DE19856116A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Senkerosionsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen auf einer Werkzeugmaschine durch eine Steuerungsvorrichtung (20), welche wenigstens ein Werkzeug zur Durchführung der Vielzahl der Bearbeitungsvorgänge unter Anleitung durch ein Steuerungsprogramm steuert, wobei das Steuerungsprogramm anhand einer Beschreibung des oder der für die Durchführung der Bearbeitungsvorgänge benötigten Werkzeuge erstellt wird und hierfür die Daten zur Werkzeugbeschreibung in Speichern (24, 25) der Steuerungsvorrichtung (20) unterteilt sind in: (a) abstrakte Werkzeugdaten zur Beschreibung eines Normwerkzeuges (V1, V2), und (b) spezifische Werkzeugdaten zur Korrektur und/oder Anpassung der abstrakten Werkzeugdaten an das tatsächlich verwendete Werkzeug (R1, R2) oder an maschinenspezifische Merkmale, wobei die Werkzeugbeschreibung im Steuerungsprogramm durch Verknüpfen der abstrakten Werkzeugdaten mit den spezifischen Werkzeugdaten gewonnen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen auf einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Senkerosions­ maschine, und eine hierfür geeignete Vorrichtung.

Solche Werkzeugmaschinen verfügen meist über eine numeri­ sche Steuerung, z. B. eine NC- oder CNC-Steuerung. Die für die numerische Steuerung benötigten Steuerungsdaten, wie Lage- und/oder Bahn bzw. Konturdaten sowie Parameterdaten der gewünschten Werkstücksbearbeitung, werden in Form von Steuerungseingaben der Steuerungsvorrichtung zugeführt und dort in Steuersignale z. B. für Servoantriebe der Werkzeugmaschine umgewandelt. Als Beispiel hierfür sei eine Funkerosionsmaschine, speziell eine Senkerosionsma­ schine genannt. Solche Senkerosionsmachinen werden u. a. zur Fertigung von Formen mit extrem hoher Bearbeitungs­ präzision eingesetzt. Dabei werden an einem oder mehreren Werkstücken eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen durchgeführt. Für die Durchführung dieser Bearbeitungs­ vorgänge werden je nach Bearbeitungsart, wie etwa Grobbe­ arbeitung oder Feinbearbeitung, häufig unterschiedliche Werkzeugkategorien, d. h. unterschiedliche Senkelektroden­ typen, verwendet. Wechselt darüber hinaus die Geometrie bzw. Kontur der durchzuführenden Bearbeitung, so ist mei­ stens auch die Elektrode der Senkerosionsmaschine auszu­ tauschen. Es versteht sich daher, daß je nach Anzahl, Verschiedenartigkeit und Qualitätsansprüche der durchzu­ führenden Bearbeitungen an einer modernen Senkerosionsma­ schine, die verwendeten Bearbeitungselektroden während der Gesamtdauer der Werkzeugbearbeitung mehrmals gewech­ selt werden müssen.

Beim Einrichten einer Senkerosionsmaschine für eine der­ artig komplexe Bearbeitung muß der Maschinenbediener in der Steuerungsvorrichtung der Maschine die Steuerungsein­ gaben festlegen, welche bestimmen, welche Arbeitsschritte einer Bearbeitung innerhalb welcher Abfolge mit welcher Bearbeitungselektrode auf welchem Werkstück durchzuführen sind. Dem Stand der Technik entsprechende Standard- Steuerungsverfahren der eingangs genannten Art benötigen hierfür Steuerungseingaben in Form abgeschlossener "Programme", sog. sequentieller Steuerungsprogramme. Ein solches Steuerungsprogramm legt für jeden Zeitpunkt der Gesamtbearbeitung sämtliche Steuerdaten hinsichtlich Be­ arbeitung und Bearbeitungselektrode fest. Die aus den Steuerungseingaben gewonnenen Steuerdaten sind in einer sequentiellen Abfolge festgelegt. Bei einem Wechsel des Bearbeitungswerkzeuges, wie er eben bei einer Senkerosi­ onsmaschine sehr häufig vorkommt, muß die gesamte Werk­ zeugbeschreibung jedesmal vollständig im Steuerungspro­ gramm wiederholt und ggf. überarbeitet werden, wenn ver­ schiedenartige Werkzeuge eingesetzt werden. Mit zunehmen­ der Komplexität der Gesamtbearbeitung wird es für den Ma­ schinenbediener immer zeitaufwendiger, das Steuerungspro­ gramm zu erstellen, und bei Bedarf zu ändern. Ferner sol­ len Stillstandzeiten der Maschine aus wirtschaftlichen Gründen möglichst vermieden werden.

Zwar sind im Stand der Technik auch Verfahren zum sog. objektorientierten Programmieren von Werkzeugmaschinen bekannt, z. B. aus: Prof. Dr. Ing. Eversheim, Dipl.-Ing. Lenhart, Objektorientiert Programmieren, in: Industrie- Anzeiger 82/1991, Seite 38-40. Im Unterschied zu sequen­ tiellen Steuerungsprogrammen werden hier Programmbaustei­ ne verwendet, welche für eine Veränderung des Steuerungs­ programms immer wieder verwendet werden können. Dabei wird jedoch eine objektorientierte Struktur des Quellpro­ gramms vorgeschlagen, bei welcher die technischen und geometrischen Informationen eines zu fertigenden Werk­ stückes und/oder der Werkzeugmaschine in unterschiedli­ chen Obkjektklassen geordnet sind. Eine Änderungsprogram­ mierung ist bei diesem Verfahren jedoch ein unmittelbarer Eingriff in das Quellprogramm, das in der Regel nur von einem Maschinenbediener mit besonderen Programmierkennt­ nissen durchgeführt werden kann.

Ähnliche Verfahren sind aus den nachfolgenden Quellen be­ kannt: STORR, A., HOFMEISTER, W.: Strukturen zur Program­ mierung von NC-Mehrschlittendrehmaschinen. In: wt - Pro­ duktion und Management 84, 1994, S. 26-30; BATZ, Thomas, u. a.: Objektorientierte Modellierung von Produktionspro­ zessen. In: Informatik Forsch. Entw., 1995, S. 26-40; und PLANKEN, Bettina, u. a.: Mit der richtigen Entwicklungs­ umgebung zum Erfolg. In: Elektronik, 25, 1994, S. 111-­ 124. Für diese Verfahren gelten die vorstehenden Ausfüh­ rungen analog.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, Werkzeugma­ schinen, insbesondere Senkerosionsmaschinen, hinsichtlich ihrer Bedienerfreundlichkeit beim Einrichten und/oder ei­ ner etwaigen Änderungsprogrammmierung während der Bear­ beitung zu verbessern.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 9. Bevorzugte vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen An­ sprüchen beschrieben.

Danach schafft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen auf einer Werk­ zeugmaschine durch eine Steuerungsvorrichtung, welche we­ nigstens ein Werkzeug zur Durchführung der Vielzahl der Bearbeitungsvorgänge unter Anleitung durch ein Steue­ rungsprogramms steuert, wobei das Steuerungsprogramm an­ hand einer Beschreibung des oder der für die Durchführung der Bearbeitungsvorgänge benötigten Werkzeuge erstellt wird und hierfür die Daten zur Werkzeugbeschreibung in der Steuerungsvorrichtung unterteilt werden in: (a) ab­ strakte Werkzeugdaten zur Beschreibung eines Normwerkzeu­ ges (V1, V2); und (b) spezifische Werkzeugdaten zur Kor­ rektur und/oder Anpassung der abstrakten Werkzeugdaten an das tatsächlich verwendete Werkzeug (R1, R2) oder an ma­ schinenspezifische Merkmale, wobei die Werkzeugbeschrei­ bung im Steuerungsprogramm durch Verknüpfen der abstrak­ ten Werkzeugdaten mit den spezifischen Werkzeugdaten ge­ wonnen wird. Hierfür ist die Steuerungsvorrichtung, z. B. eine CNC-Steuerung, mit jeweils wenigstens einem Daten­ speicher zum dauerhaften Speichern der abstrakten Werk­ zeugdaten und der spezifischen Werkzeugdaten sowie mit einer Benutzerschnittstelle zum Verknüpfen der abstrakten Werkzeugdaten mit ausgewählten spezifischen Werkzeugdaten ausgestattet.

Die abstrakten Werkzeugdaten enthalten bereits alle we­ sentlichen Informationen über das oder die Werkzeuge, die für die Ausführung eines bestimmten (einzelnen) Bearbei­ tungsvorganges notwendig und geplant sind. Ein solcher Bearbeitungsvorgang (nachfolgend "Bearbeitung" genannt) an einem Werkstück liefert eine bestimmte gewünschte Geo­ metrie bzw. Kontur der Werkzeugbearbeitung, z. B. eine be­ stimmte Einsenkungskontur einer Senkerosion, in einer be­ stimmten Bearbeitungsqualität, z. B. Grob-, Mittelfein- oder Feinbearbeitung, so daß für eine Bearbeitung meist mehrere Werkzeuge unterschiedlicher Qualitätskategorien verwendet werden müssen. Es handelt sich also um die Be­ schreibung von Norm- bzw. Sollwerkzeugen, welche für die Durchführung einer bestimmten gewünschten Bearbeitung be­ nötigt werden, wobei diese abstrakte Beschreibung dazu alle wesentlichen bearbeitungsspezifischen Informationen der Werkzeuge enthält, wie z. B. die Werkzeug- Grundgeometrie, die Werkzeug-Grundform, das Werkzeugmate­ rial, den Werkzeugtyp, z. B. ob Schrupp- oder Schlichte­ lektrode einer Senkerosionsmaschine. Die spezifischen Werkzeugdaten enthalten dann nur noch Korrekturdaten z. B. hinsichtlich der exakten Abmessung des tatsächlich ver­ wendeten Werkzeuges, etwa das tatsächliche Untermaß, das von dem (angenommen) Untermaß des Sollwerkzeuges abwei­ chen kann, sowie maschinenspezifische Daten, wie etwa die exakte Einspannposition des Werkzeuges, die aktuelle Po­ sition in einem Werkzeugmagazin bei automatischem Werk­ zeugwechsel oder der aktuelle Verschleißzustand des tat­ sächlich verwendeten Werkzeuges.

Eine Grundidee der Erfindung ist es also, die Werkzeugbe­ schreibung zu generalisieren, d. h. losgelöst von der kon­ kret an der Werkzeugmaschine vorgefundenen Situation und den verwendeten reellen Werkzeugen in der Beschreibung eines Normwerkzeuges zu abstrahieren, so daß die Werk­ zeugbeschreibung bereits im Vorfeld der eigentlichen Be­ arbeitung außerhalb der Werkstatt durchgeführt werden kann. Beim Einrichten der Werkzeugmaschine kann der Ma­ schinenbediener auf eine bereits vorhandene abstrakte Werkzeugbeschreibung zurückgreifen und diese lediglich mit die spezifischen Werkzeugdaten betreffenden Steue­ rungseingaben ergänzen und damit die gesamte Werkzeugbe­ schreibung für die Steuerungsvorrichtung festzulegen. Diese ermöglichen eine besonders schnelle Programmierung der Werkzeugmaschine am Arbeitsplatz und eine ebenso schnelle Änderungsprogrammierung oder Neuprogrammierung komplexer Bearbeitungssequenzen, bei welchen die abstrak­ ten und spezifischen Datengruppen beliebig kombiniert und nach Art von Datenmodulen immer wieder verwendet werden können.

Bevorzugt ermittelt ein intelligenter Datengenerator be­ reits auf der Grundlage der abstrakten Werkzeugdaten zu­ sammen mit Geometrie- und Bearbeitungskonturdaten und in Datenbanken vorhandenen Technologie- und Prozeßparameter­ sätzen automatisch die Sequenz der Technologie- und Pro­ zeßparameter einzelner Arbeitsschritte einer bestimmten Bearbeitung.

Bei einer besonders bevorzugten Anwendung des erfindungs­ gemäßen Steuerungskonzepts in einer Senkerosionsmaschine werden mehrere Elektroden zur Durchführung einer bestimm­ ten Bearbeitung von einem Verwaltungssystem der Steu­ rungsvorrichung zu einer Elektrodenfamilie zusammenge­ faßt. Dabei werden die Daten zur Beschreibung der Elek­ trodenfamilie in der Steuerungsvorrichtung unterteilt in: (a1) Familiendaten, welche für alle Elektroden der Elek­ trodenfamilie gelten, z. B. über Elektrodenmaterial und Elektroden-Grundgeometrie; (a2) abstrakte Elektrodendaten (sog. Daten der virtuellen Elektroden), welche Informa­ tionen über eine Normelektrode zur Ausführung einer be­ stimmten Bearbeitung enthalten; und (b) spezifische Elek­ trodendaten über die zur Ausführung dieser Bearbeitung tatsächlich verwendeten Elektroden (sog. Daten der reel­ len Elektroden). Die Familiedaten sind den abstrakten und spezifischen Elektrodendaten übergeordnet; im übrigen entsprechen die abstrakten und spezifischen Elektrodenda­ ten aber dem vorstehenden Konzept der abstrakten und spe­ zifischen Werkzeugbeschreibung.

Die Gesamtbeschreibung der für eine bestimmte Bearbeitung benötigten Elektrode(n) ergibt sich aus der Summe der ab­ strakten und spezifischen Elektrodendaten zusammen mit den übergeordneten Familiendaten der Elektrodenfamilie. Für eine Anzahl verschiedener Bearbeitungsvorgänge, die ihrerseits mehrere Arbeitszyklen mit jeweils mehreren Ar­ beitsschritten umfassen, kann für jeden Arbeitszyklus, ggf. auch für jeden Arbeitsschritt, eine eigene anzuwen­ dende Elektrode mit Hilfe der Benutzerschnittstelle der Steuerung dadurch festgelegt werden, daß im Elektroden­ verwaltungssystem der Steuerung z. B. einer virtuellen Elektrode mehrere unterschiedliche reelle Elektroden zu­ geordnet werden, die wiederum einer gemeinsamen Elektro­ denfamilie angehören. Für unterschiedliche Bearbeitungen, d. h. für unterschiedliche Senkkonturen bzw. Senkgeometri­ en, sind bevorzugt unterschiedliche Elektrodenfamilien vorgesehen, die je nach Anzahl der Arbeitszyklen und/oder Arbeitsschritte verschiedene Elektroden enthalten, welche die durch Kombination von spezifischen mit abstrakten Da­ ten definiert sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Maschinen­ steuerung der Senkerosionsmaschine objektorientiert strukturiert. Dabei sind bevorzugt zwei Objektstrukturen vorhanden. Eine Objektstruktur betrifft die Durchführung der Gesamtheit aller Bearbeitungsvorgänge, wobei folgende in der genannten Reihenfolge hierarchisch abwärts geord­ nete Objekte vorhanden sind: die Senkerosionsmaschine als solche, ein Werkstücksstisch, eine Palette oder eine Werkstücksgruppe, ein Werkstück, eine Bearbeitungsgruppe, eine Bearbeitung, ein Arbeitszyklus und/oder ein Arbeits­ schritt. Nebst dieser Bearbeitungsobjektstruktur umfaßt die Maschinensteuerung eine Werkzeugobjektstruktur, wel­ che die für Ausführung der Gesamtheit der Bearbeitungs­ vorgänge benötigten Werkzeuge betrifft, mit folgenden Ob­ jekten: eine Elektrodenfamiliengruppe, eine Elektrodenfa­ milie und/oder eine virtuelle Elektrode und eine reelle Elektrode. Bei der Programmerstellung werden die Objekte der Werkzeugobjektstruktur mit ausgewählten Objekten der Bearbeitungsobjektstruktur verknüpft.

Unter "Objekt" wird eine organisatorische und funktionel­ le Einheit der Senkerosionsmaschine verstanden, an wel­ cher von der Steuerung der Senkerosionsmaschine Maßnahme durchgeführt werden, um die gewünschte Werkstücksbearbei­ tung zu erreichen. Die Unterteilung bzw. Zuordnung der Steuerungsmaßnahmen an solchen Objekten, z. B. an das Ob­ jekt Elektrodenfamiliengruppe mit Geltung für alle hier­ archisch darunterliegenden Objekten, ermöglicht es dem Maschinenbediener, ohne genaue Kenntnis des Quellpro­ gramms die Steuerung der Senkerosionsmaschine direkt in der Werkstatt einzurichten, d. h. die an dem Objekt durch­ zuführenden Maßnahmen festzulegen.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsge­ mäßen Werkzeugbeschreibung enthalten die abstrakten Werk­ zeugdaten, insbesondere Elektrodendaten, auch Daten über die Lebensdauer eines Werkzeuges, d. h. für wie viele Be­ arbeitungsvorgänge oder Arbeitszyklen einer bestimmten Bearbeitung ein Werkzeug maximal verwendet werden kann. Diese Information ermöglicht die vorzugsweise Einrichtung einer automatischen Werkzeugverwaltung bzw. eines Werk­ zeug-Managementsystems in der Steuerung der Werkzeugma­ schine. Wenn ein bestimmtes Werkzeug die maximal mögliche Anzahl von Bearbeitungsvorgängen durchgeführt hat, so wird dieses von dem Verwaltungssystem automatisch von der weiteren Bearbeitung ausgeschlossen oder einer anderen Bearbeitungsart zugeordnet, für welche das Werkzeug noch eingesetzt werden kann. Anhand der erfindungsgemäßen Werkzeugbeschreibung wird eine solche Deklassierung da­ durch vollzogen, daß die bisherigen spezifischen Werk­ zeugdaten mit einem Satz neuer abstrakterer Werkzeugda­ ten, welche die Informationen zur Ausführung der deklas­ sierten Bearbeitungsart halten, verknüpft werden.

In Ergänzung der erfindungsgemäßen Werkzeugverwaltung enthalten die spezifischen Daten bevorzugt auch Informa­ tionen über den aktuellen Verschleißzustand und/oder den maximal möglichen Verschleiß eines bestimmten Werkzeuges. Diese Informationen können auf verschiedene Art und Weise gewonnen werden. Im Falle einer Senkerosionsmaschine, bei welcher der Reihe nach mehrere Bearbeitungen mit jeweils mehreren Arbeitsschritten, die wiederum zu Arbeitszyklen zusammengefaßt sind, durchgeführt werden, wird der maxi­ male Elektrodenverschleiß durch die maximale Anzahl von mit einer Elektrode durchführbaren Arbeitszyklen oder Ar­ beitsschritten dem Elektrodenverwaltungssystem vorgegeben sind, welches während der Bearbeitung die Anzahl der durchgeführten Arbeitszyklen bzw. Arbeitsschritte mitge­ zählt und erfaßt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft beschrie­ ben. Daraus ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Sequenz von Arbeitszyklen unterschiedlicher Bearbeitungsart einer einzigen Bearbeitung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung verschiedener Elektrodenfamilien nach dem Organisationskonzept der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Datenstruktur der erfindungsgemäßen Elektrodenfamilien;

Fig. 4a, 4b eine schematische Darstellung der Objekt­ struktur verschiedener Elektrodenfamilien und zugehöriger reeller bzw. virtueller Elektroden;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Steuerungs­ systems zur Generierung und Durchführung der Steuerungsmaßnahmen zur Durchführung einer oder mehrerer Werkstücksbearbeitungen; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung benutzerdefinier­ ter Vorgaben und von der Steuerung generierter Steuerungsdaten zur Erstellung eines Steuerungs­ programms.

Im nachfolgenden wird das Konzept der erfindungsgemäßen Werkzeugbeschreibung am Beispiel einer Senkerosionsma­ schine dargestellt. Zum Ausführen einer Einsenkung mit bestimmter Geometrie (entspricht einem Bearbeitungsvor­ gang bzw. einer Bearbeitung) werden für verschiedene Ero­ sionsstufen, wie etwa Schruppen, Schlichten oder Fein­ schlichten, nacheinander verschiedene Elektrodentypen verwendet. Zum Austausch der Elektroden verfügt die Sen­ kerosionsmaschine z. B. auch über einen automatischen Elektrodenwechsler. Meist werden auf demselben Werkstück mehrere gleiche oder unterschiedliche Einsenkungen durch­ geführt, so daß im Ergebnis beim Senkerodieren ein Elek­ trodenwechsel häufig ist.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt verallgemeinert ein Bei­ spiel für eine Bearbeitung einer Senkerosionsmaschine. Die Bearbeitung besteht aus drei nacheinander mit ver­ schiedenen Elektrodentypen durchgeführten Bearbeitungsty­ pen, nämlich einem Schruppvorgang ∇, einem Vorschlicht­ vorgang ∇∇, und einem anschließenden Schlichtvorgang ∇∇∇ (siehe linke Spalte in Fig. 1). Gemäß der rechten Spalte in Fig. 1 sind der Schruppvorgang ∇ und der Vorschlicht­ vorgang ∇∇ jeweils in zwei Arbeitszyklen unterteilt, die ihrererseits noch aus mehreren Arbeitsschritten bestehen können. Der Schlichtvorgang ∇∇∇ wird in einem Zyklus durchgeführt. In der rechten Spalte sind außerdem schema­ tisch die hierfür verwendeten Senkelektroden eingezeich­ net. Dabei werden zwei Elektroden zum Schruppen ∇, zwei Elektroden zum Vorschlichten ∇∇ und eine einzige Elektro­ de zum Schlichten ∇∇∇ verwendet. Jeder Bearbeitungsdurch­ gang kann demnach auch mit unterschiedlichen Elektroden ausgeführt werden, um einen zu großen Elektrodenver­ schleiß zu verhindern.

Für die Durchführung einer derartigen Bearbeitung benö­ tigt die Steuerungsvorrichtung Steuerungseingaben hin­ sichtlich der zu verwendenden Elektroden, der Geometrie- und Konturdaten, der Prozeß- und Technologieparameter so­ wie ggf. hinsichtlich der Bearbeitungssequenz. Auf Grund­ lage dieser Daten wird ein Steuerungsprogramm für die spezielle Bearbeitung erstellt und dort die Abfolge der einzelnen Arbeitsschritte mit den jeweiligen Technologie- und Prozeßdaten definiert.

Die vorliegende Erfindung gibt dem Maschinenbediener ein Hilfsmittel, die Beschreibung verschiedenartiger Elektro­ dentypen zu rationalisieren. Hierfür werden unterschied­ liche Elektrodentypen zur Durchführung einer bestimmten Bearbeitung zu einer sog. Elektrodenfamilie zusammenge­ faßt und als Objekt in einer objektorientierten Struktur der Steuerung der Senkerosionsmaschine betrachtet. Einer solchen Elektrodenfamilie gehören diejenigen (verschiedenartigen) Elektrodentypen an, welche zur Aus­ führung einer bestimmten Bearbeitung eingesetzt werden. Demnach gehören all diejenigen Elektroden zur selben Elektrodenfamilie, welche zumindest dieselbe Grundgeome­ trie und ein vorgegebenes Untermaß haben, mit dem diesel­ ben Endabmessungen erzielt werden können. Das Objekt Elektrodenfamilie kann für mehrere (gleiche) Bearbeitun­ gen eingesetzt werden, also für alle Bearbeitungen, bei denen eine entsprechende Einsenkungsform erreicht werden soll.

Fig. 2 veranschaulicht das Konzept der Elektrodenfamilien schematisch an einem Werkstück 10, an dem drei Arten von Bearbeitungen in Form von Einsenkungen 12, 14, 16 durch­ zuführen sind. Dabei sind die Bearbeitungen 12 und 14 je­ weils einmal und die Bearbeitung 16 sechsmal im Werkstück 10 auszuführen. Nach dem erfindungsgemäßen Steuerungskon­ zept sind sämtliche Elektroden, die für eine bestimmte Bearbeitung vorgesehen, sind, zur einer Familie zusammen­ gefaßt. In Fig. 1 sind dies für die Bearbeitung 12 die Elektrodenfamilie Fam. 1 bestehend aus einer einzigen Elektrode, für die Bearbeitung 14 die Elektrodenfamilie Fam. 2 bestehend aus zwei Elektroden unterschiedlichen Typs, und für die Bearbeitungen 16 die Elektrodenfamilie Fam. 3 bestehend aus vier Elektroden unterschiedlichen Typs, wobei zumindest eine Elektrode mehrfach verwendet wird.

Die Steurungsvorrichung der Senkerosionsmaschine benötigt für die Ausführung derartiger Bearbeitungen eine umfas­ sende Beschreibung der zu verwendenden Elektroden. Nach dem erfindungsgemäßen Konzept sind zur Elektrodenbe­ schreibung drei Datenbereiche in der Steuerung vorgese­ hen:

a) Daten der Elektrodenfamilie (sog. Familiendaten)

Die Familiendaten enthalten Informationen, die für alle Elektroden einer bestimmten Elektrodenfamilie gelten, also gewissermaßen "vor die Klammer" der Merkmale der verschiedenartigen Elektroden einer Elektrodenfamilie gezogen sind. Hierzu gehören im wesentlichen Angaben über: Elektrodenmaterial (mit der Wahl des Elektrodenmaterials wird die Material­ paarung (Elektrode-Werkstück) der Erosion festge­ legt, was es der Steuerung ermöglicht, automatisch die passenden Technologieparameter zu bestimmen. Sollten jedoch die Mitglieder einer Elektrodenfami­ lie unterschiedliche Materialien haben, so müssen die von den auf Familienebene spezifizierten Materi­ al abweichenden Elektroden auf einer nachfolgenden Datenebene spezifiziert werden); sowie Elektroden- Grundgeometrie, d. h. Angaben der Grundform (z. B. prismatische, lamellenförmige, spitze oder Standard­ formen) und Angaben der geometrischen Grundabmessun­ gen.

b) abstrakte Elektrodendaten (Daten der sog. virtuellen Elektroden)

Die abstrakten Elektrodendaten enthalten Informatio­ nen zu den virtuellen Elektroden, die für die Aus­ führung einer bestimmten Bearbeitung in einer be­ stimmten Bearbeitungsart geplant sind. Es handelt sich um die Beschreibung einer Norm- bzw. Sollelek­ trode für die Durchführung der bestimmten Bearbei­ tung, welche bereits alle wesentlichen bearbeitungs­ spezifischen Informationen enthält. Bereits auf der Grundlage dieser abstrakten Daten kann die Steuerung der Senkerosionsmaschine unter Vorgabe der Bearbei­ tungsziele und Geometriedaten die Technologie- und Prozeßparameter der durchzuführenden Arbeitsschritt­ sequenzen definieren. Zu den abstrakten Elektroden­ daten gehören z. B. Angaben über: Elektrodentyp für spezielle Bearbeitungsart, z. B. Schrupp-, Vor­ schlicht-, Schlicht- oder Feinschlichtelektrode; An­ zahl von geplanten virtuellen Elektroden pro Bear­ beitungsart; theoretisches Untermaß bzw. Normunter­ maß (Untermaß = Durchmesser der Endform minus Durch­ messer der Elektrode), welches vom Untermaß der tat­ sächlich verwendeten (reellen) Elektrode geringfügig abweichen kann. (Aus der Anzahl der Elektroden und dem Solluntermaß bestimmt die Steuerung zusammen mit dem geforderten Qualitätsziel automatisch die Im­ pulssequenz und die Anzahl der Impulse pro Elektro­ de); und die Elektrodenlebensdauer ausgedrückt in der Anzahl der maximal durchführbaren Arbeitszyklen pro Bearbeitungsart.

c) spezifische Elektrodendaten (Daten der sog. reellen Elektroden)

Es handelt sich hier im wesentlichen um Korrekturda­ ten gegenüber den abstrakten Elektrodendaten der virtuellen Elektroden zur Anpassung an die tatsäch­ lich verwendeten reellen Elektroden zur (einfachen oder mehrfachen) Durchführung einer bestimmten Bear­ beitung. Diese Korrekturdaten betreffen einerseits elektrodenspezifische Eigenschaften, z. B. das tat­ sächliche Untermaß der verwendeten Elektrode oder Angaben zum aktuellen Elektrodenverschleißzustand, und andererseits maschinenspezifische Eigenschaften, wie Angaben zum Modus des Elektrodenwechsels und die Position der Elektrode auf einem automatischen Elek­ trodenwechsler oder Roboter, Angaben zur Montage der Elektrode in der Senkerosionsmaschine, z. B. ob Mon­ tage am Elektrodenkopf oder auf dem Werkzeugtisch, Korrekturwerte der Elektrodenposition zur Festlegung des genauen Nullpunktes der Elektrode bezogen auf den Nullpunkt des Elektrodenkopfes, etc.

Nach alledem ergibt sich die Gesamtinformation einer für einen bestimmten Arbeitszyklus einer Bearbeitung verwen­ dete Elektrode aus der Summe ihrer spezifischen Elektro­ dendaten, der abstrakten Elektrodendaten und der überge­ ordneten Familiendaten. Ein Beispiel für die erfindungs­ gemäße Datenorganisation einer Elektrodenfamilie ist in Fig. 3 dargestellt. Die Familiendaten betreffen dort eine im wesentlichen rechteckige Elektrodenform mit einem seitlichen halbrunden Vorsprung auf einer Längsseite und z. B. ein Cu-Elektrodenmaterial. Die Datengruppe virtuel­ ler Elektroden enthält Informationen über eine geplante virtuelle Schruppelektrode V1 mit einem Normuntermaß von 0,5 und von zwei geplanten virtuellen Vorschlichtelektro­ den V2 ebenfalls mit einem Normuntermaß von 0,5. Die vir­ tuellen bzw. Normelektroden V1, V2 sind in Fig. 3 schema­ tisch durch die dargestellte technische Skizze veran­ schaulicht. Die rechts davon dargestellten Daten der tat­ sächlich verwendeten reellen Elektroden enthalten die tatsächlichen Untermaßwerte. Die reelle Schruppelektrode R1 weist ein Untermaß von 0,52 auf, die erste Schlichte­ lektrode R2 ein Untermaß von 0,54 und die zweite Schlich­ telektrode R3 ein Untermaß von 0,53. Die Beschreibung der vorliegenden Arbeitssequenz "einmal Schruppen ∇, zweimal Schlichten ∇∇" ergibt sich daher einfach durch Kombinati­ on der Daten der reellen Elektrode R1 mit den Daten der virtuellen Elektrode V1 sowie den Daten der reellen Elek­ trode R2 mit V2 und R3 mit V2. An diesem Beispiel sieht man, daß aufgrund der Aufteilung und Gruppierung der Elektrodenbeschreibung eine flexible und schnelle Anpas­ sung der Beschreibung an die tatsächlich verwendeten Elektroden und/oder etwaige maschinenspezifische Gegeben­ heiten möglich ist. Wird z. B. eine neue reelle Elektrode R4 mit einem anderen tatsächlichen Untermaß verwendet, die zusätzlich auf einer anderen Position im Elektroden­ wechsler untergebracht ist, so reicht es, lediglich die reellen Daten dieser Elektrode R4 in die Steuerung einzu­ geben und diese mit den bereits vorhandenen virtuellen Daten des gewünschten Elektrodentyps z. B. der Elektrode V2 zu verknüpfen, um die Gesamtbeschreibung der neuen Elektrode zu erhalten. Bei der erfindungsgemäßen Steue­ rungsvorrichtung ist hierfür eine graphische Schnittstel­ le vorgesehen, bei welcher in geeigneten Fenstern Famili­ endaten, abstrakte Elektrodendaten und spezifische Elek­ trodendaten eingegeben und wahlweise miteinander ver­ knüpft werden können.

Die Fig. 4a und 4b zeigen weitere Beispiele der erfin­ dungsgemäßen Datenstruktur zur Beschreibung verschieden­ artiger Elektrodentypen. In Fig. 4a sind insgesamt vier Elektrodenfamilien definiert, die jeweils zur Durchfüh­ rung einer bestimmten Bearbeitung vorgesehen sind. In der Elektrodenfamilie Fam. 1 ist eine Schruppelektrode mit der Zuordnung R1, V1 und zwei verschiedene Vorschlichte­ lektroden mit den Elektrodenkombinationen R2, V2 sowie R3, V2 festgelegt. Weitere von der ersten Bearbeitung verschiedene Bearbeitungen finden mit Elektrodenfamilien Fam. 2, Fam. 3 und Fam. 4 statt, deren Elektroden wieder­ um durch Kombination von reellen und virtuellen Elektro­ dendaten festgelegt sind. Im Rahmen einer objektorien­ tierten Struktur der gesamten Steuerung der erfindungsge­ mäßen Senkerosionsmaschine, ist den Elektrodenfamilien Fam. 1 bis Fam. 4 das weitere Objekt "Familien-Gruppe" übergeordnet. Dies hat zur Folge, daß die für die Famili­ en-Gruppe festgelegten Maßnahmen generell auch für alle Elektrodenfamilien Fam. 1 bis Fam. 4 gelten.

Wie bereits vorstehend erwähnt, enthalten die abstrakten Elektrodendaten zur Beschreibung der virtuellen Elektro­ den auch Angaben zur Lebensdauer der Elektrode, und zwar z. B. in Form der maximalen Anzahl durchzuführbarer Ar­ beitszyklen einer Bearbeitung. Die erfindungsgemäße CNC- Maschinensteuerung verfügt auch über ein Elektrodenver­ waltungssystem mit einer Zählereinrichtung, welche die Anzahl der durchgeführten Arbeitsschritte oder Arbeitszy­ klen laufend mitzählt und in einem Speicherplatz der spe­ zifischen Elektrodendaten deponiert. Erreicht nun eine bestimmte reelle Elektrode die maximal zulässige Anzahl von Arbeitszyklen, so wird die Elektrode von dem Verwal­ tungssystem der Maschinensteuerung für die weitere Ver­ wendung ausgeschlossen oder - falls möglich - für die Verwendung für eine andere Bearbeitungsart deklassiert. Zum Beispiel kann eine Vorschlichtelektrode, die nach ei­ ner bestimmten Anzahl von Vorschlichtzyklen aufgrund des Elektrodenverschleißes zum Vorschlichten nicht mehr ge­ eignet ist, trotzdem noch als Schruppelektrode eingesetzt werden. Fig. 4b zeigt ein schematisches Beispiel für eine derartige Deklassierung. Die dortige reelle Elektrode R2 ist zunächst als Vorschlichtelektrode ∇∇ mit der Daten­ kombination R2, V2 innerhalb der Elektrodenfamilie Fam. 1 definiert. Nach Ablauf ihrer Lebensdauer (festgelegt in den Daten der virtuellen Elektrode V2) wird R2 durch De­ klassierung zu einer Schruppelektrode ∇. Die Gesamtbe­ schreibung als Schruppelektrode erhält man einfach da­ durch, daß ihr die Daten der bereits vorhandenen virtuel­ len Elektrode V1 zugeordnet werden, welche erfindungsge­ mäß alle Informationen zur Ausführung eines Schruppvor­ ganges enthält.

Im Zusammenhang mit den nachfolgenden Fig. 5 und 6 wird die erfindungsgemäße CNC-Steuerung der Senerosions­ maschine zur Erstellung eines Steuerungsprogramms zur Durchführung der Gesamtheit aller Bearbeitungsvorgänge auf einem Werkstück veranschaulicht.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Steuerungssystem 20 der CNC- Steuerung der Senkerosionsmaschine zur Steuerung ver­ schiedener Bearbeitungen auf dem Werkstück 10 (vgl. auch Fig. 1). Das Steuerungssystem 20 verfügt über einen In­ terpolator 22, welcher die zur Werkstückbearbeitung not­ wendigen, die Senkkonturen bestimmende Relativbewegung zwischen Werkstück und Senkelektrode steuert. Hierfür ist ein z. B. mit dem Werzeugtisch gekoppelter in X-,Y-,Z- Hauptachsenrichtung bewegbarer Antrieb vorgesehen, der die Steuersignale des Interpolators 22 empfängt. Das Steuerungssystem 20 benötigt ein Steuerungsprogramm, das neben Lagedaten des oder der Werkstücke, Verlauf- bzw. Konturdaten der gewünschten Senkkontur auch Technologie­ daten, wie Bearbeitungsgenauigkeit, Geschwindigkeit, Rau­ heit, etc., und Prozeßparameterdaten, wie Erosionsstrom, Impulsform, Impulsfrequenz, Spülungsdaten, etc., enthält.

Im erfindungsgemäßen Steuerungssystem 20 der Senkerosi­ onsmaschine wird das Steuerungsprogramm zur Durchführung einer Abfolge von Arbeitsschritten automatisch generiert. Hierfür sind die Daten der virtuellen Elektroden (abstrakte Elektrodendaten) in einem Speicher 24 und die Daten der reellen Elektroden (spezifische Elektrodenda­ ten) in einem Speicher 25 des Steuerungssystems 20 abge­ legt. Des weiteren sind in einem Speicher 28 die Geome­ trie- und Konturdaten verschiedener Bearbeitungen sowie in Datenbanken 30 und 31 verschiedene Technologie- und Prozeßparametersätze zur Durchführung der Bearbeitungen abgelegt. Ein intelligenter Datengenerator 26 bestimmt nun auf Grundlage der Daten der virtuellen Elektroden aus dem Speicher 24, der Geometriedaten aus dem Speicher 28 und der Technologie- und Prozeßdaten aus den Datenbanken 30 und 31 automatisch die Technologie- und Prozeßparame­ ter, welche in den Arbeitsschrittsequenzen verwendet wer­ den. Dieser Zuordnungsschritt ist in Fig. 5 schematisch durch die hellen Pfeile dargestellt.

Ferner verfügt die CNC-Maschinensteuerung über eine Elek­ trodenverwaltungseinheit (33) zur Überwachung der Elek­ trodenlebendauer und zum Ausschluß oder der Deklassierung einer abgelaufenen Elektrode auf die zuvor beschriebene Art und Weise.

Im Moment der Ausführung der auf diese Weise definierten Arbeitsschritte (vgl. dunkle Pfeile in Fig. 5) greift der Interpolator 22 auf die im Speicher 25 abgelegten reellen Daten und liest die Daten zur Steuerung der Elektrodenbe­ wegung aus. Dabei gehen die Daten der reellen Elektroden als Korrekturwerte in die bereits definierten Arbeits­ schritte ein: die Korrekturwerte bestimmen z. B. die Null­ punkt-Position der reellen Elektroden bezogen auf den Nullpunkt des Elektrodenkopfes; das tatsächliche Untermaß der verwendeten Elektroden dient der Steuerung der Plane­ tärbewegungen.

Fig. 6 veranschaulicht nochmals den Vorgang der Technolo­ giegeneration, so wie er im Datengenerator 26 des in Fig. 5 dargestellten Steuerungssystems 20 durchgeführt wird. Unter dem Balken A sind die vom Benutzer vorgegebenen Da­ ten der virtuellen und reellen Elektroden für den jewei­ ligen Bearbeitungstyp und den zugehörigen Arbeitszyklen bzw. Phasen angegeben, so wie sie in den Speichern 24 und 25 des Steuerungssystems 20 vorhanden sind. Dabei ent­ spricht dieser benutzerdefinierte Teil der Darstellung in Fig. 1, so daß auf die dortigen Ausführungen hier Bezug genommen wird. Unterhalb des Balkens B sind die von der Steuerung, speziell vom Datengenerator 26, generierten Technologiedaten für die einzelnen zugehörigen Arbeits­ schritte angegeben, und zwar beispielhaft in Form der de­ finierten Impulszahl zur Durchführung der Arbeitsschritte mit den jeweiligen benutzerdefinierten Elektroden R1 bis R5 unterschiedlichen Elektrodentyps.

Claims (9)

1. Verfahren zur Steuerung einer Vielzahl von Bearbei­ tungsvorgängen auf einer Werkzeugmaschine durch eine Steuerungsvorrichtung (20), welche wenigstens ein Werkzeug zur Durchführung der Vielzahl der Bearbei­ tungsvorgänge unter Anleitung durch ein Steuerungs­ programms steuert, wobei das Steuerungsprogramm an­ hand einer Beschreibung des oder der für die Durch­ führung der Bearbeitungsvorgänge benötigten Werkzeu­ ge erstellt wird und hierfür die Daten zur Werkzeug­ beschreibung in der Steuerungsvorrichtung (20) un­ terteilt werden in:

• a) abstrakte Werkzeugdaten zur Beschreibung eines Normwerkzeuges (V1, V2), und
• b) spezifische Werkzeugdaten zur Korrektur und/oder Anpassung der abstrakten Werkzeugdaten an das tatsächlich verwendete Werkzeug (R1, R2) oder an maschinenspezifische Merkmale,

wobei die Werkzeugbeschreibung im Steuerungsprogramm durch Verknüpfen der abstrakten Werkzeugdaten mit den spezifischen Werkzeugdaten gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Steuerung einer Sen­ kerosionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß meh­ rere Elektroden zur Durchführung eines bestimmten Bearbeitungsvorganges zu einer Elektrodenfamilie zu­ sammengefaßt sind, wobei die Daten zur Beschreibung der Elektrodenfamilie in der Steuerungsvorrichtung (20) unterteilt sind in:

• 1. Familiendaten, welche für alle Elektroden der Elektrodenfamilie gelten, z. B. Elektrodenmateri­ al und Elektroden-Grundgeometrie;
• 2. abstrakte Elektrodendaten, welche Informationen zur Ausführung eines bestimmten Bearbeitungsvor­ ganges enthalten; und
• 3. spezifische Elektrodendaten über die zur Ausfüh­ rung des bestimmten Bearbeitungsvorganges tat­ sächlich verwendeten Elektroden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Abfolge von Arbeitszyklen mit jeweils verschiedenen Arbeitsschritten innerhalb einer be­ stimmten Bearbeitung für jeden Arbeitszyklus und/oder jeden Arbeitsschritt eine Elektrode durch Kombination von abstrakten Elektrodendaten (virtuelle Elektrode) mit verschiedenen ausgewählten spezifischen Elektrodendaten (reelle Elektrode(n)) bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung der Senkerosionsmaschine objektorientiert strukturiert wird, wobei eine Bear­ beitungsobjektstruktur folgende in der genannten Reihenfolge hierarchisch abwärts geordnete Objekte aufweist: die Senkerosionsmaschine als solche, ein Werkstücksstisch, eine Palette oder eine Werkstücks­ gruppe, ein Werkstück, eine Bearbeitungsgruppe, eine Bearbeitung, ein Arbeitszyklus und/oder ein Arbeits­ schritt; und daneben eine Werkzeugobjektstruktur folgende Objekte aufweist: eine Elektrodenfamilien­ gruppe, eine Elektrodenfamilie und/oder eine virtu­ elle Elektrode und eine reelle Elektrode.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die abstrakten Werkzeugda­ ten auch Daten über die Lebensdauer eines Werkzeuges enthalten.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die spezifischen Werkzeug­ daten Informationen über den aktuellen Verschleißzu­ stand und/oder den maximal möglichen Verschleiß ei­ nes bestimmten Werkzeuges enthalten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, zur Steuerung einer Sen­ kerosionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Elektrodenverschleiß durch die maximale An­ zahl von mit derselben Elektrode durchführbarer Ar­ beitszyklen oder Arbeitsschritte vorgegeben wird und während der Bearbeitung die Anzahl der durchgeführ­ ten Arbeitszyklen bzw. Arbeitsschritte mitgezählt und erfaßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des maximalen Elektrodenver­ schleißes eine bestimmte Elektrode von der weiteren Bearbeitung ausgeschlossen oder zu einem anderen Elektrodentyp deklassiert wird.

9. Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Senkerosionsmaschine, mit:

• - jeweils wenigstens einem Datenspeicher (24, 25) zum dauerhaften Speichern von
  • a) abstrakten Werkzeugdaten zur Beschreibung eines Normwerkzeuges (V1, V2), und
  • b) spezifischen Werkzeugdaten zur Korrektur und/oder Anpassung der abstrakten Werkzeug­ daten an das tatsächlich verwendete Werk­ zeug (R1, R2) oder an maschinenspezifische Merkmale; und
• - einer Benutzerschnittstelle zum Verknüpfen der abstrakten Werkzeugdaten mit ausgewählten spezi­ fischen Werkzeugdaten.
• - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ferner jeweils ein Datenspeicher (28; 30, 31)) für Geometrie- und Konturdaten verschiedener Bear­ beitungsabläufe und wenigstens eine Datenbank (30, 31) für Technologie- und Prozeßparametersätze zur Durchführung der Bearbeitungsabläufe vorgesehen sind, wobei ein Datengenerator (26) der auf Grundla­ ge der abstrakten Werkzeugdaten (24, 25), der Geome­ triedaten und der Technologie- und Prozeßdaten auto­ matisch die Sequenz der Technologie- und Prozeßpara­ meter einzelner Arbeitsschritte ermittelt.
• - Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Interpolator (22), welche die spezifi­ schen Werkzeugdaten aus dem Datenspeicher ausliest und zur Korrektur der Werkzeugbewegung verwendet.
• - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, zur Steuerung einer Senkerosionsmaschine, gekennzeichnet durch ein Verwaltungssystem (33), welches während der Bearbeitung die Anzahl der mit derselben Elek­ trode durchgeführten Arbeitszyklen oder Arbeits­ schritte erfaßt und nach Erreichen der maximal er­ laubten Arbeitszyklen bzw. Arbeitsschritte die Elek­ trode von der weiteren Bearbeitung ausschließt oder zu einem anderen Elektrodentyp deklassiert.