專利名稱：虛擬教入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種系統(tǒng)，它可用來生成、變更及/或顯示機(jī)器控制程序。具體地講，本發(fā)明涉及一種能夠生成、變更及/或顯示各種程序的系統(tǒng)，利用它來控制磨削機(jī)器。
按照規(guī)定，機(jī)器工具是受到程序控制的，也就是說，對(duì)工件實(shí)施的機(jī)械加工操作是在程序控制下進(jìn)行的。為了在工具與工件之間制造一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該規(guī)定提供有許多NC軸。例如，在合適的線性導(dǎo)軌上裝設(shè)一種磨削頭，同時(shí)該線性導(dǎo)軌也帶有一種NC(數(shù)字控制)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。開動(dòng)一個(gè)或多個(gè)這種軸便可形成一種定位運(yùn)動(dòng)。典型地，如果要用鉆具磨削出螺旋形凹槽，就必須將多個(gè)運(yùn)動(dòng)分量疊加起來，這樣才能在工件與工具之間實(shí)現(xiàn)一種合適的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
數(shù)字控制的機(jī)器工具及其控制程序是大家所熟悉的。譬如，歐洲專利申請(qǐng)EP0530364A1曾公布過一種人機(jī)對(duì)話式的數(shù)字控制方式，根據(jù)當(dāng)前的NC數(shù)據(jù)，監(jiān)視器可對(duì)工件作出顯示。NC數(shù)據(jù)的交互變化可直接被顯示出來。因此，數(shù)據(jù)變化所帶來的作用可立即被看出來。該系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置、計(jì)算裝置、顯示裝置及輸入裝置。通過在監(jiān)視器上顯示出機(jī)械加工過程，可直接在屏幕上對(duì)NC數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。
在對(duì)NC機(jī)器進(jìn)行編程時(shí)，使用編程語言需要一定的技巧，同時(shí)，在特定的條件下，若要對(duì)工件的某些表面進(jìn)行機(jī)械加工，對(duì)NC機(jī)器的編程也需一定的技巧。
本發(fā)明的目的為簡化NC機(jī)器的操作。
發(fā)明的目的可由權(quán)利要求1所述的特征系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。發(fā)明的這種系統(tǒng)帶有一種教入(teach-in)模塊，典型地，通過在一種合適的硬件上運(yùn)行一個(gè)程序來獲得該教入模塊。這種教入模塊能夠?qū)ぜ肮ぞ哌M(jìn)行可視顯示，優(yōu)選地，它為一種三維顯示。即便在沒有任何機(jī)器控制程序的情況下，該顯示都是可能的。譬如，假定要將一個(gè)工件加工成一種機(jī)械工具。那么所顯示的工件為一個(gè)毛坯，或?yàn)橐粋€(gè)未加工完畢的機(jī)械工具。利用電子學(xué)方法，可將該毛坯或被部分加工過的工具存入存儲(chǔ)器中，然后，再將其從存儲(chǔ)器里取出。另一方面，教入模塊可以將毛坯或初始物體放在一起，然后將其制成具有簡單幾何形狀的機(jī)械工具，如圓柱體、平行六面體、立方體等等。教入模塊可帶有合適的定標(biāo)功能，這樣，就可以用一種理想的尺寸與比例把加工工具、毛坯或基體顯示出來。
在設(shè)計(jì)時(shí)，教入模塊所顯示的內(nèi)容為工件與加工工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它由操作人員通過輸入適當(dāng)?shù)娜斯?shù)據(jù)來進(jìn)行規(guī)定。這些運(yùn)動(dòng)可作為許多單個(gè)的運(yùn)動(dòng)步驟來輸入，或者，使這些運(yùn)動(dòng)跟從一個(gè)預(yù)定的路徑。例如，在規(guī)定路徑時(shí)可采用一些典型值，如直線、螺旋線或相似曲線等等，它們都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。同樣，它也需要一種定標(biāo)功能。此外，如果能夠按增量進(jìn)行位置控制，或輸入一個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑，則都是比較有利的。通過人工輸入一種路徑，可實(shí)現(xiàn)拋光功能。
教入模塊具有一種作用，即根據(jù)教入模塊中所輸入的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來生成或修改機(jī)器控制程序，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)是指顯示的加工工具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。工件與加工工具間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一種機(jī)械加工過程，當(dāng)教入模塊對(duì)該過程進(jìn)行顯示時(shí)，換句話說，就是顯示磨輪在毛坯上制造凹槽的時(shí)候，可同時(shí)生成與該機(jī)械加工操作相應(yīng)的機(jī)器控制數(shù)據(jù)。在此，可通過虛擬教入的方法來生成機(jī)器控制程序。假使機(jī)器控制程序已經(jīng)存在，那么，通過虛擬教入的方法可以對(duì)其進(jìn)行修改。這樣便大大簡化了相應(yīng)數(shù)控機(jī)器工具的操作過程。使得采用一種簡單的方式就可對(duì)機(jī)器控制程序進(jìn)行控制，而對(duì)于這些機(jī)器控制程序，它們不但描述了磨削機(jī)器各軸的運(yùn)動(dòng)順序，而且還描述了它的運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)，也給出了控制單元輸入端的狀態(tài)變化，這種控制單元如SPS(如，打開、關(guān)閉冷卻閥，或磨輪軸等等)。作為規(guī)定，這些機(jī)器控制程序不但包括機(jī)器軸的單個(gè)運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的各種命令，而且還包括SPS控制命令。在兩個(gè)空間點(diǎn)之間，程序行以及由大量程序行組成的程序塊控制著一個(gè)或多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在，這種虛擬教入模塊就能夠?qū)ΜF(xiàn)有程序行作出變更了，或者，對(duì)大量程序行組成的現(xiàn)有程序塊進(jìn)行更改，要么加入新的程序行或程序塊，要么刪除一些現(xiàn)有的程序行或程序塊。
另外，虛擬教入模塊還優(yōu)選地含有一個(gè)存儲(chǔ)裝置，利用它來儲(chǔ)存工具數(shù)據(jù)以及有關(guān)加工工具與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的操作指令。此外，存儲(chǔ)器的形式為一種硬件，通過在一種合適的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一個(gè)程序或程序段來對(duì)它實(shí)行控制。此計(jì)算機(jī)還包括一個(gè)計(jì)算裝置，裝置內(nèi)含有相應(yīng)的程序段和運(yùn)行該程序或程序段的硬件。計(jì)算裝置處理存儲(chǔ)裝置內(nèi)裝入的工作指令，這樣，根據(jù)這些工作指令，可以改變或添加工件數(shù)據(jù)及/或工具數(shù)據(jù)，使工具根據(jù)指令所定義的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工。利用這種方法，可模擬出材料的侵蝕及/或工具的磨損情況。模擬過程由一個(gè)含有顯示器與相應(yīng)程序的顯示裝置顯示出來，這些相應(yīng)程序的作用為，讓操作者在顯示器上看到圖形數(shù)據(jù)。采用一種輸入裝置，以之來檢測(cè)加工工具與工件之間所需的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而這些運(yùn)動(dòng)首先被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的工作指令，然后由一種存儲(chǔ)裝置將其儲(chǔ)存或緩存于存儲(chǔ)器之中。輸入裝置可包括輸入器與播放設(shè)備，上面裝有虛擬輸入按鈕或其它類似物件。
在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，還帶有一種轉(zhuǎn)換裝置，它將上述產(chǎn)生的工作指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器控制程序。另一方面，工作指令也可直接對(duì)應(yīng)于機(jī)器控制程序，以省掉一個(gè)轉(zhuǎn)換過程。
在對(duì)虛擬教入模塊的顯示進(jìn)行控制時(shí)，可以生成及/或變更機(jī)器控制程序。這可包括上述機(jī)器控制程序中的一些定性功能與變化，還包括程序各部分所設(shè)定的數(shù)據(jù)變化。
典型地，輸入裝置由一種特定的輸入器組成，或者由一種與屏幕顯示的輸入面板相連的輸入器組成，它既包括同各個(gè)機(jī)器軸相聯(lián)系的操作面板，也包括用于構(gòu)造軸的操作面板，這種構(gòu)造軸是不與機(jī)器軸匹配的。由此，操作將變得更為簡單。
輸入模塊可包含在一種仿真模塊內(nèi)，或連接在仿真模塊上，這樣，可采用運(yùn)動(dòng)圖像影片的方式將輸入的機(jī)械加工顯示出來。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，可根據(jù)需要逐步地進(jìn)行仿真，或者，以緩慢運(yùn)動(dòng)或時(shí)間推移的形式進(jìn)行仿真。該仿真可以中斷，必要時(shí)也可通過教入模塊進(jìn)行校正。
優(yōu)選地，另外還可配置一種裝置，利用該裝置，能根據(jù)可視顯示確定工件的最終尺寸。譬如，這種裝置可為一種游標(biāo)，用它可以隨意選定或捕捉工件上的點(diǎn)，在此，通過該裝置來確定點(diǎn)與點(diǎn)之間的尺寸關(guān)系。
優(yōu)選地，顯示裝置所顯示的視圖為一種三維顯示，它給觀察者提供了一種三維工件建造圖。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)可在一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，或者，將它同一種NC機(jī)器的控制器結(jié)合起來。在第一種情形中，可通過人機(jī)對(duì)話的方式建立NC機(jī)器的機(jī)器程序，然后，把建立的程序送至其它常規(guī)NC機(jī)器內(nèi)。為此，可采用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)或數(shù)據(jù)線等等。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳情由附圖、敘述部分或附屬權(quán)利要求給出。
附圖示出了本發(fā)明的一種實(shí)施范例。其中
附

圖1示出了一種系統(tǒng)的簡略方框圖，用它來生成、變更及/或顯示機(jī)器控制程序；附圖2示出了附圖2所示教入模塊的簡略方框圖；附圖3用電路方框圖的形式示出了教入模塊的數(shù)據(jù)流；附圖4示出了一種加工工具元件簡圖；附圖5簡略地示出了一種磨削機(jī)器的平面視圖、實(shí)軸及構(gòu)造軸；附圖6示出了一種操作面板，用來輸入虛擬加工工具與虛擬工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；附圖7-9均為在輸入運(yùn)動(dòng)時(shí)，屏幕所顯示的虛擬加工工具及虛擬工件圖形；附圖10為輸入所需機(jī)械加工操作時(shí)，屏幕顯示的加工工具及工件圖；附圖11為執(zhí)行附圖7-10所示機(jī)械加工操作的機(jī)器其屏幕顯示圖；附圖12示出了一種仿真模塊的操作面板；附圖13為仿真過程中的屏幕顯示圖；附圖14為附圖13一部分的放大視圖；附圖15為一種SPS監(jiān)視器的屏幕顯示圖。
附圖1示出了一種教入系統(tǒng)1，它用來生成、變更及顯示機(jī)器控制程序。系統(tǒng)1帶有一種教入模塊2，利用該模塊可通過人機(jī)對(duì)話的方式建立起機(jī)器控制程序。教入模塊2包括有一個(gè)計(jì)算機(jī)程序及一種基礎(chǔ)硬件。它有一個(gè)程序部件4，該部件根據(jù)附圖1方框5內(nèi)的特征數(shù)據(jù)及機(jī)器控制程序進(jìn)行工作。如附圖3所示，教入模塊帶有一個(gè)碰撞模塊2a及一個(gè)時(shí)間計(jì)算模塊2b。碰撞模塊2a的作用為檢測(cè)工具與工件之間發(fā)生的非理想碰撞情況，也就是說，這些碰撞不構(gòu)成工件機(jī)械加工意義上的接觸(金屬切割)。時(shí)間計(jì)算模塊2b的作用為，在實(shí)際執(zhí)行機(jī)器控制程序時(shí)，用來確定所需的機(jī)械加工時(shí)間。數(shù)據(jù)可從方框6送至教入模塊2內(nèi)，比如，在方框6內(nèi)可含有未加工工件的圖形數(shù)據(jù)。一旦方框6內(nèi)的初始數(shù)據(jù)被送入方框5，它們就由教入模塊2用來進(jìn)行顯示及顯示控制。根據(jù)控制顯示，先按照方框5內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，然后又按照程序部件4內(nèi)的機(jī)器程序進(jìn)行工作，直至設(shè)定好所需的數(shù)據(jù)及產(chǎn)生機(jī)器程序?yàn)橹埂４撕?，這將作為一個(gè)機(jī)器控制程序輸出，如附圖1內(nèi)的方框7所示。
在附圖2中，教入模塊2包括一個(gè)帶有控制與處理單元的計(jì)算機(jī)，它形成一種算術(shù)單元11，此外，教入模塊2還帶有存儲(chǔ)器12、監(jiān)視器14以及輸入器15。存儲(chǔ)器12帶有一部分可在算術(shù)單元11上運(yùn)行的程序16，由它構(gòu)成存儲(chǔ)單元17，存儲(chǔ)單元17用于存儲(chǔ)工件數(shù)據(jù)、工具數(shù)據(jù)，以及一些表征工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的指令。程序16另外還有一部分同監(jiān)視器14一起組成顯示裝置18，以顯示工件、工具，以及工件與工具間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由此，通過程序16的另一部分，以及輸入器15與監(jiān)視器14來對(duì)教入系統(tǒng)進(jìn)行操作。應(yīng)用程序部分與輸入器15，以及監(jiān)視器14一起組成輸入裝置19。對(duì)此，教入系統(tǒng)1的工作過程將在下文進(jìn)行闡述作為一個(gè)例子，假定現(xiàn)在還沒有任何機(jī)器控制程序。因此，從方框6送至教入模塊2的數(shù)據(jù)描述的是一種未加工狀態(tài)工件，且至少還描述了一種選定的加工工具。該加工工具連同工件一起由顯示裝置18的監(jiān)視器14進(jìn)行顯示?，F(xiàn)在，利用輸入器來規(guī)定所顯示工件及/或工具的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，也可輸入或指定SPS控制命令。典型地，這些命令包括打開與關(guān)閉冷卻閥。從鍵盤上可以移動(dòng)顯示，也可以輸入控制命令，但是，可優(yōu)選地采用一種操縱桿或鼠標(biāo)，將它連接在監(jiān)視器14所顯示的輸入菜單或其它顯示功能上，以完成上述輸入工作。采用數(shù)據(jù)的方式記錄產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)換為NC機(jī)器的控制指令。利用這種方法，逐步地在方框5內(nèi)生成機(jī)器控制程序。一旦工件及工具穿越了全部所希望的位置，教入操作便終止，而且，從方框7內(nèi)輸出一種已完成的機(jī)器控制程序，該控制程序是由工件顯示與工具顯示之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡所確定的?，F(xiàn)在，機(jī)器控制程序可直接被送至機(jī)器工具，然后由機(jī)器工具執(zhí)行該程序。
機(jī)器工具是按照該程序來執(zhí)行的，而根據(jù)機(jī)器工具的機(jī)器運(yùn)動(dòng)學(xué)(軸的排列方式)及機(jī)器幾何學(xué)，可在一種構(gòu)造菜單內(nèi)定義好合適的數(shù)據(jù)。其它的構(gòu)造數(shù)據(jù)，如描述工具(磨輪)幾何學(xué)與工具布置的數(shù)據(jù)，以及描述夾頭裝置的數(shù)據(jù)等等，都可以通過接口從外部進(jìn)行規(guī)定。例如，這些數(shù)據(jù)可以寫入一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)。需要寫入的數(shù)據(jù)組成一個(gè)輸入數(shù)據(jù)集，它們包括a)工具數(shù)據(jù)描述加工工件的幾何學(xué)，尤其是描述用作加工工件的磨削機(jī)器幾何學(xué)，此外，還用來描述它們?cè)跈C(jī)器內(nèi)安裝的位置。具體地講，單個(gè)磨輪可以合并為成組的輪子，如附圖4所示。
這些數(shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)組或文件的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，它們可為現(xiàn)成的，或在需要時(shí)再裝設(shè)。必要時(shí)，也可以把教入系統(tǒng)的一部分用作數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)便存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)庫中。
b)夾頭裝置上的數(shù)據(jù)描述工件夾具裝置的幾何學(xué)。同樣，這些數(shù)據(jù)也可以用數(shù)據(jù)組或文件的形式存儲(chǔ)，或存在數(shù)據(jù)庫中。
c)工件數(shù)據(jù)描述不帶有精加工的工具幾何學(xué)。這些數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)組或文件之中，或已存在數(shù)據(jù)庫里。另外，不帶有精加工的部件幾何學(xué)可采取一些簡單的幾何形狀。
d)機(jī)器控制程序數(shù)據(jù)(如果可能的話)描述使用的NC程序。
該程序的形式為一個(gè)數(shù)據(jù)組或一個(gè)文件，或者，可通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)或數(shù)據(jù)線將該程序輸入教入模塊。
e)機(jī)器數(shù)據(jù)描述使用機(jī)器的幾何學(xué)及其軸的構(gòu)造方式。
輸出數(shù)據(jù)包括a)修改的機(jī)器控制程序數(shù)據(jù)修改過或再生成的機(jī)器控制程序數(shù)據(jù)輸出時(shí)為一種數(shù)據(jù)組或文件的形式。如果教入系統(tǒng)為機(jī)器工具的一部分，那么這些程序數(shù)據(jù)就直接送給機(jī)器控制器。如果教入系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)的一部分，而計(jì)算機(jī)離機(jī)器工具又有一段距離，那么，可通過數(shù)據(jù)線或一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)將數(shù)據(jù)輸入機(jī)器控制器內(nèi)。
b)屏幕屏幕用圖形方式顯示出機(jī)器控制程序的執(zhí)行與修改過程，以及材料的侵蝕狀況等。如果機(jī)器內(nèi)發(fā)生了非理想碰撞，就可發(fā)出警告，并在此處中斷該程序。需要時(shí)，可將這種出現(xiàn)碰撞的程序行寫到記錄文件內(nèi)。
c)生成的工件模型已生成的工件模型可送至CAD系統(tǒng)或其它系統(tǒng)進(jìn)行再加工。
為進(jìn)一步闡述虛擬教入系統(tǒng)的操作過程，附圖3用簡圖形式示出了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流。圖中只給出了一個(gè)程序段。虛擬教入系統(tǒng)同其它元件之間的通信，以及系統(tǒng)的起動(dòng)操作等，由一種高級(jí)程序來完成，由于這種高級(jí)程序的詳情大家都很清楚，而且在此也沒必要對(duì)它進(jìn)行講述，所以附圖中沒有將其示出。此外，它還包括把生成的機(jī)器控制程序送到機(jī)器中。
根據(jù)硬盤存儲(chǔ)器內(nèi)可能還是碎片的現(xiàn)有機(jī)器控制程序，或者，根據(jù)以連續(xù)數(shù)據(jù)流形式到來的機(jī)器控制程序，在處理模塊16內(nèi)生成各個(gè)機(jī)器軸的移動(dòng)路徑。在附圖3中，它們用五個(gè)不同的軸X、Y、Z、A、C來表示。處理模塊也接收有關(guān)機(jī)器幾何學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)、磨輪幾何學(xué)、夾頭裝置幾何學(xué)、工件幾何學(xué)等數(shù)據(jù)。它還接在輸入裝置19上，利用該輸入裝置，用戶可以操作、中斷或繼續(xù)處理過程，而且，在需要時(shí)還可以用一種確定的方式對(duì)程序行或程序塊進(jìn)行添加、刪除或修改。處理模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立工件模型，執(zhí)行碰撞觀測(cè)，并計(jì)算出機(jī)械加工所需的時(shí)間。該計(jì)算與碰撞觀測(cè)、工件模型一起由顯示裝置18進(jìn)行顯示。處理模塊16所產(chǎn)生的移動(dòng)路徑送到存儲(chǔ)單元17內(nèi)，并由此記錄在硬盤上。它們可以用機(jī)器控制程序的形式送入機(jī)器內(nèi)，或者，先將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器控制程序，然后再輸入機(jī)器。
機(jī)器以平面視圖的形式由附圖5示出。它帶有一種機(jī)床21，其上面裝設(shè)有工件載體22，而工件載體22可圍繞垂直軸C旋轉(zhuǎn)。利用另一個(gè)NC軸X，工件載體22也可在水平方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)。它還裝有一種用來接收工件25的裝置24，如一種鉆具等。根據(jù)需要，在接收裝置24上可裝設(shè)一種旋轉(zhuǎn)調(diào)位器，它帶有另一個(gè)NC軸A。
在工件載體22的附近，還有一種磨削頭26，它裝有一個(gè)或多個(gè)磨輪27、28、29。需要時(shí)，在磨削軸的旋轉(zhuǎn)NC軸線Z方向上，以及在與C軸平行的直線方向上(NC軸Y)，可以對(duì)磨削頭26的位置進(jìn)行調(diào)整。相對(duì)于工件載體22，工件25不能作線性調(diào)節(jié)。工件25沿X’方向的軸向運(yùn)動(dòng)(從磨輪27、28、29的位置來看)可由Z方向的運(yùn)動(dòng)(磨削頭的運(yùn)動(dòng))與X方向的運(yùn)動(dòng)(工件載體運(yùn)動(dòng))疊加來完成。
為了對(duì)該NC機(jī)器實(shí)行人機(jī)對(duì)話式教入編程，采用一種虛擬教入模塊，其操作面板如附圖6所示。該圖中的操作面板31其作用為，使顯示裝置31在監(jiān)視器14上產(chǎn)生顯示作用。操作面板31包括許多操作鍵32及顯示區(qū)33。而操作鍵包括有X、Y、Z、A、C等鍵用它們來選定磨削機(jī)器的NC軸。標(biāo)有“-”，“+”及“E”的鍵是用來控制運(yùn)動(dòng)的，“E”為高速模式。當(dāng)前的進(jìn)給增量可按直線增量或角增量進(jìn)行調(diào)節(jié)。重復(fù)鍵ReDo用來恢復(fù)最后一次被刪除的步驟。另一個(gè)操作鍵UnDo則用來刪除最后一次輸入的步驟。此外，為了選定各個(gè)軸，還設(shè)有一個(gè)確定構(gòu)造軸的操作鍵K。通過將當(dāng)前各個(gè)實(shí)際機(jī)器軸X、Y、Z、A、C的運(yùn)動(dòng)疊加起來，可組成當(dāng)前的實(shí)際NC軸，而上述選定的軸可能會(huì)與該實(shí)際NC軸形成一定的偏差。
構(gòu)想時(shí)考慮了所有的運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)在空間兩點(diǎn)間執(zhí)行時(shí)是呈線性的。在角坐標(biāo)中，角度的變化也是線性的。執(zhí)行的機(jī)器軸運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，也可以為多個(gè)軸聯(lián)立運(yùn)動(dòng)。在單個(gè)運(yùn)動(dòng)中，被選定的一個(gè)軸按照給定的進(jìn)給速率以及相關(guān)距離內(nèi)漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)的重復(fù)數(shù)進(jìn)行移動(dòng)。多軸聯(lián)立運(yùn)動(dòng)可描述為連續(xù)的單軸運(yùn)動(dòng)?！岸噍S運(yùn)動(dòng)”模式打開后，各個(gè)軸便連續(xù)地移至預(yù)定的終點(diǎn)位置。然后，關(guān)斷“多軸運(yùn)動(dòng)”模式，那么，在“多軸運(yùn)動(dòng)”模式打開后的所有相關(guān)軸運(yùn)動(dòng)(線性運(yùn)動(dòng))就會(huì)組合成一種聯(lián)立的運(yùn)動(dòng)。
在有些情況下，也可采用一種“構(gòu)造軸”，而不是將單個(gè)的機(jī)器軸運(yùn)動(dòng)組合成疊加的軸運(yùn)動(dòng)。它是通過將各個(gè)機(jī)器軸放在一起而構(gòu)成的。但是，該構(gòu)造軸的存在形式并不是一種實(shí)軸。沿該軸的運(yùn)動(dòng)必須要通過一個(gè)或多個(gè)機(jī)器軸的聯(lián)立運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生。許多時(shí)候，構(gòu)造軸被放在工件的中心軸線上，這樣是比較有利的。由此便可以在工件的軸線方向上移動(dòng)加工工具(磨輪)。為此，磨輪在沿著該軸運(yùn)動(dòng)時(shí)總是同工件的縱軸保持平行的，而且也無須將其編程為兩個(gè)機(jī)器軸的組合運(yùn)動(dòng)，這可從附圖5中看出來。構(gòu)造軸在操作過程中就如同一種機(jī)器軸。然而，在機(jī)器控制程序(NC程序)中，這種運(yùn)動(dòng)是由當(dāng)時(shí)的各個(gè)機(jī)器軸組成的。
構(gòu)造軸是通過一個(gè)構(gòu)造數(shù)據(jù)組或文件來進(jìn)行定義的。在菜單中可以修改這些數(shù)據(jù)組或文件。因此，這種構(gòu)造軸很容易適用于各種不同的機(jī)器構(gòu)造，或適應(yīng)特定加工工具或工件的需要。在處理過程中，可確定構(gòu)造軸的具體空間定位及其同各個(gè)機(jī)器軸的連接方法。
在磨輪組及工件穿越機(jī)室的運(yùn)動(dòng)過程中，可能會(huì)發(fā)生碰撞現(xiàn)象。這些碰撞分為以下幾類在高速模式下磨削輪與工件之間的碰撞；磨削輪同工件載體，或磨削輪同夾頭裝置及其它機(jī)器部件之間的碰撞；工件同機(jī)器部件，或工件同磨削輪上不執(zhí)行金屬切割加工的部分之間的碰撞；工件同實(shí)際沒有執(zhí)行金屬切割加工的磨削輪之間的碰撞。
分析現(xiàn)有的NC程序時(shí)，這些碰撞是非常重要的。在單步處理或連續(xù)處理過程中，可在執(zhí)行NC程序時(shí)加入這種碰撞觀測(cè)。然而，并不是絕對(duì)要把碰撞觀測(cè)打開，它只代表系統(tǒng)的一種優(yōu)化特性。
碰撞觀察可以有兩種不同的操作模式a)在線模式在碰撞觀測(cè)中顯示出圖像，并更新材料的侵蝕狀況。如果發(fā)生碰撞，程序處理便終止，并發(fā)出警告。
b)離線模式執(zhí)行碰撞觀察時(shí)無圖像，且把碰撞輸出到記錄文件中。
附圖6-14記錄了一些理想的工件運(yùn)動(dòng)。典型地，以當(dāng)前的機(jī)器控制程序?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)。該程序可通過一種仿真運(yùn)算顯示出來。為此，采用附圖12所示的操作面板，該面板是顯示在監(jiān)視器上的。譬如，仿真的結(jié)果為一種附圖10所示的工件視圖。顯示可選擇性地切換為整個(gè)機(jī)器的正視圖，如附圖11。如果輸出的機(jī)械加工與設(shè)想相符，那么NC程序就可繼續(xù)保持不變。但是，假使要改變NC程序，那么可以在一個(gè)設(shè)定的點(diǎn)中斷仿真運(yùn)算，然后再改變虛擬教入模塊的操作模式。該情形如附圖13及14所示。附圖14示出的操作面板為附圖13操作面板的一部分，它可用來記錄磨輪及/或工件的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可通過一種諸如操縱桿或鼠標(biāo)的輸入器來輸入。按下標(biāo)有“記錄”的操作鍵63，將輸入的運(yùn)動(dòng)翻譯成一個(gè)或多個(gè)機(jī)器控制程序行。
在連續(xù)仿真運(yùn)算過程中(附圖12)，機(jī)器控制程序是連續(xù)不斷地執(zhí)行的，用戶可以進(jìn)行以下操作a)起動(dòng)或繼續(xù)執(zhí)行機(jī)器控制程序按鍵51，開始執(zhí)行，或在暫停后繼續(xù)執(zhí)行。
b)暫停執(zhí)行機(jī)器控制程序按鍵52，中斷執(zhí)行，但執(zhí)行仍可繼續(xù)。
c)終止執(zhí)行機(jī)器控制程序按鍵53，終止執(zhí)行，只有通過重啟才能重新開始。
d)快進(jìn)執(zhí)行機(jī)器控制程序按鍵54，跳過一個(gè)以上程序組。若需要的話，可跳至下一個(gè)機(jī)械加工操作。
e)快退執(zhí)行機(jī)器控制程序按鍵55，倒退到一個(gè)程序組以前。
若需要的話，可倒回至前一個(gè)機(jī)械加工操作。然后通過適當(dāng)?shù)牟僮髦匦略O(shè)置圖形，而工件則按照相應(yīng)機(jī)器控制程序行所執(zhí)行的樣子進(jìn)行顯示。另外，重設(shè)機(jī)械加工時(shí)間。
f)按鍵56，可在各視圖之間進(jìn)行切換，視圖帶有或不帶有機(jī)室
(如附圖11)。
機(jī)器控制程序的單步處理可通過按暫停鍵52來進(jìn)行。如附圖13所示，磨輪27保持它的當(dāng)前位置，而此時(shí)所顯示的內(nèi)容為經(jīng)過的機(jī)器控制程序及機(jī)械加工時(shí)間。如附圖14，可以執(zhí)行以下功能操作a)單步向前按下鍵61后執(zhí)行下一個(gè)程序行。更新圖形及機(jī)械加工時(shí)間；b)單步向后按下鍵62，可重設(shè)一行處理程序；也就是說，將原來所有材料的侵蝕作用都廢除掉，并重新設(shè)定磨削時(shí)間。
c)開始/記錄按下鍵63后，系統(tǒng)進(jìn)入記錄模式。人工規(guī)定的所有機(jī)器運(yùn)動(dòng)立即被記錄及存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器之中。
d)停止/記錄按下鍵64，記錄模式終止，由此終止記錄用戶所規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。
仿真模塊及/或教入模塊計(jì)算出機(jī)械加工時(shí)間，并用一個(gè)狀態(tài)行的形式輸出程序開始后所經(jīng)過的磨削時(shí)間。每次執(zhí)行機(jī)器控制程序行時(shí)，磨削時(shí)間都要更新。與碰撞觀測(cè)一樣，它也有兩種不同的模式，即在線模式、離線模式；也就是說，機(jī)械加工時(shí)間可以直接顯示出來，或者寫到文件當(dāng)中。同時(shí)，當(dāng)前程序行及各個(gè)機(jī)器軸的實(shí)際位置也會(huì)被顯示出來。
根據(jù)需要，利用圖形控制的方法，可直接或間接地輸入機(jī)器控制程序行。SPS狀態(tài)將相應(yīng)發(fā)生變化。例如，可以打開、關(guān)閉磨輪軸或冷卻閥等等。附圖15所示的狀態(tài)監(jiān)視器示出了當(dāng)前SPS的輸入及輸出狀態(tài)。利用一種合適的操作元件，可改變輸出狀態(tài)，然后把這些變化輸進(jìn)當(dāng)前的NC程序。
利用鼠標(biāo)，可在任何時(shí)候測(cè)量工件模型、機(jī)器模型或磨輪模型。操作時(shí)，點(diǎn)擊屏幕上相互間有間距或有夾角的點(diǎn)或區(qū)，以此來選定空間中的點(diǎn)。
借用一個(gè)平面，可產(chǎn)生工件的兩維剖視圖，然后可對(duì)它實(shí)行測(cè)量。該平面可以隨意選定，或根據(jù)周圍的條件來選，例如，可選擇一個(gè)平行于X軸的平面。由此，在垂直于工件縱軸的剖面上，可以測(cè)出凹槽的寬度及屑?jí)K的虛擬切割角度。
如果需要的話，在磨輪運(yùn)動(dòng)穿越機(jī)室時(shí)，通過控制它形成的(擺動(dòng))面，可以對(duì)所需的工件進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦煨汀Ｄポ喌能壽E(擺動(dòng)面)提供了一種能夠隨意移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的體積。利用周圍的條件，可對(duì)上述移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)進(jìn)行限制，譬如，使該體積沿著坐標(biāo)軸移動(dòng)，直至坐標(biāo)軸至少有一點(diǎn)接觸到工件。也可采用其它接觸面，如平面。接著，該容積可沿著表面上的法線方向移進(jìn)工件內(nèi)，其距離為一個(gè)一定的數(shù)值，由此產(chǎn)生預(yù)定的侵蝕深度。在這種造型過程中，完整地生成了所需的機(jī)器控制程序，或者完成了這些機(jī)器控制程序。
對(duì)于給磨削機(jī)器或其它機(jī)器工具編程的虛擬教入模塊，它還包括有一種圖形用戶界面。該界面含有毛坯可視顯示、工件及加工工具等可視顯示。利用合適的操作元件，顯示的器件可相對(duì)于其它器件隨意移動(dòng)。由虛擬教入模塊來記錄發(fā)生過的運(yùn)動(dòng)，并將其翻譯成一種機(jī)器控制程序，或者，根據(jù)這些移動(dòng)對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器控制程序進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用來生成、變更及/或顯示機(jī)器控制程序的系統(tǒng)(1)，尤其是用來控制磨削機(jī)器的，系統(tǒng)帶有一種教入模塊(2)，該模塊給工件(25)及工具(27，28，29)提供一種可視顯示，并且，通過相互移動(dòng)所顯示的工件(25)及工具(27，28，29)，可對(duì)顯示實(shí)行調(diào)節(jié)控制，此外，模塊(2)根據(jù)調(diào)節(jié)控制，生成或變更一種機(jī)器控制程序(NC程序)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，教入模塊帶有以下元件存儲(chǔ)裝置(17)，—用來存儲(chǔ)工件數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)裝置中，這些數(shù)據(jù)用于表征工件的機(jī)械加工狀態(tài)，—也用來存儲(chǔ)表征工具的工具數(shù)據(jù)，—用來存儲(chǔ)指令，在存儲(chǔ)裝置中，這些指令用于表征工具與工件之間的一種或多種相對(duì)運(yùn)動(dòng)；計(jì)算裝置(16)，根據(jù)指令，該裝置用來變更工件數(shù)據(jù)及/或工具數(shù)據(jù)，以及/或有關(guān)工件與工具位置的數(shù)據(jù)，其方式為，工具(27)按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)來對(duì)工件(25)進(jìn)行機(jī)械加工；顯示裝置(18)，它根據(jù)工件數(shù)據(jù)及工具數(shù)據(jù)，用來給工具及工件提供一種可視顯示，而且，還給其相對(duì)運(yùn)動(dòng)提供一種可視顯示；輸入裝置(19)，它用來變更顯示裝置所顯示的工具(27)與工件(25)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)地，也用來變更表征該相對(duì)運(yùn)動(dòng)的指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，它帶有一種轉(zhuǎn)換裝置，用來將指令轉(zhuǎn)換成機(jī)器控制程序(NC程序)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，指令由一序列機(jī)器控制程序構(gòu)成的程序命令組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，在顯示的調(diào)節(jié)控制時(shí)變更機(jī)器控制程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于，依據(jù)機(jī)器控制程序的變化，可改變工件及/或工具的運(yùn)動(dòng)方向、行進(jìn)距離與/或速度等信息或數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2和3的系統(tǒng)，其特征在于，轉(zhuǎn)換裝置為計(jì)算裝置(16)的一個(gè)部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，存儲(chǔ)裝置(17)、計(jì)算裝置(16)、顯示裝置(18)和輸入裝置(19)均為與其所使用的計(jì)算機(jī)部件相聯(lián)系的程序或程序段。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，輸入裝置(19)帶有一種用作人工輸入接口的設(shè)備(15)，另外，還有一種操作面板以及用來運(yùn)行該設(shè)備(15)及操作面板的程序或程序段，優(yōu)選地，此處的操作面板為一種帶有操作鍵盤(32)的顯示圖，需要時(shí)它也可帶有指示面板(23)，并且，該顯示圖由顯示器(14)進(jìn)行顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，單個(gè)的操作鍵盤上配備有機(jī)器軸(X，X’，Z，C)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，在操作鍵盤(32)上可連接構(gòu)造軸(K)，這些構(gòu)造軸決定了多個(gè)機(jī)器軸運(yùn)動(dòng)所組成的運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，存儲(chǔ)裝置(17)包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫，用來裝設(shè)一個(gè)或多個(gè)毛坯的數(shù)據(jù)，以及那些表征一個(gè)或多個(gè)工具的數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，顯示裝置包括一種SPS狀態(tài)監(jiān)視器，它用來顯示機(jī)器控制程序的當(dāng)前所有輸入和輸出狀態(tài)(SPS)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還含有一種仿真模塊，它用來給機(jī)械加工過程提供一種可視顯示，這種機(jī)械加工操作是根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)器控制程序來進(jìn)行的，且其特征由工件的材料侵蝕來表示。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于，仿真模塊為教入?？斓囊徊糠?。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于，仿真模塊帶有一種操作面板(附圖12)，優(yōu)選地，它為一種操作鍵盤顯示圖，需要時(shí)，也可為指示面板顯示圖，該顯示圖由顯示器(14)進(jìn)行顯示。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于，仿真模塊允許仿真中斷、重復(fù)、加速、減速，或?qū)Ψ抡婺K進(jìn)行間歇性顯示。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或14的系統(tǒng)，其特征在于，可視顯示只限于工具與工件，或者把機(jī)室也包括進(jìn)來。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或14的系統(tǒng)，其特征在于，可以對(duì)可視顯示進(jìn)行測(cè)量，為了測(cè)量，可采用一種有用的人機(jī)對(duì)話指示器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括一種碰撞計(jì)算模塊。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括一種時(shí)間計(jì)算模塊(2b)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或14的系統(tǒng)，其特征在于，工具為一種磨削工具。
23.根據(jù)權(quán)利要求1或14的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)為磨削機(jī)器的一部分。
全文摘要
一種虛擬教入模塊,它可用來給磨削機(jī)器或其它種機(jī)器工具進(jìn)行編程,且?guī)в幸环N圖形用戶界面。該界面包括對(duì)毛坯、工件及工具進(jìn)行可視顯示。利用一種合適的操作器件,這些元件相互間可以隨意移動(dòng)。虛擬教入模塊記錄下發(fā)生過的移動(dòng),并將其轉(zhuǎn)換成一種機(jī)器控制程序,或者根據(jù)這些移動(dòng),對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器控制程序進(jìn)行變更。
文檔編號(hào)G05B19/42GK1259692SQ00100908
公開日2000年7月12日 申請(qǐng)日期2000年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月5日
發(fā)明者C·迪爾格, F·胡本 申請(qǐng)人:沃爾特公開股份有限公司