用于数控机床的控制程序的基于循环的编程的方法和设备与流程

1.本公开涉及用于在机床的控制设备处用于数控机床的控制程序的基于循环的编程的方法和设备。


背景技术：

2.在数控机床领域中，在诸如铣床、车床、加工中心等的机床处对工件的加工通常由给定的控制程序(通常称为nc程序)控制。
3.nc程序可以例如定义刀具相对于工件的一个或多个相对运动，用于一个或多个加工操作和/或用于一个或多个进给运动。这样的nc程序可以手动编程，然而，通常，nc程序的编程的至少一部分以自动方式或半自动方式来完成，例如通过计算机的支持。
4.例如，已知通过计算机化的cad/cam系统的支持自动生成用于加工复杂工件几何形状的复杂nc程序，其中在办公环境中的台式计算机上利用计算机化的cad/cam系统的支持来计算刀具路径数据，然后将生成的nc程序加载到车间环境中的机床的控制装置中。
5.虽然可以为复杂的工件几何形状(例如自由曲面)生成复杂的nc程序，但这种过程的缺点是机床操作员不容易理解或修改nc程序，如果机床操作员意识到程序需要在车间环境中修改，整个过程需要通过返回到办公环境在计算机化的cad/cam系统中重新计算nc程序来重复。
6.对于具有更简单、可识别的几何特征的更简单的工件几何形状，机床的控制装置通常配备有用户界面支持的编程环境，用于nc程序的基于循环的编程(有时也称为车间编程或面向车间的编程)。
7.例如，siemens的机床控制系统sinumerik提供这样的相应cnc车间管理软件，用于机床的操作者在由机床的控制面板处的机床控制提供的用户界面处对nc程序进行基于循环的编程。
8.通常，对于所谓的shopfloor编程，有两种合适的提供2d图纸的情况。最常见的是2d图纸作为手动打印输出，其中机床操作员通过使用控制器特定的循环池手动编辑到nc程序中来传输几何信息。编辑过程从选择适当的加工循环开始，操作员用几何和技术参数值填充相应的循环掩码(cycle mask)。
9.从2d图纸编程工件的第二种半自动方法有时可以通过将2d数据导入机床的控制中来获得，并通过从显示的2d图纸中选择识别的几何信息来支持编辑过程。
10.例如，这种半自动方式用于识别轮廓元素，这将导致用机床控制的编辑器进行编辑的大量工作。对于诸如钻孔之类的简单特征，将仅从图中获取位置信息。
11.在一些情况下，操作员可能需要另外手动输入几何参数以用作与适当的加工循环相关联的机床控制循环的输入值。例如，在钻孔的情况下，可能提供用于钻孔的预设的机床控制循环，并且可能需要进一步利用基于输入的几何参数确定的参数来手动传播加工循环。
12.通过这样的过程，操作员可以半自动地创建包括一个或多个加工循环的nc程序，
以便然后在机床的机床控制装置的程序控制下基于所创建的nc程序来执行相应的加工操作序列。
13.在这样的过程中，工件数据需要与工件的视图的一个或多个2d图纸一起输入，并且这样的2d图纸通常通过使用计算机化的、用于将工件的3d模型投影到不同的平面以创建二维视图的cad/cam系统来生成，这些2d图纸然后被用作用于几何特征的自动识别的输入。
14.然而，在上述基于循环的编程过程中存在一些缺点。例如，2d视图的自动扫描可能不允许可靠地提取所识别的工件的几何特征的所有特征和尺寸参数。因此，对于某些加工循环，可能需要手动输入不可提取的参数，或者可能需要提供工件数据内的附加数据或信息。
15.鉴于已知的机床控制装置的基于循环的编程功能的上述缺点，本发明的目的是提供改进的用于机床控制装置的基于循环的编程功能，优选地实现更高效和更可靠的基于循环的编程功能，优选用户操作更方便灵活。


技术实现要素：

16.为了解决上述目的，提出了一种计算机实现的方法，用于根据权利要求1的用于在机床的控制设备处、用于数控机床的控制程序的基于循环的编程。
17.此外，提出了根据其它独立权利要求的相应的控制设备、相应的控制系统、相应的机床和相应的计算机程序产品。从属权利要求涉及优选的示例性实施例。
18.根据一个方面，提出了一种计算机实现的方法，用于在机床的控制设备处用于数控机床的控制程序的基于循环的编程。
19.该方法可以包括：提供多个机床控制循环，其中每个机床控制循环与在机床上加工工件的一相应的预定的加工操作相关联；提供工件数据，特别是原始零件数据和/或加工零件数据，包括指示待在机床上加工的工件的3d模型的至少一部分的3d数据；将几何特征与相应的一机床控制循环关联起来，所述几何特征在基于所提供的工件数据执行的数据分析处理中已被检测和/或识别，每个检测和/或识别的几何特征都与相应的一个预定的加工操作相关联，所述相应的一机床控制循环与相应的一个预定的加工操作相关联，相应的相关联的几何特征可以利用所述相应的一个预定的加工操作产生；和/或通过所述机床的所述控制设备的控制面板的显示屏上的图形用户界面提供一个或多个用户可选项，用于所述机床的所述控制程序的基于循环的编程，每个用户可选项使用户能够选择相应的一机床控制循环，所述机床控制循环分别与相应的一个检测和/或识别的几何特征相关联。
20.根据优选的示例性方面，该方法还进一步包括：基于所提供的工件数据的所述3d模型，为检测和/或识别的几何特征中的至少一个确定与相应的几何特征相关联的一组一个或多个参数，特别是包括一个或多个几何参数中的至少一个和一个或多个位置参数；和/或使用确定的与相应的几何特征相关联的一组一个或多个参数作为与相应的几何特征相关联的所述机床控制循环的输入。
21.根据优选的示例性方面，该方法还进一步包括：基于所提供的工件数据的所述3d模型，在所述机床的所述控制设备处执行所述数据分析处理，用于检测和/或识别至少一个预定的加工操作可生产的所述工件的一个或多个几何特征，和/或用于检测和/或识别与至少一个预定的加工操作相关联的一个或多个过程参数。根据优选的示例性方面，所述工件
clearance turning)的车削操作相关联的机床控制循环。
29.在此，应当理解，机床控制循环基本上是用于控制工件上加工操作的至少一部分的控制程序，其中，可以基于从工件几何形状的特征分析获得的几何参数(例如，基于3d模型数据)和/或基于从工件几何形状的特征分析获得的几何参数和/或预设标准获得或计算的参数来预设或自动生成加工操作的步骤。
30.根据另一方面，提供一种用于控制数控机床的控制设备，该控制设备适于执行根据以上方面或示例中的任何一个的方法。
31.根据另一方面，提供一种系统，该系统包括用于控制数控机床的控制设备和经由网络可通信地连接到控制设备的服务器，该系统适于执行根据以上方面或示例中的任何一个的方法。
32.根据另一个方面，提供包括上述控制设备的机床。
33.根据另一方面，提供一种包括机器可读指令的计算机程序产品，当在数控机床的控制设备上执行机器可读指令时，可选地与经由网络可通信地连接到控制设备的服务器合作，机器可读指令使得执行根据以上方面或示例中的任何一个的方法。
附图说明
34.图1示例性地示出数控机床的示意图。
35.图2示例性地示出了根据一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的系统的示意图。
36.图3示例性地示出了根据另一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的系统的示意图。
37.图4示例性地示出了根据一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的方法的流程图。
38.图5示例性地示出了根据一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的图形用户界面显示。
具体实施方式
39.在下文中，将参考附图更详细地描述优选的方面和实施例。不同附图和实施例中相同或相似的特征用相似的附图标记表示。应当理解，下面关于各种优选的方面和优选的实施例的详细描述并不意味着限制本发明的范围。
40.图1示例性地示出了以铣床为例的数控机床100的示意图。然而，本发明不限于铣床，而是也可以嵌入到能够进行诸如磨削、镗孔、铣削、车削等的加工操作的任何数控机床中，包括但不限于铣床、铣削中心、万能铣床、齿轮切割机或齿轮磨床、磨床、车削机床或车床、铣削
‑
车削机床、加工中心等。
41.机床100示例性地包括机床床身101和机床立柱102。机床床身101示例性地支撑滑动件105，滑动件105可通过机床100的z轴在水平z方向上移动。滑动件105支撑工件wp，该工件wp可以被夹持在滑动件105的工件台上(例如，还包括用于旋转工件的旋转轴)。
42.机床立柱102示例性地支撑主轴头滑动件103，主轴头滑动件103承载刀具承载主轴104，刀具承载主轴104围绕主轴轴线sa驱动刀具wz。示例性地，主轴头滑动件103可通过
机床100的x轴在垂直的x方向上移动。主轴头滑动件103还可以通过机床100的y轴(例如，垂直于附图平面)在水平y方向上移动。主轴头滑动件103可以包括用于旋转或枢转主轴头的旋转轴或枢转轴。
43.机床100还包括具有控制面板200(也称为操作面板)的机床控制(控制设备)，控制面板200配备有显示屏210和用户输入部分220，用户输入部分220用于例如经由按钮、滑动件、旋钮、键、小键盘、鼠标、轨迹球、开关等接收用户输入，还可选地包括一个或多个触摸显示部分(其可以与显示屏210结合)。
44.用户(操作者)可以通过对输入部分220的用户输入来操作和控制机床的功能，并且用户还可以经由显示屏210监视机床的状态或机床的操作。
45.另外，控制面板200可以被配置为使得用户能够在显示屏210处显示的图形用户界面处执行用于机床的控制程序的基于循环的编程。将参考图2到5说明这种基于循环的编程的示例性实施例和方面。
46.图2示例性地示出了根据一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的系统的示意图。
47.该系统包括机床100(例如图1的机床100)的控制设备200。示例性地，机床100仅示意性地示出为多个致动器110(例如轴驱动器等)以及多个传感器120(例如温度传感器、位置传感器、压力传感器等)。
48.控制设备200示例性地包括机床控制230，机床控制230通常包括nc(数控)控制器231和plc(可编程逻辑控制)控制器232。此外，控制设备200示例性地包括hmi(人机接口)240，其包括gui(图形用户界面)241和i/o(输入/输出)部分242(其可以包括上面的输入部分220和显示屏210)。
49.控制设备200示例性地包括计算机250，计算机250包括cpu(中央处理部分)251和数据存储器252(例如，包括内存、缓存、磁盘和/或闪存驱动器等)。计算机250还可以包括接口256，例如用于通过有线或无线连接经由网络发送/接收数据，或者用于例如通过使用磁盘驱动器、蓝牙连接、wifi连接、经由usb或以太网端口等来读取数据。
50.示例性地，数据存储器252存储图形用户界面的应用数据253以及相关功能和处理能力，例如包括执行本文公开的方法或其操作的应用或程序。此外，数据存储器252示例性地存储指示多个加工循环和/或相关联的程序(例如，nc代码模板或nc代码生成算法)的加工循环数据254、以及指示相关联的工件的一个或多个3d模型的工件数据255(例如，包括一或多个工件的原始零件数据和更重要的成品零件数据)。3d模型可以存储为公知的cad格式，包括step数据或专有的cad格式。
51.在图2的示例性实施例中，在下面的图4的方法中提到的所有功能和处理步骤可以在控制设备200处执行。然而，在其他示例性实施例中，还可以在客户端
‑
服务器架构中执行该方法，其中客户端应用在计算机250上运行，并且在经由网络可通信地连接的服务器(诸如在图3中示例性示出的附加的服务器300)上执行一些功能或处理步骤。
52.图3示例性地示出了根据另一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的系统的示意图。控制设备200类似于图2的控制设备200，然而应用数据253还包括与在服务器300上运行的服务器应用通信的客户端应用，其中服务器通过网络400可通信地连接。
53.示例性地，服务器300包括cpu 311和用于连接到网络400的接口(例如网络接口)
312。控制设备200的接口256也示例性地被配置为连接到网络400以用于服务器
‑
客户端通信。示例性地，服务器300的数据存储器331存储加工循环数据254和工件数据255。
54.图4示例性地示出了根据一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的方法的流程图。
55.该方法包括在步骤s401中提供多个加工循环，例如通过提供和/或存储指示多个加工循环的加工循环数据254。如上所述，加工循环数据254可以存储在控制设备200侧和/或服务器300侧。
56.每个加工循环示例性地与某种类型的加工操作(例如铣削操作、车削操作、磨削操作、镗孔操作和/或测量操作(例如工件扫描))相关联，该加工操作可在机床上被控制。
57.具体地，加工循环数据254可以包括与某些加工操作相关联的机床控制循环(例如，nc代码部分)。
58.在一些示例性实施例中，机床控制循环可包括以下中的至少一个：
59.(i)分别与多个钻孔操作相关联的一个或多个机床控制循环，尤其包括以下一个或多个：
60.·
与用于钻孔，特别是圆柱形钻孔的钻孔操作相关联的机床控制循环，
61.·
与用于深钻的深钻操作相关联的机床控制循环，
62.·
与用于钻锥形钻孔的钻孔操作相关联的机床控制循环，
63.·
与用于钻螺纹钻孔的螺纹钻孔操作相关联的机床控制循环，以及
64.·
与用于钻节圆或螺栓孔圆的一组钻孔操作相关联的机床控制循环；
65.(ii)分别与多个铣削操作相关联的一个或多个机床控制循环，尤其包括以下一个或多个：
66.·
与用于圆形铣削型腔的型腔铣削(pocket milling)的铣削操作相关联的机床控制循环，
67.·
与用于矩形铣削型腔的型腔铣削的铣削操作相关联的机床控制循环，
68.·
与用于铣削平面的面铣的铣削操作相关联的机床控制循环，
69.·
与用于铣削轮廓的轮廓铣的铣削操作相关联的机床控制循环，
70.·
与用于铣槽的槽铣(groove milling)的铣削操作相关联的机床控制循环，
71.·
与用于铣削椭圆孔的椭圆孔铣削的铣削操作相关联的机床控制循环，以及
72.·
与用于齿轮切削的齿轮切削操作相关联的机床控制循环；以及
73.(iii)分别与多个车削操作相关联的一个或多个机床控制循环，尤其包括以下一个或多个：
74.·
与踏面车削(tread turning)的车削操作相关联的机床控制循环，
75.·
与凹槽车削(recess turning)的车削操作相关联的机床控制循环，
76.·
与槽车削(groove turning)的车削操作相关联的机床控制循环，以及
77.·
与区域间隙车削(area clearance turning)的车削操作相关联的机床控制循环。
78.该方法还包括步骤s401：提供图形用户界面，例如在显示屏210上提供图形用户界面，诸如gui 241。下面将参照图5说明这种gui的显示屏的对应示例。
79.该方法还包括步骤s403：提供包括至少一个工件的3d模型的工件数据(例如，包括
原始零件数据和更重要的成品零件数据)。一或多个3d模型可以被存储为公知的cad格式，包括step数据或专有的cad格式。如上所述，工件数据255可以存储在控制设备200侧和/或服务器300侧。
80.图形用户界面使用户能够加载3d模型。这可以从存储在控制设备200侧和/或服务器300侧的工件数据255加载。可以向用户提供用户可选项，以加载存储在控制设备200侧和/或服务器300侧的3d模型。此外，用户可以例如经由蓝牙连接、wifi连接、以太网连接或经由usb端口从usb记忆棒等将包括3d模型的工件数据输入到接口256。
81.当工件数据存储在服务器300侧时，可以经由网络400将3d模型数据从服务器300发送到控制设备200，用于在gui显示屏上处理和/或查看显示3d模型或其部件的功能。
82.该方法还包括步骤s404：执行扫描3d模型的几何特征的特征扫描处理。步骤s404可以在控制设备200侧或服务器300侧执行。
83.具体地，特征扫描扫描3d模型的几何特征，以识别可由至少一个加工循环或相关联的加工循环操作产生的工件几何特征。
84.该方法还包括步骤s405：基于特征扫描分析处理，识别可由至少一个加工循环或相关联的加工循环操作产生的工件特征。
85.该方法还包括步骤s406：确定与所识别的几何特征相关联的相关加工循环。具体地，如果几何特征可通过与一加工循环相关联的加工操作产生，则相应的加工循环被确定为与所识别的工件的几何特征相关联。
86.该方法还包括步骤s407：在图形用户界面处呈现用户可选项，使得用户能够选择一个或多个相关联的加工循环。具体地，用户可以选择所识别的几何特征，并且对于每个识别的几何特征，用户能够选择一个或多个相关联的加工循环。
87.该方法还包括步骤s408：基于工件数据的3d模型数据，填充(populating)所选择的加工循环。例如，可以从3d模型数据中提取关于所识别的几何特征的尺寸、位置、形状、几何结构或其他特征的几何参数，然后(优选地以自动的方式)使用该几何参数以(例如)基于所提取的几何参数来填充与相应加工循环相关联的nc代码模板、和/或根据使用所提取的几何参数的生成算法来生成nc程序。这减少了需要由用户手动输入的输入。
88.该方法还包括步骤：基于所选择的(以及自动填充的(可选地))加工循环生成cnc可执行的nc程序。这可以可选地进一步包括用户利用改变零偏移和处理平面的图形支持来手动地调整或编辑nc程序。
89.图5示例性地示出了根据一示例性实施例的用于基于加工循环的编程的图形用户界面显示。
90.显示示例性地包括具有3d模型显示窗口部分510的显示视图500，在3d模型显示窗口部分510上示例性地示出了工件的3d模型m。3d模型m的顶表面包括多个几何特征，例如圆形凹槽m1。
91.显示视图500还示例性地包括呈现用户可选项的选择窗口，例如作为列表或菜单，每个用户可选项示例性地与特定加工循环相关联。
92.目前，可选项521被突出显示，并且作为示例性几何特征的圆形凹槽m1也被突出显示。具体地，如果用户选择几何特征，则突出显示相应的相关联的加工循环选项，并且，如果选择了加工循环选项，则突出显示相关联的几何特征。
93.示例性地，圆形凹槽m1与作为替代方案的多个加工循环相关联，诸如可选项522，其表示可用于产生圆形凹槽m1的不同加工操作，例如通过镗孔(选择“bohrung”)。
94.如果用户希望根据选择的加工循环编辑nc程序或程序部分，则会出现用户可选项“edit”，通过该选项，用户可以打开编辑器来编辑nc程序代码，或者还可以启动将从3d模型中提取的参数自动填充到选择的加工循环的nc代码段中。
95.在另外的示例性实施例中，作为从工件数据(例如3d模型数据)确定和/或识别几何特征的附加或替代，还可以有利地从工件数据(例如3d模型数据)确定/识别和/或甚至提取与合适的加工操作相关联的过程参数。这样的过程参数可以用于为一个或多个检测到的加工循环(加工操作)生成和/或填充合适的控制数据。
96.这种可能的、与合适的加工操作相关联的过程参数的示例可以包括以下一个或多个规格或信息：模型格式和/或图形格式、模型类型和/或图形类型(例如，包括处理工具、处理状态、内容、用途)、线型、表面类型、创建者名称、控制器名称、生成和/或控制日期、容许公差、容许表面粗糙度、测量刻度、材料、原始零件号、型号、重量或质量、名称、图形号、测量信息(例如，包括尺寸参数，如一或多个长度、一或多个宽度、一或多个高度、一或多个距离、一或多个角度、一/多个半径和/或一或多个直径)、一或多个螺纹规格、一或多个螺纹类型、技术表面、表面特性、表面粗糙度特性、表面符号、槽的方向的符号、一/多个平均粗糙度指数、一或多个表面结构、附加规格、工件边缘(例如形状不确定的情况下)、一或多个硬度规格(例如，用于硬化、粗加工、回火、淬火、热处理)、工艺特性(如工艺步骤顺序、工艺描述、工艺数据、优选工艺类型信息)、一或多个测量规格(如一或多个测量点、一或多个基本尺寸规格、和/或一或多个检查尺寸规格)、一或多个公差、一或多个配合和/或间隙规格、一般公差、尺寸限制、形状和/或位置公差(如直线度、均匀度、圆度和/或平行度)、标准信息、材料、连接元件和/或断开点、图形符号等。
97.在上文中，该过程可以从与加工操作相关联的工件数据中确定、提取和/或识别另外的信息(过程参数和/或过程信息)，并且作为所确定的几何特征的附加或替换，该信息可以用于填充和/或生成用于一个或多个加工操作和/或加工循环的控制数据，从而导致进一步改进的基于循环的编程。
98.总体上，根据以上示例性实施例，可以向用户提供3d模型的预览，该3d模型可以被缩放和/或旋转以观察所识别的几何特征的特性。此外，用户还可以为所识别的几何特征选择加工循环。由于从3d模型中有利地识别几何特征，所以由于3d信息，可以更可靠地执行几何特征识别，并且此外，有利地，3d模型允许更可靠地自动提取更多的几何参数，以便以自动化方式填充nc代码。该过程更有效、更可靠并且也更少地受人为错误的影响。
99.总之，本发明能够为机床控制装置提供改进的基于循环的编程功能，从而能够实现更有效和更可靠的基于循环的编程功能，优选地，用户操作更方便灵活。
100.通过如上所述的示例性实施例，提出了增强在车间编程环境内的基于循环的编程功能的编程选项的有益方面和特征。
101.如本领域技术人员将理解的，如以上和附图所述的本发明可以被实施为方法(例如，计算机实现的过程或任何其他过程)、控制设备(包括装置、机器、系统、计算机程序产品和/或任何其他设备)、或前述的组合。
102.因此，本发明的实施例可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常
驻软件、微代码等)、或组合软件和硬件方面的实施例(本文通常称为“系统”)的形式。此外，本发明的实施例可以采取计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有包含在介质中的计算机可执行程序代码。
103.上文参考方法和设备的流程图和/或框图描述了本发明的实施例。可以理解，流程图和/或框图的每个块、和/或流程图和/或框图中的块的组合可以通过计算机可执行程序代码来实现。
104.可以将计算机可执行程序代码提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备(例如控制器)的处理器以产生一特定机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的程序代码创建用于实现流程图、框图中的一或多个块、附图、和/或说明书中定义的功能/动作/输出。这些计算机可执行程序代码还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读存储器中的程序代码产生包括指令装置的制品，该指令装置实现流程图、框图中的一或多个块、附图和/或说明书中指定的功能/动作/输出。还可以将计算机可执行程序代码加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的程序代码提供用于实现在流程图、框图中的一或多个块、附图和/或说明书中指定的功能/动作/输出的步骤。可替换地，计算机程序实现的步骤或动作可以与操作员或人类实现的步骤或动作组合，以便执行本发明的实施例。
105.还应注意，本文可描述逻辑流程以展示本发明的各个方面，且不应将其解释为将本发明限制为任何特定逻辑流程或逻辑实现。所描述的逻辑可以被划分成不同的逻辑块(例如，程序、模块、功能或子程序)，而不改变整体结果或以其他方式脱离本发明的真实范围。通常，逻辑元件可以被添加、修改、省略、以不同的顺序执行、或者使用不同的逻辑构造(例如，逻辑门、循环原语、条件逻辑和其他逻辑构造)来实现，而不改变总体结果或者以其他方式偏离本发明的真实范围。
106.虽然在附图中已经描述和示出了某些示例性实施例，但是应当理解，这些实施例仅仅是对广义上的发明的示例性说明而不是对广义上的发明的限制，并且本发明的实施例不限于示出和描述的具体构造和布置，因为除了在以上段落中阐述的那些之外，各种其他变化、组合、省略、修改和替换都是可能的。本领域技术人员将理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行刚刚描述的实施例的各种调整、修改和/或组合。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可以不同于本文具体描述的方式来实践。例如，除非另有明确说明，否则本文中所描述的过程的步骤可按不同于本文中所描述的顺序来执行，且一个或一个以上的步骤可组合、分开或同时执行。本领域技术人员还将认识到，鉴于本公开，本文描述的本发明的不同实施例可以组合以形成本发明的其他实施例。