用于计算机数控系统的操作设备的制作方法

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1.本发明涉及一种用于控制机床的计算机数控系统(cnc)的操作设备，其中，该机床包括多个机床轴线，借助于这些机床轴线可以相对于工件调整安装到工具主轴的工具容纳部中的工具和/或围绕工具主轴轴线旋转。
2.此外，本发明涉及一种用于运行借助于包括这种操作设备的计算机数控系统控制的机床的方法。

背景技术：

3.当今，机床是借助诸如计算机数控系统之类的控制设备来控制的。在此，控制设备根据子程序来“控制”机器元件的运动，从而“控制”例如经由工具夹持装置引入机器中的工具相对于同样引入机器中的工件的运动。在此，本领域技术人员清楚的是，术语“控制”是常用的语言用法，而不是控制技术意义上的“控制”。“控制”在这里首先是指用于轴的位置控制的位置设定值的预设，其隐藏了控制技术意义上的控制过程。
4.在此，子程序至少主要由控制设备读入和解释的控制指令组成。根据控制指令，控制设备控制机床的机器元件的运动，从而控制工具相对于工件的运动。
5.原则上，可以直接在机器处或在外部计算机处使用编辑器手动生成子程序。
6.为了创建子程序，关于工具的待执行的运动的运动信息通常由cam系统(计算机辅助制造)生成，优选地以标准化数据格式生成，并且由下游的后处理器读取。后处理器根据cam系统生成的运动信息、机床的运动学和机床数据以及计算机数控系统的指令集和plc控制系统的指令集，生成对于应该在其上实施加工过程的相应具体的机床来说适合的子程序，该子程序以在该机床的具体控制设备上适合的控制指令的形式。以这种方式，由cam系统产生的运动信息(优选地以标准化的数据格式)由后处理器转换成控制指令，该控制指令可以被控制设备读入并且匹配相应的控制设备。
7.在此，除了具体可用的cnc指令集外，后处理器还考虑机床的具体的机器特定的运动学条件，例如运动学、几何比例、驱动轴的最大运行范围和机床元件的最大速度。这些数据采用机器数据的形式。此外，后处理器在生成控制指令时会考虑机器特定的plc功能(可编程逻辑控制)，例如润滑、工具更换、门锁等，其中，后处理器可以使用以plc指令集的形式的具体可用的plc功能。
8.机床的操作经由如计算机数控系统的hmi(人机界面)、可与计算机数控系统连接的机器控制面板(mcp或machine control panel)等操作设备或借助于手持式操作设备实现。用于机床的操作设备具有至少一个，但通常有几个，超控(ovr)控制元件(以下也简称为“超控”)，用于影响进给轴的进给速度(简称：进给)的或主轴的主轴转速的调节参数。
9.在此，对于进给，还可以附加地在工具与工件啮合的工作进给与工具不啮合的快速行程之间进行区分。
10.用于计算机数控系统的已知操作设备具有单一的进给超控，工作进给(在工具与工件啮合的应用情况中的进给速度)和快速行程(在工具不与工件啮合的应用情况中的进
给或快速行程速度)被彼此分开地设置，这取决于在执行进给超控时当前存在的应用情况。然而，也已知操作设备对工作进给和快速行程使用单独的进给超控。
11.通常，调节参数不是绝对使用控制元件设置的(例如直接以转/分钟或rpm为单位的主轴转速)，而是作为编程值的百分比进行改变，例如在从0％到120％的值范围内的编程值。
12.通常，超控控制器现在设计为具有固定止挡块的旋转控制器，可以通过手动操作旋钮对其在特定角度范围内，例如在0
°
与270
°
之间进行设置。然而，呈无限旋转的旋转控制器(增量编码器)形式的超控控制器也是已知的。
13.结合本发明，旋转控制器不仅被理解为仅允许手动操作旋钮的“纯”旋转控制器，而且还被理解为除了旋钮之外还包括至少一个按钮开关(也称为旋转按压控制器)或包括控制杆(摇杆)等功能。
14.调节参数的值通常不会随超控设置(即旋钮的旋转角度)线性变化，而是以离散的步长变化。例如，在主轴超控(也称为spindle-ovr)的情况下，可以为旋转控制器的16个不同角度范围分别分配一个主轴转速。例如，对于50％和120％之间的设置，会以5％的步幅平均分配。
15.应当注意的是，术语“旋转角度”可以理解为既是指旋转控制器当前采用的绝对角度(例如0
°
或180
°
)，也可以理解为在特定操作期间扫过的角度范围(例如，在从180
°
变为200
°
时是20
°
)。相应的含义由上下文得出。
16.例如，在进给超控(也称为feed-ovr)的情况下，旋转控制器从0
°
到270
°
的角度范围设置在23个“开关位置”中，即每个角度范围约为12
°
(基于非线性阶梯特征曲线)，百分比进给影响分配如下：
17.·
角度范围1＝0％
18.·
角度范围2＝1％
19.·
角度范围3＝2％
20.·
角度范围4＝4％
21.·
角度范围5＝6％
22.·
角度范围6＝8％
23.·
角度范围7＝10％
24.·
然后(角度范围为8到23)，以10％为步长，直至120％为止。
25.在进给超控情况下，非线性分布允许操作者在低速范围内进行更精细的分级，这是由于旋转开关位置的数量有限，这些旋转开关位置在百分比变化呈线性分布时会导致低速范围中的“大跳跃”。
26.然而，尤其利用数字增量编码器，也可以实现明显更精细的分级，从而实现用于用户的“无级”特征曲线。
27.严格来说，在机床的情况下，进给速度是工具相对于工件“穿过工件”运动用于加工工件的速度，即工具处于“啮合”。然而，借助于进给超控，通常也以类似的方式影响未啮合工具的机床轴线的运动，例如所谓的快速行程运动。在这些专利申请的上下文中，术语进给超控或进给速度也明确地包括工具未啮合的运动，例如快速行程运动。
28.当今，旋转控制器在影响机床的进给速度或主轴转速方面的缺点是它们在适应个
别用户的需求方面缺乏灵活性。

技术实现要素：

29.因此，本发明的一个目的是改进用于影响机床的进给速度或主轴转速的旋转控制器的灵活性，以适应个体用户的需要。
30.该目的通过一种用于控制具有本发明的机床的计算机数控系统的操作设备来实现，即，一种用于控制机床的计算机数控系统的操作设备，其中，该机床包括多个机床轴线，借助于这些机床轴线，置入工具主轴的工具容纳部中的工具可相对于工件调整和/或可绕工具主轴轴线旋转，其中，操作设备具有至少一个可无限旋转的旋转控制器，所述旋转控制器可由操作设备的操作者手动操作，通过旋转控制器，工具相对于工件运动的进给速度和/或主轴转速可由操作者通过旋转旋转控制器的旋钮手动设置，其中，操作设备包括图形操作界面，借助于图形操作界面可以设置通过旋转控制器执行的对进给速度和/或主轴转速的操作的效果。
31.此外，该目的通过具有本发明中给出的方法步骤的方法来实现，即，一种用于运行借助于包括操作设备的计算机数控系统控制的机床的方法，其中，该机床包括多个机床轴线，借助于这些机床轴线，置入工具主轴的工具容纳部中的工具可相对于工件调整和/或可绕工具主轴轴线旋转，其中，操作设备具有至少一个可无限旋转的旋转控制器，所述旋转控制器可由操作设备的操作者手动操作，通过旋转控制器，工具相对于工件运动的进给速度和/或主轴转速可由操作者通过旋转旋转控制器的旋钮手动设置，其中，操作设备包括图形操作界面，借助于图形操作界面可以设置通过旋转控制器执行的对进给速度和/或主轴转速的操作(旋钮围绕特定的角度或者在特定的时间内的旋转)的效果(操作功能)，其中，启动在计算机数控系统上提供的程序，所述程序预设工具相对于所述工件的运动，其中，借助于旋转控制器执行的操作根据所述设置改变进给速度和/或主轴转速。
32.本发明提供的优点是，操作者可以根据他的需要和偏好单独设置借助于旋转控制器执行的对进给速度和/或主轴转速的操作的效果。特别是，已经表明，特定操作的不同效果对于利用机床执行的不同的工件加工是最佳的。例如，借助于ovr设置的速度或转速的0％和20％之间的值范围在特定的加工可以是决定性的，而该值范围在另一个加工中仅起次要作用。在第一种情况下，可以将旋转控制器的相对较大的角度范围配属于所提到的数值范围，以便在这个范围内可以保证良好的“微调”。总的来说，本发明在超控控制器的使用上实现了更大的灵活性。
33.本发明的一个实施方式提出，通过操作旋转控制器，可以设置旋转角度，并且为了设置该操作的效果，可以预设旋转角度与百分比设置值(以下也称为“ovr值”)之间的关系，其中，百分比设置值确定编程的进给速度和/或编程的主轴转速与实际的进给速度和/或实际的主轴转速之间的比率。
34.类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，通过操作旋转控制器来设置旋钮的旋转角度，其中，为了设置操作的效果，设定旋转角度与百分比设置值之间的关系，其中，借助于百分比设置值确定编程的进给速度和/或编程的主轴转速与实际的进给速度和/或实际的主轴转速之间的比率。
35.例如，如果主轴转速的编程的值为1000转/分钟，并且旋转控制器的百分比设置值
为120％，则实际的主轴转速为1000转/分钟x120/100＝1200转/分钟。
36.本发明允许模拟以前使用的旋转控制器的众所周知的“经典”作用方式。因此，旋转控制器可以“编程”，使得其在0
°
和270
°
之间的角度范围内执行16或23级，并且对于旋转角度《0
°
时的最小百分比设置值(0％)和对于旋转角度》270
°
时最大百分比设置值(120％)被保留。
37.因此，如有必要(针对特定应用)，可以模拟操作者熟悉的先前已知的旋转控制器的行为。
38.此外，本发明可以确定(“编程”)旋转角度与百分比设置值之间的几乎任何关系。尤其可以以这种方式确定至少近似“平滑”(连续)的特征曲线。
39.本发明的一个实施方式提出，可以通过至少一个预定的操作来执行预定的操作功能，并且可以预设操作功能与百分比设置值之间的关系。
40.类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，通过至少一个预定的操作、尤其是操作序列来执行预定的操作功能，其中，可以设定操作功能与百分比设置值之间的关系。
41.操作在此可以由单个动作组成，例如快速顺时针转动旋转控制器的旋钮一次。然而，操作也可以包括多个动作，这些动作一个接一个地执行，特别是在短的时间间隔内，所谓的操作者序列。除了(尤其是多次)操作旋钮，操作序列还可以包括操作至少一个另外的操作元件，例如按下按钮。
42.因此，本发明的一个实施方式提出，可以执行操作序列，其中，操作序列与ovr值或进给速度或主轴转速之间的关系是可预定的。
43.操作序列在此被理解为特定的、预定义的显著的动作，其尤其通过在特定时间段内多次操作旋转控制器的旋钮来触发。
44.用于操作或操作序列的示例如下：
[0045]-旋转控制器顺时针快速、短时间(“急速”)转动一圈；
[0046]-旋转控制器逆时针快速、短时间(“急速”)转动一圈；
[0047]-旋转控制器顺时针快速、短时间(“急速”)转动一圈，然后立即将旋转控制器逆时针快速、短时间(“急速”)转动一圈。
[0048]
操作或操作序列的定义和使用的优点是，可以中断旋转控制器的设定角度与由此设置的ovr值之间的硬性关系。例如，可以通过向特定方向快速转动旋钮来触发ovr值的跳跃。因此，为达到“目标值”，旋转控制器不必旋转相应的角度范围。
[0049]
本发明的一个实施方式提出，在选择菜单中设定多个特征曲线，操作者可以从中选择一个，其中，所选择的特征曲线确定旋转控制器的设定角度与百分比设置值之间的关系。
[0050]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，在选择菜单中设定多个特征曲线，操作者可以从中选择一个，其中，所选择的特征曲线确定旋转角度与百分比设置值之间的关系。
[0051]
特定的特征曲线对于许多应用可能特别有利，例如允许在旋转控制器的下角范围内“微调”的特征曲线或允许在旋转控制器的上角范围内“微调”的特征曲线。因此，用户能够以轻松且快速的方式良好地适应他的特定需求，而无需为自己定义合适的特征曲线。
[0052]
本发明的一个实施方式提出，特征曲线尤其可借助于图形辅助来单独配置。个性
化配置允许针对各个用户的特定应用的最大可能的优化。借助于图形辅助的设置也非常用户友好。
[0053]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，预定特征曲线，其确定旋转角度与百分比设置值之间的关系。在此，根据优选的实施方式，该特征曲线尤其借助于图形辅助来单独配置。
[0054]
例如，图形辅助可以包括作为输入机构的显示器和指示设备。例如，可以利用鼠标指针在某个点选择特征曲线并在显示器上的该区域中示出，其中，在该动作中有利地保持特征曲线的“平滑”(闭合的)走向。类似的功能在绘图程序中是众所周知的。
[0055]
本发明的一个实施方式提出，特征曲线至少在局部具有平滑的走向和/或至少在局部具有阶梯形的走向。阶梯形走向的可能性使得能够设置与用户之前的习惯相对应的特征曲线。平滑的(至少在很大程度上“无级的”)走向可以避免跳跃并因此能够更精细的设置。
[0056]
除了通过图形辅助设置特征曲线外，还有其他可能性。例如，特征曲线的走向也可以通过数学术语来确定，其中可以通过参数的预定来改变走向，以便仅列举许多其他可能性中的一种。
[0057]
本发明的一个实施方式提出，在使用旋转控制器时，特征曲线覆盖负旋转角度和/或大于360
°
的旋转角度范围，其中，主轴的旋转方向或工具的运动方向尤其在负旋转角度时相对于正旋转角度是相反的(在进给时意味着“向后运动”)。
[0058]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，特征曲线覆盖大于360
°
的旋转角度范围和/或负旋转角度，其中，负旋转角度被分配负百分比设置值，并且其中，主轴的旋转方向或工具的运动方向在负旋转角度时相对于正旋转角度是相反的。
[0059]
大于360
°
的旋转角度范围，将不同ovr值的分配扩展到超过360
°
的旋转控制器的角度范围，尤其是360
°
的倍数，允许更精确地调整ovr值，这在某些应用中特别有利。例如，ovr值从0％到120％的取值范围可以映射到旋转控制器的两个整圈，即720
°
的角度范围。
[0060]
因此，例如在具有256级(增量或简称“ink”)的旋转控制器的情况下，在旋转角度范围扩大到10个整圈时，与只可旋转一次的传统超控控制器相比，速度变化的分辨率可以改变10倍。ovr值的分辨率只有大约0.05％/ink，如以下的计算所示：
[0061]
δovr＝120％/(256*10)ink＝0.0469％/ink
[0062]
例如，如果受ovr影响的轴的典型加工速度为10m/min，则速度δv的分辨率可能为：
[0063]
δv＝10m/min/(256*10)ink＝1/256m/min/ink
[0064]
因此，这可以对当前进给速度或主轴转速进行非常精细的调整，例如需要，通过操作者灵敏地改变进给或主轴转速来有效地抑制颤振。
[0065]
此外，快速且简单的旋转或运动方向反转的可能性在许多应用中可以是有帮助且有利的。例如，可以在与进给相反的方向上简单且快速地从工件上移除工具。当负ovr值(例如-5％)配属于负旋转角度(例如-20
°
或从0
°
开始，向左旋转20
°
)时，情况尤其如此。
[0066]
本发明的一个实施方式提出，不同的操作功能可以配属于不同的角度范围。
[0067]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，不同的操作功能被配属于不同的角度范围。
[0068]
例如在0
°
与360
°
之间的角度范围内，旋转控制器的增加的旋转角度可以导致进给速度的增加，并且在360
°
与720
°
之间的角度范围内，旋转控制器的增加的旋转角度可以导致进给速度的下降。因此，不同的操作功能(增加ovr值，减少ovr值)可以通过在相同方向上旋钮的旋转来执行。
[0069]
原则上，任何ovr值都可以配属于旋转控制器的特定旋转角度。因此，也可以实现具有与ovr值有关的一个或多个过零点的特征曲线。原则上，这些过零点也可以在正旋转角度范围内，使得负ovr值也可以配属于正旋转角度。
[0070]
也可以将负百分比设置值配属于特定的旋转角度，尤其是负旋转角度，例如在0
°
与-360
°
之间的旋转角度范围内的旋转角度可以被配属于负百分比设置值。优选地，在此，主轴的旋转方向或工具的运动方向在这些旋转角度范围内或在这些旋转角度处相对于其他旋转角度范围或其他旋转角度是相反的。
[0071]
根据本发明的方法的一个实施方式提出，给特定的旋转角度范围，尤其是负的旋转角度分配负百分比设置值，其中，主轴的旋转方向或工具的运动方向在这些旋转角度范围内或在这些旋转角度处相对于其他旋转角度范围或其他旋转角度(分配了正百分比设置值)是相反的。
[0072]
本发明的一个实施方式提出，不同的操作序列可以配属于不同的操作功能。
[0073]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，为不同的操作或操作序列分配不同的操作功能。
[0074]
如果用户自己可以确定他为哪种操作序列提供了哪种操作功能，则在操作时实现了高度的个性化。
[0075]
该可能性尤其允许操作者将特别容易记住或易于执行的操作序列单独配属于特别经常使用的操作功能。因此，可以进一步改进个体操作者的可操作性。
[0076]
本发明的一个实施方式提出，可以单独设计和/或学习操作序列。
[0077]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，单独地设计和/或学习操作或操作序列。
[0078]
该功能允许操作者定义自己的操作序列。例如，可以记录和学习操作序列，这几乎不会限制在借助于旋转控制器操作时个人的设计自由度。
[0079]
本发明的一个实施方式提出，借助于旋转控制器执行的操作对进给速度和/或主轴转速的效果可以根据机床可以执行的功能来预定。
[0080]
类似地，根据本发明的方法的一个实施方式提出，借助于旋转控制器执行的操作对进给速度和/或主轴转速的不同效果被设定用于机床可执行的不同功能。
[0081]
由(或借助于)机床可执行的功能尤其包括利用机床可执行的加工类型。通用的机床尤其允许利用同一台机床执行不同的加工，例如车削、铣削和钻孔。
[0082]
此外，如前所述，在工具啮合的加工功能(加工类型)与工具和工件彼此间隔的运动功能(例如快速行程移动)之间进行了区分。
[0083]
本发明提出，可以为机器的不同功能设置借助于进给超控或主轴超控执行的特定操作的不同效果(操作功能)。
[0084]
因此，例如可以为加工类型“车削”设置例如不同于加工类型“铣削”的进给超控特征曲线，并且在该加工类型的情况下自动生效。此外，还可以为功能“快速行程运动”设置进
给超控特征曲线，并且在该加工类型的情况下自动生效，其中该进给超控特征曲线例如不同于在为特定的加工类型的情况下设置的特征曲线。
[0085]
计算机数控系统尤其识别借助于相关机床正在执行哪种加工类型，例如根据子程序中当前执行的指令，例如用于快速行程的“g0”指令或调用的铣削循环，并为该功能提供借助于相关旋转控制器执行的操作与其达到的效果之间的设定的联系(操作功能)。当然，这样的分配不仅对于不同的特征曲线是可行的，而且通常对于可以利用相应的旋转控制器执行的操作或操作序列和由此触发的操作功能是可行的。
[0086]
使借助于旋转控制器执行的操作的效果适应机床的不同功能的可能性使得这些操作元件能够更好地适应相应的要求。因此，例如可以为借助于机床执行的特定加工设定在上下进给速度范围内非常平坦的特征曲线，而可以为其他功能(例如快速行程移动)设定例如线性特征曲线。
[0087]
例如，在加工过程期间，可以为进给超控的操作“简单快速顺时针旋转”分配操作功能“跳10％”，并且可以在快速移动期间为相同的操作分配操作功能“跳20％”。
附图说明
[0088]
下面根据实施例示例性地更详细地描述和解释本发明。在此示出：
[0089]
图1示出了具有根据本发明的操作设备的机床系统，
[0090]
图2示出了具有根据本发明的操作设备的计算机数控系统，
[0091]
图3示出了用于进给超控的不同特征曲线，
[0092]
图4示出了用于主轴超控的不同特征曲线，
[0093]
图5示出了旋转控制器角度范围》360
°
的特征曲线，
[0094]
图6示出了旋转控制器角度范围》360
°
的特征曲线，
[0095]
图7示出了不同操作序列的定义，
[0096]
图8示出了不同操作序列的效果，
[0097]
图9示出了用于不同特征曲线和角度范围的选择菜单，
[0098]
图10示出了用于不同操作序列的选择菜单，
[0099]
图11示出了在执行根据本发明的方法时的方法步骤。
具体实施方式
[0100]
在图1中示意性地示出机床20。在该实施例的范畴中，机床20具有六个机床轴线，通过这些机床轴线可以执行在工具1与工件5之间的相对运动，其中，该工具在实施例的范畴中以车刀1的形式存在，并且工件在实施例中表示为阀座5。工具1在此被夹持在工具保持器2中，该工具保持器与由位置控制的马达22驱动的工具主轴21连接。工件5通过夹持机构6固定在工件台7上。
[0101]
利用在实施例中示出的机器20，车刀1可以利用驱动器在x、y和z方向上以位置受控的方式平移移动，为了清楚起见在图1中未示出该驱动器。除了三个线性轴之外，所示的机床20还包括两个位置受控的旋转轴a和b，这也可以在图1中看到。利用这两个旋转轴，工具1可以围绕相应的轴线旋转并且还可以通过角位置α和β相对于工件5以位置受控的方式对准。
[0102]
此外，机器20具有第三位置受控的旋转轴c，其平行于z轴延伸并且工件台7相对于静止的机架23可旋转地安装。由此，工件5也可以定位在相对于工具1的角位置γ中。为清楚起见，此处也未显示驱动器。
[0103]
根据要执行的加工，在所示的机床20中也可以相对于工具主轴或马达22进行转速受控的操作。
[0104]
根据实施例的机床20因此具有六个机床轴线(三个线性轴x、y和z以及三个旋转轴a、b和c)，即它是所谓的6轴机床(6轴机)20。
[0105]
在这一点上应该注意，机床20当然也可以具有更多，但也可以少于六个机床轴线。
[0106]
机床20与数控装置(计算机数控系统)30连接，其根据由计算机数控系统执行的子程序和/或手动操作输入来得出用于控制在工具1与工件5之间发生的相对运动的位置额定值x、y、z、α、β和γ。数控装置30根据子程序得出位置额定值，在该子程序中，工具1相对于工件5执行的运动以指令(和位置值)的形式定义。可替换地或附加地，工具1和/或工件5的运动也可以由现场的操作者在机床20处借助于手动操作输入经由数控装置30的操作设备31来设定，操作设备31包括显示器32的形式的显示装置。为此，操作设备31尤其具有输入区、按钮和旋转控制器(也称为旋转控件)。此外，显示装置被设计为图形用户界面，尤其是触摸显示器32，除了显示功能外，操作者可以借助它来在计算机数控系统中进行输入并因此例如改变特定参数的值。对此，显示器32尤其具有输入区33和34。由计算机数控系统执行的子程序通常由外部cam/cad系统(未示出)和可以连接在数控装置30外部的cam/cad系统下游的所谓的后处理器(未示出)生成，并且从那里传输到数控装置30。
[0107]
在处理子程序时，数控装置30在特定的时钟、内插时钟中生成用于线性轴的位置额定值x、y和z以及用于旋转轴的α、β和γ(角位置)。通过这些位置额定值，工具1沿着运动路径以设定的定向和特定的进给速度相对于工件5运动。
[0108]
除了工件5的上述车削加工之外，例如还可以利用所示的6轴机床执行工件5的铣削加工，其中工具1被设计为围绕主轴轴线a旋转的铣刀(未示出)，其在x、y和z方向以位置受控的方式定位，并且其中工件5优选地以位置固定的方式固定。通过马达22和主轴21对铣刀的驱动在此以转速受控的方式利用通过子程序设定的主轴转速实现。
[0109]
此外，图1还示出了两个旋转控制器35和36，这将在下面更详细地讨论。
[0110]
图2详细示出了在图1中仅示意性地示出的计算机数控系统30。除了大量的输入键之外，还可以看到显示器32形式的显示装置，在该显示装置上可以以图形方式显示各种内容，尤其是与显示设备(例如，未示出的计算机鼠标)相关的内容，可以执行对计算机数控系统30的输入。
[0111]
此外，计算机数控系统30的操作设备包括旋转控制器35和36，其中，利用旋转控制器35(称为主轴超控或“spindle-override”)可以设置用于主轴转速的百分比设置值(ovr值)，并且利用旋转控制器36(称为进给超控或“feed-override”)可以设置用于进给速度或快速行程速度的百分比设置值。
[0112]
用于主轴超控(70％)和进给超控(70％)的当前百分比设置值可以在显示器32的显示区域33中看到。这些设置意味着用于主轴转速和进给速度的当前实际值分别仅为其编程值的70％。
[0113]
在显示区域34中，还给出了特征曲线，从该特征曲线得出用于进给超控36的特定
设置的旋转角度的相关ovr值。
[0114]
在上下角度范围内，由特征曲线的平坦走向得出在这些范围内可以特别精细地调整ovr值。
[0115]
与根据本发明进行的分配相比，图3和图4示出了在传统旋转控制器中相应旋转控制器设置(旋转角度)与ovr值之间的关系。
[0116]
图3示出了用于进给超控的经典“阶梯式”特征曲线k1，该曲线通常由控制系统制造商设定，操作者无法更改，该特征曲线在23级中具有进给超控的“突然”变化，如使用具有固定的端部止挡块和270
°
的最大旋转角度的传统旋转控制器的情况。
[0117]
与此不同，可以看到“弧形”、连续延伸的特征曲线k2，它使用例如256级或数字旋转编码器的更多级，由此对于用户在操作机床时或从特征曲线的图形表示中都看不到任何级或跳跃，例如由图3中的特征曲线k2可见。
[0118]
特征曲线k2在低进给区域(低ovr值)和高进给区域(高ovr值)是平坦的。此外，该特征曲线可以可选地具有6/8转(270
°
)的有效旋转角度范围或高达360度或甚至更大的角度范围。示例中选择的特征曲线k2的ovr值在0％到120％之间。
[0119]
图3还示例性地示出了可以由操作者设定的线性特征曲线k3，其在0
°
到360
°
的旋转角度的角度范围(旋转角度范围)中使用示例性的旋转控制器的所有现有的256个增量。
[0120]
在特征曲线k3的示例中还示出了利用ovr也可以设置负进给(例如-5％)的可能性。因此，在示例特征曲线k3的情况中，可能的ovr值在-5％与150％之间的范围内。
[0121]
这种情况与图4中示例性说明的特征曲线类似。
[0122]
图4示出了“spindle-ovr(主轴超控)”的各种特征曲线，这些曲线还示出了旋转控制器的以
°
为单位的旋转角度与从而设置的以％为单位的“spindle-ovr”值之间的关系。
[0123]
特征曲线k21示出了阶梯的特征曲线在0
°
到270
°
的旋转角度范围内分布的“经典”情况，其中该特征曲线在16级中具有进给ovr的“突然”变化。
[0124]
特征曲线k22和k23是由用户定义的特征曲线的示例。k22在0
°
到360
°
的设置范围内建立了旋转角度之间的线性关系，并在0％到120％的范围内产生与之关联的“spindle-ovr”值。与此不同，k23产生用于从0
°
开始并延伸超过360
°
的旋转角度的至少基本上(从用户的角度来看)“平滑”，即不是突然的或不分级的关系，并在0％和150％的范围内建立与之关联的“spindle-ovr”值。在低或高设置值的区域中扁平化的走向能够在这些区域中进行更精细的设置。
[0125]
总体而言，设置单独的特征曲线的可能性为用户提供了以下优势：
[0126]-有效旋转角度范围的自由定义，例如在0
°
到6/8圈(270
°
)或整圈(360
°
)之间；
[0127]-有效ovr值范围的自由定义，例如在-1％和+150％之间；
[0128]-对旋转角度与ovr值之间的关系以及对速度或转速影响的自由定义；
[0129]-在特定范围内可以通过平坦的特征曲线细化影响程度(例如，在0％时)；
[0130]-在特定范围内可以通过陡峭的特征曲线增加影响程度(例如接近75％)；
[0131]-还可以继续设置“阶梯式行为”，由此可以模拟众所周知的旋转控制器的行为；
[0132]-混合设置连续和阶梯式特征曲线的可能性；
[0133]-可以自由选择用于非线性的特征曲线的增量(级)数；
[0134]
在过程影响方面，由此为用户带来例如以下优势：
[0135]-在进给ovr的情况下，将低速范围内的速度指令的灵敏度提高0％；
[0136]-在进给ovr的情况下，将高速范围内的速度指令的灵敏度提高100％(微调以略微修改速度以避免颤振)；
[0137]-在主轴ovr的情况下，将高速范围内的速度指令的灵敏度提高100％(微调以略微修改速度以避免颤振)；
[0138]
图5示出了用于设置“feed-ovr”(进给速度超控)的示例。在此，特征曲线k31示出了在0
°
到270
°
的旋转角度范围内以及feed-ovr值在0％和200％之间的范围内的特征曲线的阶梯式走向。
[0139]
特征曲线k32示出了用于0
°
到360
°
的旋转角度范围的、在0％和200％之间的范围中具有feed-ovr值的线性平滑走向。
[0140]
特征曲线k33示出了用于0
°
到360
°
的旋转角度范围的、在0％和200％之间的范围中具有feed-ovr值的平滑“弧形”走向。
[0141]
在有效的旋转角度范围之外(即旋转角度《0
°
或》360
°
)保留最后适用的ovr值。
[0142]
图6示出了一个实施例，其中有效的旋转角度范围延伸超过一圈(360
°
)。
[0143]
在从0
°
到270
°
的第一旋转角度范围内，线性上升的关系适用于在0％和120％范围内的ovr值(参见特征曲线k41)。此外，在从270
°
到540
°
的第二旋转角度范围内，线性下降的关系适用于在120％和0％范围内的ovr值(参见特征曲线k42)。对于270
°
的值范围，上升和下降特征曲线之间的这种变化不断地向左和向右持续。这得出在-270
°
到0
°
范围内的线性下降的特征曲线k43。也可以为特征曲线k42或k43设定与特征曲线41不同的坡度或旋转角度范围。
[0144]
总体而言，在图5和图6中示例性说明的设置单独的特征曲线的可能性为用户提供了以下优点：
[0145]-最后一个端位不像现在通常那样“保持”，而是评估进一步的增量，例如无限的之字形(参见图6)；
[0146]-在进一步转动旋转控制器时，第一个操作功能(效果)，例如ovr值的线性增加之后，与另外的操作功能或效果相邻，例如ovr值的线性减少：
[0147]
ο例如在超过120％的情况下，ovr值会再次降低，
[0148]
ο例如在低于0％的情况下，ovr会再次增加，可能具有不同的坡度，
[0149]
ο如果“通过”最小或最大ovr值，例如0％或120％，该值也可以自动固定特定时间，以使操作者了解已达到的最终值，因为很难能精确达到这个值；
[0150]-在用户的要求下，不再有任何“端位”，例如在选择图4中所示的“渐进的”特征曲线k23时；
[0151]-可替换地，在值低于0％的情况下，特征曲线也可以输出负ovr值，从而输出负进给速度(“向后行驶”)或主轴转速(“旋转方向反转”)。
[0152]
在过程影响方面，由此为用户带来例如以下优势：
[0153]-可以经由ovr的圈数来增加用于速度影响的分辨率。这具有一些优势，例如，机器操作者进行小的修改以防止在铣削加工或车削加工时的颤振；
[0154]-新的可能性，例如通过超控控制器的操作“向后行驶”。
[0155]
为了能够对当前进给或主轴转速进行非常精细的设置，例如对于操作者有效地抑
制颤振是必需的，本发明提供了进给或主轴转速的灵敏变化，尤其由此，使得旋转控制器使用的旋转角度范围超过360
°
(一圈)。
[0156]
这种变体的问题在于，在例如10圈的调节范围的情况下，操作者不想完全转动ovr十次，以便从0％进给到100％进给。同样因为这个原因，本发明提供了操作序列的定义，借助这些操作序列可以触发特定的操作功能，例如特定值的跳跃。
[0157]
根据本发明的无限旋转的ovr满足以下前提，从而可以定义和使用操作序列：
[0158]-以ovr的[增量/时间单位]的扭转速度的评估；
[0159]-识别特定的单一旋转模式，其必须在确定的第一时间段内进行才能被识别；
[0160]-识别一系列多个单独的旋转模式，其必须在确定的第二时间段内进行才能被识别。
[0161]
用于“单一模式”及其效果的示例如下：
[0162]-通过在正旋转方向上以例如》25ink/s的扭转速度的“快速旋转”，识别和立即设置预定义的例如10％的“正ovr跳跃”。由于在10％变化的立即设置后ovr仍然可以一直旋转，因此随后在可定义的时间段内抑制ovr的评估，并且ovr在10％的变化设置时保持稳定，参见图7，时间范围t在2s和4s之间。
[0163]-通过在负旋转方向上以例如》25ink/s扭转速度的“快速旋转”，识别并立即设置-10％的预定义的“负ovr跳跃”。由于在-10％变化的立即设置后ovr仍然可以一直旋转，因此在可定义的时间段内抑制ovr的评估，并且ovr在-10％的变化设置时保持稳定。
[0164]
用于“单个模式的顺序”及其效果的示例是：
[0165]-通过在正旋转方向上以分别例如》25ink/s的扭转速度和之间以《1s的停顿而两次短暂先后实施的“快速转动”，识别并立即设置所需的预定义“ovr值＝100％”。由于在立即更改为100％后ovr值仍然可以一直旋转，因此随后在可定义的时间段内抑制ovr的评估，并且ovr保持在新设置(100％)，参见图7。
[0166]-通过在负旋转方向上以分别例如》25ink/s的扭转速度和之间以《1s的停顿而两次短暂先后实施的“快速转动”，识别并立即设置0％的所需ovr。由于在立即更改为0％后ovr仍然可以一直旋转，因此在可定义的时间段内抑制ovr的评估，并将ovr保持在新设置(未示出)。
[0167]-通过(在特定的时间段内)在正方向中的“快速旋转”和在负方向中的“快速转动”的预定义的顺序(操作序列)，例如可以实现相关的、预定义的操作功能“以10倍转换ovr特征曲线的精度”，参见图8。特征曲线k61表示转换前的关系(“正常”特征曲线)，特征曲线k62表示转换后的状态，其中，特征曲线k62具有特征曲线k61的斜率的1/10。
[0168]-每当静态达到新的ovr时，也可以自动切换到更精细的ovr特征曲线。然后例如可以同样自动地通过快速旋转过程实现切换回原始特征曲线。当机器操作者缓慢旋转ovr控制器进行微调时，微调特征曲线开始发挥作用，即例如《10增量/秒。
[0169]-任何其他ovr设置和特性都可以通过进一步类似的顺序来设置，例如在正方向上“快速旋转”，随后在负方向上“快速旋转”，紧接着在正方向上进行再一次“快速旋转”。
[0170]-除了示例性示出的功能外，配属于特定的操作(操作序列)的任何其他操作功能也是可能的。
[0171]
总体而言，定义操作序列并将其配属于特定操作功能的可能性为用户提供了以下
优势：
[0172]-如果不仅评估通过的增量，还评估旋转速度(每个时间单位通过的增量)和模式的顺序，那么ovr控制器提供扩展的操作可能性；
[0173]-例如，可以在10圈以上评估ovr，并且操作者仍然能够以最简单的方式和方法快速达到0％或100％的位置(或任何其他预定义的ovr值)，如有必要，可以以10％的(或任何其他预定义的)步幅达到其之间的位置；
[0174]-ovr特征曲线的灵敏度从“粗”切换到“精细”并返回的简单切换，或者通常在不同特征曲线之间的快速切换也是可能的。
[0175]
在过程影响方面，由此为用户带来以下优势，例如：
[0176]-在进给超控的情况下，在0％和上限，例如120％之间的整个速度范围内速度设定的灵敏度的增加；
[0177]-在主轴超控的情况下，在整个速度范围内速度设定的灵敏度的增加(微调以对速度进行微小的修改以避免颤振)。
[0178]
根据本发明，操作者可以单独配置其无限旋转的ovr控制器的行为，尤其经由控制系统的hmi。这些例如包括：
[0179]-选择可以借助于机床执行的多项功能之一，以下示出的设置应适用于该功能。在根据图9和图10的实施例中，可以通过选择框“g0”(用于紧急指令)或“gn”(用于所有非紧急指令)的标记来选择或在每个“g
□”
字段中输入一个数字，其设定要应用以下设置的特定g指令；
[0180]-经由hmi40的操作区域中的列表选择ovr控制器的多个设定的特征曲线之一(参见图9)。在此，在根据图9的实施例中，操作者可以通过标记相应的选择框在特征曲线形式“线性”、“弧形”或“阶梯式”之间进行选择。在做出相应的选择之后，操作者可以到达子菜单(未示出)，其中可以设置所选特征曲线形状的细节(坡度、数学项的参数、阶梯数和高度)；
[0181]-在hmi的操作区域中重新定义ovr控制器的单个特征曲线；
[0182]-经由hmi操作区域中的设定列表选择要评估的ovr的单个旋转角度范围(参见图9)。在此，在实施例中，操作者可以通过选择相应的选择框在“0
°
至270
°”
、“0
°
至360
°”
和“0
°
至720
°”
的有效旋转角度范围之间进行选择。
[0183]-经由hmi的操作区域输入要评估的ovr的单个旋转角度范围；
[0184]-将预定义的操作(操作序列)配属于相应操作的预定义的操作功能(效果)。在此，在根据图10的实施例中，操作者可以在hmi的可视屏幕掩码41上通过选中相应的选择框来选择操作序列“快速左转”是否触发ovr值跳跃10％，20％或-10％，操作序列“2x快速右转”是否触发ovr值跳跃到值50％或100％，或者操作序列“右-左-右”是否触发“切换到特征曲线1”或“切换到特征曲线2”。
[0185]-经由hmi自由分配按钮和操作功能(调整触摸按压开关中的功能名称)。
[0186]
在图11中，在实施根据本发明的方法时示例性地示出方法步骤1至6：
[0187]
在第一方法步骤s1中，借助于与机床连接的计算机数控系统的hmi用户界面设置进给超控的效果，即根据feed-ovr旋转控制器(feed-ovr)的旋转角度，根据能够通过操作者设定的特征曲线和/或根据能够通过操作者设定的至少一个操作序列来设置ovr值的变化。
[0188]
在此，机床的不同功能(车削、铣削、钻孔、快速行程运动等)尤其可以配属于不同的特征曲线或不同的操作序列。
[0189]
在第二方法步骤s2中，借助于hmi用户界面，根据spindle-ovr旋转控制器(spindle-ovr)的旋转角度，根据能够通过操作者设定的特征曲线和/或根据能够通过操作者设定的至少一个操作序列来设置主轴超控的效果，即ovr值的变化。
[0190]
在此，机床的不同功能(车削、铣削、钻孔、快速行程运动等)也尤其配属于不同的特征曲线或不同的操作序列。
[0191]
在第三方法步骤s3中，在计算机数控系统上调用并启动子程序以借助于机床加工工件。
[0192]
在第四方法步骤s4中，根据在方法步骤s1中设定的特征曲线或操作序列并且根据当前机床执行的功能，通过用户手动操作feed-ovr设置进给超控。
[0193]
在第五方法步骤s5中，根据在方法步骤s2中设定的特征曲线或操作序列并且根据当前机床执行的功能，通过用户手动操作spindle-ovr设置主轴超控。
[0194]
在方法步骤s6中，根据设置的进给超控和设置的主轴超控执行机床的功能，尤其是由机床对工件的加工。
[0195]
预先指出的是，在根据本发明的方法中，不必全部执行且也不必以提及的顺序执行示例性提及的方法步骤s1至s6。

技术特征：

1.一种用于计算机数控系统(30)的操作设备(31)，所述计算机数控系统用于控制机床(20)，其中，所述机床(20)包括多个机床轴线(x、y、z、a、b、c)，借助于所述机床轴线，置入工具主轴(21)的工具容纳部(2)中的工具(1)能够相对于工件(5)调整和/或能够围绕工具主轴轴线(a)旋转，其中，所述操作设备(31)具有至少一个能无限旋转的旋转控制器(35、36)，所述旋转控制器能够由所述操作设备(31)的操作者手动操作，通过所述旋转控制器，所述工具(1)相对于所述工件(5)移动的进给速度和/或主轴转速能够由所述操作者通过旋转所述旋转控制器(35、36)的旋钮手动设置，其中，所述操作设备(31)包括图形操作界面(32)，借助于所述图形操作界面能够调整借助于所述旋转控制器(35、36)执行的对所述进给速度和/或所述主轴转速的操作的效果。2.根据权利要求1所述的操作设备(31)，其中，通过操作所述旋转控制器(35、36)能够设置所述旋钮的旋转角度，并且其中，为了设置所述操作的效果，能够设定旋转角度与百分比设置值之间的关系，其中，所述百分比设置值确定编程的进给速度和/或编程的主轴转速与实际的进给速度和/或实际的主轴转速之间的比率。3.根据权利要求1或2所述的操作设备(31)，其中，通过至少一个预定的操作、尤其是操作序列，能够执行预定的操作功能，并且其中，能够设定所述操作功能与百分比设置值之间的关系。4.根据权利要求2或3所述的操作设备(31)，其中，能够设定特征曲线(k1、k2、k3；k21、k22、k23；k31、k32、k33；k41、k42、k43、k44；k51、k52；k61、k62)，所述特征曲线确定所述旋转角度与所述百分比设置值之间的关系。5.根据权利要求4所述的操作设备(31)，其中，在选择菜单(40)中，设定多个特征曲线，所述操作者能够选择多个所述特征曲线中的一个，其中，所选择的特征曲线确定所述旋转角度与所述百分比设置值之间的关系。6.根据权利要求5所述的操作设备(31)，其中，尤其借助于图形辅助功能，所述特征曲线能被单独配置。7.根据权利要求4至6中任一项所述的操作设备(31)，其中，所述特征曲线(k2)具有至少在局部平滑的和/或至少在局部阶梯形的走向(k1)。8.根据权利要求4至7中任一项所述的操作设备(31)，其中，所述特征曲线(k23)覆盖负旋转角度(k43)和/或大于360
°
的旋转角度范围。9.根据权利要求4至8中任一项所述的操作设备(31)，其中，不同的旋转角度范围能够配属于不同的操作功能。10.根据权利要求2至9中任一项所述的操作设备(31)，其中，负百分比设置值、尤其是负旋转角度能够配属于特定的旋转角度范围，并且其中，在所述旋转角度范围内或在所述旋转角度中，主轴的旋转方向或所述工具的运动方向相对于其他旋转角度范围或其他旋转角度是相反的。11.根据权利要求3至10中任一项所述的操作设备(31)，其中，不同的操作或操作序列能够配属于不同的操作功能。12.根据权利要求11所述的操作设备(31)，其中，能够单独设计和/或学习操作或操作
序列。13.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备(31)，其中，借助所述旋转控制器执行的对所述进给速度和/或所述主轴转速的操作的效果能够根据由所述机床(20)执行的功能之一设定。14.一种用于运行借助计算机数控系统(30)控制的机床(20)的方法，所述计算机数控系统包括操作设备(31)，其中，所述机床(20)包括多个机床轴线(x、y、z、a、b、c)，借助于所述机床轴线，置入工具主轴(21)的工具容纳部(2)中的工具(1)能够相对于工件(5)调整和/或能够围绕工具主轴轴线(a)旋转，其中，所述操作设备(31)具有至少一个能无限旋转的旋转控制器(35、36)，所述旋转控制器能够由所述操作设备(31)的操作者手动操作，通过所述旋转控制器，所述工具(1)相对于所述工件(5)移动的进给速度和/或主轴转速能够由所述操作者通过旋转所述旋转控制器(35、36)的旋钮手动设置，其中，所述操作设备(31)包括图形操作界面(32)，借助于所述图形操作界面能够调整借助于所述旋转控制器执行的对所述进给速度和/或所述主轴转速的操作的效果，其中，启动在所述计算机数控系统上提供的程序，所述程序设定所述工具相对于所述工件的运动，其中，根据所述设置，借助于所述旋转控制器执行的操作改变所述进给速度和/或所述主轴转速。15.一种计算机数控系统，具有根据权利要求1至13中任一项所述的操作设备(31)。

技术总结

本发明涉及一种用于计算机数控系统的操作设备，计算机数控系统用于控制机床，机床包括多个机床轴线，借助于机床轴线，置入工具主轴的工具容纳部中的工具可以相对于工件调整和/或围绕工具主轴轴线旋转。本发明的目的是，改进用于影响机床的进给速度或主轴转速的旋转控制器的灵活性，以适应个体用户的需要。这通过操作设备具有至少一个可无限旋转的旋转控制器来实现，该旋转控制器可由操作设备的操作者手动操作，通过该旋转控制器，工具相对于工件移动的进给速度和/或主轴转速可由操作者通过旋转旋转控制器的旋钮手动设置，操作设备包括图形用户界面，借助该图形用户界面可以设置借助于旋转控制器执行的对进给速度和/或主轴转速的操作的效果。轴转速的操作的效果。轴转速的操作的效果。