DE10114811A1 - System for producing multi-axis machining processes on workpieces, determines current path data and/or deviation while taking into account material removed by workpiece machining - Google Patents
System for producing multi-axis machining processes on workpieces, determines current path data and/or deviation while taking into account material removed by workpiece machiningInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen an Werkstücken auf mindestens einer Werkzeugmaschine mittels mindestens eines Werkzeugs unter Einbeziehung einer zur Prozesssteuerung vorgesehenen, gespeicherte Module enthaltenden, programmierbaren Datenverarbeitungsanlage, in der mindestens eine CAM-Maduleinheit, die ein Datenbankmodul für Maschinen, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe und ein Datenmodul für Soll-Bearbeitungs-Bahnen bezüglich der Sollgeometrie des betreffenden Werkstücks enthält, sowie ein Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung und ein volumendiskretes Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung in Verbindung stehend integriert sind, die im Werkzeug- und Formenbau Anwendung finden können.The invention relates to a system and a method for creating multi-axis Machining processes on workpieces on at least one machine tool by means of at least one tool, including one for process control provided, programmable, containing stored modules Data processing system, in which at least one CAM module, the one Database module for machines, clamping devices, tools, materials and a Data module for target machining paths with regard to the target geometry of the concerned Contains workpiece, as well as a module for data preparation and synchronization and a discrete volume simulation module for feed rate optimization in Connected are integrated, which are used in tool and mold making can find.
Module der Datenverarbeitungsanlage können sowohl Daten z. B. in Form von Datenbanken als auch Softwareprogramme zur Durchführung realer und virtueller technischer Bearbeitungs-Vorgänge sein, die in zugehörigen Speichereinheiten enthalten sind. Im modernen Werkzeug- und Formenbau ist die durchgängige Vennendung von CAD-CAM-Moduleinheiten üblich. Im Allgemeinen können die in einer CAM-Moduleinheit erzeugten NC-Programme direkt von der Werkzeugmaschine abgearbeitet werden. Zur Datenverarbeitungsanlage gehört in den meisten Fällen eine Ein-/Ausgabeeinrichtung, zumindest ein Bildschirm, auf dem virtuelle technische Bearbeitungs-Vorgänge - Simulationen - beobachtbar sind.Modules of the data processing system can both data z. B. in the form of Databases as well as software programs to carry out real and virtual technical processing operations that are in associated storage units are included. In modern tool and mold making, this is universal Usage of CAD-CAM module units common. In general, the can in one CAM module unit generated NC programs directly from the machine tool be processed. In most cases, a data processing system includes one Input / output device, at least one screen, on the virtual technical Machining processes - simulations - are observable.
Es ist ein volumendiskretes, insbesondere abtragsbezogenes Simulationsmodul "Ncspeed" zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung (Vorschubsimulationsmodul) auf vorgegebenen Bearbeitungs-Bahnen unter der Internet-Adresse http:/ / www.formtec.de vom 12.09.2000 beschrieben, wobei in einer zugehörigen Datenverarbeitungsanlage das gespeicherte Vorschubsimulationsmodul die in der CAM-Moduleinheit enthaltenen NC-Programme analysiert und optimiert. Die wesentlichen Funktionen des bekannten Vorschubsimulationsmoduls sind die Visualisierung des Materialabtrages zur Kontrolle der NC-Programme, eine Optimierung der NC-Programme durch Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit sowie eine wahlweise spezielle Anpassung von Bearbeitungs- Vorgängen. Dabei werden kritische Situationen wie Gegenlauf und großer Umschlingungswinkel berücksichtigt, Leerwege optimiert, z. B. die Spindeldrehzahl wahlweise und bei Abdrängungsproblemen besonders angepasst. Mit diesem Vorschubsimulationsmodul kann der Materialabtrag vom Werkstück mittels des Werkzeugs durch ein diskretes Abtragsmodell (Nagelbrettmodell) wirksam und schnell simuliert werden, weil bei den Bearbeitungs-Vorgängen ständig wechselnde Werkzeugbelastungen auftreten können. Die Form des Werkstücks nach den realen Bearbeitungs-Vorgängen soll der Ausgangspunkt für die Optimierung der nachfolgenden Bearbeitungs-Vorgänge sein. Bedingt durch das von den ersten Bearbeitungs- Vorgängen verbleibende Oberflächenprofil können bei den nachfolgenden Bearbeitungs- Vorgängen ständig wechselnde Werkzeugbelastungen auftreten. Der vorschubgeschwindigkeitsbezogene Materialabtrag wird ausgewertet und das Vorschubsimulationsmodul ist durch die volumendiskrete Simulation in der Lage, die Schwankungen in der Werkzeugbelastung zu erkennen und die Vorschubgeschwindigkeit entsprechend schnell anzupassen.It is a volume-discrete, in particular removal-related simulation module "Ncspeed" to optimize the feed speed (feed simulation module) given processing paths at the Internet address http: / / www.formtec.de from 09/12/2000, the. in an associated data processing system stored feed simulation module contained in the CAM module unit NC programs analyzed and optimized. The main functions of the known Feed simulation module are the visualization of the material removal for control of the NC programs, an optimization of the NC programs by adapting the Feed speed as well as an optional special adaptation of machining Operations. Critical situations such as counter-current and major Wrap angle taken into account, free travel optimized, e.g. B. the spindle speed optionally and specially adapted for displacement problems. With this Feed simulation module can remove material from the workpiece using the Tool quickly and effectively thanks to a discreet removal model (nail board model) be simulated because the machining processes are constantly changing Tool loads can occur. The shape of the workpiece according to the real one Machining operations should be the starting point for optimizing the subsequent ones Processing operations. Due to the fact that from the first machining Operations remaining surface profile can in the subsequent processing Processes constantly changing tool loads occur. The Feed rate-related material removal is evaluated and that The feed simulation module is able to use the volume-discrete simulation Recognize fluctuations in the tool load and the Adjust the feed speed accordingly quickly.
Dem Anwender stehen dabei lediglich nur Trial- und Errorverfahren zur Verfügung, in denen die geeigneten Werkzeugbahnen generiert, getestet werden, wobei bei auftretenden Kollisionen durch den manuellen Eingriff des Anwenders eine Kollisionsbehebung durch Schreiben eines neuen Programms gefunden und durchgeführt werden muss. Insbesondere fehlen Daten zur Maschinen- und Aufspannsituation bei der NC-Bahnberechnung, so dass die Berechnung sich nur auf die ursprünglichen Bahnen beschränkt.Only trial and error procedures are available to the user, in which the suitable tool paths are generated, tested, with at occurring collisions due to manual intervention by the user Collision repair found by writing a new program and must be carried out. In particular, data on machine and Clamping situation in the NC path calculation, so that the calculation is only based on limited the original orbits.
Es ist unter der Internet-Adresse http:/ / www.opus-cam.de vom 22.09.2000 ein anderes modular aufgebautes Programmiersystemmodul OPUS (Offenes Produktions- Unterstützungs-System) beschrieben, das ein anpassfähiges NC-Programmiersystem darstellt. Das modular aufgebaute Systemmodul umfasst neben den Kern-Modulen zur Kontur-Erfassung bzw. -Aufbereitung, zum Editieren von NC-Programmen, zum Definieren und Berechnen der Werkzeugbahnen, zum Generieren eines Quellprogrammes, zum Simulieren und den Postprozessoren auch Module, die das Einbinden des Systems in das betriebliche Umfeld ermöglichen, wie z. B. die integrierte Makro-Programmiersprache, CAD-Übernahme-Module, Ein- und Ausgabe- sowie DNC- Module und die Möglichkeit der PPS-Anbindung. Das Systemmodul verfügt über ein Datenbank-Konzept zur Verwaltung der NC-Programme, der Werkzeuge, der Spannmittel, von technologischen Daten, der Konturen usw. Dabei werden alle gängigen NC-Maschinen-Bearbeitungs-Vorgänge, wie z. B. Drehen (2 Achsen, 4 Achsen und angetriebene Werzeuge), Fräsen (bis 5 Achsen-Mehrseitenbearbeitung), Brennschneiden, Drahterodieren (2 und 4 Achsen), aber auch NC-Sonder-Maschinen, z. B. Mehrspindel-Bohrmaschinen, unterstützt.It is different at the Internet address http: / / www.opus-cam.de from 22.09.2000 Modular programming system module OPUS (open production Support system), which is an adaptable NC programming system represents. The modular system module includes in addition to the core modules Contour acquisition or preparation, for editing NC programs, for Define and calculate the tool paths to generate one Source program, to simulate and the postprocessors also modules that Integrate the system into the operational environment, such as B. the integrated Macro programming language, CAD takeover modules, input and output as well as DNC Modules and the possibility of PPS connection. The system module has a Database concept for managing the NC programs, the tools, the Clamping devices, from technological data, the contours, etc. All common NC machine machining operations such as B. Turning (2 axes, 4 axes and driven tools), milling (up to 5 axes multi-sided machining), Flame cutting, wire EDM (2 and 4 axes), but also special NC machines, z. B. Multi-spindle drilling machines supported.
Des Weiteren ist unter der Internet-Adresse http:/ / www.openmind.de vom 20.07.2000 ein 5-Achs-Simultanbearbeitungsmodul beschrieben, das die 5-Achs- Simultanbearbeitung realisieren soll. Dieses 5-Achs-Simultanbearbeitungsmodul in Form eines NC-Programmmoduls ist als Zusatzmodul für integrierte CAM-Lösungen vorgesehen. Damit soll das Werkstück möglichst in einer Aufspannung nahezu vollständig spanend bearbeitet werden, um andere Bearbeitungs-Vorgänge, wie z. B. das Senkerodieren, zu minimieren. Dies erfordert NC-Programmiermodule, die 2D und 3D vereinigen und die 5-Achs-Simultanbearbeitung unterstützen. Über einen Flächenverbund hinweg wird die NC-Bahn berechnet und dabei erfolgt die Kollisionskontrolle automatisch. Die Bearbeitung des Werkstücks ist in nur einer Aufspannung möglich.Furthermore, the Internet address is http: / / www.openmind.de from July 20th, 2000 described a 5-axis simultaneous machining module that the 5-axis Realize simultaneous processing. This 5-axis simultaneous machining module in shape of an NC program module is an additional module for integrated CAM solutions intended. This means that the workpiece should be as close to one clamping as possible fully machined to perform other machining operations such as B. that Die sinking, to minimize. This requires NC programming modules that are 2D and 3D unite and support the 5-axis simultaneous machining. About one Across the area, the NC path is calculated and this is done Collision control automatically. The machining of the workpiece is in just one Clamping possible.
Unter der Internet-Adresse http./ / www.openmind.de vom 20.07.2000 ist auch ein CAM orientierter Modul "hyperMill" beschrieben, in dem einzelne Bearbeitungs-Vorgänge als Kombination aus Werkstückgeometrie, Werkzeug und Bearbeitungsstrategie definiert werden. Diese Kombination kann vom Anwender bei Bedarf jederzeit neu definiert werden. Ändert sich beispielsweise die Geometrie eines Werkstücks, wird eine neue Werkstückgeometrie ausgewählt. Innerhalb der CAM-Moduleinheit können die Bearbeitungs-Bahnen nicht nur manuell, sondern auch automatisch berechnet werden. Die zugehörige automatische Kollisionskontrolle, in die auch der Werkzeughalter eingeschlossen ist, bleibt aber auf den Bereich der CAM-Moduleinheit beschränkt. Zur Bearbeitung eines Werkstücks werden somit die originalen Ausgangs-Bearbeitungs- Bahnen festgelegt, die keine Rückmeldung vom jeweils augenblicklichen Bearbeitungs- Vorgang erhalten, wenn während des Bearbeitungs-Vorgangs doch eine Kollision stattfinden sollte.A CAM is also available at the Internet address http./ / www.openmind.de from July 20, 2000 oriented module "hyperMill" described in which individual processing operations as Combination of workpiece geometry, tool and machining strategy defined become. This combination can be redefined by the user at any time if required become. If, for example, the geometry of a workpiece changes, a new one is created Workpiece geometry selected. Within the CAM module unit, the Processing paths are not only calculated manually, but also automatically. The associated automatic collision control, which also includes the tool holder is included, but remains limited to the area of the CAM module unit. to Machining of a workpiece is thus the original starting machining Paths that do not provide feedback on the current processing Process received if there is a collision during the machining process should take place.
Das Problem besteht aber auch darin, dass die Daten der aktuellen Bearbeitungs- Vorgänge zur Korrektur nicht eingesetzt werden können. Ebenso werden keine Maschinen berücksichtigt. Die Kollisionsbehebung beschränkt sich darauf, korrekte statische Bahnen herauszuarbeiten, die aber nicht unmittelbar vor dem nächsten Bearbeitungs-Vorgang zur Verfügung stehen. The problem is also that the data of the current machining Correction processes cannot be used. Likewise, none Machines considered. The collision repair is limited to correct to work out static paths, but not immediately before the next one Editing process are available.
Ein Problem der bekannten CAM-Moduleinheiten, insbesondere bei den NC-Bahnberechnungen besteht also darin, dass in den Datensätzen und in den zugehörigen Programmen die Maschinendaten und die Aufspanndaten der Werkzeuge und der Werkstücke nicht berücksichtigt werden.A problem with the known CAM module units, especially with the NC path calculations therefore consist of the fact that in the data records and in the associated programs, the machine data and the clamping data of the tools and the workpieces are not taken into account.
Ein anderes Systemmodul ist unter der Internet-Adresse http:/ / solidworks.cad.de vom 12.09.2000 beschrieben, wobei in der Datenverabeitungsanlage eine CAD-Moduleinheit, insbesonde 3D-CAD-Moduleinheit "Solidworks" (CSG-Volumenmodell, wobei CSG "Constructive Solid Geometry" bedeutet) vorhanden ist, in der im Wesentlichen Maschinensimulationen möglich sind und ein Kollisionen schnell erkennendes Simulationsmodul zur mathematisch definierten Volumenmodellierung (Volumenmodellierungssimulationsmodul) vorhanden ist. In dem Volumenmodellierungssimulationsmodul kann eine Simulation der kompletten Aufspannsituation, inklusive der Maschine, des Werkzeughalters, der Spindel, und der aktuellen Ist-Geometrie des Werkstücks durchgeführt werden, wobei eine schnelle Kollisionserkennung zwischen Körpern, insbesondere von Werkzeugen an einer Maschine, die sich in ihrer geometrischen Gestalt nicht verändern, möglich ist.Another system module is available at http: / / solidworks.cad.de from 09/12/2000, wherein in the data processing system a CAD module unit, in particular 3D CAD module unit "Solidworks" (CSG volume model, whereby CSG "Constructive Solid Geometry" means) exists essentially Machine simulations are possible and a collision is quickly recognized Simulation module for mathematically defined volume modeling (Volume modeling simulation module) is available. By doing Volume modeling simulation module can be a simulation of the complete Clamping situation, including the machine, the tool holder, the spindle, and the current actual geometry of the workpiece can be carried out, with a quick Collision detection between bodies, especially tools on one Machine that does not change in its geometric shape is possible.
Bei der Simulation wird zumindest die betreffende Maschine auf dem Bildschirm der Eingabe-/Ausgabeeinrichtung der Datenverarbeitungsanlage modellartig abgebildet.During the simulation, at least the machine in question is displayed on the screen Input / output device of the data processing system modeled.
Ein Problem besteht darin, dass im bekannten Volumenmodellierungssimulationsmodul eine parametrische Volumenmodellierung zwar durchgeführt, aber die Beziehung des Materialabtrags zur Vorschubgeschwindigkeit nicht berücksichtigt worden ist. Insbesondere mit dem zugehörigen parametrischen Volumenmodellierungsmodul "Parasolid", das unter der Internet-Adresse http:/ / www.parasolid.de vom 12.09.2000 beschrieben ist, soll ermöglicht werden, dass Körper schnell modelliert und manipuliert, Massen-, Schwerpunkts- und Durchdringungsberechnungen durchgeführt sowie Objekte in verschiedenen Darstellungsarten inkl. Bilddarstellung angegeben werden können. Die Körper werden durch deren Begrenzungselemente beschrieben, so dass schnelle und genaue Volumenberechnungen durchgeführt werden können.One problem is that in the known volume modeling simulation module a parametric volume modeling was carried out, but the relationship of the Material removal at the feed rate has not been taken into account. In particular with the associated parametric volume modeling module "Parasolid", which is available at the Internet address http: / / www.parasolid.de from 12.09.2000 is to enable bodies to be modeled and manipulated quickly, Mass, center of gravity and penetration calculations performed as well as objects can be specified in various display types including image display. The Bodies are described by their boundary elements, so that fast and exact volume calculations can be carried out.
Das Programmmodul Solidworks ist für den Maschinenbau, Anlagenbau, Formenbau und Industriedesign einsetzbar und stellt eine in Windows integrierte 3D-CAD- Moduleinheit für das parametrische Konstruieren dar. Solidworks ermöglicht durch die optimale Umsetzung der Konstruktionsabsicht und der notwendigen Änderungen einen sehr kurzen Konstruktionsprozess. The Solidworks program module is for mechanical engineering, plant construction, mold making and industrial design can be used and provides a 3D CAD integrated in Windows Module unit for parametric design. Solidworks enables through the optimal implementation of the design intent and the necessary changes very short design process.
Dem bekannten Volumenmodellierungssimulationsmodul kann eine API-Schittstelle (Programmierbare Anwendungs-Schnittstelle) zugeordnet sein, mit der die zugehörigen, programmtechnisch miteinander verbundenen Modulteile innerhalb des Volumenmodellierungssimulationsmoduls angesprochen werden können.The known volume modeling simulation module can be an API interface (Programmable application interface) with which the associated, programmatically interconnected module parts within the Volume modeling simulation module can be addressed.
Die jeweiligen Probleme des bekannten Volumenmodellierungssimulationsmoduls und des bekannten Vorschubsimulationsmoduls in Bezug auf Kollisionen bestehen darin, dass deren Wirksamkeit im Wesentlichen nur auf das unterschiedlich durchgeführte Erkennen von Kollisionen beschränkt bleibt und programmtechnisch bedingt, unabhängig voneinander existierende Simulationsmodule darstellen.The respective problems of the known volume modeling simulation module and of the known feed simulation module with regard to collisions consist in that their effectiveness is essentially only based on the differently carried out Detection of collisions remains limited and program-related, represent existing simulation modules independently of each other.
Demzufolge können weder die bekannten Systeme mit dem abtragsbezogenen Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung noch die bekannten Systeme mit dem kollisionserkennenden Simulationsmodul zur Volumenmodellierung jeweils allein anlagenintern Bearbeitungs-Bahnen zur Umgehung und Vermeidung von Kollisionen korrigieren. Die Behebung einer Kollision ist zwar über die Eingabe- /Ausgabeeinrichtung (Bildschirm und Tastatur) der Datenverarbeitungsanlage manuell möglich, aber nicht anlagenintern, was dazu führt, dass die Bearbeitungs-Vorgänge trotzdem ständig bildschirmseitig überwacht werden müssen.As a result, neither the known systems with the erosion-related Simulation module for feed rate optimization still the known ones Systems with the collision-detecting simulation module for volume modeling each in-plant processing lanes to avoid and avoid Correct collisions. A collision can be remedied using the input / Output device (screen and keyboard) of the data processing system manually possible, but not within the plant, which leads to the machining operations nevertheless have to be constantly monitored on the screen side.
Ein weiteres Problem der bekannten CAD-/CAM-Moduleinheiten besteht darin, dass unter Einbeziehung des bedienenden Anwenders die Berechnungszeiten und somit die Erstellungsdauer neuer Bearbeitungs-Bahnen zur Vermeidung von Kollisionen unökonomisch lang sind.Another problem with the known CAD / CAM module units is that with the involvement of the user, the calculation times and thus the Creation time of new processing tracks to avoid collisions are uneconomically long.
Insbesondere im Fräsbereich weisen die zur Verfügung stehenden Systeme folgende
Einschränkungen auf:
Erstens beziehen sich die Kollisionsbetrachtungen nicht auf die während der
Bearbeitung sich verändernde Werkstückgeometrie, weil nur eine Kollision zwischen
Maschine und Sollgeomtrie des Werkstücks eventuell mit einem konstanten Aufmaß
geprüft wird.In the milling area in particular, the systems available have the following restrictions:
First, the collision considerations do not refer to the workpiece geometry that changes during machining, because only a collision between the machine and the target geometry of the workpiece may be checked with a constant allowance.
Zweitens werden die bekannten Kollisionen nicht behoben. Es ist immer ein Rückschritt zur CAM-Moduleinheit erforderlich, um ein neues NC-Programm zu erzeugen. Second, the known collisions are not resolved. It is always a step backwards to the CAM module unit required to create a new NC program.
Das Bestreben, den aktuellen Bearbeitungsort zwischen Werkstück und Werkzeug sowie die zugehörigen Daten aller beteiligten Körper festzustellen, ist in der Druckschrift DE 196 07 599 A1 beschrieben, wobei im dortigen System zur Messung der aktuellen Daten des Werkzeughalters, des Werkstücks und der Maschine mehrere optische Messeinrichtungen angebracht sind, die die augenblicklichen Daten der Standorte an die zugehörige Datenverarbeitungsanlage weitergeben sollen. Die Messeinrichtungen sind aber nicht so ausgebildet, dass sie zusätzlich aufwandslos zu einer Messung des augenblicklichen Ortes des Bearbeitungs-Vorgangs führen. Im Gegenteil müssen sie wegen der Kollisionsgefahr weit entfernt vom aktuellen Ort der Bearbeitung angebracht sein, damit die Beweglichkeit der Werkzeuge nicht eingeschränkt wird und die Messeinrichtungen selbst nicht Kollisionsobjekte werden. Dadurch erscheint die Fehlerquote der Messungen groß und die jeweilige Nachjustierung der Messeinrichtungen an den verschiedenen Körpern sehr aufwendig.The effort to find the current machining location between workpiece and tool and to determine the associated data of all bodies involved is in the publication DE 196 07 599 A1, where in the local system for measuring the current Data of the tool holder, the workpiece and the machine several optical Measuring devices are attached, which the current data of the locations to the associated data processing system should pass on. The measuring devices are but not designed in such a way that it can also be used to measure the the current location of the processing operation. On the contrary, they have to Because of the risk of collision, it is far from the current processing location be so that the mobility of the tools is not restricted and the Measuring devices themselves are not collision objects. This will make the Error rate of the measurements large and the respective readjustment of the Measuring devices on the various bodies are very complex.
Ein ähnliches System ist unter der Internet-Adresse http:/ / www.mech.ed.ac.uk vom 20.09.2000 als CNC-Simulationsmodul Vericut beschrieben, mit dem das CNC- Programm am Computer virtuell durch Simulation überprüft werden kann, bevor es an die Werkzeugmaschine gesendet wird. Dabei können verschiedene Formate für Fräsen, Bohren, Drehen, Drahterodieren und Drehfräsen eingesetzt werden. Der NC- Programmierer als Anwender kann Fehler korrigieren, überflüssige Verfahrwege (Werkzeugwege) eliminieren und anschließend das Programm an die Maschine geben. In dieser bekannten Technologie wird die Simulation der CNC-Maschine einschließlich Materialabtrag in einem integrierten Prozess dargestellt. Es enthält eine Methode zum Testen von NC-Bearbeitungsanwendungen in der Datenverarbeitungsanlage. Unter Berücksichtigung von Werkstückbeschreibung und des zugehörigen NC-Programmes wird die NC-Bearbeitung am Bildschirm simuliert. Vericut erstellt dabei ein Modell des fertigen Werkstücks auf dem Bildschirm der Eingabe-/Ausgabeeinrichtung. Der Anwender kann sehen, an welcher Stelle nicht korrekte Bearbeitungsbedingungen vorliegen. Als Teil des Tests wird außerdem das Volumen des fertigen Werkstücks berechnet, so dass der Materialabfallanteil deutlich erkennbar wird. Zu den Funktionen von Vericut gehört auch die vollständige grafische Kontrolle über Dimension, Platzierung und Orientierung des Rohmaterials sowie die Bilddarstellung von Fräs- und Bohrvorgängen mit simultaner Bewegung von 2 bis zu 5 Achsen. Außerdem wird das Zusammenspiel traditioneller Werkzeug-Werkstück-Verifikation und Maschinensimulation unterstützt, so dass der Anwender entscheiden kann, ob er das Werkzeug und das Werkstück auf dem Bildschirm sehen will oder zusätzlich das vollständige Maschinenmodell einschließlich der Aufspannung. Mit dem bekannten CNC- Simulationsmodul kann auf der Basis der bearbeiteten Werkstückgeometrie ein verwertbares CAD-Modell erzeugt werden. Es werden IGES-Daten, native CAD-Formate wie auch STL-Daten exportiert. So kann der Anwender die bearbeiteten Geometrien in seinem CAD-System weiter verwenden.A similar system is available at http: / / www.mech.ed.ac.uk from September 20, 2000 described as a CNC simulation module Vericut, with which the CNC Program on the computer can be checked virtually by simulation before it starts the machine tool is sent. Different formats for milling, Drilling, turning, wire EDM and rotary milling can be used. The NC Programmers as users can correct errors, unnecessary travels Eliminate (toolpaths) and then send the program to the machine. In this known technology, the simulation of the CNC machine is included Material removal shown in an integrated process. It contains a method for Testing NC processing applications in the data processing system. Under Consideration of workpiece description and the associated NC program NC machining is simulated on the screen. Vericut creates a model of the finished workpiece on the screen of the input / output device. The User can see at which point incorrect machining conditions available. The volume of the finished workpiece is also part of the test calculated so that the proportion of material waste is clearly recognizable. To the functions Vericut also includes full graphical control over dimension, placement and orientation of the raw material as well as the image representation of milling and Drilling processes with simultaneous movement from 2 to 5 axes. Besides, that will Interaction of traditional tool and workpiece verification and Machine simulation is supported so that the user can decide whether to do it Tool and want to see the workpiece on the screen or additionally that full machine model including clamping. With the well-known CNC Simulation module can be based on the machined workpiece geometry usable CAD model can be generated. It is IGES data, native CAD formats as well as STL data exported. So the user can edit the machined geometries in continue to use his CAD system.
Ein Problem aller zur Verfügung stehenden Simulationsmodul-Lösungen besteht darin, dass in vielen Fällen zwar eine Kollision zwischen Maschine und Sollgeometrie des Werkstücks, eventuell mit einem konstanten Aufmass versehen, geprüft und festgestellt werden kann, aber die Kollisionsbetrachtungen sich nicht auf die zeitkonform tatsächliche, sich während der Bearbeitung verändernde Werkstückgeometrie beziehen. Des Weiteren werden erkannte Kollisionen nicht modul- und/oder anlagenintern behoben. Es ist ein vom Anwender gelenkter Rückschritt zur CAM-Moduleinheit notwendig, um darin ein neues NC-Programm zu erzeugen. Es läuft also dort ein iterativer Prozess mit entsprechend langen Laufzeiten ab, wobei zwischen den Bearbeitungs-Vorgängen größere Zeitabstände vorhanden sind.One problem with all available simulation module solutions is that in many cases a collision between the machine and the target geometry of the Workpiece, possibly provided with a constant oversize, checked and determined can be, but the collision considerations do not conform to the time actual workpiece geometry changing during machining. Furthermore, detected collisions are not internal to the module and / or system Fixed. It is a user-led step back to the CAM module unit necessary to create a new NC program in it. So it runs in there iterative process with correspondingly long runtimes, whereby between the Machining processes have larger intervals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen an Werkstücken anzugeben, das die zuvor genannten Probleme vermeidet.The invention has for its object a system and a method for creating of multi-axis machining operations on workpieces that specify the previous avoids the problems mentioned.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 3 und 27 angegebenen Ausführungsformen der Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by those specified in claims 1, 3 and 27 Embodiments of the invention solved. Training and advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß über das Erkennen von Kollisionen hinaus eine anlageninterne Behebung der Kollision vor der Durchführung des jeweils nächsten Bearbeitungs-Vorgangs herbeigeführt werden kann. Zusätzlich können die vorhandenen Werkzeugmaschinen, insbesondere der zur Verfügung stehende Werkzeugmaschinenpark in das System einbezogen und optimal zur Kollisionsvermeidung genutzt werden. Langzeitliche iterative Angleichungsvorgänge werden vermieden.The invention has the advantage that in addition to the detection of collisions In-plant correction of the collision before the next one is carried out Editing process can be brought about. In addition, the existing Machine tools, especially the one available Machine tool park included in the system and optimal for Collision avoidance can be used. Long-term iterative alignment processes are avoided.
In dem System zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen an Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 steht das Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung sowohl mit einem Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen als auch mit einem Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen in Verbindung, wobei im Modul zur Simulation von Bearbeitungs- Vorgängen das volumendiskrete Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung und ein kollisionserkennendes Simulationsmodul zur Volumenmodellierung vorhanden und miteinander programmtechnisch sowie signalkommunizierend verbunden sind, die mit einem Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung in Verbindung stehen, das seine Kollisionsbehebungssignale über das signalverbundene Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung an das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen derart weitergibt, dass mit dessen Daten auf mindestens einer wahlweise festgelegten Werkzeugmaschine das betreffende Werkstück durch mindestens ein definiertes Werkzeug kollisionsfrei bearbeitbar ist.In the system for the creation of multi-axis machining processes Workpieces according to the preamble of claim 3, the module is available Data preparation and synchronization both with a main module for simulation of machining processes as well as with a module for recording collision-free Machining paths in connection, whereby in the module for the simulation of machining Processes the volume-discrete simulation module Feed speed optimization and a collision detection simulation module available for volume modeling and with each other programmatically as well signal-communicating that are connected to a simulation module for internal collision repair related to his Collision correction signals via the signal-connected module for data processing and synchronization to the module for recording collision-free machining paths passes on in such a way that with its data on at least one optionally specified Machine tool the workpiece concerned by at least one defined Tool is editable without collision.
Das volumendiskrete Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung und das kollisionserkennende Simulationsmodul zur Volumenmodellierung stehen mit dem Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung vorzugsweise schnittstellenverkoppelt in Verbindung, wobei im Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung als Kollisionsbehebungsmittel vorzugsweise veränderbare Anstellwinkel und/oder veränderbare Auskraglängen der jeweiligen Werkzeuge dienen. Das volumendiskrete Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung weist im Wesentlichen Daten vom Werkzeug und Material auf und ist für eine Werkstückvolumenänderung, insbesondere für eine Materialabtragung, vorzugsweise Fräsen, Schruppen, Bohren und/oder für eine Materialauftragung, vorzugsweise Aufschweißen am Werkstück ausgebildet.The volume-discrete simulation module for feed rate optimization and the collision-detecting simulation module for volume modeling are available with the Simulation module for internal collision elimination preferably Interface-linked in connection, with the simulation module for internal Collision elimination as collision elimination means preferably changeable Angle of attack and / or adjustable cantilever lengths of the respective tools are used. The volume-discrete simulation module for feed rate optimization shows essentially data from tool and material and is for one Workpiece volume change, especially for material removal, preferably Milling, roughing, drilling and / or for a material application, preferably Welding formed on the workpiece.
Zur Datenverarbeitungsanlage gehört eine zumindest mit einer Tastatur und einem Bildschirm versehene Eingabe-/Ausgabeeinrichtung, mittels der die realen und virtuellen Bearbeitungs-Vorgänge wahlweise gestartet und beendet werden.The data processing system includes at least one keyboard and one On-screen input / output device, by means of which the real and virtual Editing processes can be started and ended optionally.
Die betätigbare CAM-Moduleinheit enthält insbesondere im Datenbankmodul auch Daten zur Sollgeometrie der Werkstücke und Daten zu den zugehörigen Bearbeitungs- Vorgängen sowie im Datenmodul für Soll-Bearbeitungs-Bahnen neben den Soll- Bearbeitungs-Bahn-Daten auch das zugehörige Sollmaß.The actuatable CAM module unit also contains, in particular in the database module Data on the target geometry of the workpieces and data on the associated machining Operations as well as in the data module for target machining paths in addition to the target Machining path data also the associated target dimension.
Das Datenmodul für Soll-Bearbeitungs-Bahnen enthält auch die dynamischen Daten der Maschinen, insbesondere die Daten zu den Vorschubgeschwindigkeiten bezüglich der Materialvolumenänderungen am Werkstück sowie die Werkstückrohteildaten und die Werkzeugdaten. The data module for target machining paths also contains the dynamic data of the Machines, especially the data on the feed speeds with regard to the Material volume changes on the workpiece as well as the workpiece blank data and the Tool data.
Das schnell Kollisionen erkennende Simulationsmodul zur Volumenmodellierung enthält Daten zur Definition der Werkzeugmaschinen, zu deren geometrischen Aufbau und zu den zugehörigen Bewegungsmöglichkeiten sowie Daten zur kompletten Aufspannsituation, zum Werkzeughalter, zur Spindel und zur aktuellen Werkstückrohteilgeometrie.The simulation module for volume modeling, which quickly detects collisions, contains Data for the definition of machine tools, their geometric structure and the associated movement options and data for the complete Clamping situation, for the tool holder, for the spindle and for the current one Werkstückrohteilgeometrie.
Das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übernimmt die ermittelten kollisionsfreien Bahnkoordinaten und zugehörigen Daten aus dem Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung und übermittelt die Daten an die jeweilige Werkzeugmaschine zur Durchführung der auf ihr stattfindenden, wahlweise korrigierten oder ursprünglich kollisionsfreien Bearbeitungs-Vorgänge.The module for recording collision-free machining paths takes over collision-free path coordinates and associated data from the module Data preparation and synchronization and transmits the data to the respective Machine tool to carry out the optionally corrected on it or originally collision-free machining processes.
Das Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen kann als ein Regelkreis zur automatischen Erzeugung von kollisionsfreien Bearbeitungs-Bahnen ausgebildet sein, wobei insbesondere zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen an einem Werkstück mittels Werkzeuge im Rahmen eines Maschinenparks mit mehreren Werkzeugmaschinen im Wesentlichen die CAM-Moduleinheit, das Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung, das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen sowie das Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs- Vorgängen beteiligt sind und wobei vom Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen die übernommenen und gespeicherten Daten von kollisionsfreien Bearbeitungs-Bahnen in Koordinatenform/Vektorform dem Werkzeug bzw. dem Werkzeughalter, dem Spannmittel des betreffenden Werkstücks und der betriebenen Werkzeugmaschine signaltechnisch mitteilbar sind.The main module for simulating machining operations can act as a control loop designed for the automatic generation of collision-free machining paths be, in particular for the creation of multi-axis machining processes one workpiece using tools as part of a machine park with several Machine tools essentially the CAM module unit, the module for Data preparation and synchronization, the module for recording collision-free Machining tracks and the main module for simulating machining Processes are involved and being from the module to recording collision-free Processing lanes the transferred and stored data from collision-free Machining paths in coordinate form / vector form the tool or the Tool holder, the clamping device of the workpiece concerned and the operated Machine tool can be communicated in terms of signals.
Das Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen enthält das kollisionserkennende Simulationsmodul zur Volumenmodellierung, das volumendiskrete Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung (Vorschubsimulationsmodul) sowie das Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung mit dem zugehörigen Zusammenspiel der darin befindlichen Programme, wobei das Zusammenspiel über eine zum Vorschubsimulationsmodul vorzugsweise zugehörige Schnittstelle erfolgen kann, und des Weiteren ein Vergleichsmodul zur Durchführung eines Vergleiches zwischen Soll-Bahn und der tatsächlichen Ist-Bahn während eines laufenden realen und/oder eines virtuellen Bearbeitungs-Vorganges sowie ein Feststellmodul zur Feststellung von Kollisionsdaten. The main module for the simulation of machining processes contains this collision-detecting simulation module for volume modeling, the volume-discrete Simulation module for feed rate optimization (Feed simulation module) and the simulation module for the internal system Collision elimination with the associated interaction of those contained therein Programs, where the interaction via a feed simulation module preferably associated interface can take place, and also a Comparison module for carrying out a comparison between the target path and the actual actual path during a running real and / or a virtual Processing process and a locking module for the detection of collision data.
Dem Simulationsmodul zur anlageninteren Kollisionsbehebung kann im Wesentlichen eine zum Regelkreis gehörende Regelstrecke, in der Stellgrößen operieren, zwischen dem Feststellmodul und dem Vergleichsmodul zugeordnet sein.The simulation module for internal collision correction can essentially a controlled system belonging to the control loop, in which manipulated variables operate, between be assigned to the locking module and the comparison module.
Das Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen weist in dynamischer Hinsicht den Kollisionsbehebungs-Regelkreis auf, wobei das Volumenmodellierungssimulationsmodul und das Vorschubsimulationsmodul als vereintes hybrides Simulationsmodul durch den Steuerungsprozess der Datenverarbeitungsanlage im Rahmen des Kollisionsbehebungsprozesses im Regelkreis verbunden sind.The main module for simulating machining operations points in dynamic Regarding the collision avoidance control loop, where the Volume modeling simulation module and the feed simulation module as united hybrid simulation module through the control process of Data processing system in the context of the collision correction process in Control loop are connected.
Zum Zusammenspiel innerhalb des hybriden Simulationsmoduls tragen vorzugsweise ein zugehöriges Zuordnungsmodul für virtuelle Maschinendaten der drei Werkzeugmaschinen sowie ein Zuordnungsmodul für virtuelle Anstellwinkel und/oder virtuelle Auskraglängen der Werkzeuge und ein Zuordnungsmodul für virtuelle Werkstückdaten bei, wobei die realen Daten in der Datenverarbeitungsanlage mit den virtuellen Daten in den Zuordnungsmodulen proportional übereinstimmen.Contributing to the interaction within the hybrid simulation module is preferred an associated assignment module for virtual machine data of the three Machine tools and an assignment module for virtual angles of attack and / or virtual cantilever lengths of the tools and an assignment module for virtual Workpiece data, with the real data in the data processing system with the virtual data in the assignment modules match proportionally.
Alle beteiligten und genannten Module enthalten wahlweise sowohl Daten als auch Programme zur Verarbeitung eingehender und vorhandener Daten, wobei die Programme wahlweise zusätzliche, mit den anderen Modulen kommunizierende Unterprogramme und/oder Schnittstellenprogramme aufweisen.All participating and named modules optionally contain both data and Programs for processing incoming and existing data, whereby the Programs optionally additional, communicating with the other modules Have subroutines and / or interface programs.
Die Simulationsprogramme, bei denen insbesondere die realen und virtuellen Daten zum Zusammenspiel mit den verbundenen Modulen beitragen, weisen Daten, insbesondere sowohl Soll-, Ist- als auch Toleranzdaten aller beteiligten Körper auf, wobei die in der Simulationsmodulen erzeugten virtuellen Modelle in die reale Daten enthaltenen Module eingespeichert und von dort als real umsetzbare Daten abrufbar sind.The simulation programs, in which in particular the real and virtual data for Interaction with the connected modules contribute to data, in particular both target, actual and tolerance data of all bodies involved, the in the Simulation modules generated virtual models in the modules containing the real data stored and can be called up from there as realizable data.
Vorzugsweise ist das volumendiskrete Simulationsmodul zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung durch Untermodule zur Rücksetzung der Simulation auf einen vorgegebenen Punkt, zum Schreiben eines veränderten NC- Programms sowie zur Mitführung einer Booleschen Matrix zur Verwaltung der veränderten NC-Bahn erweiterbar sowie enthält wahlweise eine Schnittstelle zum Abgreifen der Höheninformationen der diskreten Modellsäulen, vorzugsweise der Nagelbrettausbildungen. The volume-discrete simulation module is preferably for Feed speed optimization through sub-modules for resetting the Simulation on a given point, for writing a modified NC Program and to carry a Boolean matrix to manage the modified NC path expandable and optionally includes an interface to the Tapping the height information of the discrete model columns, preferably the Nailboard training.
Zwischen dem Volumenmodellierungssimulationsmodul und dem Vorschubsimulationsmodul ist ein Untermodul zur Kommunikation, vorzugsweise zur Interprozesskommunikation vorhanden.Between the volume modeling simulation module and the Feed simulation module is a sub-module for communication, preferably for Interprocess communication available.
Es ist ein Kollisionsvermeidermodul vorgesehen, das programm- und signaltechnisch mit der CAM-Moduleinheit, insbesondere mit dem Datenmodul für Soll-Bearbeitungs- Bahnen und dem Datenbankmodul sowie dem Simulationsmodul zur parametrischen Volumenmodellierung verbunden ist, wobei vom Simulationsmodul zur parametrischen Volumenmodellierung insbesondere sowohl Datenpakete zur Maschinenbeschreibung als auch Datenpakete zur Kollisionsobjektdarstellung an das Kollisionsvermeidermodul signaltechnisch übermittelt werden, wobei der Kollisionsvermeidermodul im Wesentlichen der programm- und signaltechnischen Vereinigung der Module - Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung, Vergleichsmodul, Vorschubsimulationsmodul, Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung, Festellmodul - entspricht.A collision avoidance module is provided, which is part of the program and signal technology the CAM module unit, in particular with the data module for target processing Paths and the database module as well as the simulation module for parametric Volume modeling is connected, whereby from the simulation module to the parametric Volume modeling in particular both data packages for machine description as well as data packets for collision object display to the collision avoidance module are transmitted in terms of signaling, the collision avoidance module in the Essentially the programming and signaling association of the modules - module for Data preparation and synchronization, comparison module, feed simulation module, Simulation module for internal collision correction, locking module - corresponds.
Der Kollisionsvermeidermodul steht mit einem Untermodul mit einer Kollisionsvermeidungsheuristik in Verbindung, das im Wesentlichen programmtechnische Kollisionsobjekt-/-paar-Vermeidungsdialoge enthält, wobei vom Kollisionsvermeidermodul aus Daten über das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen in einem kollisionsfreien NC-Programm an die zutreffende Werkzeugmaschine weitergeleitet werden.The collision avoidance module stands with a sub-module with a Collision avoidance heuristic related, that essentially contains programmatic collision object / pair avoidance dialogues, whereby from Collision avoidance module from data on the module for recording collision-free Machining paths in a collision-free NC program to the appropriate one Machine tool to be forwarded.
Die Hauptträger des Kollisionsvermeidermoduls sind das Vorschubsimulationsmodul und ein Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung, Gas Teil des Volumenmodellierungsmoduls ist, das vorzugsweise ein parametrisches Volumenmodellierungsmodul enthält, wobei ein Bindeglied zwischen dem Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung und dem Untermodul zur parametrischen Volumenmodellierung ein Untermodul zur Maschinenaufbereitung ist, in dem eingehende Datenpakete zur Maschinenbeschreibung und zur Kollisionsobjektdarstellung aus dem Zuordnungsmodul für virtuelle Maschinendaten in ausgehende Datenpakete zur modifizierten Maschinenaufbereitung und in ausgehende Datenpakete zur Darstellung modifizierter Kollisionsobjekte/-paare umgewandelt sind, wobei die Datenpakete Eingangsgrößen des Untermoduls zur volumenorientierten Kollisionsprüfung darstellen.The main carriers of the collision avoidance module are the feed simulation module and a sub-module for volume-oriented collision checking, gas part of the Volume modeling module, which is preferably a parametric Contains volume modeling module, with a link between the sub-module for volume-oriented collision checking and the sub-module for parametric Volume modeling is a sub-module for machine preparation in which incoming data packages for machine description and Collision object representation from the assignment module for virtual machine data in outgoing data packets for modified machine preparation and in outgoing Data packets have been converted to display modified collision objects / pairs, the data packets input variables of the sub-module for volume-oriented Show collision check.
Weitere Eingangsgrößen des Untermoduls zur volumenorientierten Kollisionsprüfung sind Datenpakete für Verfahrbewegungen der Werkzeuge während der Bearbeitungs- Vorgänge sowie Datensignale aus dem Untermodul für diskrete Werkstückmodelle des Zuordnungsmoduls für virtuelle Werkstückdaten, wobei das Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung mit einem Modifizierermodul verbunden ist, das Kollisionsinformationsdatenpakete zu den Verfahrbewegungen erhält und diese in Form von Datenpaketen mit modifizierten Verfahrbewegungen dem Vorschubsimulationsmodul mit einem darin enthaltenen Untermodul zur Werkstückvolumenänderung übermittelt, wobei eine Modifizierung der Verfahrbewegungen dann erfolgt, wenn aus einem verbundenen Untermodul mit Kollisionsvermeidungsheuristik entsprechende Datensignale zur Änderung der Verfahrbewegungen übernommen werden, und wobei aus dem Untermodul zur Werkstückvolumenänderung heraus die korrigierten Bearbeitungs-Vorgänge an das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übermittelt werden, von dem aus Datensignale an die zutreffende Werkzeugmaschine gesendet werden.Further input variables of the sub-module for volume-oriented collision checking are data packets for traversing movements of the tools during machining Processes and data signals from the sub-module for discrete workpiece models of the Assignment module for virtual workpiece data, the sub-module for volume-oriented collision check is connected to a modifier module that Receives collision information data packets for the movement and this in the form of data packets with modified traversing movements Feed simulation module with a sub-module contained in it Transmitted workpiece volume change, with a modification of the Traversing movements then take place when from a connected sub-module Collision avoidance heuristics corresponding data signals to change the Traversing movements are taken over, and from the sub-module to Workpiece volume change out the corrected machining operations to the Module for recording collision-free machining paths are transmitted from the data signals are sent to the appropriate machine tool.
Die Hauptträger zur Abarbeitung der Datenpakete und Programme im Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung sind das Modul zur Speicherung von Volumen- Werkstückmodellen, das Modul für eine potentielle Kollisionsmatrix sowie das Modul zur Speicherung der aktuellen Kollisionsmatrix inklusive des Kollisionsvolumens, wobei das Vorschubsimulationsmodul mit den weiterleitbaren Datenpaketen für Verfahrbewegungen sowie das Untermodul zur Maschinenaufbereitung mit dem ausgehenden Datenpaket zur modifizierten Maschinenaufbereitung und die Daten aus dem Modul für eine potentielle Kollisionsmatrix ein Untermodul zur paarweisen Kollisionsermittlung bilden, das mit dem Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix datenzuleitend und mit dem Modul zur Speicherung von Volumen- Werkstückmodellen datenaufnehmend in Verbindung steht.The main carriers for processing the data packets and programs in the sub-module volume-oriented collision check are the module for storing volume Workpiece models, the module for a potential collision matrix and the module for Storage of the current collision matrix including the collision volume, whereby the Feed simulation module with the forwardable data packets for Traversing movements and the sub-module for machine preparation with the outgoing data packet for modified machine preparation and the data from the module for a potential collision matrix a submodule for pairing Form collision detection that with the module for storing a current Collision matrix for data transfer and with the module for storing volume Workpiece models is connected to the data.
Es ist ein Untermodul zur Aktualisierung von Volumen-Werkstückmodellen vorhanden, das ein Submodul zum Aufbau einer Quadtreestruktur, ein Submodul zur Ermittlung beteiligter Körper, ein Submodul zur Aktualisierung von Z-Werten und ein Submodul zur Korrektur einer Kollisionsmatrix, deren Daten dem Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix übermittelt werden, enthält.There is a sub-module for updating volume workpiece models, the one submodule to build a quad tree structure, a submodule to determine involved body, a submodule for updating Z values and a submodule for Correction of a collision matrix, the data of which the module for storing a current collision matrix are transmitted contains.
Des Weiteren ist ein Modifizierermodul vorhanden, das im Wesentlichen dem Regelkreis eines anlageninternen Kollisionsbehebungsprozesses zugeordnet ist und das ein Submodul zur Bestimmung eines Gesamt-Kollisionsvolumens, ein Submodul zur Bestimmung von Anstellwinkel/von Auskraglänge und ein Submodul zur Bestimmung eines Rücksetzpunktes mit einem Datenpaket bzw. Datensignal zum Rücksetzen enthält, das wahlweise zum Vorschubsimulationsmodul übermittelt wird, wobei von außerhalb mit dem Submodul zur Bestimmung eines Gesamt-Kollisionsvolumens die Datenpakete mit Kollisionsinformationen, die Untermodule mit Kollisionsvermeidungsheuristik und ein Submodul für abschnittsweise Kollisionsinformationen in Verbindung stehen und wobei die inneren Submodule zur Bestimmung von Anstellwinkeln/von Auskraglängen und zur Bestimmung eines Rücksetzpunktes vorgesehen sind und mit dem Vorschubsimulationsmodul zum einen über die Datenpakete mit korrigierten Verfahrbewegungen und zum anderen über das Datenpaket zum Rücksetzen verbunden sind, und wobei vom Vorschubsimulationsmodul die Datenpakete in das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen geführt und von da aus die Bearbeitungs-Vorgänge der Werkzeugmaschinen gesteuert werden.There is also a modifier module, which is essentially the control loop is assigned to an internal collision resolution process and that a Submodule for determining a total collision volume, a submodule for Determination of the angle of attack / cantilever length and a submodule for determination a reset point with a data packet or data signal for resetting contains, which is optionally transmitted to the feed simulation module, whereby from outside with the submodule to determine a total collision volume Data packets with collision information, the sub-modules with Collision avoidance heuristic and a submodule for sections Collision information are related and the inner submodules Determination of angles of attack / cantilever lengths and to determine a Reset point are provided and with the feed simulation module on the one hand via the data packets with corrected movement and on the other hand via the Data packet are connected to reset, and where from Feed simulation module the data packets in the module for the inclusion of collision-free Machining paths and from there the processing operations of the Machine tools can be controlled.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs- Vorgängen an Werkstücken auf mindestens einer Werkzeugmaschine mittels mindestens eines Werkzeuges besteht darin, dass ihm ein Algorithmus zur Werkstückvolumenänderungssimulation, insbesondere zur Abtragsimulation sowie zur volumenorientierten Kollisionsprüfung, zur Modifikation und zur Rücksetzung für ein NC- Programm innerhalb einer algorithmischen Verzahnung von Werkstückvolumenänderungssimulation und Volumen-Kollisionsprüfung zugrunde liegt und dass aus einer der CAM-Moduleinheit zugeordneten originalen NC-Datei eines Datenmoduls für Soll-Bearbeitungs-Bahnen, vorzugsweise eines ersten NC-Bahn- Datenmoduls automatisch und anlagenintern eine kollisionsfreie NC-Bahn-Datei erstellt wird, die in das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen, insbesondere einem zweiten NC-Bahn-Datenmodul über einen zwischengeschalteten programmierten Datenaufbereitungs- und Synchronisationsprozess in das Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung übermittelt wird.The inventive method for creating multi-axis machining Processes on workpieces on at least one machine tool at least one tool is that an algorithm for it Workpiece volume change simulation, in particular for removal simulation and for volume-oriented collision check, for modification and reset for an NC Program within an algorithmic interlocking of Workpiece volume change simulation and volume collision check is based and that from an original NC file assigned to the CAM module unit Data module for target machining paths, preferably a first NC path Data module creates a collision-free NC path file automatically and within the system is used in the module to accommodate collision-free machining paths, in particular a second NC path data module via an intermediate programmed Data preparation and synchronization process in the data preparation module and synchronization is transmitted.
Der Ablauf der Werkstückvolumenänderungssimulation, der volumenorientierten Kollisionsprüfung, der Modifikation und der Zurücksetzung wird innerhalb der algorithmischen Verzahnung von Abtragsimulation und Volumen-Kollisionsprüfung quasi parallel durchgeführt, wobei für jeden NC-Satz sowohl die Werkstückvolumenänderungssimulation als auch die volumenorientierte Kollisionsprüfung auch mit dem Ergebnis, dass bei Kollisionen ein Zurücksetzen im NC- Programm erforderlich ist, erfolgt. The process of the workpiece volume change simulation, the volume-oriented Collision checking, modification and resetting is done within the algorithmic interlocking of removal simulation and volume collision check, so to speak carried out in parallel, whereby for each NC block both Workpiece volume change simulation as well as the volume-oriented Collision check also with the result that a reset in the NC Program is required.
Die anlageninterne Kollisionsbehebung erfolgt durch die Simulation von Werkzeug und Werkstück mit schnellem diskretem Abtragsmodell und die Simulation der kompletten Aufspannsituation inkl. Maschine, Werkzeughalter, Spindel und aktueller Rohteilgeometrie mit schnellem Kollisionsmodell (z. B. CSG-Volumenmodell) in einem parallelen Prozess und läuft über einem Steuerungsprozess in der zugehörigen Datenverarbeitungsanlage mit einem Kollisionsbehebungsprozess programm- und signaltechnisch verbunden ab.The internal collision correction is carried out by the simulation of tools and Workpiece with a fast, discrete removal model and the simulation of the complete Clamping situation including machine, tool holder, spindle and current Blank geometry with a fast collision model (e.g. CSG volume model) in one parallel process and runs over a control process in the associated Data processing system with a collision correction process connected from a signaling point of view.
Zur Vermeidung von Kollisionen bei realen und/oder Bearbeitungs-Vorgängen wird im Rahmen der Fertigung eines Werkstücks eine Simulation ausgelöst, bei der die Maschinendynamik, die Maschinengeometrie, das Werkzeug, die Werkzeugaufnahme, die Aufspannung und die aktuelle Rohteilgeometrie - die Istgeometrie - des Werkstücks vor oder zu jedem Zeitpunkt der Fertigung derart berücksichtigt werden, dass ein Prozess zur Behebung der Kollision stattfindet.To avoid collisions in real and / or machining processes, the During the production of a workpiece, a simulation was triggered in which the Machine dynamics, the machine geometry, the tool, the tool holder, the clamping and the current raw part geometry - the actual geometry - of the workpiece before or at any point in time of production in such a way that a Process for eliminating the collision is taking place.
Der Kollisionsbehebungsprozess kommuniziert bei auftretender Kollisision unter dem Kriterien einer Winkeloptimierung von Anstellwinkel und/oder einer Werkzeugverlängerung bezüglich der Auskraglänge mit beiden Simulationsmodellen und nimmt unter Berücksichtigung der Sollgeometrie nach dem Bearbeitungsschritt, der aktuellen Rohteilgeometrie, der Aufspannsituation und der Maschinenkinematik eine Korrektur der tatsächlichen, jeweils vorliegenden NC-Bahnen vor.The collision resolution process communicates when the collision occurs Criteria for optimizing the angle of attack and / or one Tool extension with regard to the overhang length with both simulation models and takes into account the target geometry after the machining step that current blank geometry, the clamping situation and the machine kinematics Correction of the actual existing NC paths.
Die tatsächliche Werkstückgeometrie, der Istwert, liegt zu jedem Zeitpunkt eines Bearbeitungs-Vorgangs zur Auswertung vor.The actual workpiece geometry, the actual value, is one at all times Processing process for evaluation.
Bei Ablauf des programmierten Datenaufbereitungs- und Synchronisationsprozesses werden Daten aus dem Datenbankmodul für Maschine, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe etc. Daten aus dem Vorschubsimulationsmodul, Daten aus dem Volumenmodellierungsmodul, Daten aus dem Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung mit einer Einstellung von Anstellwinkel und/oder von Auskraglängen entnommen, wobei der Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung mit dem Vorschubsimulationsmodul und dem Volumenmodellierungsmodul derart kommuniziert, dass unter Berücksichtigung der Soll-Geometrie aus der CAM- Moduleinheit nach jedem Bearbeitungs-Vorgang Daten der aktuellen Rohteilgeometrie (Ist-Geometrie), der Aufspannsituation und der Maschinenkinematik dem Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung übermittelt werden und dort eine wahlweise Kollisionskorrektur des nächsten Bearbeitungs-Vorganges und somit der NC-Bahn erfolgt, wobei die Korrekturdaten im Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung über das Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung dem Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen zugeführt werden, aus dem Befehle und Daten für den nächstfolgenden Bearbeitungs-Vorgang am Werkstück auf der Werkzeugmaschine bereitgestellt werden.At the end of the programmed data preparation and synchronization process data from the database module for machine, clamping devices, tools, Materials etc. Data from the feed simulation module, data from the Volume modeling module, data from the simulation module for the internal system Collision elimination with a setting of the angle of attack and / or cantilever lengths removed, with the simulation module for internal collision elimination the feed simulation module and the volume modeling module communicates that taking into account the target geometry from the CAM Module unit after each machining process Data of the current blank geometry (Actual geometry), the clamping situation and the machine kinematics Simulation module for internal collision elimination are transmitted and there an optional collision correction of the next machining process and thus the NC path takes place, with the correction data in the simulation module for the internal system Collision elimination via the module for data preparation and synchronization Module for recording collision-free machining paths are fed from the Commands and data for the next machining process on the workpiece the machine tool can be provided.
Die beiden Simulationsmodule, das Volumenmodellierungssimulationsmodul und das Vorschubsimulationsmodul, werden zu einem "hybriden" Simulationsmodul vereinigt und programm- und signaltechnisch derart miteinander verbunden, dass die hohe Verarbeitungsschnelligkeit des Vorschubsimulationsmoduls und die hohe Erkennungsgeschwindigkeit des Volumenmodellierungssimulationsmoduls zumindest beibehalten und genutzt werden, wobei vorzugsweise eine Schnittstelle als eine diese Eigenschaften unterstützende Daten-Durchgangs- und -Verteilungsstelle vorhanden ist, über die die beiden Simulationsmodule - Volumenmodellierungssimulationsmodul und Vorschubsimulationsmodul - gegenseitig Informationen austauschen.The two simulation modules, the volume modeling simulation module and the Feed simulation module, are combined to form a "hybrid" simulation module and in terms of programming and signal technology, they are interconnected in such a way that the high Processing speed of the feed simulation module and the high Detection speed of the volume modeling simulation module at least maintained and used, preferably an interface as one of these Data gateway and distribution point supporting properties, via which the two simulation modules - volume modeling simulation module and Feed simulation module - exchange information with each other.
Weitere Module werden von außerhalb durch eine additive Programmierung der Schnittstelle an das Volumenmodellierungssimulationsmodul angeschlossen und kommunizieren mit ihm.Additional modules are created from outside by additive programming Interface connected to the volume modeling simulation module and communicate with him.
Die Daten aus dem Datenbankmodul für Maschine, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe und dem Datenmodul für Soll-Bearbeitungs-Bahnen werden über das Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung in den Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen übermittelt und über das Vergleichsmodul dem hybridem Simulationsmodul zugeführt, wobei im Feststellmodul zur Feststellung von Kollisionsdaten die Kontrolle auf Kollisionen erfolgt und bei Erkennung von Kollisionen vom Feststellmodul zunächst im Simulationsprozess der Regelkreis durchlaufen wird, bis die Kollision nicht mehr auftritt oder eine vorgegebene Weglänge überschritten ist.The data from the database module for machine, clamping device, tools, Materials and the data module for target machining webs are made via the module for data preparation and synchronization in the main module for the simulation of Processing operations transmitted and the hybrid module via the comparison module Simulation module supplied, in the locking module for the detection of Collision data is checked for collisions and upon detection of collisions the locking module first runs through the control loop in the simulation process, until the collision no longer occurs or a predetermined path length is exceeded.
Der dem Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen zugeordnete, in dem Regelkreis enthaltene Kollisionsbehebungsprozess nimmt bei festgestellter Kollision der beteiligten Körper und Maschinen in dem Feststellmodul zur Feststellung von Kollisionsdaten unter den Kriterien der Optimierung des Anstellwinkels des betreffenden Werkzeugs und der Einstellung der Auskraglänge des gleichen Werkzeugs im Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung bei signaltechnischem Datenaustausch und der Kommunizierung der Simulationsmodule untereinander und in dem Vergleichsmodul unter Berücksichtigung der Sollgeometrie nach jedem Bearbeitungs-Vorgang, der aktuellen Werkstückrohteilgeometrie, der Aufspannsituation und der Maschinenkinematik eine automatische Korrektur der kollisionsbehafteten Bearbeitungs-Bahn vor, deren Daten an das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übermittelt werden.The one assigned to the main module for the simulation of machining processes, in which Control loop contained collision correction process takes if the collision is detected Bodies and machines involved in the locking module for the detection of Collision data under the criteria of optimizing the angle of attack of the concerned Tool and the setting of the overhang length of the same tool in the Simulation module for internal collision elimination in signaling Data exchange and communication of the simulation modules with each other and in the comparison module taking into account the target geometry after each Machining process, the current workpiece blank geometry, the clamping situation and the machine kinematics an automatic correction of the collision Processing path before, its data to the module for recording collision-free Processing lanes are transmitted.
Vorzugsweise sind Anstellwinkel und/oder Auskraglänge die Stellgrößen auf der Regelstrecke des Regelkreises, deren Daten das Vergleichsmodul von dem Feststellmodul über die Regelstrecke übermittelt erhält, die die zutreffenden Daten und Koordinaten/Vektoren bei Kollisionsfreiheit - Toleranzwert K ist gleich oder sehr nahe Null - in das Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übermittelt, wobei der Toleranzwert K von Anfang an den Wert Null aufweisen kann, was auf keine Kollision hinweist, oder bei Kollision - der Toleranzwert K ist ungleich Null - nach mindestens einem Durchlauf bzw. einer schnell durchgeführten Durchlauffolge im Regelkreis durch Änderung der Stellgrößen der ursprüngliche Toleranzwert K nahe Null oder gleich Null geführt wird.The angle of attack and / or overhang are preferably the manipulated variables on the Control loop of the control loop, the data of which the comparison module from the Locking module transmitted via the controlled system, which receives the relevant data and Coordinates / vectors with freedom from collision - tolerance value K is the same or very close Zero - transmitted to the module for recording collision-free machining paths, where the tolerance value K can have the value zero from the beginning, which means none Collision indicates, or in the event of a collision - the tolerance value K is not equal to zero - after at least one run or a fast run sequence in the Control loop by changing the manipulated variables, the original tolerance value K close to zero or zero is performed.
Aus den Daten einer vorgegebenen Soll-Bahn und einer momentan festgestellten Ist- Bahn des Werkzeugs wird eine nachfolgende Bearbeitungs-Bahn erhalten, auf der die Führung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück und der Werkzeugmaschine kollisionsfrei ist, wobei aus den maschinenunabhängigen Daten der Soll-Bearbeitungs- Vorgänge durch das hybride Simulationsmodul maschinenabhängige, maschinenbezogene Bearbeitungs-Bahnen automatisch anlagenintern erzeugt werden. Das aufgetretene Kollisionsvolumen sowie die Informationen der beteiligten Komponenten werden vorzugsweise in dem Feststellmodul zur Feststellung von Kollisionsdaten gespeichert und verarbeitet und nachfolgend erfolgt eine Korrektur des ursprünglichen NC-Programms.From the data of a given target path and a currently determined actual Path of the tool, a subsequent machining path is obtained on which the Guiding the tool relative to the workpiece and the machine tool is collision-free, whereby from the machine-independent data the target processing Processes through the hybrid simulation module, machine-dependent, machine-related processing paths are automatically generated within the system. The collision volume that occurred and the information of those involved Components are preferably in the locking module for the detection of Collision data is saved and processed and subsequently the original NC program.
Bei Kollision wird durch Variation des Anstellwinkels und Vorgabe von Heuristiken sowie durch Variation der Auskraglänge zuerst versucht, durch Anstellwinkeländerung eine Kollisionsvermeidung mittels heuristischer Angaben zu realisieren, die in einem Untermodul mit Kollisionsvermeidungsheuristik vorgegeben gespeichert werden, wobei bei Auftreten zu vieler Anstellwinkeländerungen auf einer gegebenen Weglänge oder bei Nichtbehebung der Kollision durch Anstellwinkeländerung die Auskraglänge variiert bzw. erhöht wird.In the event of a collision, the angle of attack is varied and heuristics specified as well first tried by varying the cantilever length, a by changing the angle of attack Realize collision avoidance using heuristic information, which in one Sub-module with collision avoidance heuristic can be stored, where if too many changes in the angle of attack occur on a given path length or at If the collision is not remedied by changing the angle of attack, the overhang length varies or is increased.
Bei Durchlauf des Regelkreises zur anlageninternen Kollisionsbehebung kann die Simulation an einen vorgegebenen Punkt des Feststellmoduls im NC-Programm des Vergleichsmoduls zurückgesetzt werden. When running through the control loop for internal collision elimination, the Simulation at a specified point of the locking module in the NC program of the Comparison module are reset.
Zur Erkennung einer Kollision der Werkzeuge, der Maschinenteile, der Maschinen mit einem Werkstück wird ein Abbild eines diskreten Werkstückvolumenmodells aus dem Vorschubsimulationsmodul in einem CSG-Volumenmodell des Volumenmodellierungssimulationsmoduls realisiert, wobei das CSG-Volumenmodell im Volumenmodellierungssimulationsmodul in Form von Quadern zusammengebaut wird, wobei die Quader die gleiche Höhe und verschiedene Lagen im Raum aufweisen und die XY-Position der Quader ähnlich einem Schachbrettmuster äquidistant verteilt ist, wobei sich deren Höhe aus der Höhe des Werkstücks im diskreten Volumenmodell des Werkstücks ergibt.To detect a collision between the tools, the machine parts and the machines a workpiece is an image of a discrete workpiece volume model from the Feed simulation module in a CSG volume model of the Volume modeling simulation module realized, the CSG volume model in Volume modeling simulation module is assembled in the form of cuboids, the cuboids have the same height and different positions in space and the XY position of the cuboids is distributed equidistantly like a checkerboard pattern, the height of which depends on the height of the workpiece in the discrete volume model of the Workpiece results.
Vorzugsweise wird eine Baumstruktur implementiert, die eine Vorauswahl der potentiellen Kollisionsobjekte ermöglicht.A tree structure is preferably implemented which preselects the potential collision objects.
Bei mehrachsigen, insbesondere bei 3+2-achsigen Werkzeugbewegungen wird das erfindungsgemäße System implementiert, welches die Bearbeitung mit angestellten Achsen simuliert und korrigiert, wobei sich die Änderung der Anstellwinkel auf den jeweiligen Endpunkt eines NC-Satzes beschränkt, d. h., während der Simulation eines NC-Satzes werden die Anstellwinkel nicht variiert, wobei die Anstellwinkel sich auf eine Anstellung des Werkzeugs beziehen, wobei insbesondere die im NC-Programm angegebenen Winkel A, B und C das jeweilige Werkzeug um die X, Y und Z-Achse drehen.With multi-axis, especially with 3 + 2-axis tool movements, this is implemented system according to the invention, which processing with employees Axes simulated and corrected, whereby the change in the angle of attack changes to the limited the respective end point of an NC block, d. that is, during the simulation of a NC angle, the angles of attack are not varied, the angles of attack referring to one Obtain the position of the tool, especially those in the NC program specified angles A, B and C the respective tool around the X, Y and Z axis rotate.
Es wird vorzugsweise eine möglichst schmale Schnittstelle zur Materialabtrag-/- auftragsimulation realisiert, die wahlweise austauschbar ist.Preferably, the narrowest possible interface for material removal - / - order simulation implemented, which is optionally interchangeable.
Die Anzeige der Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine inkl, des sich verändernden Werkstücks wird derart durchgeführt, dass aus der Menge der Objekte (Maschine, Spannmittel, Werkstück) eine vorgebbare Untermenge gebildet wird, die in vorgebbaren Zeitabständen visualisiert wird.The display of the traversing movements of the machine tool incl changing workpiece is carried out in such a way that from the set of objects (Machine, clamping device, workpiece) a predeterminable subset is formed, which in predeterminable time intervals is visualized.
Zur Visualisierung der Maschinenbewegung wird die Menge der darzustellenden Objekte des Werkstücks von der Menge der auf Kollision zu prüfenden Objekte derart entkoppelt, dass eine schmale Datenkopplung zwischen diskretem Werkstückmodell und einem CSG-Volumenmodell herbeigeführt und eine Boolesche Matrix mitgeführt wird, die festhält, an welchen Stellen des diskreten Werkstückmodells ein Abtrag oder Auftrag stattgefunden hat. The amount of objects to be displayed is used to visualize the machine movement of the workpiece from the number of objects to be checked for collision decouples that a narrow data coupling between discrete workpiece model and a CSG volume model and a Boolean matrix which records at which points of the discrete workpiece model a removal or Order took place.
Eine potentielle Kollisionsmatrix ist vorzugsweise in tabellarischer Form mit einer Horizontalleiste Di und einer Vertikalleiste Ej für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine NC-Fräsmaschine ausgebildet, in der vorzugsweise Kollisionsobjekte - insbesondere Stützen, Querträger, Spindel, Werkzeughalter, Werkzeug, Spannelemente, Werkstück - als Kollisionsobjektpaare Di-Ej den Rahmen bilden, wobei in der Kollisionsmatrix festgelegt wird, welche Objekte auf paarweise Kollision prüfbar sind.A potential collision matrix is preferably in tabular form with a Horizontal bar Di and a vertical bar Ej for a machine tool, in particular designed for an NC milling machine, in which preferably collision objects - in particular supports, cross beams, spindles, tool holders, tools, Clamping elements, workpiece - form the frame as collision object pairs Di-Ej, whereby The collision matrix specifies which objects can be checked for collisions in pairs are.
Die Werkzeugmaschinen sind in Gruppen unterteilt und ähnlich der Kollisionsmatrix mittels der Datenpakete zur Maschinenbeschreibung sowie des Untermoduls zur Maschinenaufbereitung ausgebildet.The machine tools are divided into groups and similar to the collision matrix by means of the data packages for the machine description and the sub-module for Machine preparation trained.
Für die Kollisionsobjekte Di, Ej werden Dialoge erstellt, die die Gruppierung einzelner Objekte im Volumenmodellierungsmodul wahlweise festlegen, wobei sowohl die Gruppierungen geladen, gespeichert und modifiziert als auch die zur Definition sämtlicher möglicher Kollisionsobjektpaarungen zugeordneten Dialoge eingespeichert werden, wobei zu den einzelnen Kollisionsobjektpaaren aus dem Untermodul zur Kollisionsvermeidungsheuristik zugehörige, fest implementierte Modifikationsheuristiken angewählt werden.Dialogs are created for the collision objects Di, Ej, which group individual ones Select objects in the solid modeling module, where both Groupings loaded, saved and modified as well as those for definition All dialogs assigned to possible collision object pairs are saved be, whereby to the individual collision object pairs from the sub-module Collision avoidance heuristics associated, firmly implemented modification heuristics can be selected.
Durch die Zuordnung je nach Kollisionsobjektpaarung können unterschiedliche Ausweichstrategien verfolgt werden, wobei eine direkte Verbindung zwischen dem Untermodul zur Maschinenaufbereitung und dem Modifizierermodul über das Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung aufgebaut wird.Through the assignment depending on the collision object pairing different Evasion strategies are followed, with a direct link between the Submodule for machine preparation and the modifier module via the Sub-module for volume-oriented collision checking is built.
Zur Kollisionsmatrixerstellung mittels der Datenpakete für Kollisionsobjekte bzw. für modifizierte Kollisionsobjekte werden die erhaltenen Datenpakete zur Erstellung einer potentiellen Kollisionsmatrix unter Mithilfe der Datenpakete zur modifizierten Maschinenbeschreibung und der Datenpakete für Verfahrbewegungen an das Modul für eine potentielle Kollisionsmatrix übermittelt, wobei das Untermodul zur paarweisen Kollisionsermittlung die ermittelten Ergebnisse dem Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix zuführt.For collision matrix creation using the data packets for collision objects or for Modified collision objects are the data packets received to create a potential collision matrix using the data packets for the modified Machine description and the data packets for traversing movements to the module for a potential collision matrix transmitted, the sub-module for pairwise Collision detection, the determined results the module for storing a current collision matrix.
Mittels der Informationen und Daten aus dem Modul für diskrete Werkstückmodelle und aus dem Modul zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen sowie aus dem Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix wird in dem Untermodul zur Aktualisierung von Volumen-Werkstückmodellen die Aktualisierung des Volumen- Werkstückmodells durchgeführt, wobei die aktuellen Datenpakete erstens zurück an das Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix übermittelt und nach Verarbeitung als Kollisionsinformationen an das Modifizierermodul übertragen und zweitens an das Modul zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen zu dessen Aktualisierung geführt werden.Using the information and data from the module for discrete workpiece models and from the module for storing volume workpiece models and from the Module for storing a current collision matrix is used in the sub-module Updating volume workpiece models updating the volume Workpiece model carried out, the current data packets first back to the Module for storing a current collision matrix transmitted and after Processing as collision information transmitted to the modifier module and secondly to the module for storing volume workpiece models Update.
Anhand der potentiellen Kollisionsmatrix wird die Kollisionsberechnung durchgeführt, wobei unterschieden wird, ob eine Kollision mit oder ohne Beteiligung des Werkstücks berechnet wird, wobei vorzugsweise eine Prüfung anhand von Bounding-Boxen vorgenommen und anschließend je nach Bedarf eine komplette Kollisionsprüfung mit Routinen des Volumenmodellierungssimulationsmoduls durchgeführt wird.The collision calculation is carried out on the basis of the potential collision matrix, a distinction is made as to whether a collision with or without participation of the workpiece is calculated, preferably a test using bounding boxes and then complete a collision check as required Routines of the volume modeling simulation module is performed.
Im Prozess "Volumen-Werkstückmodell aktualisieren" werden infolge einer Einbeziehung sowohl der virtuellen als auch der realen Daten der Werkzeugmaschinen durch das Autreten von endlichen Genauigkeiten die Ungenauigkeiten bei der Kollisionsermittlung berücksichtigt, wobei die Werkzeugmaschinen um einen bestimmten proportionalen Betrag vergrößert werden, indem sämtliche Teile um einen Faktor skaliert werden.In the "Update volume workpiece model" process, a Inclusion of both virtual and real machine tool data through the occurrence of finite accuracies the inaccuracies in the Collision detection is taken into account, the machine tools around a certain proportional amount can be increased by scaling all parts by a factor become.
Das Modul zur Speicherung der aktuellen Kollisionsmatrix übermittelt Informationen an das Submodul zur Ermittlung beteiligter Körper, das ebenfalls Informationen aus dem Modul zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen erhält.The module for storing the current collision matrix transmits information to the submodule for determining involved bodies, which also contains information from the Module for storing volume workpiece models.
Das Submodul zum Aufbau einer Quadtreestruktur erhält Daten aus dem Modul für diskrete Werkstückmodelle und Daten aus dem Modul zum Aufbau einer Quadtreestruktur, deren Ergebnis an das Modul zur Speicherung des Volumen- Werkstückmodells rückübermittelt wird, und das Submodul zur Aktivierung von Z-Werten erhält Informationen aus dem Submodul zur Ermittlung beteiligter Körper und übermittelt das Ergebnis sowohl an das Modul zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen als auch an das Submodul zur Korrektur einer Kollisionsmatrix, wobei Datenpakete mit Kollisionsinformationen das Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix in Richtung Modifizierermodul verlassen.The submodule for building a quad tree structure receives data from the module for discrete workpiece models and data from the module to build a Quad tree structure, the result of which is sent to the module for storing the volume Workpiece model is transmitted back, and the submodule for activating Z values receives information from the submodule for the determination of the bodies involved and transmits it the result both to the module for storing volume workpiece models as well as to the submodule for correcting a collision matrix, data packets with Collision information the module for storing a current collision matrix in Leave in the direction of the modifier module.
Aus dem ermittelten Gesamt-Kollisionsvolumen einer Teilstrecke wird gemäß der Kollisionsvermeidungsheuristik eine Modifikation der Parameter/Stellgrößen - Anstellwinkel und/oder Auskraglänge - vorgenommen, wobei die Kollisionsvermeidungsheuristik oder eine Menge von Heuristiken für verschiedene Kollisionsobjektpaarungen implementiert werden, wobei im Falle einer Variation der Anstellwinkel bei zylindrischen und torischen Fräsern eine Korrektur der Bahn vorgenommen wird, um Unterschnitte zu vermeiden, wobei das Werkzeug in eine von dem Anwender selektierbare Richtung, z. B. in Richtung der ursprünglichen Werkzeugachse, verschoben wird.The determined total collision volume of a section is used in accordance with the Collision avoidance heuristic a modification of the parameters / manipulated variables - Angle of attack and / or overhang - made, the Collision avoidance heuristic or a set of heuristics for different ones Collision object pairs are implemented, whereby in the case of a variation of the Angle of attack with cylindrical and toric milling cutters to correct the path is made to avoid undercuts, with the tool in one of the user selectable direction, e.g. B. towards the original Tool axis, is moved.
Der Simulationsablauf mit der Änderung des Volumens eines Werkstücks wird wahlweise parallel zu den realen Bearbeitungs-Vorgängen oder vor der Realisierung der Bearbeitungs-Vorgänge am Werkstück durchgeführt, um zu kontrollieren, ob Kollisionen vorliegen, die je nach Bedarf eine Erweiterung des Maschinenparks und/oder einer Werkzeugpalette bedingen.The simulation process with changing the volume of a workpiece will either parallel to the real machining processes or before the realization of the Machining operations performed on the workpiece to check for collisions are available, which are an expansion of the machine park and / or one as required Condition tool palette.
Ein ursprüngliches NC-Programm aus dem Datenmodul für Soll-Bearbeitungs-Bahnen wird im Wesentlichen mit einer Verwaltung, insbesondere eine Rücksetz-Verwaltung versehen, an die auch die NC-Satzspeicher geführt werden, wobei für den i-ten Bearbeitungs-Vorgang der i-te NC-Satz aus dem Satzspeicher ausgelesen und im Vorschubsimulationsmodul die zugehörige Werkstückvolumenänderungssimulation, in der die Nägel gemäß einem verwendeten Nagelbrettmodell abgeschnitten werden, durchgeführt wird.An original NC program from the data module for target machining paths is essentially with an administration, especially a reset administration to which the NC block memories are also led, whereby for the i-th Processing process of the i-th NC block read from the block memory and in the Feed simulation module the associated workpiece volume change simulation, in who cut the nails according to a nail board model used, is carried out.
Die der Werkstückvolumenänderungssimulation, vorzugsweise der Abtragsimulation zugeordnete volumenorientierte Kollisionsprüfung für den i-ten NC-Satz kann im Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung ergeben, dass Kollisionsfreiheit mit dem Toleranzwert K gleich Null vorliegt und durch das positive Signal der nächste i+1-NC-Satz aus dem NC-Satzspeicher ausgelesen werden kann, oder dass eine Kollision mit einem Toleranzwert K ungleich Null vorliegt, wodurch dann durch das negative Signal die Modifikation der Anstellwinkel des Werkzeugs initiiert wird, wobei die Modifikation der Anstellwinkel des Werkzeugs unter Verwendung einer fest eingebauten Heuristik im Untermodul zur Kollisionsvermeidungsheuristik erfolgt, wodurch sich eine Modifikation der Bahn zur Kollisionsvermeidung im i-j-ten Abschnitt ergeben kann, wobei das Informationssignal den i-ten NC-Satz ändert, wobei die Modifikation der Bahn durch die Berechnung der Verschiebung für einen vorgegebenen Winkel erfolgt, wobei vorzugsweise die Verschiebung in Z-Richtung oder in Richtung der veränderten oder ursprünglichen Werkzeugachse erfolgt oder falls die bisherigen Modifikationsparameter für den i-j-ten Abschnitt von der Modifikation der Anstellwinkel übernommen werden, erfolgt nur eine Modifikation der Bahn in Richtung der ursprünglichen Werkzeugachse, wobei eine Korrektur der i-ten NC-Bahn zur Vermeidung von Unterschnitten bei torischen und zylindrischen Werkzeugen vorgenommen wird.That of the workpiece volume change simulation, preferably the removal simulation Assigned volume-based collision check for the i-th NC block can be done in Sub-module for volume-oriented collision checking show that there is no collision with the tolerance value K equal to zero and the next one with the positive signal i + 1 NC block can be read from the NC block memory, or that one There is a collision with a tolerance value K not equal to zero, as a result of which negative signal the modification of the angle of attack of the tool is initiated, the Modification of the tool's angle of attack using a built-in Heuristic in the sub-module for collision avoidance heuristic takes place, whereby a Modification of the path to avoid collisions in the i-j-th section can result, where the information signal changes the i-th NC block, the modification of the path by the displacement is calculated for a predetermined angle, where preferably the displacement in the Z direction or in the direction of the changed or original tool axis or if the previous modification parameters for the i-jth section are taken over from the modification of the angle of attack, the path is only modified in the direction of the original tool axis, correcting the i-th NC path to avoid undercuts toric and cylindrical tools is made.
Prinzipiell werden zur Kollisionsvermeidung zwei Parameter nach den Bearbeitungs- Vorgängen definiert: Die Anstellwinkel und die Auskraglänge. Bei hinterschnittfreien Werkstücken kann durch eine Erhöhung der Auskraglänge immer eine Kollisionsfreiheit erzielt werden. Dies führt jedoch aufgrund der Werkzeugabdrängung zu ungünstigen Bearbeitungs-Vorgängen. Somit gilt es, durch Variation der Anstellwinkel eine kollisionsfreie Bewegung bei möglichst kurzer Auskraglänge zu realisieren.In principle, two parameters are Processes defined: the angle of attack and the cantilever length. With undercut-free Workpieces can always be free of collisions by increasing the overhang be achieved. However, this leads to unfavorable due to the tool displacement Editing operations. Thus, by varying the angle of attack, it is important to: to achieve collision-free movement with the shortest possible cantilever length.
Zusätzlich bestehen zwei weitere Randbedingungen, wobei erstens der Anstellwinkel zwischen Werkzeug und Flächennormale des Werkstücks annähernd konstant bleiben soll, um möglichst günstige Schnittbedingungen zu erzielen, und wobei zweitens das System mit möglichst wenigen Änderungen der Anstellwinkel auskommen soll, um abrupte Änderungen zu vermeiden.In addition, there are two other boundary conditions, firstly the angle of attack remain approximately constant between the tool and the surface normal of the workpiece to achieve the best possible cutting conditions, and secondly, that System with as few changes in the angle of attack as possible to avoid abrupt changes.
In dem erfindungsgemäßen System liegt eine Kombination eines diskreten Vorschubsimulationsmoduls (diskretes Volumenmodell) mit einem Volumenmodellierungssimulationsmodul (CSG-Volumenmodell) vor, wobei beim diskreten Volumenmodell im Vergleich zum CSG-Werkstückmodell die Rechenzeit zur Simulation unabhängig von der Komplexität des Werkstücks ist. Dieser Aspekt ist bei den im Werkzeug- und Formenbau üblichen Werkstückgeometrien und der Größe der NC-Programme von entscheidender Bedeutung. CSG-Werkstückmodelle sind dagegen weit verbreitet und sind auch in der Lage, die Maschinenkinamatik abzubilden. Durch die Kombination der beiden Module wird ein Abbild von diskreten Volumenmodellen zu CSG-Volumenmodellen realisiert, wobei die effiziente Abbildung der zentrale Bestandteil des erfindungsgemäßen Systems ist.In the system according to the invention there is a combination of a discrete one Feed simulation module (discrete volume model) with one Volume modeling simulation module (CSG volume model), with the discrete volume model compared to the CSG workpiece model Simulation is independent of the complexity of the workpiece. This aspect is in the workpiece geometries common in tool and mold making and the size of the Crucial NC programs. CSG workpiece models are against it widely used and are also able to map the machine kinematics. Through the Combining the two modules will create an image of discrete volume models CSG volume models are realized, with efficient mapping being the central component of the system according to the invention.
Bei der Ermittlung der Kollisionen werden sämtliche sich relativ zu einander bewegende Teile, d. h., Werkstück, Spannmittel und Maschinentisch auf der einen Seite und Werkzeug, Schaft, Spannfutter, Spindelkasten auf der anderen Seite, berücksichtigt.When the collisions are determined, all those that move relative to one another become Parts, d. i.e., workpiece, clamping device and machine table on one side and Tool, shaft, chuck, headstock on the other side, taken into account.
Die Erfindung eröffnet damit die Möglichkeit, kollisionsfreie und prozesssichere NC- Bahnen für die Bearbeitung zu erreichen, was dadurch entsteht, weil für das System im Detail als Eingangsgrößen die NC-Bahnen aus einer CAM-Moduleinheit für mehrachsige Bearbeitung, insbesondere für 3-, 3+2- und 5-achsige Bearbeitungs-Vorgänge sowie eine vollständige Daten-Beschreibung der Werkzeugmaschine inklusive der aktuellen Aufspannsituation verwendet werden.The invention thus opens up the possibility of collision-free and process-safe NC To achieve paths for processing, which arises because for the system in the Detail as input variables the NC tracks from a CAM module unit for multi-axis Machining, especially for 3-, 3 + 2- and 5-axis machining processes as well a complete data description of the machine tool including the current one Clamping situation can be used.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass mit Hilfe des vereinigten hybriden Simulationsmoduls aus einer diskreten Werkstückvolumenänderungs-Simulation und einer Maschinen-Aufspannung-Werkzeug-Bewegungs-Simulation mit einem CSG- Volumenmodell die originalen und somit mit hoher Wahrscheinlichkeit kollisionsbehafteten NC-Bahnen in die kollisionsfrei nachfolgenden NC-Bahnen derart schnell berechnet umgewandelt werden können, dass das Werkstück vom Werkzeug für eine beliebig definierbare Werkzeugmaschine mit gleich hoher Wahrscheinlichkeit abweichend vom originalen Bearbeitungs-Vorgang bearbeitet werden kann.The invention has the further advantage that with the help of the combined hybrid Simulation module from a discrete workpiece volume change simulation and a machine clamping tool movement simulation with a CSG Volume model the original and therefore with high probability collision-prone NC tracks in the collision-free following NC tracks can be quickly converted that the workpiece is calculated by the tool for an arbitrarily definable machine tool with the same high probability can be processed differently from the original editing process.
Außerdem können dadurch die Werkstück-Bearbeitungszeiten verkürzt und die personell manuellen Betreuungs- und Bearbeitungszeiten minimiert werden.In addition, the workpiece machining times can be shortened and the personnel-related support and processing times can be minimized.
Mit der Erfindung liegt ein System zur Erkennung und Vermeidung von Kollisionen insbesondere beim fünfachsigen Bearbeiten komplexer Geometrien mittels miteinander verbundenen Softwaremodulen vor. Auf Basis der in der CAM-Moduleinheit erzeugten NC-Programme, der Werkstückgeometrie und der Maschinenkonfiguration werden die Bearbeitungs-Vorgänge simuliert. Durch die Simulation ist auch ein anlageni 48831 00070 552 001000280000000200012000285914872000040 0002010114811 00004 48712nternes, automatisches Vor-Eingreifen in einen nachfolgend realen Bearbeitungs-Vorgang möglich, bevor Kollisionen in den realen Bearbeitungs-Vorgängen auftreten können und hohe Kosten durch Reparaturmaßnahmen und Stillstandszeiten verursachen können. Weiterbildungen und verbesserte Ausbildungen der Erfindung werden in weiteren Unteransprüchen beschrieben.The invention provides a system for the detection and avoidance of collisions especially when machining complex geometries with each other using five axes connected software modules. Based on those generated in the CAM module unit NC programs, the workpiece geometry and the machine configuration are the Machining processes simulated. As a result of the simulation, there is also an internal 48831 00070 552 001000280000000200012000285914872000040 0002010114811 00004 48712 automatic pre-intervention in a subsequent real machining process possible before collisions can occur in the real machining processes and can cause high costs through repair measures and downtimes. Further developments and improved developments of the invention are described in further Subclaims described.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is based on an exemplary embodiment by means of several drawings are explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems, Fig. 1 is a schematic representation of the system according to the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Systems mit drei Werkzeugmaschinen mittels Simulation unter Einbeziehung einer Datenverarbeitungsanlage mit zugehörigen Modulen und darin gespeicherten Dateien und Programmen, Fig. 2 is a schematic representation of the system with three machine tools by means of simulation, involving a data processing system with associated modules and files stored therein and programs,
Fig. 3 eine Grobstruktur der Datenflüsse des erfindungsgemäßen Systems, Fig. 3 shows a rough structure of the data flows of the system according to the invention,
Fig. 4 eine Detaillierung der Datenflüsse nach Fig. 3, Fig. 4 shows a detail of the data flows of FIG. 3,
Fig. 5 eine tabellarische Form einer potentiellen Kollisionsmatrix, Fig. 5 shows a tabular form of a potential collision matrix,
Fig. 6 eine schematische Detaillierung der Datenflüsse der volumenorientierten Kollisionsprüfung, Fig. 6 is a schematic detailing the data flows of the volume-based collision examination,
Fig. 7 eine Detaillierung der Datenflüsse der Aktualisierung des Volumen-Werk stückmodells, Fig. 7 shows a detail of the data flows of updating the volume-part model,
Fig. 8 eine schematische Detaillierung der Datenflüsse des Modifizierers und Fig. 8 is a schematic detail of the data flows of the modifier and
Fig. 9 eine Grobstruktur des Algorithmus zur Werkstückvolumenänderungs- Simulation, zur volumenorientierten Kollisionsprüfung, zur Modifikation und zur Zurücksetzung. Fig. 9 shows a rough structure of the algorithm for workpiece volume change simulation, for volume-oriented collision checking, for modification and for resetting.
Teile mit gleichen Funktionen weisen im Folgenden gleiche Bezugszeichen auf.Parts with the same functions have the same reference symbols in the following.
Das in Fig. 1 in allgemeiner Form gezeigte System 1 zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen an einem der Werkstücke 2, 3, 4 mittels einem der Werkzeuge 9, 10, 11 auf einer der Werkzeugmaschinen 12, 13, 14 bezieht eine zur Prozesssteuerung vorgesehene, gespeicherte Module enthaltende, programmierbare Datenverarbeitungsanlage 5, in der zumindest eine CAM-Moduleinheit 6, die ein Datenbankmodul 16 für Maschinen, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe und dergleichen Daten und ein Datenmodul 17 für Soll-Bearbeitungs-Bahnen bezüglich der Sollgeometrie der Werkstücke 2, 3, 4 enthält, sowie ein Modul 7 zur Datenaufbereitung und -synchronisierung und ein volumendiskretes Simulationsmodul 19 zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung in Verbindung stehend integriert sind, ein.The system 1 shown in general form in FIG. 1 for creating multi-axis machining processes on one of the workpieces 2 , 3 , 4 by means of one of the tools 9 , 10 , 11 on one of the machine tools 12 , 13 , 14 relates to a process control system Programmable data processing system 5 containing stored modules, in the at least one CAM module unit 6 which contains a database module 16 for machines, clamping devices, tools, materials and the like data and a data module 17 for target machining paths with regard to the target geometry of the workpieces 2 , 3 , 4 contains, and a module 7 for data preparation and synchronization and a volume-discrete simulation module 19 for feed rate optimization are integrated in a related manner.
Erfindungsgemäß steht das Modul 7 zur Datenaufbereitung und -synchronisierung sowohl mit einem Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen als auch mit einem Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen in Verbindung, wobei im Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen das volumendiskrete Simulationsmodul 19 zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung und ein kollisionserkennendes Simulationsmodul 15 zur Volumenmodellierung vorhanden und miteinander programmtechnisch sowie signalkommunizierend verbunden sind, die mit einem Simulationsmodul 20 zur anlageninternen Kollisionsbehebung in Verbindung stehen, das seine Kollisionsbehebungssignale über das signalverbundene Modul 7 zur Datenaufbereitung und -synchronisierung an das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen derart weitergibt, dass mit dessen Daten auf einer wahlweise festgelegten Werkzeugmaschine 12, 13, 14 das betreffende Werkstück 2, 3, 4 durch das definierte Werkzeug 9, 10, 11 kollisionsfrei bearbeitbar ist.According to the invention, the module 7 for data preparation and synchronization is connected both to a main module 18 for simulating machining processes and to a module 8 for accommodating collision-free machining paths, the volume-discrete simulation module 19 in the main module 18 for simulating machining processes for feed speed optimization and a collision-detecting simulation module 15 for volume modeling, which are connected to one another in terms of program technology and signal communication and which are connected to a simulation module 20 for collision elimination within the system, which collision correction signals are transmitted via the signal-connected module 7 for data processing and synchronization to the module 8 for recording collision-free Passes machining paths in such a way that the workpiece concerned 2 , 3 , 4 by the defined tool with its data on an optionally defined machine tool 12 , 13 , 14 9 , 10 , 11 is editable without collision.
Das volumendiskrete Simulationsmodul 19 zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung und das kollisionserkennende Simulationsmodul 15 zur Volumenmodellierung stehen mit dem Simulationsmodul 20 zur anlageninternen Kollisionsbehebung vorzugsweise schnittstellenverkoppelt in Verbindung, wobei im Simulationsmodul 20 zur anlageninternen Kollisionsbehebung als Kollisionsbehebungsmittel vorzugsweise veränderbare Anstellwinkel und/oder veränderbare Auskraglängen der jeweiligen Werkzeuge 9, 10, 11 dienen.The volume of discrete simulation module 19 to the feed rate optimization and the collision recognizing simulation module 15 to the solid modeling related to the simulation module 20 to the tool internal collision remedy preferably Interface Multiplexer coupled in connection with the simulation module 20 to the tool internal collision remedy as a collision recovery means preferably variable angle of attack and / or variable overhang of the respective tools 9, 10, 11 serve.
Zur Datenverarbeitungsanlage 5 gehört eine zumindest mit Tastatur und Bildschirm versehene Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 29, mittels der die Bearbeitungs-Vorgänge gestartet und beendet werden können.The data processing system 5 includes an input / output device 29 , at least provided with a keyboard and a screen, by means of which the processing operations can be started and ended.
Die betätigbare CAM-Moduleinheit 6 enthält insbesondere im Datenbankmodul 16 die Daten zur Sollgeometrie der Werkstücke 2, 3, 4, zu den zugehörigen Bearbeitungs- Vorgängen, ferner im Datenmodul 17 neben den Soll-Bearbeitungs-Bahnen das zugehörige Sollmaß.The actuatable CAM module unit 6 contains, in particular in the database module 16, the data on the target geometry of the workpieces 2 , 3 , 4 , on the associated machining processes, and in the data module 17, in addition to the target machining paths, the associated target dimension.
Das Datenmodul 17 für Soll-Bearbeitungs-Bahnen enthält auch die dynamischen Daten der Maschinen 12; 13; 14, insbesondere die Daten zu den Vorschubgeschwindigkeiten bezüglich der Materialvolumenänderungen am Werkstück 2, 3, 4 sowie die Werkstückrohteildaten und die Werkzeugdaten.The data module 17 for target machining paths also contains the dynamic data of the machines 12 ; 13 ; 14 , in particular the data on the feed speeds with regard to the material volume changes on the workpiece 2 , 3 , 4 as well as the workpiece blank data and the tool data.
Das volumendiskrete Simulationsmodul 19 zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung weist im Wesentlichen Daten vom Werkzeug und Material auf und kann bezogen auf die Werkstückvolumenänderung ein materialabtragsbezogenes (z. B. durch Fräsen) und/oder ein materialauftragsbezogenes (z. B. durch Aufschweißen) Simulationsmodul darstellen.The volume-discrete simulation module 19 for feed rate optimization essentially has data on the tool and material and can represent a material removal-related (e.g. by milling) and / or a material order-related (e.g. by welding) simulation module based on the workpiece volume change.
Das schnell Kollisionen erkennende Simulationsmodul 15 zur Volumenmodellierung enthält Daten zur Definition der Maschinen 12; 13; 14, zu deren geometrischen Aufbau und zu den zugehörigen Bewegungsmöglichkeiten sowie Daten zur kompletten Aufspannsituation, zum Werkzeughalter, zur Spindel und zur aktuellen Werkstückrohteilgeometrie.The simulation module 15 for volume modeling, which quickly detects collisions, contains data for defining the machines 12 ; 13 ; 14 , their geometric structure and the associated movement options as well as data on the complete clamping situation, the tool holder, the spindle and the current workpiece blank geometry.
Das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übernimmt die ermittelten kollisionsfreien Bahnkoordinaten und zugehörigen Daten aus dem Modul 7 zur Datenaufbereitung und -synchronisierung und übermittelt diese an die jeweilige Maschine 12; 13; 14 zur Durchführung der auf ihr stattfindenden, wahlweise korrigierten oder ursprünglich kollisionsfreien realen Bearbeitungs-Vorgänge.The module 8 for recording collision-free machining paths takes over the determined collision-free path coordinates and associated data from the module 7 for data preparation and synchronization and transmits them to the respective machine 12 ; 13 ; 14 to carry out the real processing operations taking place on it, either corrected or originally collision-free.
In Fig. 2 ist ein Detail-Einblick hauptsächlich in das Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen in Form eines Regelkreises 25 für anlageninternen Kollisionsbehebungsprozess, insbesondere zur automatischen Erzeugung von kollisionsfreien Bearbeitungs-Bahnen schematisch dargestellt. Die Datenverarbeitungsanlage 5 für das System 1 zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen an dem ersten Werkstück 2 mittels der Werkzeuge 9, 10, 11 im Rahmen eines Maschinenparks mit den drei Werkzeugmaschinen 12, 13, 14 enthält im Wesentlichen die CAM-Moduleinheit 6, das Modul 7 zur Datenaufbereitung und - synchronisierung, das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen sowie das Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen. Vom Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen werden die übernommenen und gespeicherten kollisionsfreien Bearbeitungs-Bahnen in Koordinatenform dem Werkzeug 9 bzw. dem Werkzeughalter, dem Spannmittel des ersten Werkstücks 2 und der ersten Werkzeugmaschine 12 signaltechnisch mitgeteilt.In FIG. 2, a detailed insight is primarily shown in the main module 18 to the simulation of machining processes in the form of a control circuit 25 for user supplied collision recovery process, in particular for the automatic generation of collision-free paths editing schematically. The data processing system 5 for the system 1 for creating multi-axis machining processes on the first workpiece 2 by means of the tools 9 , 10 , 11 in the context of a machine park with the three machine tools 12 , 13 , 14 essentially contains the CAM module unit 6 Module 7 for data preparation and synchronization, the module 8 for recording collision-free machining paths and the main module 18 for simulating machining processes. The module 8 for receiving collision-free machining paths communicates the adopted and stored collision-free machining paths in coordinate form to the tool 9 or the tool holder, the clamping device of the first workpiece 2 and the first machine tool 12 .
Das Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen enthält das kollisionserkennende Simulationsmodul 15 zur Volumenmodellierung, das volumendiskrete Simulationsmodul 19 zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung sowie das Simulationsmodul 20 zur anlageninternen Kollisionsbehebung mit dem zugehörigen Zusammenspiel der darin befindlichen Programme, wobei das Zusammenspiel z. B. über eine zum Vorschubsimulationsmodul 19 vorzugsweise zugehörige Schnittstelle, vorzugsweise eine API-Schnittstelle (nicht eingezeichnet) erfolgen kann, des Weiteren ein Vergleichsmodul 22 zur Durchführung eines Vergleiches zwischen Soll-Bahn und der tatsächlichen Ist-Bahn während des virtuellen oder realen Bearbeitungs-Vorganges sowie ein Feststellmodul 24 zur Feststellung von Kollisionsdaten.The main module 18 for the simulation of machining processes contains the collision-recognizing simulation module 15 for volume modeling, the volume-discrete simulation module 19 for feed rate optimization and the simulation module 20 for the collision elimination within the plant with the associated interaction of the programs contained therein. B. via an interface associated with the feed simulation module 19 , preferably an API interface (not shown), a comparison module 22 for carrying out a comparison between the target path and the actual path during the virtual or real machining process and a determination module 24 for determining collision data.
Dem Simulationsmodul 20 zur anlageninteren Kollisionsbehebung nach Fig. 1 kann im Wesentlichen eine zum Regelkreis 25 gehörende Regelstrecke, zu der auch die Stellgrößen gehören, zwischen dem Feststellmodul 24 und dem Vergleichsmodul 22 zugeordnet werden., The simulation module 20 for conditioning interen collision elimination of FIG. 1 may be substantially a part of the control circuit 25 controlled system, among which also the actuating variables between the detection module and the comparison module 24 are assigned to the 22nd
Erfindungsgemäß sind, wie ein Fig. 2 gezeigt, die beiden Simulationsmodule, das 15 Volumenmodellierungssimulationsmodul 15 und das Vorschubsimuliatonsmodul 19, zu einem "hybriden" Simulationsmodul 23 vereinigt und programm- und signaltechnisch derart miteinander verbunden, dass die hohe Verarbeitungsschnelligkeit Vorschubsimulatonsmodul 19 und die hohe Erkennungsgeschwindigkeit des Volumenmodellierungssimulationsmoduls 15 beibehalten und genutzt werden. Vorzugsweise stellt eine Schnittstelle, vorzugsweise eine API-Schnittstelle eine diese Eigenschaften unterstützende Daten-Durchgangs- und -Verteilungsstelle dar, über die die beiden Simulationsmodule 15 (Volumenmodellierungssimulationsmodul) und 19 (Vorschubsimulationsmodul) gegenseitig Informationen austauschen können. Durch eine abgestimmte, additive Programmierung der Schnittstelle können andere dem Volumenmodellierungssimulationsmodul 15 nicht zugeordnete Module von außerhalb an das Volumenmodellierungssimulationsmodul 15 angeschlossen werden und mit ihm kommunizieren.According to the invention, as shown in FIG. 2, the two simulation modules, the 15 volume modeling simulation module 15 and the feed simulation module 19 , are combined to form a “hybrid” simulation module 23 and are connected to one another in terms of programming and signal technology in such a way that the high processing speed of the feed simulation module 19 and the high recognition speed of the volume modeling simulation module 15 are maintained and used. An interface, preferably an API interface, preferably represents a data passage and distribution point supporting these properties, via which the two simulation modules 15 (volume modeling simulation module) and 19 (feed simulation module) can exchange information with one another. Through coordinated, additive programming of the interface, other modules that are not assigned to the volume modeling simulation module 15 can be connected to the volume modeling simulation module 15 from the outside and communicate with it.
Erfindungsgemäß weist in Fig. 2 das Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs- Vorgängen in dynamischer Hinsicht einen Kollisionsbehebungs-Regelkreis 25 auf, wobei das Volumenmodellierungssimulationsmodul 15 und das Vorschubsimulationsmodul 19 als vereintes hybrides Simulationsmodul 23 durch den Steuerungsprozess der Datenverarbeitungsanlage 5 im Rahmen des Kollisionsbehebungsprozesses im Regelkreis 25 verbunden sind, wobei beide Prozesse zeitlich parallel ablaufen können. Zum Zusammenspiel innerhalb des hybriden Simulationsmoduls 23 tragen des Weiteren ein zugehöriges erstes Zuordnungsmodul 26 für virtuelle Maschinendaten 121, 131, 141 der drei Werkzeugmaschinen 12, 13, 14 sowie ein zweites Zuordnungsmodul 27 für virtuelle Anstellwinkel und/oder virtuelle Auskraglängen 91, 101, 111 der Werkzeuge 9, 10, 11 und ein drittes Zuordnungsmodul 28 für virtuelle Werkstückdaten 21, 31, 41 bei, wobei die realen Daten in der Datenverarbeitungsanlage 5 mit den virtuellen Daten in den Zuordnungsmodulen 26, 27, 28 proportional übereinstimmen.According to the invention in FIG. 2, the main module 18 for simulating machining processes has a collision-elimination control circuit 25 in dynamic terms, the volume modeling simulation module 15 and the feed simulation module 19 as a combined hybrid simulation module 23 by the control process of the data processing system 5 as part of the collision-elimination process in the control circuit 25 are connected, whereby both processes can run in parallel in time. For the interaction within the hybrid simulation module 23 , an associated first assignment module 26 for virtual machine data 121 , 131 , 141 of the three machine tools 12 , 13 , 14 and a second assignment module 27 for virtual angles of attack and / or virtual cantilever lengths 91 , 101 , 111 also carry the Tools 9 , 10 , 11 and a third assignment module 28 for virtual workpiece data 21 , 31 , 41 , the real data in the data processing system 5 corresponding to the virtual data in the assignment modules 26 , 27 , 28 proportionally.
Der dem Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen zugeordnete, in dem Regelkreis 25 enthaltene Kollisionsbehebungsprozess nimmt bei festgestellter Kollision der beteiligten Körper und Maschinen in dem Feststellmodul 24 unter den Kriterien der Optimierung des Anstellwinkels des betreffenden Werkzeugs 9, 10, 11 und der Einstellung der Auskraglänge des gleichen Werkzeugs 9, 10, 11 im Simulationsmodul 20 zur anlageninternen Kollisionsbehebung bei signaltechnischem Datenaustausch und der Kommunizierung der Simulationsmodule 15, 19, 20 untereinander und in dem Vergleichsmodul 22 unter Berücksichtigung der Sollgeometrie nach jedem Bearbeitungs-Vorgang, der aktuellen Werkstückrohteilgeometrie, der Aufspannsituation und der Maschinenkinematik eine automatische Korrektur der kollisionsbehafteten Bearbeitungs-Bahn vor, deren Daten an das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übermittelt werden.The collision correction process assigned to the main module 18 for simulating machining processes and contained in the control circuit 25 takes place when the collision of the bodies and machines involved in the locking module 24 takes place under the criteria of optimizing the angle of attack of the relevant tool 9 , 10 , 11 and setting the Cantilever length of the same tool 9 , 10 , 11 in the simulation module 20 for system-internal collision elimination in the case of signal-based data exchange and the communication of the simulation modules 15 , 19 , 20 with one another and in the comparison module 22 taking into account the target geometry after each machining operation, the current workpiece raw part geometry, the clamping situation and the machine kinematics automatically correct the collision-prone processing path, the data of which are transmitted to the module 8 for recording collision-free processing paths.
Die Stellgrößen im Regelkreis 25 sind somit der jeweilige Ist-Anstellwinkel und/oder die jeweilige Ist-Auskraglänge, deren Daten das Vergleichsmodul 22 von dem Feststellmodul 24 übermittelt erhält, die bei Kollisionsfreiheit (K gleich 0 mit einem Toleranzwert K (Skalare/Vektoren) der Kollision zwischen den betreffenden Körpern in Fig. 2) die zutreffenden Daten und Koordinaten in den Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übermittelt. Der Toleranzwert K kann von Anfang an den Wert Null (K ungleich 0) aufweisen, was auf keine Kollision hinweist, ist aber bei Kollision anfänglich von Null verschieden und wird aber nach mindestens einem Durchlauf bzw. einer schnell durchgeführten Durchlauffolge des Regelkreises 25 durch Änderung der Stellgrößen je nach vorgegebenem Toleranzwert nahe Null oder gleich Null sein.The manipulated variables in the control circuit 25 are thus the respective actual angle of attack and / or the respective actual cantilever length, the data of which the comparison module 22 receives from the fixing module 24 , which, if there is no collision (K equals 0 with a tolerance value K (scalars / vectors) Collision between the relevant bodies in Fig. 2) the relevant data and coordinates in the module 8 for recording collision-free machining paths transmitted. The tolerance value K can have the value zero from the beginning (K not equal to 0), which indicates no collision, but is initially different from zero in the event of a collision and is, however, changed by the control circuit 25 after at least one run or a fast run sequence Depending on the specified tolerance value, manipulated variables can be close to zero or equal to zero.
Dabei soll aus einer vorgegebenen Soll-Bahn und einer momentan festgestellten Ist- Bahn des Werkzeugs 9 eine nachfolgende Bearbeitungs-Bahn erhalten werden, auf der die Führung des ersten Werkzeugs 9 gegenüber dem ersten Werkstück 2 und der ersten Werkzeugmaschine 12 kollisionsfrei ist. Aus den ursprünglich maschinenunabhängigen Daten der Soll-Bearbeitungs-Vorgänge werden somit durch das hybride Simulationsmodul 23 maschinenabhängige, maschinenbezogene Bearbeitungs-Bahnen anlagenintern und automatisch erzeugt.A predetermined machining path and a currently determined actual path of the tool 9 are to be used to obtain a subsequent machining path on which the guidance of the first tool 9 with respect to the first workpiece 2 and the first machine tool 12 is free of collisions. The hybrid simulation module 23 thus automatically generates machine-dependent, machine-related processing paths from the originally machine-independent data of the target machining processes.
Somit sind vorzugsweise zur Vervollkommnung des bekannten volumendiskreten Simulationsmoduls 19 zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung Untermodule zur Zurücksetzung der Simulation auf einen vorgegebenen Punkt, zum Schreiben eines veränderten NC-Programms sowie zur Mitführung einer Booleschen Matrix zur Verwaltung der veränderten NC-Bahn hinzufügbar. Auch eine Schnittstelle zum Abgreifen der Höheninformationen der diskreten Modellsäulen, vorzugsweise der "Nagelbrettausbildungen" kann eingebaut sein. Zwischen dem Volumenmodellierungssimulationsmodul 15 und dem Vorschubmodul 19 kann dabei die Schnittstelle 50 als ein Untermodul zur Kommunikation (Interprozesskommunikation) ausgebildet sein, das die bekannte oder durch Programme erweiterte API-Schnittstelle darstellen kann.Thus, sub-modules for resetting the simulation to a predetermined point, for writing a changed NC program and for carrying a Boolean matrix for managing the changed NC path can preferably be added to perfect the known volume-discrete simulation module 19 for feed rate optimization. An interface for tapping the height information of the discrete model columns, preferably the "nail board formations", can also be installed. Between the volume modeling simulation module 15 and the feed module 19 , the interface 50 can be designed as a sub-module for communication (interprocess communication), which can represent the known API interface or an API interface that is expanded.
Die Daten aus dem Datenbankmodul 16 für Maschinen, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe und dem Datenmodul 17 für Soll-Bearbeitungs-Bahnen werden über das Modul 7 zur Datenaufbereitung und -synchronisierung in das Hauptmodul 18 zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen übermittelt und über das Vergleichsmodul 22 dem hybridem Simulationsmodul 23 zugeführt. Im Feststellmodul 24 erfolgt die Kontrolle auf Kollisionen. Werden Kollisionen von dem Feststellmodul 24 erkannt, wird zunächst im Simulationsprozess der Regelkreis 25 durchlaufen, bis die Kollision nicht mehr auftritt oder eine vorgegebene Weglänge überschritten ist. Das aufgetretene Kollisionsvolumen sowie die Informationen der beteiligten Komponenten werden in dem Feststellmodul 24 gespeichert und verarbeitet. Anschließend erfolgt eine Korrektur des NC-Programms. Die Kollision kann durch Variation des Anstellwinkels und Vorgabe von Kollisionsvermeidungsheuristiken sowie durch Variation der Auskraglänge vermieden werden. Zunächst wird versucht, durch Anstellwinkeländerung eine Kollisionsvermeidung zu realisieren. Welche Winkel wie zu verändern sind, kann durch heuristische Angaben, die in einem Untermodul (nicht in Fig. 2 eingezeichnet) mit Kollisionsvermeidungsheuristik realisiert sind, vorgegeben werden. Treten auf einer gegebenen Weglänge zu viele Winkeländerungen auf oder ist durch Winkeländerung die Kollision nicht zu beheben, wird die Auskraglänge variiert bzw. erhöht.The data from the database module 16 for machines, clamping devices, tools, materials and the data module 17 for target machining paths are transmitted via the module 7 for data preparation and synchronization to the main module 18 for simulating machining processes and via the comparison module 22 fed to the hybrid simulation module 23 . Checking for collisions takes place in the locking module 24 . If collisions are detected by the determination module 24 , the control circuit 25 is first run through in the simulation process until the collision no longer occurs or a predetermined path length is exceeded. The collision volume that has occurred and the information of the components involved are stored and processed in the determination module 24 . The NC program is then corrected. The collision can be avoided by varying the angle of attack and specifying collision avoidance heuristics as well as by varying the overhang length. First, an attempt is made to avoid collisions by changing the angle of attack. Which angles are to be changed and how can be specified by heuristic specifications, which are implemented in a sub-module (not shown in FIG. 2) with collision avoidance heuristics. If too many angle changes occur on a given path length or if the collision cannot be eliminated by changing the angle, the cantilever length is varied or increased.
Notwendige Voraussetzung für den Ablauf im Regelkreis 25 ist es, dass die Simulation an einen vorgegebenen Punkt des Feststellmoduls 24 im NC-Programm des Vergleichsmoduls 22 zurückgesetzt werden kann.A prerequisite for the sequence in the control circuit 25 is that the simulation can be reset to a predetermined point in the locking module 24 in the NC program of the comparison module 22 .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung von Bearbeitungs-Vorgängen wird im
Folgenden erläutert:
Zur Erkennung einer Kollision der Werkzeuge 9, 10, 11, Maschinenteile,
Maschinen 12, 13, 14 mit einem Werkstück 2, 3, 4 wird ein Abbild des diskreten
Werkstückvolumenmodells aus dem Vorschubsimulationsmodul 19 im CSG-
Volumenmodell des Volumenmodellierungssimulationsmoduls 15 realisiert. Dies
geschieht in Form von Quadern, die im Volumenmodellierungssimulationsmodul 15
zusammengebaut werden. Die Quader haben die gleiche Höhe und verschiedene Lagen
im Raum. Die XY-Position der Quader ist äquidistant verteilt (Schachbrettmuster), die
Höhe ergibt sich aus der Höhe des Werkstücks 2, 3, 4 im diskreten Volumenmodell des
Werkstücks 2, 3, 4. Aus Effizienzgründen werden nicht sämtliche potentiellen Quader auf
Kollision mit der Maschine 12, 13, 14 geprüft. Es wird eine Baumstruktur implementiert,
die eine Vorauswahl der potentiellen Kollisionspartner ermöglicht.The method according to the invention for creating machining processes is explained below:
To detect a collision of the tools 9 , 10 , 11 , machine parts, machines 12 , 13 , 14 with a workpiece 2 , 3 , 4 , an image of the discrete workpiece volume model from the feed simulation module 19 is realized in the CSG volume model of the volume modeling simulation module 15 . This is done in the form of cuboids, which are assembled in the volume modeling simulation module 15 . The cuboids have the same height and different positions in the room. The XY position of the cuboids is distributed equidistantly (checkerboard pattern), the height results from the height of the workpiece 2 , 3 , 4 in the discrete volume model of the workpiece 2 , 3 , 4 . For reasons of efficiency, not all potential cuboids are checked for a collision with the machine 12 , 13 , 14 . A tree structure is implemented, which enables the potential collision partners to be pre-selected.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird keine Beschränkung des zu implementierenden Systems 1 auf die Darstellung hinterschnittfreier Werkstückgeometrien vorgenommen.In an advantageous embodiment of the invention, the system 1 to be implemented is not restricted to the representation of undercut-free workpiece geometries.
Bei 3+2-achsigen Werkzeugbewegungen wird z. B. ein System 1 implementiert, welches die Bearbeitung mit angestellten Achsen simuliert und korrigiert. Die Änderung der Anstellwinkel beschränkt sich auf den jeweiligen Endpunkt eines NC-Satzes, d. h., während der Simulation eines NC-Satzes werden die Anstellwinkel nicht variiert. Die Anstellwinkel beziehen sich auf Anstellung des Werkzeugs 9, 10, 11, d. h. die im NC- Programm angegebenen Winkel A, B und C drehen das jeweilige Werkzeug 9, 10, 11 um die X, Y und Z-Achse. Es wird eine möglichst schmale Schnittstelle zur Materialabtrag-/- auftragsimulation realisiert, damit diese austauschbar ist. Die Anzeige der Verfahrbewegungen der Maschine inkl, des sich verändernden Werkstücks kann folgendermaßen durchgeführt werden: Aus der Menge der Objekte (Maschine, Spannmittel, Werkstück) wird eine vorgebbare Untermenge gebildet, welche in vorgebbaren Zeitabständen visualisiert werden. Somit ist eine visuelle Kontrolle der Maschinenbewegung möglich.With 3 + 2-axis tool movements z. B. implemented a system 1 , which simulates and corrects the machining with employed axes. The change in the angle of attack is limited to the respective end point of an NC block, ie the angle of attack is not varied during the simulation of an NC block. The setting angles refer to the setting of the tool 9 , 10 , 11 , ie the angles A, B and C specified in the NC program rotate the respective tool 9 , 10 , 11 about the X, Y and Z axis. The narrowest possible interface for material removal / application simulation is implemented so that it can be replaced. The display of the traversing movements of the machine, including the changing workpiece, can be carried out as follows: From the set of objects (machine, clamping device, workpiece), a predeterminable subset is formed, which are visualized at predefinable time intervals. This enables a visual control of the machine movement.
Zur möglichst effizienten Visualisierung der Maschinenbewegung wird die Menge der darzustellenden Objekte des Werkstücks von der Menge der auf Kollision zu prüfenden Objekte entkoppelt. Um eine schmale Datenkopplung zwischen einem diskreten Werkstückmodell und einem CSG-Volumenmodell herbeizuführen, wird zur weiteren Effizienzsteigerung eine Boolesche Matrix mitgeführt, die festhält, an welchen Stellen des diskreten Werkstückmodells ein Abtrag oder/oder Auftrag stattgefunden hat. Somit kann sich die Veränderung des zugehörigen CSG-Volumenmodells auf die notwendigen Stellen beschränken.In order to visualize the machine movement as efficiently as possible, the quantity of objects to be displayed on the workpiece from the number of objects to be checked for collision Objects decoupled. To make a narrow data link between a discrete Creating a workpiece model and a CSG volume model is another Efficiency increase carried a Boolean matrix, which records where of the discrete workpiece model, an erosion or / or order has taken place. Consequently the change in the associated CSG volume model can affect the necessary Limit places.
Bei torischen und zylindrischen Werkzeugen, z. B. beim zweiten Werkzeug 10, kann bei Veränderung des Anstellwinkels eine Veränderung der durch den Materialabtrag erzeugten geometrischen Gestalt des Werkstücks 4 auftreten. Dies kann dazu führen, dass zu viel Material entfernt wird, d. h. es ergibt sich ein Untermaß in Bezug auf die Sollfläche. Aus diesem Grund ist eine Korrektur der NC-Bahnen notwendig. Die Bahnen werden soweit korrigiert, das kein Untermaß mehr auftritt. Systembedingt kann es dadurch zu variierenden Aufmaßen kommen, d. h. die Kollisionsvermeidung durch Variation der Anstellwinkel kann beim Schlichten nur bei Verwendung von Kugelfräsern zweckmäßig eingesetzt werden.For toric and cylindrical tools, e.g. B. in the second tool 10 , a change in the geometric shape of the workpiece 4 generated by the material removal can occur when changing the angle of attack. This can result in too much material being removed, ie there is an undersize in relation to the target area. For this reason, a correction of the NC paths is necessary. The paths are corrected to such an extent that no undersize occurs. Depending on the system, this can lead to varying oversizes, ie avoiding collisions by varying the angle of attack can only be expediently used for finishing when using ball mills.
Alle genannten Module können sowohl Daten als auch Programme zur Verarbeitung der Daten enthalten, wobei die Programme darüberhinaus zusätzliche, d. h. mit den anderen Modulen kommunizierende Unterprogramme bzw. Schnittstellenprogramme aufweisen können. Gleiches gilt für die Simulationsprogramme, bei denen vor allem die virtuellen Daten zum Zusammenspiel mit den signaltechnisch verbundenen reale Daten und/oder Programme enthaltenden Modulen beitragen, wobei die Daten sowohl Soll-, Ist- als auch Toleranzdaten aller beteiligten Körper darstellen können. Die in den Simulationsmodulen erzeugten Modelle können in die reale Daten enthaltenen Module eingespeichert und von dort als real umsetzbare Daten in die betreffenden Werkzeugmaschinenspeichereinheiten abgerufen werden.All of the modules mentioned can contain both data and programs for processing the Contain data, the programs also additional, i. H. with the others Have modules communicating subroutines or interface programs can. The same applies to the simulation programs, which primarily use the virtual ones Data for interaction with the real data and / or associated with signal technology Modules containing programs contribute, the data being both target, actual and Can display tolerance data of all bodies involved. The one in the simulation modules generated models can be stored in the modules containing real data and from there as realizable data into the relevant Machine tool storage units can be accessed.
Mit dem System 1 zur Erstellung von mehrachsigen Bearbeitungs-Vorgängen insbesondere beim vorzugsweise fünfachsigen Fräsen im Werkzeug- und Formen werden Kollisionen zwischen einzelnen Komponenten bzw. Teilen von Maschinen 12, 13 und/oder 14, zwischen Maschinenteilen und Werkstück sowie zwischen Maschinenteilen und Spannmitteln ermittelt und behoben.With the system 1 for the creation of multi-axis machining processes, particularly in the case of preferably five-axis milling in tool and mold, collisions between individual components or parts of machines 12 , 13 and / or 14 , between machine parts and workpiece, and between machine parts and clamping devices are determined and Fixed.
In der Datenfluss-Darstellung in Fig. 3 wird gezeigt, wie das erfindungsgemäße System 1 in das informationstechnische Umfeld eingeordnet sein kann. Der zentrale Kern des erfindungsgemäßen Systems 1 ist ein Kollisionsvermeidermodul 32. Das Kollisionsvermeidermodul 32 ist programm- und signaltechnisch mit der CAM- Moduleinheit 6, insbesondere mit dem Datenmodul 17 für Soll-Bearbeitungs-Bahnen und dem Datenbankmodul 16 für Maschinen, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe sowie dem Untermodul 61 zur parametrischen Volumenmodellierung verbunden, wobei vom Untermodul 61 zur parametrischen Volumenmodellierung im Wesentlichen sowohl Datenpakete 33 zur Maschinenbeschreibung als auch Datenpakete 34 zur Kollisionsobjektdarstellung an das Kollisionsvermeidermodul 32 signaltechnisch übermittelt werden. Der Kollisionsvermeidermodul 32 entspricht im Wesentlichen der programm- und signaltechnischen Vereinigung der Module 7, 22, 19, 20, 24 in Fig. 2.The data flow representation in FIG. 3 shows how the system 1 according to the invention can be classified in the information technology environment. The central core of the system 1 according to the invention is a collision avoidance module 32 . In terms of programming and signals, the collision avoidance module 32 is connected to the CAM module unit 6 , in particular to the data module 17 for target machining paths and the database module 16 for machines, clamping devices, tools, materials and the sub-module 61 for parametric volume modeling, the sub-module 61 for parametric volume modeling, essentially both data packets 33 for machine description and data packets 34 for collision object representation are transmitted to the collision avoidance module 32 in terms of signal technology. The collision avoidance module 32 essentially corresponds to the programming and signaling combination of the modules 7 , 22 , 19 , 20 , 24 in FIG. 2.
Erfindungsgemäß steht das Kollisionsvermeidermodul 32 mit einem Untermodul 35 mit Kollisionsvermeidungsheuristik in Verbindung, das im Wesentlichen programmtechnische Kollisionsobjekt-/-paar-Vermeidungsdialoge enthält. Vom Kollisionsvermeidermodul 32 werden über das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen kollisionsfreie Bearbeitungs-Vorgänge in einem kollisionsfreien NC-Programm an die erste Werkzeugmaschine 12 weitergeleitet.According to the invention, the collision avoidance module 32 is connected to a sub-module 35 with collision avoidance heuristic, which essentially contains program-technical collision object / pair avoidance dialogues. Collision avoidance module 32 forwards collision-free machining processes in a collision-free NC program to first machine tool 12 via module 8 for receiving collision-free machining paths.
In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Detaillierung der Datenflüsse insbesondere im Kollisionsvermeidermodul 32 nach Fig. 3 dargestellt. Hauptträger des Kollisionsvermeidermoduls 32 sind das Vorschubsimulationsmodul 19 und ein Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung, das Teil des Volumenmodellierungssimulationsmoduls 15 ist, das ein parametrisches Volumenmodellierungssimulationsmodul 62 enthält. Ein Bindeglied zwischen dem Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung und dem Untermodul 61 zur parametrischen Volumenmodellierung ist ein Untermodul 37 zur Maschinenaufbereitung, in dem eingehende Datenpakete 33 zur Maschinenbeschreibung und 34 zur Kollisionsobjektdarstellung aus dem ersten Zuordnungsmodul 26 für virtuelle Maschinendaten in ausgehende Datenpakete 38 zur modifizierten Maschinenaufbereitung und in ausgehende Datenpakete 39 zur Darstellung modifizierter Kollisionsobjekte/-paare modifiziert werden, wobei die Datenpakete 38, 39 Eingangsgrößen des Untermoduls 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung darstellen. FIG. 4 shows a schematic illustration of the detailing of the data flows, in particular in the collision avoidance module 32 according to FIG. 3. The main carrier of the collision avoidance module 32 are the feed simulation module 19 and a sub-module 36 for volume-oriented collision testing, which is part of the volume modeling simulation module 15 , which contains a parametric volume modeling simulation module 62 . A link between the sub-module 36 for volume-oriented collision checking and the sub-module 61 for parametric volume modeling is a sub-module 37 for machine preparation, in which incoming data packets 33 for machine description and 34 for collision object representation from the first assignment module 26 for virtual machine data into outgoing data packets 38 for modified machine preparation and are modified into outgoing data packets 39 to represent modified collision objects / pairs, the data packets 38 , 39 representing input variables of the sub-module 36 for volume-oriented collision checking.
Weitere Eingangsgrößen des Untermoduls 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung sind Datenpakete 40 für Verfahrbewegungen der Werkzeuge 9, 10, 11 während der Bearbeitungs-Vorgänge sowie Daten aus dem Untermodul 42 für diskrete Werkstückmodelle aus dem zweiten Zuordnungsmodul 28 für virtuelle Werkstückdaten entsprechend Fig. 2. Däs Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung ist mit einem Modifizierermodul 60 verbunden, das Kollisionsinformationspakete 44 zu Verfahrbewegungen erhält und diese in Form von Datenpaketen 45 modifizierter Verfahrbewegungen dem Vorschubsimulationsmodul 19 mit einem darin enthaltenen Untermodul 62 zur Werkstückvolumenänderung übermittelt. Eine Modifizierung der Verfahrbewegungen erfolgt dann, wenn aus einem angeschlossenen Untermodul 35 Kollisionsvermeidungsheuristik entsprechende Datensignale zur Änderung der Verfahrbewegungen übernommen werden können. Aus dem Untermodul 62 zur Werkstückvolumenänderung heraus werden die korrigierten Bearbeitungs-Vorgänge an das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen übermittelt, von dem aus die Datensignale an die erste Werkzeugmaschine 12 gesendet werden. Die Werstückvolumenänderungen betreffen den Abtrag und/oder den Auftrag von Material am Werkstück 2, 3, 4. Further input variables of the sub-module 36 for volume-oriented collision checking are data packets 40 for traversing movements of the tools 9 , 10 , 11 during the machining processes and data from the sub-module 42 for discrete workpiece models from the second assignment module 28 for virtual workpiece data corresponding to FIG. 2. The sub-module 36 for volume-oriented collision checking is connected to a modifier module 60 , which receives collision information packets 44 for travel movements and transmits these in the form of data packets 45 of modified travel movements to the feed simulation module 19 with a sub-module 62 therein for changing the workpiece volume. The traversing movements are modified when appropriate data signals for changing the traversing movements can be adopted from a connected sub-module 35 collision avoidance heuristic. The corrected machining processes are transmitted from the sub-module 62 for changing the workpiece volume to the module 8 for receiving collision-free machining paths, from which the data signals are sent to the first machine tool 12 . The workpiece volume changes relate to the removal and / or the application of material to the workpiece 2 , 3 , 4 .
In Fig. 5 ist eine tabellarische Form einer potentiellen Kollisionsmatrix 46 für eine erste Werkzeugmaschine 12, insbesondere eine NC-Fräsmaschine dargestellt, in der stellvertretend für weitere Kollisionsobjekte 34, 39 nach Fig. 3, 4 - insbesondere Stützen, Querträger, Spindel, Werkzeughalter, Werkzeug 9, 10, 11, Spannelemente, Werkstück 2, 3, 4 - den Rahmen für die potentielle Kollisionsmatrix 46 mit einer Horizontalleiste Di und einer Vertikalleiste Ej mit i,, j = 1 bis n bilden. Als Beispiel kann in Fig. 5 das Werkstück D7 in Horizontalleiste Di sowohl mit der Spindel in E3 als auch mit dem Werkzeughalterin E4 aus der Vertikalleiste Ej die Kollisionsobjektpaare D7-E3 und D7-E4 bilden.In Fig. 5 a tabular form is a potential collision matrix 46 for a first machine tool 12, in particular an NC milling machine shown in the representative for other collision objects 34, 39 of Figure 3. 4 - especially columns, transverse beam, spindle, tool holder, Tool 9 , 10 , 11 , clamping elements, workpiece 2 , 3 , 4 - form the framework for the potential collision matrix 46 with a horizontal bar Di and a vertical bar Ej with i ,, j = 1 to n. As an example in FIG. 5, the workpiece D7 in the horizontal bar Di can form the collision object pairs D7-E3 and D7-E4 both with the spindle in E3 and with the tool holder E4 from the vertical bar Ej.
Erfindungsgemäß sind die Werkzeugmaschinen 12, 13, 14 in Gruppen unterteilt und ähnlich der Kollisionsmatrix 46, wie in Fig. 5 gezeigt, mittels der Datenpakete 33, 38 zur Maschinenbeschreibung bzw. modifizierten Maschinenbeschreibung sowie des Untermoduls 37 zur Maschinenaufbereitung ausgebildet. In der Kollisionsmatrix 46 wird festgelegt, welche Gruppen auf paarweise Kollision prüfbar sind.According to the invention, the machine tools 12 , 13 , 14 are divided into groups and, similar to the collision matrix 46 , as shown in FIG. 5, by means of the data packets 33 , 38 for machine description or modified machine description and the sub-module 37 for machine preparation. The collision matrix 46 specifies which groups can be checked for collisions in pairs.
Vorzugsweise werden gemäß Fig. 4, 5 für die Kollisionsobjekte 34, 39 Dialoge erstellt, die die Gruppierung einzelner Objekte im Volumenmodellierungsmodul 15 ermöglichen. Diese Gruppierungen können geladen, gespeichert und modifiziert werden. Zur Definition sämtlicher möglicher Kollisionsobjektpaarungen werden die Dialoge eingespeichert. Zu den einzelnen Kollisionsobjektpaaren werden aus dem Untermodul 35 mit Kollisionsvermeidungsheuristik zugehörige, fest implementierte Modifikationsheuristiken angewählt.Preferably, according to Fig. 4, 5 created for the collision objects 34, 39 dialogs that allow the grouping of individual objects in the solid modeling module 15. These groupings can be loaded, saved and modified. The dialogs are saved to define all possible collision object pairs. For the individual collision object pairs, permanently implemented modification heuristics are selected from the submodule 35 with collision avoidance heuristics.
Durch die Zuordnung können je nach Kollisionsobjektpaarung unterschiedliche Ausweichstrategien verfolgt werden. Damit besteht eine direkte Verbindung zwischen dem Untermodul 37 zur Maschinenaufbereitung und dem Modifizierermodul 60 über das Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung.Depending on the collision object pairing, different avoidance strategies can be followed through the assignment. There is thus a direct connection between the submodule 37 for machine preparation and the modifier module 60 via the submodule 36 for volume-oriented collision checking.
In Fig. 6 ist schematisch eine Detaillierung der Datenflüsse im Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung dargestellt. Die Hauptträger zur Abarbeitung der Datenpakete und Programme im Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung sind das Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen, das Modul 30 für eine potentielle Kollisionsmatrix 46 entsprechend Fig. 5 sowie das Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix inklusive des Kollisionsvolumens. Das Vorschubsimulationsmodul 19 mit den weiterleitbaren Datenpaketen 40 für Verfahrbewegungen sowie das Untermodul 37 zur Maschinenaufbereitung mit dem ausgehenden Datenpaket 38 zur modifizierten Maschinenaufbereitung und die Daten aus dem Modul 30 für eine potentielle Kollisionsmatrix 46 führen an das Untermodul 49 zur paarweisen Kollisionsermittlung, das mit dem Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix datenzuleitend in Verbindung steht.In Fig. 6 is a detail of the data flows is shown in the sub-module 36 for volume-oriented collision check schematically. The main carriers for processing the data packets and programs in the sub-module 36 for volume-oriented collision checking are module 43 for storing volume workpiece models, module 30 for a potential collision matrix 46 according to FIG. 5 and module 47 for storing a current collision matrix including the collision volume. The feed simulation module 19 with the forwardable data packets 40 for traversing movements as well as the sub-module 37 for machine preparation with the outgoing data packet 38 for modified machine preparation and the data from the module 30 for a potential collision matrix 46 lead to the sub-module 49 for pairwise collision determination, that with the module 47 for storing a current collision matrix.
Mittels der Datenpakete 34, 39 zur Darstellung von Kollisionsobjekten bzw. von modifizierten Kollisionsobjekte/-paaren werden zur Kollisionsmatrixerstellung die erhaltenen Datenpakete 48 zur Erstellung einer potentiellen Kollisionsmatrix unter Mithilfe der Datenpakete 38 zur modifizierten Maschinenbeschreibung und der Datenpakete 40 für Verfahrbewegungen an das Modul 30 für eine potentielle Kollisionsmatrix 46 übermittelt, wobei das Untermodul 49 zur paarweisen Kollisionsermittlung die ermittelten Ergebnisse dem Modul 47 zur Speicherung der aktuellen Kollisionsmatrix zuführt.By means of the data packets 34 , 39 for displaying collision objects or modified collision objects / pairs, the data packets 48 obtained for creating a collision matrix are used to create a potential collision matrix using the data packets 38 for the modified machine description and the data packets 40 for movement movements to the module 30 for one potential collision matrix 46 is transmitted, the sub-module 49 for pairwise collision determination feeding the determined results to the module 47 for storing the current collision matrix.
Das Untermodul 49 zur paarweisen Kollisionsermittlung steht auch mit dem Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen in Verbindung. Mittels der Informationen und Daten aus dem Modul 42 für diskrete Werkstückmodelle und aus dem Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen sowie aus dem Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix wird in einem Untermodul 51 zur Aktualisierung von Volumen-Werkstückmodellen eine Aktualisierung durchgeführt, wobei die aktuellen Datenpakete erstens zurück an das Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix übermittelt werden und nach Verarbeitung als Kollisionsinformationen 44 an das Modifizierermodul 34 übertragen und zweitens an das Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen zur Aktualisierung des Werkstückmodells geführt werden.The sub-module 49 for pairwise collision determination is also connected to the module 43 for storing volume workpiece models. Using the information and data from the module 42 for discrete workpiece models and from the module 43 for storing volume workpiece models and from the module 47 for storing a current collision matrix, an update is carried out in a sub-module 51 for updating volume workpiece models, the current data packets are first transmitted back to the module 47 for storing a current collision matrix and, after processing as collision information 44 , transmitted to the modifier module 34 and secondly are passed to the module 43 for storing volume workpiece models for updating the workpiece model.
In Fig. 6 wird anhand der potentiellen Kollisionsmatrix 46 gemäß Fig. 5 die Kollisionsberechnung durchgeführt. Hierbei ist zu unterscheiden, ob eine Kollision mit oder ohne Beteiligung des Werkstücks 2 berechnet wird. Aus Effizienzgründen wird erst eine Prüfung anhand der Bounding-Boxen vorgenommen. Anschließend erfolgt bei Bedarf eine komplette Kollisionsprüfung mit Routinen des Volumenmodellierungssimulationsmoduls 15.In FIG. 6, the collision calculation is carried out using the potential collision matrix 46 according to FIG. 5. A distinction must be made here whether a collision is calculated with or without the workpiece 2 being involved. For reasons of efficiency, a check is first carried out using the bounding boxes. A complete collision check with routines of the volume modeling simulation module 15 is then carried out if required.
Der in Fig. 6 dargestellte wesentliche Teilprozess "Volumen-Werkstückmodell aktualisieren" wird anhand der Fig. 7 mittels einer Datenfluss-Darstellung zur Aktualisierung eines Volumen-Werkstückmodells näher erläutert. Da das gesamte System 1 unter Einbeziehung sowohl der virtuellen als auch der realen Werkzeugmaschinen 12, 13, 14 mit einer endlichen Genauigkeit arbeitet, müssen die Ungenauigkeiten bei der Kollisionsermittlung berücksichtigt werden. Hierzu werden die Werkzeugmaschinen 12, 13, 14 um einen bestimmten proportionalen Betrag vergrößert, indem sämtliche Teile um einen Faktor skaliert werden. Hierdurch wird vermieden, dass z. B. rein rechnerisch keine Kollisionen ermittelt werden, die reale Werkzeugmaschine 12, 13, 14 jedoch aufgrund der Positionierungenauigkeiten kollidieren kann. Anders herum kann es dann passieren, dass real keine Kollision vorliegt, das System 1 aus Sicherheitsgründen aber eine Kollision ermittelt und vermeidet.The essential sub-process shown in FIG. 6 "Update volume workpiece model" is explained in more detail with reference to FIG. 7 by means of a data flow representation for updating a volume workpiece model. Since the entire system 1 works with a finite accuracy, including both the virtual and the real machine tools 12 , 13 , 14 , the inaccuracies in the collision determination must be taken into account. For this purpose, the machine tools 12 , 13 , 14 are enlarged by a certain proportional amount in that all parts are scaled by a factor. This prevents z. B. purely mathematically, no collisions are determined, but the real machine tool 12 , 13 , 14 can collide due to the positioning inaccuracies. The other way around, it can then happen that there is no real collision, but system 1 detects and avoids a collision for safety reasons.
Das Untermodul 51 zur Aktualisierung von Volumen-Werkstückmodellen enthält in Fig. 7 mehrere in genannter Reihenfolge verbundene Submodule: Ein Submodul 52 zum Aufbau einer Quadtreestruktur, ein Submodul 53 zur Ermittlung beteiligter Körper, ein Submodul 54 zur Aktualisierung von Z-Werten und ein Submodul 55 zur Korrektur einer Kollisionsmatrix 46, deren Ergebnis dem Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix übermittelt wird, das Informationen an das Submodul 53 zur Ermittlung beteiligter Körper übermittelt, das ebenfalls Informationen aus dem Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen erhält. In das Submodul 52 zum Aufbau einer Quadtreestruktur werden aus dem Modul 42 für diskrete Werkstückmodelle und aus dem Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen die Daten für den Aufbau einer Quadtreestruktur übermittelt, deren Ergebnis an das Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen zuückgesendet wird, das nachfolgend Daten an das Submodul 53 zur Ermittlung beteiligter Körper übermittelt. Das Submodul 54 zur Aktivierung von Z-Werten erhält entsprechende Informationen aus dem Submodul 53 zur Ermittlung beteiligter Körper und übermittelt das Ergebnis sowohl an das Modul 43 zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen als auch an das Submodul 55 zur Korrektur einer Kollisionsmatrix, das Daten an das angeschlossene Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix liefert, das mit dem Submodul 53 zur Ermittlung beteiligter Körper in Verbindung steht. Datenpakete 44 mit Kollisionsinformationen verlassen in Richtung Modifizierermodul 60 das Modul 47 zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix.In FIG. 7, the submodule 51 for updating volume workpiece models contains a number of submodules connected in the order mentioned: a submodule 52 for setting up a quad tree structure, a submodule 53 for determining involved bodies, a submodule 54 for updating Z values and a submodule 55 for correcting a collision matrix 46 , the result of which is transmitted to the module 47 for storing a current collision matrix, which transmits information to the submodule 53 for determining involved bodies, which also receives information from the module 43 for storing volume workpiece models. In the sub module 52 to build a Quadtreestruktur be transmitted the data to build a Quadtreestruktur from the module 42 for discrete workpiece models and from the module 43 for storing volume-workpiece models, whose result is zuückgesendet to the module 43 for storing volume-workpiece models which subsequently transmits data to the submodule 53 for determining involved bodies. The submodule 54 for activating Z values receives corresponding information from the submodule 53 for determining involved bodies and transmits the result both to the module 43 for storing volume workpiece models and to the submodule 55 for correcting a collision matrix, the data to the provides connected module 47 for storing a current collision matrix, which is connected to the submodule 53 for determining involved bodies. Data packets 44 with collision information leave the module 47 in the direction of the modifier module 60 for storing a current collision matrix.
In Fig. 8 sind die Datenflüsse des Modifizierermoduls 60, das im Wesentlichen eine andere und detaillliertere Datenflussform des Regelkreises 25 des anlageninternen Kollisionsbehebungsprozesses nach Fig. 2 aufweist, dargestellt. Das Modifizierermodul 60 enthält ein Submodul 56 zur Bestimmung eines Gesamt- Kollisionsvolumens, ein Submodul 57 zur Bestimmung von Anstellwinkeln/von Auskraglängen und ein Submodul 58 zur Bestimmung eines Rücksetzpunktes mit einem Datenpaket bzw. einem Datensignal 59 zum Rücksetzen, in der genannten Reihenfolge jeweils nachgeordnet in Verbindung stehend, wobei das Datensignal 59 zum Rücksetzen dem Vorschubsimulationsmodul 19 übermittelt wird. Von außerhalb angeschlossen stehen mit dem Submodul 56 zur Bestimmung eines Gesamt- Kollisionsvolumens Datenpakete 44 mit Kollisionsinformationen, das Untermodul 35 mit Kollisionsvermeidungsheuristik und ein Submodul 441 für abschnittsweise Kollisionsinformationen in Verbindung. Die inneren Submodule 57 zur Bestimmung von Anstellwinkel/von Auskraglängen und 58 zur Bestimmung eines Rücksetzpunktes sind mit dem Vorschubsimulationsmodul 19 zum einen über die Datenpakete 45 mit modifizierten Verfahrbewegungen und zum anderen über das Datenpaket 59 zum Rücksetzen verbunden. Vom Vorschubsimulationsmodul 19 werden die Informationen in das Modul 8 zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen geführt und von da aus können die realen Bearbeitungs-Vorgänge auf der ersten Werkzeugmaschine 12 gesteuert werden. Aus dem ermittelten Gesamt-Kollisionsvolumen einer Teilstrecke wird nach der Kollisionsvermeidungsheuristik eine Modifikation der Parameter Anstellwinkel und Auskraglänge vorgenommen. Die Kollisionsvermeidungsheuristik oder eine Menge von Heuristiken für verschiedene Kollisionspaarungen werden dafür implementiert. Falls eine Variation der Anstellwinkel erforderlich ist, muss z. B. bei zylindrischen und torischen Fräsern eine Korrektur der Bahn vorgenommen werden, um Unterschnitte zu vermeiden. Hierzu wird das Werkzeug in Richtung der ursprünglichen Werkzeugachse verschoben. FIG. 8 shows the data flows of the modifier module 60 , which essentially has a different and more detailed data flow form of the control circuit 25 of the internal collision correction process according to FIG. 2. The modifier module 60 contains a submodule 56 for determining a total collision volume, a submodule 57 for determining angles of attack / cantilever lengths and a submodule 58 for determining a reset point with a data packet or a data signal 59 for resetting, in each case in the order mentioned Connected, the data signal 59 being transmitted to the feed simulation module 19 for resetting. Connected from the outside, data packets 44 with collision information, sub-module 35 with collision avoidance heuristic and a sub-module 441 for section-by-section collision information are connected to sub-module 56 for determining a total collision volume. The inner submodules 57 for determining the angle of attack / cantilever lengths and 58 for determining a reset point are connected to the feed simulation module 19 on the one hand via the data packets 45 with modified travel movements and on the other hand via the data packet 59 for resetting. The information is fed from the feed simulation module 19 into the module 8 for receiving collision-free machining paths, and from there the real machining processes on the first machine tool 12 can be controlled. From the total collision volume of a section ascertained, the parameters angle of attack and cantilever length are modified according to the collision avoidance heuristic. The collision avoidance heuristic or a set of heuristics for different collision pairs are implemented for this. If a variation of the angle of attack is required, z. B. In cylindrical and toric milling cutters, the path can be corrected to avoid undercuts. To do this, the tool is moved in the direction of the original tool axis.
Dem erfindungsgemäßen System 1 liegt folgendes erfindungsgemäße Verfahren zugrunde, das anhand der Fig. 9 erläutert wird, in der eine Grobstruktur des Algorithmus zur Werkstückvolumenänderungssimulation, insbesondere zur Abtragsimulation, zur volumenorientierten Kollisionsprüfung, zur Modifikation und zur Rücksetzung für ein NC- Programm innerhalb der algorithmischen Verzahnung von Abtragsimulation und Volumen-Kollisionsprüfung dargestellt ist. Gleiches gilt für die Auftragsimulation. Der dargestellte Simulationsablauf mit dem Werkstückabtrag kann parallel zu den realen Bearbeitungs-Vorgängen ablaufen. Es ist aber auch möglich, vor der Realisierung die Bearbeitungs-Vorgänge am Werkstück über einen Simulationsablauf zu kontrollieren, ob Kollisionen vorliegen, die je nach Bedarf eine Erweiterung des Maschinenparks um eine weitere Werkzeugmaschine und/oder eine Erweiterung der Werkzeugpalette bedingen. The system 1 according to the invention is based on the following method according to the invention, which is explained with reference to FIG. 9, in which a rough structure of the algorithm for the simulation of the workpiece volume change, in particular for the removal simulation, for the volume-oriented collision check, for modification and for resetting an NC program within the algorithmic interlocking of removal simulation and volume collision check is shown. The same applies to order simulation. The simulation process shown with the workpiece removal can run parallel to the real machining processes. However, it is also possible to check the machining processes on the workpiece via a simulation process before the implementation to determine whether there are collisions which, depending on the need, require the machine park to be expanded by a further machine tool and / or the tool range to be expanded.
Die Abtragsimulation und volumenorientierte Kollisionsprüfung laufen quasi parallel. Für jeden NC-Satz können dabei sowohl die Abtragsimulation als auch die volumenorientierte Kollisionsprüfung durchgeführt werden. Bei Kollisionen ist ein Zurücksetzen im NC-Programm vorgesehen. Deshalb werden bei der Abtragsimulation sämtliche veränderten Höheninformationen gespeichert.The removal simulation and volume-oriented collision check run virtually in parallel. For each NC block can do both the removal simulation and the volume-oriented collision check. In the event of a collision, Reset provided in the NC program. Therefore, in the removal simulation all changed altitude information is saved.
Zur Kollisionsbehebung eines ursprünglichen ND-Programms aus einem NC-Programm- Modul 70 des Datenmoduls 17 für Soll-Bearbeitungs-Bahnen weist in Fig. 9 im Wesentlichen eine Verwaltung 71, insbesondere eine Rücksetz-Verwaltung auf, an die auch die NC-Satzspeicher 72 geführt sind. Für den i-ten Bearbeitungs-Vorgang wird der i-te NC-Satz 73 aus dem NC-Satzspeicher 72 ausgelesen und im Vorschubsimulationsmodul 19 die zugehörige Abtragsimulation 74, in der die Nägel 75 gemäß einem verwendeten Nagelbrettmodell abgeschnitten werden, durchgeführt.To eliminate a collision of an original ND program from an NC program module 70 of the data module 17 for target machining paths, FIG. 9 essentially has an administration 71 , in particular a reset administration, to which the NC block memory 72 is also connected are led. For the i-th machining process, the i-th NC block 73 is read out from the NC block memory 72 and the associated removal simulation 74 , in which the nails 75 are cut off in accordance with a nail board model used, is carried out in the feed simulation module 19 .
Vorzugsweise wird die Abtragsimulation 74 für den i-ten NC-Satz durch ein erweitertes diskretes Vorschubsimulationsmodul 19 realisiert. Das erweiterte Vorschubsimulationsmodul 19 weist erfindungsgemäß Zusatzfunktionen wie das Rücksetzen der Simulation auf einen vorgegebenen Punkt, das Schreiben eines veränderten NC-Programms sowie die Mitführung einer Booleschen Matrix zur Verwaltung der veränderten Nägel auf. Darüber hinaus kann im erweiterten Vorschubsimulationsmodul 19 eine Schnittstelle zum Abgreifen der Höheninformationen implementiert sein. Ebenso ist zur Kommunikation zwischen dem Vorschubsimulationsmodul 19 und dem Volumenmodellierungssimulationsmodul 15 eine Interprozesskommunikation, vorzugsweise in Form einer programmtechnisch und funktional erweiterten API-Schnittstelle 50 vorgesehen.The removal simulation 74 for the i-th NC block is preferably implemented by an expanded discrete feed simulation module 19 . According to the invention, the advanced feed simulation module 19 has additional functions such as resetting the simulation to a predetermined point, writing a changed NC program and carrying a Boolean matrix for managing the changed nails. In addition, an interface for tapping the height information can be implemented in the extended feed simulation module 19 . Likewise, an interprocess communication, preferably in the form of an API interface 50 which is expanded in terms of program and function, is provided for communication between the feed simulation module 19 and the volume modeling simulation module 15 .
Die zugeordnete volumenorientierte Kollisionsprüfung 76 für den i-ten NC-Satz im Untermodul 36 zur volumenorientierten Kollisionsprüfung kann ergeben, dass keine Kollision mit dem Toleranzwert - K gleich Null - vorliegt und durch das positive Signal 77 der nächste i+1-NC-Satz aus dem NC-Satzspeicher 72 ausgelesen werden kann. Ist der Toleranzwert - K ungleich Null -, dann wird durch das negative Signal 78 die Modifikation der Anstellwinkel des Werkzeugs 9 initiiert. Die Modifikation 79 der Anstellwinkel des Werkzeugs 9 erfolgt unter Verwendung einer fest eingebauten Heuristik im Untermodul 35 mit Kollisionsvermeidungsheuristik. Damit kann sich eine Modifikation 80 der Bahn zur Kollisionsvermeidung im i-j-ten Abschnitt ergeben, wobei das Informationssignal 82 den i-ten NC-Satz ändern kann. Die Modifikation der Bahn erfolgt durch die Berechnung der Verschiebung für einen vorgegebenen Winkel, wobei die Verschiebung in Z-Richtung oder in Richtung der veränderten oder ursprünglichen Werkzeugachse erfolgen kann. Werden die bisherigen Modifikationsparameter 81 für den i-j-ten Abschnitt von der Modifikation 79 der Anstellwinkel übernommen, so erfolgt nur eine Modifikation 80 der Bahn in Richtung der ursprünglichen Werkzeugachse. Dabei kann die Korrektur der i-ten NC-Bahn zur Vermeidung von Unterschnitten bei torischen und zylindrischen Werkzeugen vorgenommen werden.The assigned volume-oriented collision check 76 for the i-th NC block in the sub-module 36 for volume-oriented collision check can show that there is no collision with the tolerance value - K equals zero - and the next i + 1 NC block is triggered by the positive signal 77 can be read out from the NC block memory 72 . If the tolerance value - K is not equal to zero - then the modification of the setting angle of the tool 9 is initiated by the negative signal 78 . The modification 79 of the angle of attack of the tool 9 is carried out using a permanently installed heuristic in the sub-module 35 with a collision avoidance heuristic. This can result in a modification 80 of the path for collision avoidance in the ij th section, wherein the information signal 82 can change the i th NC block. The path is modified by calculating the displacement for a predetermined angle, it being possible for the displacement in the Z direction or in the direction of the changed or original tool axis. If the previous modification parameters 81 for the ijth section are adopted from the modification 79 of the angle of attack, then only a modification 80 of the path takes place in the direction of the original tool axis. The i-th NC path can be corrected to avoid undercuts in toric and cylindrical tools.
Mit dem Gegenstand der Erfindung wird es nicht nur schlechthin ermöglicht, dass die manuelle Off-line-Programmierung zur Kollisionsbehebung durch eine anlageninterne, automatische On-line-Programmierung ersetzt wird, sondern es wird die Genauigkeit, die Zuverlässigkeit sowie die Schnelligkeit der Prozesssteuerung und somit die Durchführung der Bearbeitungs-Vorgänge insgesamt erhöht.The subject matter of the invention not only makes it possible for the manual off-line programming for collision elimination by an internal, automatic on-line programming is replaced but it becomes the accuracy the reliability and speed of the process control and thus the Execution of the processing operations increased overall.
Die Erfindung stellt nicht nur eine bloße Addition der bekannten Simulationsmodule zur Volumenmodellierung 15 und zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung 19 dar, sondern bringt durch die aktuelle Auswertung der Daten von Anstellwinkel und/oder Auskraglänge der jeweiligen Werkzeuge 9, 10, 11 zum jeweils momentanen Bahn- Bearbeitungsstandort sowohl am Werkstück, am Werkzeug und an der Maschine synergetische Effekte, insbesondere eine wesentlich höhere Kosteneinsparung an Werkstückmaterial, eine bessere Maschinen-, Werkzeug- sowie Zeitausnutzung hervor als es die Summe der beiden einzelnen Einsätze der beiden herkömmlichen Module zur Volumenmodellierung 15 und zur Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung 19 ohne irgendwelche Verzahnung darstellt The invention not only represents a mere addition of the known simulation modules for volume modeling 15 and feed speed optimization 19 , but also brings about the current evaluation of the data of the angle of attack and / or projection length of the respective tools 9 , 10 , 11 to the respective current path processing location on both Workpiece, on the tool and on the machine synergetic effects, in particular a much higher cost saving on workpiece material, better machine, tool and time utilization than the sum of the two individual uses of the two conventional modules for volume modeling 15 and feed rate optimization 19 without any Represents gearing
11
System
system
22
erstes Werkstück
first workpiece
33
zweites Werkstück
second workpiece
44
drittes Werkstück
third workpiece
55
Datenverarbeitungsanlage
Data processing system
66
CAM-Moduleinheit
CAM module unit
77
Modul zur Datenaufbereitung und -synchronisierung
Module for data preparation and synchronization
88th
Modul zur Aufnahme kollisionsfreier Bearbeitungs-Bahnen
Module for taking collision-free machining paths
99
erstes Werkzeug
first tool
1010
zweites Werkzeug
second tool
1111
drittes Werkzeug
third tool
1212
erste Werkzeugmaschine
first machine tool
1313
zweite Werkzeugmaschine
second machine tool
1414
dritte Werkzeugmaschine
third machine tool
1515
kollisionserkennendes Simulationsmodul zur Volumenmodellierung
(Volumenmodellierungssimulationsmodul)
collision-detecting simulation module for volume modeling (volume modeling simulation module)
1616
Datenbankmodul für Maschinen, Spannmittel, Werkzeuge, Werkstoffe, etc.
Database module for machines, clamping devices, tools, materials, etc.
1717
Datenmodul für Soll-Bearbeitungs-Bahnen
Data module for target processing tracks
1818
Hauptmodul zur Simulation von Bearbeitungs-Vorgängen
Main module for the simulation of machining processes
1919
volumendiskretes Simulationsmodul Vorschubgeschwindigkeitsoptimierung
(Vorschubsimulationsmodul)
volume-discrete simulation module feed rate optimization (feed simulation module)
2020
Simulationsmodul zur anlageninternen Kollisionsbehebung
Simulation module for internal collision correction
2121
erstes Subdatenmodul für Werkstückdaten
first sub-data module for workpiece data
2222
Vergleichsmodul zur Durchführung eines Vergleiches zwischen Daten der Soll-
Bahn und den Daten der Ist-Bahn
Comparison module for carrying out a comparison between the data of the target path and the data of the actual path
2323
Hybrides Simulationsmodul
Hybrid simulation module
2424
Feststellmodul zur Feststellung von Kollisionsdaten
Locking module for the detection of collision data
2525
Regelkreis für anlageninternen Kollisionsbehebungsprozess
Control loop for internal collision correction process
2626
erstes Zuordnungsmodul für virtuelle Maschinendaten
first assignment module for virtual machine data
2727
zweites Zuordnungsmodul für virtuelle Anstellwinkel und/oder virtuelle
Auskraglängen von Werkzeugen
second assignment module for virtual angles of attack and / or virtual cantilever lengths of tools
2828
drittes Zuordnungsmodul für virtuelle Werkstückdaten
third assignment module for virtual workpiece data
2929
Eingabe-/Ausgabeeinrichtung
Input / output device
3030
Modul für eine potentielle Kollisionsmatrix
Module for a potential collision matrix
3131
zweites Subdatenmodul für Werkstückdaten
second sub-data module for workpiece data
3232
Kollisionsvermeidermodul
Kollisionsvermeidermodul
3333
Datenpaket zur Maschinenbeschreibung
Data package for machine description
3434
Datenpaket zur Kollisionsobjektdarstellung
Data package for collision object display
3535
Untermodul mit Kollisionsvermeidungsheuristik
Sub-module with collision avoidance heuristic
3636
Untermodul zur volumenorientierten Kollisionsprüfung
Sub-module for volume-oriented collision checking
3737
Untermodul zur Maschinenaufbereitung
Sub-module for machine preparation
3838
Datenpaket zur modifizierten Maschinenbeschreibung
Data package for the modified machine description
3939
Datenpaket zur Darstellung modifizierter Kollisionsobjekte/-paare
Data package for displaying modified collision objects / pairs
4040
Datenpaket für Verfahrbewegungen
Data package for traversing movements
4141
drittes Subdatenmodul für Werkstückdaten
third sub-data module for workpiece data
4242
Modul für diskrete Werkstückmodelle
Module for discrete workpiece models
4343
Modul zur Speicherung von Volumen-Werkstückmodellen
Module for storing volume workpiece models
4444
Datenpaket mit Kollisionsinformationen
Data packet with collision information
441441
Submodul für abschnittsweise Kollisionsinformationen
Submodule for section-by-section collision information
4545
Datenpaket mit korrigierten Verfahrbewegungen
Data package with corrected traversing movements
4646
Kollisionsmatrix
collision matrix
4747
Modul zur Speicherung einer aktuellen Kollisionsmatrix
Module for storing a current collision matrix
4848
Datenpaket zur Erstellung einer potentiellen Kollisionsmatrix
Data package for creating a potential collision matrix
4949
Untermodul zur paarweisen Kollisionsermittlung
Submodule for pairwise collision detection
5050
Schnittstelle
interface
5151
Submodul zur Aktualisierung von Volumen-Werkstückmodellen
Submodule for updating volume workpiece models
5252
Submodul zum Aufbau einer Quadtreestruktur
Submodule for building a quad tree structure
5353
Submodul zur Ermittlung beteiligter Körper
Submodule for determining involved bodies
5454
Submodul zur Aktualisierung von Z-Werten
Submodule for updating Z values
5555
Submodul zur Korrektur einer Kollisionsmatrix
Submodule for correcting a collision matrix
5656
Submodul zur Bestimmung eines Gesamt-Kollisionsvolumens
Submodule for determining a total collision volume
5757
Submodul zur Bestimmung von Anstellwinkeln/von Auskraglängen
Submodule for determining angles of attack / cantilever lengths
5858
Submodul zur Bestimmung eines Rücksetzpunktes
Submodule for determining a reset point
5959
Datensignal zum Rücksetzen
Reset data signal
6060
Modifizierermodul
Modifizierermodul
6161
Untermodul zur parametrischen Volumenmodellierung
Submodule for parametric volume modeling
6262
Untermodul zur Werkstückvolumenänderung
Sub-module for changing the workpiece volume
7070
NC-Programm
NC program
7171
Rücksetz-Verwaltung
Reset management
7272
NC-Satzspeicher
NC block storage
7373
Leseeinrichtung für i-ten NC-Satz
Reading device for i-th NC block
7474
Abtragsimulation für i-ten NC-Satz
Removal simulation for i-th NC block
7575
Abgeschnittene Nägel für NC-Satz
Cut off nails for NC set
7676
Volumenorientierte Kollisionsprüfung
Volume-oriented collision check
7777
Kollisionsfreies Datensignal
Collision-free data signal
7878
Kollisionsbehaftetes Datensignal
Collision-related data signal
7979
Modifikation der Anstellwinkel im Abschnitt i-j
Modification of the angle of attack in section ij
8080
Modifikation der Bahn zur Kollisionsvermeidung im Abschnitt i-j
Modification of the track to avoid collisions in section ij
8181
Bisherige Modifikationsparameter für Abschnitt i-j
Previous modification parameters for section ij
8282
Informationssignal
information signal
9191
erstes Subdatenmodul für Aufspannung
first sub-data module for clamping
101101
zweites Subdatenmodul für Aufspannung
second sub-data module for clamping
111111
drittes Subdatenmodul für Aufspannung
third sub-data module for clamping
121121
erstes Subdatenmodul für erste Werkzeugmaschine
first sub-data module for first machine tool
131131
zweites Subdatenmodul für zweite Werkzeugmaschine
second sub-data module for second machine tool
141141
drittes Subdatenmodul für dritte Werkzeugmaschine
K Toleranzwert für Kollision
K = 0 Kollisionsfreiheit
K ≠ 0 Kollision
X, Y, Z Koordinaten
A, B, C Anstellwinkel
Di Horizontalleiste der Kollisionsmatrix
Ej Vertikalleiste der Kollisionsmatrix
third sub-data module for third machine tool
K tolerance value for collision
K = 0 collision-free
K ≠ 0 collision
X, Y, Z coordinates
A, B, C angle of attack
The horizontal bar of the collision matrix
Ej Vertical bar of the collision matrix
Claims (61)
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| DE2001114811 DE10114811A1 (en) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | System for producing multi-axis machining processes on workpieces, determines current path data and/or deviation while taking into account material removed by workpiece machining |
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Publications (1)
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