2 Phillips screw" können dann abgeleitet werden.
• Fig. 2 zeigt ein Computermodell eines Werkstücks 201, wie es auf einem CRT-Bildschirm angezeigt wird. Das Werkstück 201 ist zum Beispiel gekennzeichnet durch zylindrische Löcher 202, Taschen 203, eine äußere Fläche 204, eine innere Taschenfläche 205 und eine Übergangsfläche 206. Eine Übergangsfläche ist eine Fläche, die den Übergang von einer Fläche zu seinen angrenzenden Flächen derart beschreibt, daß die Wege von der ersten Fläche zur zweiten Fläche kontinuierlich bzw. stetig sind.
• Ein Ablaufplan (Block 21 in Fig. 1) wird verwendet, um die Stufen des Bearbeitungsprozesses zu planen und zu dokumentieren. Der Ablaufplan wird gewöhnlich frühzeitig durch einen Fertigungstechniker im Fertigungszyklus geschaffen. Der Ablaufplan kann in Form eines "Makros" sein, zum Beispiel Wärmebehandlung des Werkstücks, Bearbeiten des Werkstücks unter Verwendung des Bearbeitungswerkzeugs # 12 mit dem Halbzeug aus dem Behälter # 2, Entgraten des Werkstücks am Bearbeitungszentrum # 15 und Führen des fertigen Werkstücks zur Kontrolle. Der Ablaufplan kann weitere spezifische Details, wie zum Beispiel Stirnfräsen des Halbzeugs auf eine Tiefe von 0,15; Schruppen der Taschen auf 0,50 und Endfräsen; Anbohren aller Löcher und Bohren von Löchern mit einem Durchmesser von 0,234 Zoll, enthalten. Ablaufpläne können von vollständig dokumentierten Plänen zu Plänen reichen, die nur im Gedächtnis des Anwenders bestehen.
• Drei weitere Modelle sind erforderlich, um den Herstellungsprozeß zu definieren. Diese Modelle sind: 1) ein Halbzeugmodell, welches die exakte Gestalt des Rohteiles darstellt, welches auf dem Bearbeitungswerkzeug zerspant werden wird; 2) Deltavolumen, welche Volumen an Material darstellen, die während der Herstellung des Werkstücks abbearbeitet werden; und 3) Modelle der Bearbeitungseinstellung mit der Bearbeitungstabelle, Spannvorrichtungen und Klemmen. Diese resultierenden Modelle (Block 23 in Fig. 1) werden während des gesamten Bearbeitungsprozesses verwendet. Die Deltavolumenmodelle werden während des gesamten Herstellungsprozesses kontinuierlich aktualisiert. Halbzeugmodelle könnten interaktiv geschaffen werden, aber sie werden gewöhnlich aus bestehenden Datenbanken mit Halbzeuggestalten aufgerufen. Bearbeitungseinstellungsmodelle werden ebenfalls oftmals von bestehenden Datenbanken aufgerufen. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Halbzeugmodells 301, wie es auf einem CRT-Bildschirm angezeigt wird. Fig. 3 zeigt ebenfalls Klemmen 302 und Einrichtknöpfe bzw. Anschläge 303. Die Klemmen 302 halten das Halbzeug 301 auf dem Bearbeitungstisch. Die Anschläge werden zur exakten Positionierung des Halbzeugs für die Bearbeitung verwendet. Deltavolumen werden automatisch unter Verwendung einer logischen Operation zur Volumenmodellierung durch Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell geschaffen. Der Ablaufplan kann die Deltavolumen ferner in kleinere, besser bearbeitbare Deltavolumen unterteilen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, wie das Werkstück aus dem Halbzeug durch Positionieren eines Volumenmodells des Werkstücks 201 innerhalb des Volumenmodells des Halbzeuges 301 realisiert werden kann. Durch Subtrahieren des Werkstücks vom Halbzeug werden schließlich Deltavolumen gemäß der Darstellung in Fig. 5 definiert. In Fig. 5 ist das Deltavolumen 501 das Volumen des Halbzeuges 301, welches nicht am Werkstück 201 verbleibt. Die Deltavolumen 502 sind Zylinder, welche das Material darstellen, das zum Ausbilden der Löcher 202 zu entfernen ist. Die Deltavolumen 503 stellen das Material dar, welches zum Herstellen der Taschen 203 zu entfernen ist. Das Werkstück wird hergestellt durch Bearbeiten der Deltavolumen, d. h., das Werkstück wird hergestellt durch Programmieren des Bearbeitungswerkzeuges, um das Material zu entfernen, welches durch das Deltavolumen bzw. die Deltavolumen definiert wird.
• Der Anwender kann also einfache und/oder komplexe Herstellungsattribute hinzufügen, wenn er den Ablaufplan in Block 10 von Fig. 1 durchläuft. Einfache Attribute, wie zum Beispiel die Materialart oder Oberflächenbeschaffenheit für eine Fläche, werden gewöhnlich dem Halbzeugmodell zugeordnet. Komplexe Attribute, wie zum Beispiel ein Regelsatz zur Bearbeitung eines bestimmten Merkmals, wie zum Beispiel einer Tasche oder eines Schlitzes, wer den diesem Merkmal zugeordnet. Ein Beispiel für ein komplexes Attribut wäre eine Maschinenstrategie für eine Tasche, wie zum Beispiel: (1) Anfangsbohrung mit Werkzeug # 1; (2) Schruppen der Tasche mit Werkzeug # 2; (3) Fertigbearbeiten des Bodens der Tasche mit Werkzeug # 3; (4) Fertigbearbeiten der Seitenwände der Tasche mit Werkzeug # 4.
• Nachfolgend werden das Bearbeitungswerkzeug zum Herstellen des Werkstücks sowie die individuellen Einstellungen an der Maschine ausgewählt (Halbzeugpositionierung, Befestigung, Klemmung, etc.), wie es durch Block 11 in Fig. 1 dargestellt wird. In diesem Block werden Volumenmodelle des Bearbeitungstisches, am Bearbeitungstisch angefügte Feststellvorrichtungen und Klemmen zum Halten des Halbzeuges an den Befestigungsvorrichtungen modelliert. Wie die Modelle der Halbzeuge werden auch die Modelle der Feststellvorrichtungen und Klemmen gewöhnlich aus einer Bibliothek mit vordefinierten Komponenten ausgewählt. Jegliche Modelle, die nicht von Anfang an in der Bibliothek sind, werden geschaffen, wenn der Bedarf für diese Modelle ansteigt. Die Befestigungsvorrichtungen und Klemmen werden übereinandergreifend positioniert, d. h., der Bediener positioniert die Modelle der Befestigungsvorrichtungen und Klemmen durch Bewegen ihrer bildlichen Darstellungen auf einem computergesteuerten CRT-Bildschirm unter Zuhilfenahme von Einrichtungen zum Drehen und Längsverschieben, um die korrekte Lage und Orientierung jeder Befestigungsvorrichtung oder Klemme zu erhalten. Die Ausgabe einer Spezifizierung einer Bearbeitungseinstellung ist die Definition der Bearbeitungsumgebung im Block 22, komplett mit den Orientierungen der Befestigungsvorrichtung und Klemmen. Block 11 markiert den Beginn einer sich wiederholenden Abfolge Block 11 bis 15, die wiederholt wird, bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden. Bei nachfolgenden Wiederholungen kann eine neue Einstellung erforderlich sein oder nicht. Gemäß Fig. 3 enthält die Bearbeitungsumgebung Anschläge, um das Positionieren des Halbzeuges zu unterstützen, und Klemmen, um Halbzeug auf dem Bearbeitungstisch an seinem Ort zu halten.
• Wenn eine Einstellung definiert wurde, werden die individuellen Operationen innerhalb der Grundeinstellung geplant und durchgeführt. Die Spezifizierung der Herstellungsoperationen gemäß Block 12 beginnt mit der Auswahl von einem oder mehreren Deltavolumen gemäß Block 23, die zu bearbeiten sind. Der Anwender wählt dann eine Bearbeitungsstrategie und ein Schneidwerkzeug aus, um die Operation gemäß Block 24 auszuführen. Die Ausgabe im Block 12 ist das gegenwärtige Deltavolumen und die Bearbeitungs- Strategie gemäß Block 25 zum Entfernen des Deltavolumens.
• Block 13 stellt die automatische Generierung der NC- Werkzeugwege dar. Die Eingaben zu Block 13 enthalten vom Block 25 das zu bearbeitende, gegenwärtige Deltavolumen, ebenfalls von Block 25 die zugehörige Bearbeitungsstrategie und die Definition der Bearbeitungsumgebung gemäß Block 22. NC-Bearbeitungswege werden automatisch in Block 26 generiert und für die spätere Bearbeitung mit dem tatsächlichen Bearbeitungswerkzeug gespeichert. Die NC-Werkzeugweggenerierung kann ein automatisches Schruppen, eine automatische Fertigbearbeitung oder eine Kombination von beiden enthalten, wie jeweils vom Anwender spezifiziert wurde.
• Die Werkzeugwege werden in Block 14 kontrolliert bzw. bestätigt. Hier werden Bearbeitungsvolumen automatisch generiert, um Modelle des Gesamtvolumens des Zwischenraumes zu modellieren, welcher durch das Schneidwerkzeug bei dem von Block 26 erhaltenen NC-Werkzeugweg durchquert wird. Die Bearbeitungsvolumen werden dann von den gegenwärtigen Deltavolumen, welche aus Block 28 erzielt werden, abgezogen, um jegliches Material zu modellieren, welches nicht entfernt war. Nicht entferntes Material wird zu neuen Deltavolumen, welche wiederum gespeichert werden und während nachfolgender Bearbeitungsschritte gemäß der Darstellung in Block 23 bearbeitet werden. Die Bearbeitungsvolumen werden auch von dem durch Block 23 erhaltenen Halbzeugmodell abgezogen, um die exakte Gestalt des Halbzeuges zu modellieren, nachdem die gegenwärtige Operation mit dem Bearbeitungswerkzeug durchgeführt wurde. Das abgewandelte Halbzeugmodell wird das gegenwärtige Halbzeugmodell und in Block 23 gespeichert. Fig. 6 zeigt zwei Bearbeitungsvolumen 601, die aus einer automatischen Werkzeugweggenerierung der Taschen in der Mitte des Werkstücks resultieren. Die Bearbeitungsvolumen erstrecken sich bis oberhalb des Halbzeuges, da sie für die gesamte zylindrische Länge des Werkzeuges modelliert wurden. Wenn die Bearbeitungsvolumen von den Deltavolumen abgezogen sind, zeigt Fig. 7 das Ergebnis der Bearbeitungsoperation. Das meiste der Deltavolumen der Tasche wurde entfernt, aber einiges Material verbleibt rund um die Wandungen der Taschen und in den Ecken der Taschen. Dieses Material wird als neues Deltavolumen model liert, welches nachfolgend mit einer unterschiedlichen Bearbeitungsstrategie bearbeitet werden wird.
• Dieser Ablauf setzt sich fort, bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden (Block 15), woraufhin alle wichtigen Bearbeitungsdaten im Block 26 gesammelt und zur Anwendung an einem numerisch gesteuerten Bearbeitungswerkzeug bearbeitet werden, welches durch Block 27 dargestellt wird. Fig. 8 zeigt das Beispielteil 201, welches sich aus dem Halbzeug 301 nach verschiedenen ausgeführten Bearbeitungsoperationen herauskristallisiert. Das Volumen 801 stellt das Volumen des Halbzeuges 301 dar, welches nicht tatsächlich durch die Werkzeugschneide entfernt wurde. Der Spalt 802 stellt Material dar, welches durch die Werkzeugschneide entfernt wurde. Um den Rest des Materials abzutrennen, ist eine andere Bearbeitungseinstellung erforderlich, welche erneut im Block 11 zu spezifizieren ist, so daß das Material unter den Klemmen entfernt werden kann.
• Alles in allem stellt die vorliegende Erfindung einen wesentlichen Fortschritt in der computerunterstützten Fertigung dar, da sie Herstellungstechniker, anders als herkömmliche Systeme, mit einer intuitiven bzw. vorhersehbaren und leistungsstarken Einrichtung zum Entwickeln einer Strategie zum Bearbeiten eines computermodellierten Werkstücks und zum Spezifizieren der Strategie, aus welcher die NC-Werkzeugwege automatisch generiert werden, versorgt. Die vorliegende Erfindung versorgt Herstellungstechniker ferner mit einer intuitiven bzw. überschaubaren Einrichtung zum Durchführen der Planung, Organisation und Kommunikation für die Herstellung von Werkstücken unter Verwendung der automatischen Werkzeugweggenerierung. Dieser Ablauf kann eine bedeutende Steigerung der Produktivität gegenüber herkömmlichen computerunterstützten Fertigungen erreichen.
• Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zum Zusammenführen von Bearbeitungsstrategien und Bearbeitungsattributen von Modellen des herzustellenden Werkstücks und Modellen des Halbzeuges des herzustellenden Werkstücks zu schaffen.
• Ein zweiter Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zum Modellieren der vollständigen Bearbeitungsumgebung zu schaffen.
• Ein dritter Zweck der vorliegenden Erfindung es, Verfahren zum Modellieren des exakt zu entfernenden Materials (Deltavolumen) zu schaffen.
• Ein vierter Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, Verfahren für zugeordnete Bearbeitungsstrategien vom zu entfernenden Material (Deltavolumen) zu schaffen.
• Ein fünfter Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, Verfahren zur automatischen Erzeugung von Schrupp- Werkzeugwegen für Deltavolumen zu schaffen.
• Ein sechster Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur automatischen Erzeugung von Endbearbeitungs- bzw. Schlicht-Werkzeugwegen für alle oder Abschnitte der Deltavolumen zu schaffen.
• Ein siebter Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Modellieren des Materials zu schaffen, welches nach der Bearbeitungsoperation zum Abtrennen verbleibt.
• Diese und weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in einer detaillierten Beschreibung der Erfindung mittels der vorliegenden Figuren und der zugehörigen Ansprüche näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren.
• Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm für den gesamten Softwareablauf;
• Fig. 2 ist ein Beispiel eines von der Konstruktion erzielten Werkstückmodells;
• Fig. 3 ist ein Beispiel eines Halbzeugmodells, von dem das Werkstück abgetrennt werden soll;
• Fig. 4 ist ein Beispiel eines innerhalb eines Halbzeugmodells positionierten Werkstückmodells;
• Fig. 5 ist ein Beispiel von Deltavolumen, die durch Subtrahieren des Werkstücks vom Halbzeug erzielt werden;
• Fig. 6 ist ein Beispiel von Bearbeitungsvolumen für zwei innere Taschen des Werkstücks;
• Fig. 7 ist ein Beispiel für ein abgewandeltes Deltavolumen und ein abgewandeltes Halbzeug;
• Fig. 8 ist ein Beispiel für ein Halbzeug nach verschiedenen Durchläufen durch das Verfahren;
• Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, welches den detaillierten Verfahrensablauf beschreibt;
• Fig. 10 ist eine Beispielsliste, welche eine Bearbeitungsstrategie beschreibt;
• Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches ein automatisiertes ND-Schruppen und -Schlichten im Detail zeigt;
• Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, welches die detaillierte Hinzufügung der Herstellungsattribute beschreibt;
• Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches das detaillierte Modellieren der Bearbeitungseinstellung beschreibt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung.
• Der Bearbeitungsprozeß auf Volumenbasis wird im Detail anhand von Fig. 9 erläutert. Der hier diskutierte Ablauf beruht auf bestimmte grundlegende Charakteristiken eines Volumenmodellierers. Der Volumenmodellierer muß zuverlässig bei der Durchführung von logischen Operationen sein, insbesondere hinsichtlich der Tangentialität und Koplanarität von Oberflächen, wie es in diesem Gebiet bekannt ist. Der Ablauf setzt einen Volumenmodellierer voraus, der exakt ist (nicht näherungsweise) und der eine Grenzdarstellung erzeugen kann. Der Modellierer muß die Erzeugung der Attribute des Anwenders auf den Modellkörpern, Flächen, Kanten, Scheitelpunkten und Merkmalen unterstützen. Zusätzlich muß der Modellierer das Einfügen von Attributen während der logischen Operationen erlauben. Ein Modellierer, der für diesen Ablauf geeignet ist, ist der ACIS Geometric Modeler von der SPATIAL TECHNOLOGY INC., Boulder, Colorado, welcher im Handel erhältlich ist. Weitere Volumenmodellierer, die zum Durchführen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind der Parasolid modeler, verfügbar von der McDonnell Douglas Corp., Cypress, California; XOX, verfügbar von XOX, Minneapolis, Minnesota; und Designbase, verfügbar von Ricoh Corp., Japan.
• ACIS ist in C++ geschrieben. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden so beschrieben, daß sie ACIS anwenden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch unter Einbeziehung aller hier beschriebener spezifischer Ausführungsformen mit jedem der oben aufgelisteten Volumenmodellierer praktiziert werden.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Die Einzelblöcke gemäß Fig. 1 werden durch unterschiedliche Unterblöcke in der Darstellung der vorliegenden Ausführungsform in Fig. 9 dargestellt, z. B. Block 10 aus Fig. 1 wird durch die Blöcke 10-1, 10-2 und 10-3 in Fig. 9 dargestellt. Gleichermaßen wird Block 25 gemäß Fig. 1 durch die Blöcke 25- 1 und 25-2 in Fig. 9 dargestellt. Weitere Details des Ablaufes gemäß der Darstellung in Fig. 9 werden in Fig. 10 (Auflistung einer Beispielliste, welche eine Bearbeitungsstrategie für die Blöcke 12-2 von Fig. 9 beschreibt); Fig. 11 (Detaillieren der NC-Werkzeugweggenerierung, Block 13 in Fig. 9); Fig. 12 (Auflisten der Unterschritte, welche auf Block 10-1 in Fig. 9 folgen); und Fig. 13 (Auflisten der Unterschritte, welche auf den Block 11 in Fig. 9 folgen) gezeigt. Die Schritte der bevorzugten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Jedes während dieses Ablaufes erzeugte Modell trägt mit sich ein Attribut, welches spezifiziert, ob dieses spezifische Modell ein Modell ist von z. B. Werkstückmodellen mit einem Attribut, welches das Modell als ein Modell eines Werkstücks identifiziert, und Deltavolumenmodellen mit einem Attribut, welches das Modell als ein Modell eines Deltavolumens identifiziert.
• SCHRITT 1: ERZEUGEN DES VOLUMENMODELLS DES WERKSTÜCKS. Gemäß der Darstellung in Block 20 in Fig. 9 beginnt der Ablauf mit der Beschreibung eines Volumenmodelis des mechanischen Werkstücks, welches zu bearbeiten ist. Das Modell kann ausgehend von einem Nullpunkt, durch Wiedergabe eines zuvor gespeicherten Modells oder durch Abwandeln eines zuvor gespeicherten Modells geschaffen werden. Das Modell des Werkstücks trägt mit sich ein Attribut, welches identifiziert, daß das spezifische Modell ein Modell eines Werkstücks ist.
• SCHRITT 2: ENTWICKELN EINES ABLAUFPLANES FÜR DIE BEARBEITUNG DES WERKSTÜCKS Der nachfolgende Schritt dient zum Entwickeln eines Ablaufplanes (Block 21) zum Bearbeiten des Werkstücks Dieser Schritt kann vor oder nach den Schritten 3, 4, 5 oder 6 ausgeführt werden. Der Ablaufplan ist der gesamte konzeptuelle Plan, welcher beschreibt, wie das Werkstück zu fertigen ist. Er wird in Verbindung mit den Schritten 3, 4, 5 oder 6, und nicht unabhängig von diesen, durchgeführt, d. h., der Ablaufplan kann basierend auf die Informationen eingestellt werden, welche in den Schritten 3, 4, 5 oder 6 entwickelt wurden. Schwierigkeiten beim Entwickeln einer Bearbeitungsstrategie in Schritt 3 für ein bestimmtes Merkmal können zum Beispiel das Abwandeln des Ablaufplanes erforderlich machen, um die Quelle der Schwierigkeit zu beseitigen.
• Der Ablaufplan führt die Aktionen des Anwenders durch das Verfahren. Der Ablaufplan kann zum Beispiel anfordern, daß das Halbzeugmaterial Aluminium # 1 ist. Der Anwender würde diese Spezifizierung durch Eingabe "Aluminium # 1" als das Materialeigenschaftsattribut des Halbzeugmodells einbringen. Wenn der Ablaufplan eine Toleranz von 0,0001 für ausgewählte Löcher fordert, würde der Anwender "0,0001" als das Lochdurchmessertoleranzattribut für alle ausgewählten Löcher eingeben.
• SCHRITT 3: HINZUFÜGEN VON HERSTELLUNGSATTRIBUTEN ZUM WERKSTÜCK. Herstellungsattribute können zum gesamten Werkstückmodell, wie auch zu Merkmalen, Flächen, Kanten etc. des Werkstücks hinzugefügt werden (10-1). Techniken zum Hinzufügen von Attributen zu Volumenmodellen sind im Gebiet der Volumenmodellierung wohl bekannt. Sie enthalten gewöhnlich Eingabedaten zu zusätzlichen Datenfeldern, welche mit dem Körper eines Werkstücks, jeder Fläche des Körpers, jeder Kante des Körpers und jedem Scheitel- bzw. Übergangspunkt des Körpers verbunden sind. Zum Beispiel werden alle Flächen des Werkstückmodells mit einem einfachen Attribut markiert, welches jede Fläche als begrenzendes "Teil" identifiziert.
• Herstellungsattribute können von einfach bis komplex reichen. Ein Beispiel für ein einfaches Attribut ist eine echte bzw. natürliche Zahl, welche an eine Fläche eines Werkstücks angefügt wird, welche die an der Fläche ver bleibende Materialdicke identifiziert, nachdem der Schruppwerkzeugweg abgeschlossen ist. Ein komplexes Attribut könnte eine vollständige Bearbeitungsstrategie für ein Merkmal sein. Zum Beispiel könnte eine Bearbeitungsstrategie für ein Taschenmerkmal sein, eine Anfangsboh rung der Tasche, ein Ausschruppen der Tasche, eine Fertigbearbeitung der Seitenwände der Tasche und eine Fertigbearbeitung des Bodens der Tasche auszuführen. Diese und weitere Attribute werden während der Erzeugung des NC-Werkzeugweges (Block 13) verwendet, um eine geeignete Werkzeugsteuerung zu schaffen, wie nachfolgend anhand Fig. 11 erläutert wird.
• Es gibt eine Vielzahl von Wegen zum Modellieren komplexer Attribute. Die hier beschriebene Ausführungsform verwendet ein Textfeldattribut, welches einen externen Dateinamen enthält. Die externe Datei enthält Angaben (ein Makro), welche die Bearbeitungsoperationen während jedem Bearbeitungsschritt steuern. Dies kann die Auswahl von einem oder mehrerer Schnittwerkzeuge, die Auswahl des Bearbeitungsverfahrens und das Modellieren von zwischenzeitlichen Deltavolumen durch jeden Bearbeitungsschritt für die Tasche enthalten.
• Der Ablauf zum Hinzufügen von Bearbeitungsattributen (Block 10-1) ist näher in Fig. 12 dargestellt. Der Ablauf beginnt durch Hinzufügen einfacher Attribute zum Werkstückmodell, die jede seiner Flächen als begrenzendes "Teil" identifiziert (Block 10-1a). Nachfolgend werden Flächendickenattribute zu jeder Teilfläche hinzugefügt (Block 10-1b), wie aus dem Ablaufplan (Block 21 in Fig. 9) bestimmt ist. Weitere einfache oder komplexe Attribute können, wenn notwendig, für die Erzeugung des Werkzeugweges hinzugefügt werden (Block 10-1e).
• SCHRITT 4: ERZEUGEN DES VOLUMENMODELLS DES HALBZEUGES. Der Anwender erzeugt dann ein Volumenmodell des Halbzeuges (Block 23-1), von welchem das Werkstück herausgetrennt wird. Die Schritte 3 und 4 müssen vor dem Schritt 5 durchgeführt werden, aber können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. Das Halbzeugmodell kann interaktiv geschaffen werden oder kann bereits bestehen und aus einer Bibliothek mit Halbzeugmodellen ausgewählt werden. Halbzeugattribute werden in der gleichen Weise wie Werkstückattribute oder Fertigungsattribute hinzugefügt. Zu diesem Zeitpunkt hinzugefügte Attribute enthalten Attribute, welche das Halbzeugmodell als "Halbzeug" (Block 10-1c) identifizieren, und "Luft-"Attribute, welche die Halbzeugmodellflächen identifizieren, welche die Luft berühren bzw. außen liegen (Block 10-1d). Das "Luft- "Attribut kann einen numerischen Wert enthalten, der anzeigt, welcher Abstand des Werkzeugs beim Herausbewegen aus dem Halbzeug in die Luft zulässig ist. Halbzeugattribute enthalten ferner Materialattribute, welche das Material des Halbzeuges mit der Art des Materials definieren. Die Materialart wird während der NC-Werkzeugweggenerierung zur Auswahl zum Beispiel der Schnittiefe, des Bearbeitungswerkzeuges, der Zustellung des Werkzeugs, des Schnittmusters bzw. der Schnittform, des Überlappungsabstandes, der Schnittrichtung, der Art des Schnittes (herkömmlich oder ansteigend) und der Schnittwerkzeugerfordernisse verwendet. Die Flächen des Halbzeugmodells können ferner als begrenzende "Luft" gekennzeichnet werden, so daß eine optimale Werkzeugsteuerung während der Erzeugung des NC-Werkzeugweges (Block 13 in Fig. 9) erreicht werden kann.
• SCHRITT 5: SUBTRAKTION DES WERKSTÜCKS VOM HALBZEUG. Wenn das Werkstückmodell und das Halbzeugmodell definiert sind, wird das zu bearbeitende Gesamtmaterial durch Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell (Block 10-2) bestimmt. Dieses Materialvolumen wird als ein oder mehrere Volumenmodelle dargestellt, welche Deltavolumen genannt werden (Block 23-2). Während dieser logischen Operation werden von den Werkstück- und Halbzeugmodellen aufgenommene Bearbeitungsattribute zu entsprechenden Flächen des Deltavolumens (der Deltavolumen) migriert, d. h., die relevanten Attribute des Werkstücks und des Halbzeuges werden automatisch an neue Flächen angefügt, wel che durch die logische Operation geschaffen werden. Dies ermöglicht zum Beispiel das Abtasten von "Teil-"Flächen (jene vom Werkstückmodell) am Deltavolumen. Die Attribut- aufnahme wird automatisch durch das Volumenmodellierungssystem ausgeführt.
• SCHRITT 6: UNTERTEILEN DER DELTAVOLUMEN. Der Anwender kann dann Deltavolumen in kleinere Deltavolumen unterteilen (Block 10-3), wie dies durch den Ablaufplan im Block 21 gefordert ist. Dies kann ferner auch derart durchgeführt werden, daß individuelle Deltavolumen die Bearbeitungsstrategie des Anwenders bestätigen. Ein oberer rechteckiger Abschnitt eines Deltavolumens kann zum Beispiel in ein separates Deltavolumen unterteilt werden, welches durch eine "Oberflächenbearbeitung" bearbeitet werden kann. Die Unterteilung der Deltavolumen wird zum Beispiel interaktiv oder durch ein Expertensystem durchgeführt unter Verwendung von Volumenmodellierungsunterteilungsoperationen, welche zwei oder mehr neue Volumenmodelle (d. h., die Deltavolumen) schaffen.
• Wenn ein Deltavolumen unterteilt ist, werden neue Flächen an den Modellen geschaffen. Während der Unterteilung des Deltavolumens wird ein Attribut "Deltavolumen" hinzugefügt, um erneut Flächen zu schaffen, so daß die Flächen als begrenzend zu einem anderen Deltavolumen (nicht "Luft" oder "Werkstück") identifiziert werden können. Ein Attribut ist ferner so bezeichnet, daß es das andere Deltavolumen identifiziert, dessen jeweils neue Fläche angrenzt. Diese Information kann später während der NC-Werkzeugweggenerierung verwendet werden, um zu bestimmen, wo das Schnittwerkzeug sich bewegen kann und wo nicht. Nach Abschluß des Deltavolumenunterteilungsvorganges wird das abzutragende gesamte Materialvolumen als eine Liste von Deltavolumen gemäß Block 23-2 dargestellt.
• SCHRITT 7: MODELLBEARBEITUNGSEINSTELLUNG. Der Anwender modelliert eine Bearbeitungseinstellung in Block 11, um eine oder mehrere Bearbeitungsoperationen zu unterstützen. Die Bearbeitungseinstellungen werden verwendet, um das Halbzeug, die Befestigungseinrichtungen und die Klemmen an der Werkzeugmaschine auszurichten. Die Einstellungen werden dargestellt als Volumenmodelle von Klemmen, Befestigungseinrichtungen, Bearbeitungstischen etc., und sie werden als Volumenmodelle erzielt, welche in Block 22 die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung genannt werden. Der Anwender wählt das Bearbeitungswerkzeug. Ist das Bearbeitungswerkzeug einmal gewählt, kann der Anwender auf Bibliotheken bzw. Datenbanken von Werkzeugen und Befestigungseinrichtungen zugreifen, welche mit dem ausgewählten Bearbeitungswerkzeug arbeiten. Bearbeitungsgrenzen, wie zum Beispiel horizontale und vertikale Bewegungsgrenzen, werden identifiziert. Der Anwender wählt, positioniert und überprüft interaktiv die Befestigungseinrichtungen, Klemmen, Anschläge und andere Komponenten der Bearbeitungsumgebung durch Erzeugen der Modelle dieser Komponenten und Positionieren dieser auf dem CRT- Bildschirm. Der Anwender kann ferner spezifische Befestigungseinrichtungen und Klemmen (siehe Blöcke 23-4 und 23- 5 in Fig. 13) konstruieren.
• Die Befestigungseinrichtungen, Klemmen und das Halbzeug werden gemäß dem Ablaufplan unter Verwendung der Manipulierfunktionen des Volumenmodellierers gemäß Block 11-1 in Fig. 13 ausgewählt. Ein "Vermeidungs-"Attribut wird an die Klemmen und Befestigungseinrichtungen angefügt, welches diese als unzulässige Orte für das Werkzeug bei einem Eintritt während Schritt 10 macht (Block 11-2). Ein Flächendickenattribut kann an die Flächen der Klemmen und Befestigungseinrichtungen im Block 11-3 hinzugefügt werden, um das Werkzeug mit einem Sicherheitsabstand beabstandet von den Klemmen und Befestigungseinrichtungen zu halten.
• Die Lage und Orientierung der Modelle, welche die Bearbeitungsumgebung darstellen, definieren die Volumen, in welches das Werkzeug nicht eintreten darf. Das Attribut "Vermeiden" wird an jede Fläche hinzugefügt, um es als eine Befestigungseinrichtung oder eine Klemme zu identifizieren. Diese Bearbeitungsumgebung wird durch den NC-Werkzeugweg-Generierungsalgorithmus im Block 13 genutzt, um das Erzeugen einer Werkzeugbewegung zu vermeiden, welche störend in Bearbeitungskomponenten eingreifen kann, wie nachfolgend anhand von Fig. 11 beschrieben wird.
• SCHRITT 8: AUSWAHL EINES DELTAVOLUMENS ZUR BEARBEITUNG. Der Anwender wählt dann ein Deltavolumen aus der Liste der noch zur Bearbeitung verbleibenden Deltavolumen, welche in Block 23-2 gespeichert wurde, gemäß Block 12-1 zur Bearbeitung aus. Das ausgewählte Deltavolumen wird das "gegenwärtige Deltavolumen" und im Block 25-2 gespeichert.
• SCHRITT 9: SPEZIFIZIEREN DER BEARBEITUNGSSTRATEGIE. Der Anwender spezifiziert dann eine Bearbeitungsstrategie in Block 12-2. Bearbeitungsstrategien können interaktiv definiert oder aus einer Bibliothek von bestehenden Bearbeitungsverfahren im Block 24 ausgewählt werden. Eine Bearbeitungsstrategie wird in einer Bearbeitungsstrategiedatei gemäß Block 25-1 spezifiziert und gespeichert, mit Parametern, welche das Werkzeug auswählen und die Art der Werkzeugeintritte und -austritte zur Durchführung, die Art der Schnittform, die maximale Schnittiefe, wie das Kühlmittel zu steuern ist, etc., beschreiben, wie es durch die Erfahrung und das Fachwissen des Anwenders vorgegeben wird. Ein Beispiel für eine Bearbeitungsverfahrensdatei ist in Fig. 10 dargestellt.
• SCHRITT 10: NC-WERKZEUGWEGGENERIERUNG. Das gegenwärtige Deltavolumen gemäß Block 25-2, die gegenwärtige Bearbeitungsstrategie gemäß Block 25-1 und die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung gemäß Block 22 werden dann für eine automatische Generierung des NC-Werkzeugweges in den Block 13 übermittelt und in Block 26 gespeichert. Die generierten NC-Werkzeugwege arbeiten gänzlich durch ein Deltavolumen und entfernen so viel Material wie möglich unter den gegebenen Umständen der Bearbeitungsumgebung und der angewandten Bearbeitungsstrategie. Die vollständige Modellinformation wird für alle Schnitte verwendet, um nicht nur zu bestimmen, wo sich das Schnittwerkzeug bewegen kann und wo nicht, sondern auch den optimalen Bearbeitungswerkzeugvorschub basierend darauf zu bestimmen, wieviel Material das Werkzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt umgreift.
• Die NC-Werkzeugweggenerierung enthält zwei Hauptabschnitte, das automatisierte Schruppen und das automatisierte Schlichten.
• Das automatisierte Schruppen und Schlichten enthält das Aufgreifen einer Reihe von zweidimensionalen ("2-D") ebenen Scheiben quer über einem versetzten Deltavolumen. Die Scheiben werden senkrecht zur Werkzeugzuführrichtung bestimmt und resultieren in einem oder mehreren 2-D-Profilen (diese sind 2-D, da Z über das Profil konstant bleibt). Die Profile werden dann zum NC-Algorithmus zum Erzeugen von Schrupp- oder Endbearbeitungs-Werkzeugwegen übermittelt. Während des Schruppens werden die sich ergebenden Profile "bereichsbereinigt" und während der Endbearbeitung stellen die sich ergebenden Profile den Schlicht-Werkzeugweg dar.
• Die Werkzeugweggenerierung, Block 13 in Fig. 9, ist schematisch in Fig. 11 dargestellt. Sie enthält die folgenden Unterschritte:
Unterschritt 10-1. Eingabe des gegenwärtigen Status.
• Die Werkzeugweggenerierung beginnt mit Block 13-10, in welchem das gegenwärtige Deltavolumen, die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung und die gegenwärtige Strategie eingegeben werden. Das gegenwärtige Deltavolumen ist in Fig. 9 beschrieben. Die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung wird durch null oder mehr Volumenmodelle dargestellt, welche Befestigungseinrichtungen, Klemmen, den Bearbeitungstisch etc. darstellen. Die gegenwärtige Umgebung enthaltende Volumenmodelle wurden mit Attributen versehen, welche jedes Modell als ein zu "vermeidendes" Volumen klassifizieren (diese Attributzuordnung wurde in Block 11 in Fig. 9 durchgeführt). Die gegenwärtige Bearbeitungsstrategie enthält das gegenwärtige Werkzeug und das gegenwärtige Bearbeitungsverfahren. Diese Strategie wird durch eine Liste von Variablenzuordnungen dargestellt. Ein detailliertes Beispiel ist in Fig. 10 vorgegeben. Die meisten in der Bearbeitungsstrategie verwendeten Variablen sind Standardsteuerungen, die in klassischen CAD/CAM-Oberflächen- und Drahtrahmenbearbeitungssystemen verwendet werden. Solche, die spezifisch für eine Bearbeitung auf Volumenbasis sind, werden nachfolgend erläutert.
Unterschritt 10-2. Bestimmen der maximalen und minimalen Z-Koordinaten.
• Die maximalen und minimalen Z-Koordinatenwerte (Z-Achse fluchtet mit der Werkzeugachsenrichtung) für das gegenwärtige Deltavolumen werden dann bestimmt (Block 13-11). Diese Z-Erstreckungen werden benötigt, um die Start- und Stopplagen zum Zertrennen und Steuern zu bestimmen (Blöcke 13-14 bis 13-21 in Fig. 11). Die Z-Erstreckungen für ein Deltavolumen werden beibehalten und durch das zugrundeliegende Volumenmodellierungs- System zugeführt.
Unterschritt 10-3. Kontrolle kritischer ebener Flächen.
• Alle ebenen Flächen des Deltavolumens, welche rechtwinklig zur Werkzeugzustellrichtung sind, werden dann überprüft (Block 13-12), um zu sehen, ob ein "kritisches" Attribut zugeordnet wurde. Kritische Flächen, die zum Beispiel innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches bearbeitet werden müssen, wurden in Schritt 10-1 in Fig. 9 mit einem FLÄCHENDICKEN-Attribut (FACE_THICKNESS) bezeichnet. Optional können alle ebenen Flächen des Werkstücks mit einer Fläche rechtwinklig zur Werkzeugzustellrichtung als kritische Flächen bezeichnet werden. Derartige Flächen müssen auf das Werkzeug zuweisen und innerhalb einer anwenderspezifizierten Toleranz in senkrechter Richtung liegen. Kritische ebene Flächen werden mit einem Wert gleich der Z-Koordinate der Fläche (Z-Achse in Richtung der Werkzeugachse) plus der FLÄCHENDICKE benannt. Diese Flächen werden in einer Liste organisiert, sortiert vom maximalen zum minimalen Z und im nachfolgenden Unterschritt 10-6 verwendet.
Unterschritt 10-4. Spezifizieren von 2-D-Grenzprofilen.
• Der Anwender kann wahlweise ein oder mehrere 2-D- Grenzprofile (Block 13-13) spezifizieren, um ferner zu steuern, wo sich das Schnittwerkzeug bewegen kann und wo nicht. Ein Grenzprofil wird intern im Algorithmus zum Erzeugen eines Volumens verwendet. Dies wird durch Überstehen des Grenzprofiles durch die Z-Erstreckung des Deltavolumens (bestimmt in Unterschritt 10-2) durchgeführt. Grenzvolumen, die mit dem Deltavolumen verschachtelt sind, definieren das Volumen, in welchem das Werkzeug vorliegen muß. In dieser Ausführungsform des Algorithmus werden Grenzprofile durch den Anwender unter Verwendung von standardisierten interaktiven Technologien identifiziert.
Unterschritt 10-5. Wiederholung zum Entfernen des gesamten Deltavolumens.
• Die folgenden Unterschritte 10-6 bis 10-13 werden wiederholt, bis das gesamte Deltavolumen bearbeitet wurde, d. h., bis die GEGENWÄRTIGE TIEFE (CURRENT_DEPTH) unterhalb der minimalen Z-Koordinate ist, welche in Unterschritt 10-2 bestimmt wurde.
Unterschritt 10-6. Bestimmung der Z-Tiefe.
• Die Z- Tiefe, bei der die nächste Bearbeitungsoperation für das Deltavolumen auftreten wird, bestimmt sich wie folgt. Eine Variable GEGENWÄRTIGE TIEFE (initialisiert durch Z_MAX in Unterschritt 10-2) definiert die Lage des vorherigen Bearbeitungsdurchgangs. Die Variable NÄCHSTE TIEFE (NEXT_DEPTH) wird festgesetzt auf "GEGENWÄRTIGE TIEFE + SCHNITTIEFE", wobei die SCHNITTIEFE (DEPTH_OF_CUT) den maximalen Schritt in Z-Richtung darstellt (Teil der gegenwärtigen Bearbeitungsstrategie). Alle kritischen Flächen, die im Unterschritt 10-3 identifiziert wurden, werden dann überprüft, um zu sehen, ob erforderliche Schnitte zwischen der GEGENWÄRTIGEN TIEFE und der NÄCHSTEN TIEFE sind. Wenn eine kritische Fläche gefunden wurde, wird die NÄCHSTE TIEFE auf die Flächentiefe mit dem größten Z-Wert zwischen der GEGENWÄRTIGEN TIEFE und der NÄCH STEN TIEFE festgelegt.
Unterschritt 10-7. Erzeugen einer infiniten Ebene (Block 13-15).
• Eine infinite bzw. unendlich große Ebene wird dann erzeugt (Block 13-15) und an der "NÄCHSTEN TIEFE + WERKZEUGRADIUS" mit einer normal bzw. senkrecht ausgerichteten Ebene in Richtung der Werkzeugachse positioniert. Der WERKZEUGRADIUS (TOOL_RADIUS) ist Teil der Bearbeitungsstrategie. Diese Ebene wird als Schnittebene im nachfolgenden Schritt des Algorithmus verwendet.
Unterschritt 10-8. Bestimmen der Werkzeugzentrumskurven für lede Fläche (Block 13-16).
• Die Werkzeugzentrumskurve für jede Fläche wird bestimmt. Jede Fläche des Deltavolumens ist um einen Wert versetzt, der gleich dem "WERKZEUGRADIUS + FLÄCHENDICKE" ist (Block 13-16a). Die FLÄCHENDICKE ist ein Anwenderattribut, welches das maximale Maß des Materials definiert, welches auf der Fläche nach der Beendigung dieses Bearbeitungsschrittes verbleibt. Verfahren für versetzte Flächen sind in der Oberflächenmodellierung wohl bekannt.
• Jede versetzte Fläche wird dann in der Ebene unterteilt (geschnitten), welche im Unterschritt 10-7 (Block 13-15) definiert wurde, um einen Satz an Kurven (Block 13-16b) zu erzielen. Die Kurven sind derart gerichtet, daß Material auf der linken Seite nicht zulässig ist, wenn man in Richtung der Kurve blickt. Die sich ergebenden Kurven stehen über zur NÄCHSTEN TIEFE (NEXT_DEPTH) und sind versetzt um die WERKZEUGEBENE (TOOL-FLAT) (von der gegenwärtigen Werkzeugbeschreibung), um einen Satz an Kurven (13-16c) zu erhalten. Diese Kurven stellen die Lagen der Werkzeugspitzentangente zu den versetzten Flächen dar. Algorithmen für überstehende und versetzte Kurven in drei Dimensionen sind in der Oberflächenmodellierung wohl bekannt.
Unterschritt 10-9. Bestimmen der Werkzeugzentrumskurven für lede Kante (Block 13-17).
• Die Werkzeugzentrumskurven für Kanten werden dann bestimmt. Für jede Kante des Deltavolumens wird eine Übergangsfläche mit ei nem Radius der Kurve gleich dem Werkzeugradius plus der Flächendicke zwischen den versetzten Flächen (Block 13- 17a) definiert, welche die in Betracht stehende Kante verbindet. Die Berechnung einer Übergangsfläche zwischen zwei Flächen (geschnittene Flächen) ist im Gebiet der Oberflächenmodellierung wohl bekannt. Die resultierenden Übergangsflächen werden unterteilt (geschnitten) mit einer Schnittebene, um einen Satz an Kurven (Block 13-17b) zu erhalten. Die Kurven stehen über zur NÄCHSTEN TIEFE und sind dann um die WERKZEUGFLÄCHE (TOOL-FLAT) (gegenwärtiges Werkzeug) versetzt, um einen Satz an Kurven (Block 13-17c) zu erzielen. Diese Kurven stellen die Lagen der Werkzeugspitzentangente der versetzten Kanten dar.
Unterschritt 10-10. Bestimmen der Werkzeugzentrumskurven für jeden Scheiteldunkt.
• Die Werkzeugzentrumskurven für Scheitelpunkte werden dann bestimmt (Block 13- 18). Für jeden Übergangspunkt des Deltavolumens wird eine Übergangsfläche zwischen den versetzten Flächen (Block 13-18a) definiert, welche den betrachteten Übergangspunkt aufteilt. Die resultierenden Übergangsflächen werden mit der Schnittebene verschachtelt, um einen Satz an Kurven zu erhalten (Block 13-18b). Die Kurven werden heraufgesetzt zur NÄCHSTEN TIEFE und dann um die WERKZEUGFLÄCHE (TOOL-FLAT) (gegenwärtiges Werkzeug) versetzt, um einen Satz an Kurven zu erhalten (Block 13-18c). Diese Kurven stellen die Lage der Tangente der Werkzeugspitze der versetzten Übergangspunkte dar.
Unterschritt 10-11. Berechnen der Umrißkanten.
• Die Umrißkanten (manchmal als Ansichtskantenkurven bezeich net) werden zum Erfassen und Vermeiden von Hinterschnitten verwendet. Die Umrißkanten werden für jede der versetzten Flächen, Kanten und Übergangs- bzw. Scheitelflächen berechnet (Block 13-19), welche in den Unterschritten 10-8 bis 10-10 gemäß obiger Beschreibung erzeugt wur den. Die verwendete Ansichtsrichtung zum Berechnen der Umrißkanten ist aus der Z-Richtung (Blickausrichtung der Schnittwerkzeugzustellung des Deltavolumens). Alle Umrißkanten, die oberhalb der gegenwärtigen Schnittebene hegen, werden heraufgesetzt (13-19b) auf die gegenwärtige Z-Tiefe (NÄCHSTE TIEFE + WERKZEUGRADIUS). Die Umrißkantenberechnung ist im Gebiet der Volumenmodellierung wohl bekannt.
Unterschritt 10-12. Organisieren der Kurven zu Profilen.
• Alle notwendigen Kurven wurden bestimmt, und es ist nun Aufgabe, die Kurven zu Profilen zu organisieren. Der Algorithmus ist mit einer 2-D-logischen Operation vergleichbar. Zuerst werden alle in den Unterschritten 10-8 bis 10-11 berechneten Kurven unterteilt, um ihre Überschneidungspunkte zu erhalten und zu speichern (Block 13-20a). Die Überschneidungspunkte stellen die Orte dar, wo die Kurven von einem zulässigen zu einem unzulässigen Bereich übergehen. Wenn die in den Unterschritten 10-8 bis 10-11 berechneten Kurven zum Beispiel in der Gestalt von zwei sich überschneidenden Paaren von parallelen Linien sind, die einen zulässigen Bereich in Gestalt eines Quadrats umschließen, dann muß der Ablauf die Überschneidungspunkte an den vier Ecken des Quadrats finden. Jede Kurve würde dann in drei Segmente unterteilt. Die Segmente außerhalb der Überschneidungspunkte werden weggeworfen, wodurch nur die vier Kurvensegmente bleiben, die die Grenzen des Quadrats definieren. Daher werden die Entscheidungen darüber, ob die Kurvensegmente weggeworfen werden sollen, an den Überschneidungspunkten getroffen.
• Jede Kurve an einem Überschneidungspunkt wird zu einem Eingangssegment und einem Ausgangssegment aufgeteilt und mit dem Überschneidungspunkt verbunden. Das Eingangs- und Ausgangssegment wird unter Betracht der Richtung der ursprünglichen (unzertrennten) Kurve bestimmt, wobei die Bedingung die ist, daß es unzulässig ist, das Schneid werkzeug links einer gerichteten Kurve zu plazieren.
Unterschritt 10-13. Definieren unzulässiger Bereiche.
• An jedem Überschneidungspunkt definiert jedes Segment der Kurve, welches eintritt und austritt, einen Bereich, der für das Schnittwerkzeug nicht zulässig ist. Das Schnittwerkzeug kann in diesen nicht zulässigen Bereichen nicht eintreten, ohne das Werkstück zu verletzen. Gemäß der Vereinbarung wird der unzulässige Bereich auf die linke Seite des Kurvensegments gelegt (in Sicht der Richtung der Kurve).
• Alle Überschneidungspunkte werden dann in einer arbiträren bzw. anwenderdefinierten Abfolge betrachtet. Die notwendigen Schritte zum Bestimmen der unzulässigen Bereiche rund um jeden einzelnen Punkt werden nun beschrieben. Alle Kurvensegmente, die an einem Übergangspunktteilhaben, werden basierend auf ihren Eintrittswinkel um diesen Punkt geordnet (13-20b), wobei die Krümmung verwendet wird, um die Kurvensegmente mit gleichen Eintrittswinkeln zu ordnen. Dabei bestimmen Eintritts- /Austrittskurvenpaare Bereiche, die für den Eintritt des Werkzeugs zulässig sind. Bei einem ausgewählten Kurvensegment findet sich durch wiederholte Betrachtung im Gegenuhrzeigersinn um den Schnittpunkt eine Eintrittskurve, die unmittelbar von einer Austrittskurve gefolgt wird. Von dieser Austrittskurve "A" ausgehend wird wiederholt im Gegenuhrzeigersinn durch alle Austrittskurven gesucht, bis eine Eintrittskurve "B" gefunden ist. Alle Austrittskurven zwischen "A" und "B" werden beseitigt. Eine Wiederholung im Uhrzeigersinn von der ursprünglichen Eintrittskurve zum Eliminieren aller Eintrittskurven bis eine Austrittskurve gefunden ist, wird gleichermaßen durchgeführt. Das Ergebnis ist ein einzelnes Eintritts- /Austrittskurvenpaar für einen Schnittpunkt unter Betrachtung des durchgeführten Weges des Werkzeugs, wenn es durch diesen Punkt hindurchtritt. Eliminieren des identifizierten Eintritts-/Austrittskurvenpaares und Wiederholen des Ablaufs, bis alle Eintritts-/Austrittskurvenpaare für den Schnittpunkt identifiziert wurden. Jedes Eintritts-/Austrittskurvenpaar muß mit dem Werkstückvolumen, Grenzvolumen und zu vermeidendem Volumen verglichen werden, die aus den Modellen des Halbzeugteiles, der Klemmen und der Befestigungseinrichtungen sowie der Bearbeitungsumgebung abgeleitet sind. Ein Eintritts-/Austrittspaar wird beseitigt, wenn es innerhalb einer dieser nicht zulässigen Regionen liegt.
• Nach dem Bearbeiten aller Überschneidungspunkte werden alle gepaarten Eintritts-/Austrittskurven verbunden, um eine Aufeinanderfolge von geschlossenen Wegen zu erhalten, die dem Werkzeugzyklus um das Werkstück (bei einem vorgegebenen Z-Niveau) entsprechen. Dies sind die Grenzkurven (Werkzeugwegprofile). Während dem automatisierten Schruppen wird das Werkzeugwegprofil bereichsbereinigt, und während dem automatisierten Schlichten stellt das Werkzeugwegprofil den Abschlußwerkzeugweg für das gegenwärtige Niveau dar.
• SCHRITT 11: ERZEUGEN DES BEARBEITUNGSVOLUMENS. Der nächste Ablaufschritt gemäß der Darstellung in Fig. 9 dient zum Erzeugen eines Bearbeitungsvolumens (14-1) aus dem NC-Werkzeugweg, der im Block 26 gespeichert ist. Ein Bearbeitungsvolumen (23-3) ist ein exaktes Volumenmodell, welches das Gesamtvolumen des abzutrennenden Freiraumes durch das Schnittwerkzeug während der vollständigen Durchquerung des NC-Werkzeugweges darstellt.
• Das Bearbeitungsvolumen wird dann vom Deltavolumen abgezogen (14-2). Beim Subtrahieren des Bearbeitungsvolumens (wobei das Schnittwerkzeug im Freiraum während des Schnitts bewegt wird) vom Deltavolumen verschwindet entweder das gesamte Deltavolmen oder ein Teil des Deltavolumens verbleibt. Vollständig vom Werkstück abgetrennte Abschnitte des verbleibenden Deltavolumens werden wie das Deltavolumen 801 in Fig. 8 nicht weiterbearbeitet Wenn das an das Werkstück angrenzende Deltavolumen verschwindet, war der NC-Werkzeugweg erfolgreich bei der Bearbeitung des gesamten Materials. Wenn ein Teil des Deltavolumens in Angrenzung an das Werkstück bleibt, konnte der NC-Werkzeugweg nicht das gesamte Material entfernen. Jedes verbleibende Deltavolumen wird zu einer Liste von Deltavolumen hinzugefügt, die noch zu bearbeiten sind (Block 23-2). Diese Deltavolumen können durch ein kleineres Werkzeug zu bearbeiten sein.
• SCHRITT 12: MODELLIEREN DER ZUNEHMENDEN VERÄNDERUNGEN IM HALBZEUG. Das Bearbeitungsvolumen wird verwendet, um die zunehmenden Veränderungen zu modellieren, welchen das Halbzeug unterliegt. Dies wird durch eine geometrische Subtraktion des Bearbeitungsvolumens vom Halbzeug erreicht (23-1). Das sich ergebende Halbzeugmodell (23-1) kann als visuelle Dokumentation für Ablaufpläne und für eine Abwandlung des Algorithmus und/oder eine Analysis verwendet werden.
• SCHRITT 13: ENDE? Wenn alle Deltavolumen entfernt wurden (15), ist der Ablauf beendet. Wenn mehr Deltavolumen zur weiteren Bearbeitung verbleiben, wird der Ablauf wiederholt mit SCHRITT 7 gestartet, d. h., Block 11 in Fig. 9. Der Ablauf kann auch mit einigen nicht entfernt verbliebenen Deltavolumen beendet werden, zum Beispiel weil der Anwender entschieden hat, dies so zu tun oder weil die nicht entfernten Deltavolumen nicht bearbeitet werden können. Die Entscheidung, einige Deltavolumen unentfernt zu lassen, wird im Ablaufplan (obiger Schritt 2) getroffen.
• Nachfolgend wird eine Zusammenfassung von allen wesentlichen Merkmalen aufgezeigt, die entweder alleine oder in Kombination miteinander bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung definieren:
• Für ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks sind die folgenden Schritte von Bedeutung:
• (1) Erstellen eines Computermodells des Werkstücks unter Verwendung eines Volumenmodellierers;
• (2) Erstellen eines Computermodells eines Halbzeuges unter Verwendung des Volumenmodellierers;
• (3) Erstellen eines Ablaufplanes zur Herstellung des Werkstücks;
• (4) Verbinden der Fertigungsattribute mit dem Modell des Werkstücks;
• (5) Bestimmen von zumindest einem vom Halbzeugteil zu entfernenden Deltavolumen durch Subtrahieren des Modells des Werkstücks vom Modell des Halbzeugteiles, und Aufnehmen der Fertigungsattribute vom Modell des Werkstücks zu einer korrespondierenden Fläche von dem zumindest einem Deltavolumen;
• (6) Erstellen eines Modells einer Fertigungseinstellung;
• (7) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;
• (8) Berechnen von Werkzeugwegen für eine numerisch gesteuerte Fertigungseinrichtung aus dem zumindest einem Deltavolumen gemäß der Bearbeitungsstrategie und dem Modell der Fertigungseinstellung;
• (9) Berechnen von zumindest einem Bearbeitungsvolumen; welches das Gesamtvolumen des durch das Schneidwerkzeug abzutragenden Raumes darstellt;
• (10) Subtrahieren des zumindest einen Bearbeitungsvolumens von dem zumindest einen Deltavolumen, um ein neues Deltavolumen zu erzielen;
• (11) Subtrahieren des zumindest einen Bearbeitungsvolumens vom Modell des Halbzeugteiles, um dadurch die Bearbeitung der Werkzeugwege zu modellieren und zu überprüfen, daß die Werkzeugwege nicht das Werkstück verletzt haben;
• (12) Wiederholen der Schritte (7) bis (11) bis die Entfernung des zumindest einen Deltavolumens modelliert wurde; und
• (13) Fertigen des Werkstücks gemäß dem Ablaufplan durch Übertragen der Werkzeugwege auf das numerisch gesteuerte Bearbeitungswerkzeug, wobei die Schritte 1 bis 7 im allgemeinen in jeder Reihenfolge ausgeführt werden können, vorausgesetzt, daß Schritt (1) dem Schritt (4), die Schritte (1) und (2) dem Schritt (5) und die Schritte (1) bis (7) dem Schritt (8) vorangehen müssen.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten erzielt, welche in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird aus den Daten erzielt, welche durch einen Anwender eingegeben werden.
• - Das Modell der Fertigungseinstellung wird durch Abruf von Daten erzielt, die in Datenspeichereinrichtungen gespeichert sind.
• - Das Modell der Fertigungseinstellung wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.
• - Das Modell der Fertigungseinstellung wird durch Daten erzielt, die von einem Anwender eingegeben werden.
• Für das Verfahren zur Modellierung von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks ausgeführt werden, sind die folgenden Merkmale von Bedeutung:
• (1) Erstellen von zumindest einem Merkmalvolumen, welches vom Halbzeugteil zum Erzeugen des Werkstücks zu entfernen ist;
• (2) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;
• (3) Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem zumindest einem Merkmalvolumen und der Bearbeitungsstrategie;
• (4) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;
• (5) Durchführen einer logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom Merkmalvolumen, um ein Deltavolumen zu erzielen;
• (6) Wiederholen des Schritts (3) mit dem Deltavolumen, um einen nächsten Werkzeugweg zu erzielen, des Schritts (4), um ein nächstes Bearbeitungsvolumen aus dem nächsten Werkzeugweg zu bestimmen, und des Schritts (5), um ein nächstes Deltavolumen zu erzielen; und
• (7) Wiederholen von Schritt (6), bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden.
• - Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil zu steuern.
• - Das Merkmalvolumen wird durch Abruf von Merkmalsdaten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Das Merkmalvolumen wird durch Anwenden eines Expertensystems erreicht.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwendung eines Expertensystems erreicht.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird aus Daten erzielt, die durch einen Anwender eingegeben werden.
• - Der Schritt der Bestimmung einer optimalen Zustellrate beim anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.
• - Die optimale Zustellrate ist kontinuierlich variabel gemäß dem anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.
• - Fertigungsattribute für das Merkmalsvolumen werden durch Abrufen von Fertigungsdaten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die in Schritt (3) bei der Bestimmung des anfänglichen Werkzeugweges und in Schritt (6) bei der Bestimmung des nächsten Werkzeugweges verwendet werden.
• - Die Bearbeitungsstrategie enthält die Fertigungsattribute.
• - Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern von zumindest einem Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil, wobei die Fertigungsattribute ferner Daten enthalten, die bei der Auswahl des zumindest einen Bearbeitungswerkzeuges verwendet werden.
• - Der Schritt zur Steuerung des zumindest einen Bearbeitungswerkzeuges mit einer optimalen Zustellrate gemäß dem anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.
• - Die optimale Zustellrate ist kontinuierlich variabel gemäß dem anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.
• - Der von den Fertigungsattributen bestimmte Werkzeugweg enthält ferner Spezifizierungsdaten für die Arten des Bearbeitungswerkzeugeintritts und -austritts, Arten von Schnittformen, den maximalen Schnittiefen und der Kühlmittelsteuerung.
• - Das Merkmalvolumen enthält ferner eine Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen, wobei die Schritte (3) bis (7) aufeinanderfolgend auf jedes der Unter-Merkmalvolumen aufgebracht wird.
• - Die Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen werden aus dem Merkmalvolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.
• - Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werk zeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil für jedes der Mehrzahl der Unter-Merkmalvolumen.
• - Die Abfolge, in welcher die Unter-Merkmalvolumen vom Halbzeugteil entfernt werden, wird durch Anwendung eines Expertensystems bestimmt.
• - Eine Mehrzahl der Unter-Merkmalvolumen ist jeweils abhängig zu einer Mehrzahl von gewünschten ebenen Flächen des herzustellenden Werkstücks, wobei die Flächen in parallelen Ebenen liegen, und ferner der Schritt des Entfernens dieser Unter-Merkmalvolumen in einer Abfolge vorgesehen ist, die durch ihren relativen Freiraum in einer senkrechten Richtung zu diesen ebenen Flächen bestimmt wird.
• - Die Schritte zum Erzielen von zumindest einem Sperr bzw. Grenzvolumen und zum Begrenzen des Werkzeugweges auf das Volumen, welches durch die Überschneidung des zumindest einem Grenzvolumen und dem Deltavolumen definiert wird.
• - Die Schritte zum Erzielen eines Volumenmodells von zumindest einem Vermeidungsvolumen und dem Nichterlauben des Eintritts des Werkzeugweges in dieses.
• Für das Verfahren zum Modellieren von nachfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks durchgeführt werden, sind die folgenden charakteristischen Merkmale von Bedeutung:
• (1) Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles;
• (2) Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks;
• (3) Durchführen einer ersten logischen Operation, zum Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell, um ein anfängliches Deltavolumen zu erzielen;
• (4) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;
• (5) Verwenden des anfänglichen Deltavolumens und der Bearbeitungsstrategie zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug;
• (6) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;
• (7) Durchführen einer zweiten logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom anfänglichen Deltavolumen, um das nächste Deltavolumen zu erzielen;
• (8) Wiederholen des Schritts (5) mit dem nächsten Deltavolumen, um den nächsten Werkzeugweg zu erzielen, des Schritts (6), um ein nächstes Bearbeitungsvolumen aus dem nächsten Werkzeugweg zu bestimmen und des Schritts (7), um noch ein weiteres Deltavolumen zu erzielen, und
• (9) Wiederholen des Schritts (8), bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden.
• - Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des anfänglichen Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil.
• - Das Volumenmodell des Werkstücks wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Das Volumenmodell des Halbzeugteiles wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwenden eines Expertensystems erreicht.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Daten erzielt, die von einem Anwender eingegeben werden.
• - Der Schritt zur Durchführung der zusätzlichen logischen Operationen zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens und jedes nächsten Bearbeitungsvolumens vom Halbzeugmodell zum Erzielen eines anfänglichen abgewandelten Halbzeugmodells und des nächsten abgewandelten Halbzeugmodells, wodurch ein Volumenmodell des verbleibenden Halbzeugteiles nach dem anfänglichen und jedem nächsten Durchqueren des Bearbeitungswerkzeuges gemäß dem jeweiligen anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg erzielt wird.
• - Die Fertigungsattribute für das anfängliche Deltavolumen werden durch Abrufen von Fertigungsdaten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die im Schritt (5) zum Bestimmen das anfänglichen Werkzeugweges und im Schritt (8) zum Bestimmen des nächsten Werkzeugweges verwendet werden.
• - Die Fertigungsstrategie enthält die Fertigungsattribute.
• - Das anfängliche Deltavolumen enthält ferner eine Mehrzahl an Unter-Deltavolumen, wobei die Schritte (5) bis (9) aufeinanderfolgend auf jedes der Unter- Deltavolumen angewendet werden.
• - Die Mehrzahl an Unter-Deltavolumen wird aus dem anfänglichen Deltavolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.
• - Die Abfolge, in welcher die Schritte (5) bis (9) auf die Unter-Deltavolumen angewendet werden, wird durch Anwendung eines Expertensystems bestimmt.
• - Die Fertigungsattribute werden für das anfängliche Deltavolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt, wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die im Schritt (5) bei der Bestimmung des anfänglichen Werkzeugweges und im Schritt (8) bei der Bestimmung des nächsten Werkzeugweges verwendet werden.
• - Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern von zumindest einem Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil, wobei die Fertigungsattribute ferner Daten enthalten, die bei der Auswahl des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs verwendet werden.
• - Die Bearbeitungsstrategie enthält die Bearbeitungsattribute.
• In Verbindung mit einem Verfahren zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, die an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks ausgeführt werden, sind die folgenden Merkmale wesentlich:
• (1) Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles;
• (2) Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks;
• (3) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;
• (4) Anwenden der Bearbeitungsstrategie zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges durch das Modell des Halbzeuges unter Vermeidung des Modelles des Werkstücks;
• (5) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;
• (6) Durchführen einer logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom Modell des Halbzeuges, um ein nächstes Modell des Halbzeuges zu erzielen;
• (7) Wiederholen des Schritts (4) unter Verwendung des nächsten Modells des Halbzeuges, um einen nächsten Halbzeugweg zu erzielen, des Schritts (5), um ein nächstes Bearbeitungsvolumen aus dem nächsten Werkzeugweg zu bestimmen, und des Schritts (6), um durch Verwendung des nächsten Bearbeitungsvolumens noch ein nächstes Modell des Halbzeuges zu erzielen; und
• (8) Wiederholen des Schritts (7), bis das nächste Modell des Halbzeuges kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist.
• - Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges.
• - Das Volumenmodell für das Halbzeugteil wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Das Volumenmodell für das Werkstück wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Der Schritt (4) wird durch Klassifizierung des Modells des Werkstücks als ein Vermeidungsvolumen durch Anwendung eines Expertensystems durchgeführt.
• - Schritt (4) enthält ferner die Unterschritte:
• (i) Anordnen des Modells des Werkstücks im Modell des Halbzeuges;
• (ii) Erzielen des ebenen Anfangsquerschnitts an einer Anfangstiefe des Modelles des Halbzeugteiles und des darin angeordneten Modells des Werkstücks;
• (iii) Durchführen einer zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Anfangsquerschnitts des Modells des Werkstücks vom Anfangsquerschnitt des Modells des Halbzeugteiles, um einen Anfangsquerschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles zu erzielen; und
• (iv) Verwenden des Anfangsquerschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles, um einen anfänglichen Werkzeugweg für ein Bearbeitungswerkzeug zu berechnen.
• - sowie die Schritte
• (1) Erstellen eines zweidimensionalen Vermeidungsprofils; und
• (2) Durchführen einer zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Vermeidungsprofils vom Querschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles vor dem Ausführen des Unterschritts (iv).
• Bei einem Verfahren zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks durchgeführt werden, sind die folgenden Schritte charakteristisch:
• (1) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;
• (2) Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles;
• (3) Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks;
• (4) Erstellen eines zweidimensionalen Profils eines Vermeidungsvolumens;
• (5) Anordnen des Modells des Werkstücks innerhalb des Modells des Halbzeuges;
• (6) Erstellen eines ebenen Anfangsquerschnitts in einer Anfangstiefe des Modells des Halbzeugteiles und des darin angeordneten Modells des Werkstücks;
• (7) Durchführen einer ersten zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Anfangsquerschnitts des Modells des Werkstücks vom Anfangsquerschnitt des Modells des Halbzeugteiles zum Erzielen eines Querschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles;
• (8) Durchführen einer zweiten zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Profils des Vermeidungsvolumens vom Querschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles;
• (9) Anwendung der Bearbeitungsstrategie und des Anfangsquerschnitts des abzutrennenden Halbzeugteiles zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges für ein Bearbeitungswerkzeug;
• (10) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg bei der Anfangstiefe;
• (11) Nichtzulassen des Eintritts des Werkzeugweges in den Querschnitt des Modells des Werkstücks oder des Vermeidungsprofils;
• (12) Wiederholen der Schritte (7) bis (11) unter Verwendung der nächsten ebenen Querschnitte des Modells des Werkstücks und des Modells des Halbzeuges, die in einer nächsten Tiefe erzielt werden; und
• (13) Wiederholen des Schritts (12), bis das zu entfernende Halbzeugteil geringer als ein vorbestimmtes Volumen ist.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten aus einer Datenspeichereinrichtung erzielt.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.
• - Die Bearbeitungsstrategie wird von Daten erzielt, die durch einen Anwender eingegeben werden.
• - Das Volumenmodell des Halbzeugteiles wird durch Abrufen von Daten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Das Volumenmodell des Werkstücks wird durch Abrufen von Daten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Das zweidimensionale Profil eines Vermeidungsvolumens wird durch Abrufen von Daten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Das zweidimensionale Profil eines Vermeidungsvolumens wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.
• Für eine Vorrichtung zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks durchgeführt werden, sind die folgenden Merkmale am wichtigsten:
• (1) eine Einrichtung zum Erzielen eines vom Halbzeugteil zu entfernendes Merkmalvolumens zum Erzeugen des Werkstücks;
• (2) eine Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem Merkmalvolumen;
• (3) eine Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;
• (4) eine Einrichtung zum Durchführen einer ersten logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom Merkmalvolumen zum Erzielen eines Deltavolumens;
• (5) eine Einrichtung zum Bestimmen des nächsten Werkzeugweges aus dem Deltavolumen;
• (6) eine Einrichtung zum Bestimmen eines nächsten Bearbeitungsvolumens aus dem nächsten Werkzeugweg; und
• (7) eine Einrichtung zum Durchführen einer zweiten logischen Operation zum Subtrahieren jedes nächsten Bearbeitungsvolumens vom Deltavolumen, um ein nächstes Deltavolumen zu erzielen.
• - Eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil.
• - Eine Datenspeichereinrichtung und eine Einrichtung zum Abrufen der Merkmalsdaten, die in der Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Eine Einrichtung zum Erzielen der Fertigungsattribute für das Merkmalvolumen durch Abrufen der Fertigungsdaten, welche in der Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.
• - Eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern des zumindest einen Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil, und eine Einrichtung zum Auswählen des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs basierend auf den Fertigungsattributen.
• - Eine Unterteilungseinrichtung zum Unterteilen des Merkmalvolumens in eine Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen.
• - Eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil für jedes der Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen.
• - Die Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem Merkmalvolumen mit einer Einrichtung zum Erzielen und Anwenden einer Bearbeitungsstrategie.

Claims (35)

1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks (201) mit den Schritten:

[1] Erstellen eines Computermodells des Werkstücks (201) unter Verwendung eines Volumenmodellierers;

[2] Erstellen eines Computermodells eines Halbzeugteiles (301) unter Verwendung eines Volumenmodellierers;

[3] Erstellen eines Ablaufplans zum Fertigen des Werkstücks (201);

[4] Verbinden der Fertigungsattribute mit dem Modell des Werkstücks (201);

[5] Bestimmen von zumindest einem vom Halbzeugteil (301) zu entfernenden Deltavolumen (501, 502, 503) durch Subtrahieren des Modells des Werkstücks (201) vom Modell des Halbzeugteiles (301), und Aufnehmen der Fertigungsattribute vom Modell des Werkstücks (201) zu einer korrespondierenden Fläche des zumin-20 dest einen Deltavolumens (501, 502, 503);

[6] Erstellen eines Modells einer Fertigungseinstellung;

[7] Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;

[8] Berechnen von Werkzeugwegen für eine numerisch gesteuerte Fertigungseinrichtung aus dem zumindest einen Deltavolumen (501, 502, 503) entsprechend der Bearbeitungsstrategie und dem Modell der Fertigungseinstellung;

[9] Berechnen von zumindest einem Bearbeitungsvolumen (601), welches das Gesamtvolumen des durch das Schneidwerkzeug abzutragenden Raumes darstellt;

[10] Subtrahieren des zumindest einen Bearbeitungsvolumens (601) von dem zumindest einen Deltavolumen (501, 502, 503), um ein neues Deltavolumen zu erzielen;

[11] Subtrahieren des zumindest einen Bearbeitungsvolumens (601) vom Modell des Halbzeugteiles (301), um dadurch die Bearbeitung des Werkzeugweges zu modellieren und zu überprüfen, daß die Werkzeugwege das Werkstück (201) nicht verletzt haben;

[12] Wiederholen der Schritte [7] bis [11], bis die Ent fernung des zumindest einen Deltavolumens (501, 502, 503) modelliert wurde; und

[13] Herstellen des Werkstücks (201) gemäß dem Ablaufplan durch Übertragen der Werkzeugwege auf das numerisch gesteuerte Bearbeitungswerkzeug, wobei die Schritte [1] bis [7] allgemein in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können unter der Voraussetzung, daß Schritt [1] dem Schritt [4], die Schritte [1] und [2] dem Schritt [5] und die Schritte [11] bis [7] dem Schritt [8] vorangehen müssen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modell der Fertigungseinstellung durch Abrufen von Daten, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, oder durch Anwendung eines Expertensystems oder von Daten, die von einem Anwender eingegeben werden, erzielt wird.

3. Verfahren zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, die an einem Halbzeugteil (301) zum Erzeugen eines Werkstücks (201) ausgeführt wer den, mit:

[1] Erstellen von zumindest einem Merkmalvolumen (501, 502, 503), welches vom Halbzeugteil (301) zum Erzeugen des Werkstücks (201) zu entfernen ist;

[2] Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;

[3] Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem zumindest einen Merkmalvolumen (501, 502, 503) und der Bearbeitungsstrategie;

[4] Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) aus dem anfänglichen Werkzeugweg;

[5] Durchführen einer logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) vom Merkmalvolumen (501, 502, 503) zum Erzielen des Deltavolumens;

[6] Wiederholen des Schritts [3] mit dem Deltavolumen zum Erzielen eines nächsten Werkzeugweges, des Schritts [4] zum Bestimmen eines nächsten Bearbeitungsvolumens aus dem nächsten Werkzeugweg und des Schritts [5] zum Erzielen eines nächsten Deltavolumens; und

[7] Wiederholen des Schritts [6], bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden.

4. Verfahren nach Anspruch 3 mit dem weiteren Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern des Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Merkmalvolumen (501, 502, 503) durch Abrufen von Merkmalsdaten, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind oder durch Anwendung eines Expertensystems erzielt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 mit dem weiteren Schritt der Bestimmung einer optimalen Zustellrate beim anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg, wobei vorzugsweise die optimale Zustellrate im anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg kontinuierlich variabel ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Fertigungsattribute für das Merkmalvolumen (501, 502, 503) durch Abrufen von Fertigungsdaten erzielt werden, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, und wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die im Schritt [3] zum Bestimmen des anfänglichen Werkzeugweges und im Schritt [6] zum Bestimmen des nächsten Werkzeugweges verwendet werden, wobei die Bearbeitungsstrategie vorzugsweise die Fertigungsattribute enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Merkmalvolumen (501, 502, 503) ferner eine Mehrzahl von Unter-Merkmalvolumen enthält und wobei die Schritte [3] bis [7] aufeinanderfolgend auf jedes der Unter-Merkmalvolumen angewandt werden, wobei die Mehrzahl an Unter- Merkmalvolumen vorzugsweise aus dem Merkmalvolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8 mit dem weiteren Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens von einem Halbzeugteil (301) für jedes der Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Abfolge, in welcher die Unter-Merkmalvolumen vom Halbzeugteil (301) entfernt werden, durch Anwendung eines Expertensystems bestimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen jeweils von einer der Mehrzahl von gewünschten ebenen Flächen des herzustellenden Werkstücks (201) abhängig ist, wobei die Flächen in parallelen Ebenen sind, und es ferner den Schritt des Entfernens dieser Unter-Merkmalvolumen in einer Abfolge aufweist, die durch ihren relativen Freiraum in einer senkrechten Richtung zu diesen ebenen Flächen bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11 mit den weiteren Schritten des Erzielens von zumindest einem Grenzvolumen und dem Begrenzen des Werkzeugweges auf das Volumen, welches durch die Überschneidung von zumindest einem Grenzvolumen und dem Deltavolumen definiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12 mit den weiteren Schritten ein Volumenmodell des zumindest einen Vermeidungsvolumens zu erzielen und den Eintritt des Werkzeugweges in dieses zu verhindern.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, wobei das Merkmalvolumen (501, 502, 503) durch die Schritte erzielt wird:

[1] Erstellen eines Volumenmodells eines Halbzeugteiles (301);

[2] Erstellen eines Volumenmodells eines Werkstücks (201);

[3] Durchführen einer ersten logischen Operation zum Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell zum Erzielen des Merkmalvolumens (501, 502, 503) als ein anfängliches Deltavolumen;

und wobei das Werkstück (201) durch die weiteren Schritte hergestellt wird:

[4] Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;

[5] Nutzung des anfänglichen Deltavolumens und der Bearbeitungsstrategie zum Berechnen des anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug;

[6] Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) aus dem anfänglichen Werkzeugweg;

[7] Durchführen einer zweiten logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) vom anfänglichen Deltavolumen zum Erzielen eines nächsten Deltavolumens;

[8] Wiederholen des Schritts [5] mit dem nächsten Deltavolumen zum Erzielen eines nächsten Werkzeugweges, des Schritts [6] zum Bestimmen eines nächsten Bearbeitungsvolumens aus dem nächsten Werkzeugweg und des Schritts [7] zum Erzielen noch eines nächsten Deltavolumens, und

[9] Wiederholen des Schritts [8], bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden.

15. Verfahren nach Anspruch 14 mit den weiteren Schritten der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des anfänglichen Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil (301).

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Volumenmodell des Werkstücks (201) und/oder des Halbzeugteiles (301) durch Abrufen von Daten erzielt wird, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 mit dem weiteren Schritt der Durchführung von zusätzlichen logischen Operationen zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens und jedes nächsten Bearbeitungsvolumens vom Halbzeugmodell zum Erzielen eines abgewandelten anfänglichen Halbzeugmodells und von abgewandelten nächsten Halbzeugmodellen, wodurch ein Volumenmodell des verbleibenden Teils des Halbzeuges nach der anfänglichen und jeder nächsten Durchquerung des Bearbeitungswerkzeuges durch den jeweiligen anfänglichen und jeden nächsten Werkzeugweg erreicht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das anfängliche Deltavolumen ferner eine Mehrzahl von Unter-Deltavolumen enthält, und wobei die Schritte [5] bis [9] aufeinanderfolgend für jedes der Unter-Deltavolumen angewandt werden, wobei die Mehrzahl der Unter- Deltavolumen vorzugsweise aus dem anfänglichen Deltavolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Abfolge, in welcher die Schritte [5] bis [9] auf die Unter-Deltavolumen angewendet werden, durch Anwendung eines Expertensystems bestimmt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei Fertigungsattribute für das anfängliche Deltavolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt werden, und wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die im Schritt [5] zum Bestimmen des anfänglichen Werkzeugweges und im Schritt [8] zum Bestimmen des nächsten Werkzeugweges verwendet werden, wobei die Fertigungsstrategie vorzugsweise die Fertigungsattribute enthält.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 20 mit dem weiteren Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern von zumindest einem Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil (301), und wobei die Fertigungsattribute ferner Daten enthalten, die bei der Auswahl des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs verwendet werden, und vorzugsweise dem weiteren Schritt des Steuerns des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs mit einer optimalen Zustellrate entsprechend des anfänglichen und jedes nächsten Werkzeugweges, wobei die optimale Zustellrate entsprechend des anfänglichen und jedes nächsten Werkzeugweges vorzugsweise kontinuierlich variabel ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der aus den Fertigungsattributen bestimmte Werkzeugweg ferner Spezifizierungsdaten für Bearbeitungswerkzeugeintrittsweisen und -austrittsweisen, die Art der Schnittform, die maximale Schnittiefe und die Kühlmittelsteuerung enthält.

23. Verfahren zum Modellieren von aufeinanderfolgen den Bearbeitungsoperationen, die an einem Halbzeugteil (301) zum Erzeugen eines Werkstücks (201) auszuführen sind, mit:

[1] Erstellen eines Volumenmodells eines Halbzeugteiles (301);

[2] Erstellen eines Volumenmodells eines Werkstücks (201);

[3] Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;

[4] Nutzen der Bearbeitungsstrategie zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges durch das Modell des Halbzeuges (301) unter Vermeidung des Modells des Werkstücks (201);

[5] Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) aus dem anfänglichen Werkzeugweg;

[6] Durchführen einer logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) vom Modell des Halbzeuges (301), um ein nächstes Modell des Halbzeuges zu erhalten;

[7] Wiederholen des Schritts [4] unter Verwendung des nächsten Modells des Halbzeuges zum Erzielen eines nächsten Werkzeugweges, des Schritts [5] zum Bestimmen eines nächsten Bearbeitungsvolumens aus dem nächsten Werkzeugweg und des Schritts [6] zum Erzielen noch eines nächsten Modells des Halbzeuges unter Verwendung des nächsten Bearbeitungsvolumens; und

[8] Wiederholen des Schritts [7], bis das nächste Modell des Halbzeuges geringer als ein vorbestimmtes Volumen ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23 mit dem weiteren Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Schritt [4] durch Klassifizieren des Modells des Werkstücks als ein Vermeidungsvolumen durch die Anwendung eines Expertensystems durchgeführt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei der Schritt [4] ferner die Unterschritte aufweist:

[i] Anordnen des Modells des Werkstücks (201) im Modell des Halbzeuges (301);

[ii] Erzielen eines ebenen Anfangsquerschnitts an einer Anfangstiefe des Modells des Halbzeugteiles (301) und des Modells des darin angeordneten Werkstücks (201);

[iii] Durchführen einer zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Anfangsquerschnitts vom Modell des Werkstücks (201) vom Anfangsquerschnitt des Modells des Halbzeugteiles (301), um einen Anfangsquerschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles zu erzielen; und

[iv] Nutzung des Anfangsquerschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges für ein Bearbeitungswerkzeug.

27. Verfahren nach Anspruch 26 mit den weiteren Schritten

[1] Erstellen eines zweidimensionalen Vermeidungsprofils; und

[2] Durchführen einer zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Vermeidungsprofils vom Querschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles vor dem Ausführen des Unterschritts [iv].

28. Verfahren zum Modellieren aufeinanderfolgender Bearbeitungsoperationen, die an einem Halbzeugteil (301) zum Erzeugen eines Werkstücks (201) auszuführen sind, mit:

[1] Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;

[2] Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles (301);

[3] Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks (201);

[4] Erstellen eines zweidimensionalen Profils eines Vermeidungsvolumens;

[5] Anordnen des Modells des Werkstücks (201) im Modell des Halbzeuges (301);

[6] Erstellen eines ebenen Anfangsquerschnitts in einer Anfangstiefe des Modells des Halbzeugteiles (301) und des darin angeordneten Modells des Werkstücks (201);

[7] Durchführen einer ersten zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Anfangsquerschnitts des Modells des Werkstücks (201) vom Anfangsquerschnitt des Modells des Halbzeugteiles (301) zum Erzielen eines Querschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles;

[8] Durchführen einer zweiten zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Profils des Vermeidungsvolumens vom Querschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles;

[9] Nutzung der Bearbeitungsstrategie und des Anfangsquerschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges für ein Bearbeitungswerkzeug;

[10] Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) aus dem anfänglichen Werkzeugweg bei der Anfangstiefe;

[11] Verhindern des Eintritts des Werkzeugweges in den Querschnitt des Modells des Werkstücks oder in das Vermeidungsprofil;

[12] Wiederholen der Schritte [7] bis [11] unter Verwendung des nächsten ebenen Querschnitts des Modells des Werkstücks und des Modells des Halbzeugteiles, das bei einer nächsten Tiefe erzielt wird; und

[13] Wiederholen des Schritts [12], bis das zu entfernende Halbzeugteil geringer als ein vorbestimmtes Volumen ist.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei das Volumenmodell des Halbzeugteiles (301) und/oder des Werkstücks (201) durch Abrufen von Daten erzielt wird, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das zweidimensionale Profil eines Vermeidungsvolumens durch Abrufen von Daten, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, oder durch Anwendung eines Expertensystems erzielt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wo bei die Bearbeitungsstrategie durch Abrufen von Daten von einer Datenspeichereinrichtung oder durch Anwendung eines Expertensystems oder durch Eingabe von Daten durch einen Anwender erzielt wird.

32. Vorrichtung zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, die an einem Halbzeugteil (301) zum Erzeugen eines Werkstücks (201) auszuführen sind, mit:

[1] einer Einrichtung zum Erzielen eines Merkmalvolumens (501, 502, 503), welches vom Halbzeugteil (301) zum Erzeugen des Werkstücks (201) zu entfernen ist;

[2] einer Einrichtung zum Bestimmen des anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem Merkmalvolumen (501, 502, 503);

[3] einer Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) aus dem anfänglichen Werkzeugweg;

[4] einer Einrichtung zum Durchführen einer ersten logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens (601) vom Merkmalvolumen (501, 502, 503), um ein Deltavolumen zu erzielen;

[5] einer Einrichtung zum Bestimmen eines nächsten Werkzeugweges aus dem Deltavolumen;

[6] einer Einrichtung zum Bestimmen eines nächsten Bearbeitungsvolumens aus dem nächsten Werkzeugweg; und

[7] einer Einrichtung zum Durchführen einer zweiten logischen Operation zum Subtrahieren jedes nächsten Bearbeitungsvolumens vom Deltavolumen zum Erzielen eines nächsten Deltavolumens, wobei die Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem Merkmalvolumen vorzugsweise eine Einrichtung zum Erhalten und Anwenden einer Bearbeitungsstrategie aufweist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32 mit einer weiteren Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil (301), wobei vorzugsweise eine Datenspeichereinrichtung und/oder eine Einrichtung zum Abrufen von Merkmalsdaten, welche in der Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, vorgesehen sind.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33 mit einer weiteren Einrichtung zum Erzielen von Fertigungsattributen für das Merkmalvolumen (501, 502, 503) durch Abrufen von Fertigungsdaten, die in der Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, wobei die Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges vorzugsweise vorgesehen sind, um zumindest ein Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil (301) zu steuern, und einer Einrichtung zum Auswählen des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs basierend auf den Fertigungsattributen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, ferner mit einer Unterteilungseinrichtung zum Unterteilen des Merkmalvolumens (501, 502, 503) in eine Mehrzahl von Unter- Merkmalvolumen, und wobei sie ferner eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil (301) für jedes der Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen aufweist.