Insbesondere in der Einzelteil-und Kleinserienfertigung von Werkstücken mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen oder Robotern stellt der Vorgang der Programmierung einer numeri- schen Steuerung einen wesentlichen Kostenfaktor dar, weil auch heute noch vor allem bei kleineren Fertigungsbetrieben im Rahmen der werkstattorientierten Programmierung noch über- wiegend an der Werkzeugmaschine programmiert wird. Dabei ad- dieren sich Programmierzeiten und Maschinenstillstandszeiten zu einem beträchtlichen Anteil an den Stückkosten der herge- stellten Werkstücke.

Ein wesentlicher Nachteil heutiger numerischer Steuerungen und ihrer Programmiersprachen ist die Bedingung an den Satz- aufbau nach DIN66025, der zum einen grundlegende Kenntnisse in der Bedeutung der G-und M-Funktionen voraussetzt, zum an- deren aber auch die Beherrschung des jeweiligen Steuerungs- dialektes verlangt. Somit ergeben sich mit der Anschaffung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder eines sol- chen Roboters neuerer Generation nicht nur kostenintensive Aufwendungen für die Schulung eines Mitarbeiters, sondern es wird auch jedesmal ein neuer Spezialist ausgebildet, dessen Funktion bei einem Ausfall nur eingeschränkt oder gar nicht von seinen Kollegen übernommen werden kann, da herkömmlicher- weise die Steuerung des Ablaufs eines Bearbeitungsvoranges

vom Programmierer zum Zeitpunkt der Programmerstellung be- stimmt wird.

Diese herkömmliche Programmiermethode soll im folgenden an- hand eines Beispieles näher erläutert werden : In der Darstellung gemäß FIG 1 ist ein Werkstück W gezeigt, in das verschiedene Innengewinde eingebracht werden sollen.

Die Bearbeitungsschritte werden im folgenden als Arbeitsgänge bzw. Bearbeitungsobjekte bezeichnet, die Positionen als Posi- tionselemente bezeichnet. Dementsprechend sind die genannten Innengewinde an den Positionselementen GO1 bis G04 sowie GO5 bis G08 bezeichnet, welche jeweils eine Lochreihe mit vier auf einer Linie liegenden Löchern beschreiben.

Eine abgeschlossene Folge von Arbeitsgängen und Positionen beschreibt eine Bearbeitungsaufgabe. Eine Folge gilt als ab- geschlossen, wenn mindestens einem Bearbeitungsgang minde- stens ein Positionselement folgt.

Um mit einer Werkzeugmaschine ein Gewinde gemäß FIG 1 zu boh- ren, müssen prinzipiell folgende Bearbeitungsschritte durch- geführt werden : 1. Mit einem Zentrierbohrer zentrieren 'auf den Positionen der Lochreihe 1 'auf den Positionen der Lochreihe 2 2. Mit dem Kernlochbohrer bohren 'auf den Positionen der Lochreihe 1 'auf den Positionen der Lochreihe 2 3. Mit dem Gewindeschneider ein Gewinde schneiden 'auf den Positionen der Lochreihe 1 'auf den Positionen der Lochreihe 2.

Bei den mit 1., 2. und 3. gekennzeichneten Bearbeitungs- schritten handelt es sich somit um einzelne Arbeitsgänge, welche an den Positionselementen ausgeführt werden.

Herkömmlicherweise wird eine solche werkzeugbezogene Bearbei- tung durch Erzeugen eines CNC-Programms gelöst. In einem CNC- Bearbeitungsprogramm werden die Arbeitsgänge in Form von mo- dal wirkenden Zyklen aufgerufen, danach werden die Position- selemente in Form von Positionen angegeben (vgl. vorangehen- des Beispiel). Da die Zyklen modal wirken, werden sie von der Werkzeugmaschine beim Bearbeitungsprogrammablauf an jeder folgenden Position ausgeführt. Die Erzeugung eines CNC-Be- arbeitungsprogramms kann durch direktes Erstellen des Pro- gramms an der Maschine durch den Werker oder aber auch durch einen Postprozessorlauf aus einem CAD/CAM-Programm erfolgen.

Die Steuerung des Ablaufs wird somit vom Programmierer oder vom CAD/CAM-System zum Zeitpunkt der Programmerstellung be- stimmt.

Aus diesem Grund ist die Steuerung des Ablaufs und damit ver- bunden auch die Dauer des Bearbeitungsprozesses im starken Maße vom Können und der Erfahrung des programmierenden Wer- kers an der Maschine abhängig. Damit verbunden kann es-je nach Grad der Optimierung des Bearbeitungsvoranges im Hin- blick auf das Bearbeitungsprogramm-auch zu einem mehrfachen Wechsel jedes Werkzeuges kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Ablauf einer Bearbeitungsaufgabe so zu steuern, daß die angegebenen Arbeitsgänge auf allen Positionselementen so durchgeführt werden, daß jedes Werkzeug nur einmal eingewech- selt wird. Auf diese Weise soll stets gewährleistet sein, daß unabhängig von der Fähigkeit des programmierenden Werkers die Stückzeit optimiert und somit die Produktivität verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die numerische Steuerung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch weitergebildet, daß die numerische Steuerung durch Verwendung von Zyklen eine Ab- laufsteuerung umfaßt, nach der für jede Bearbeitungsaufgabe zugehörige Arbeitsgänge und Positionselemente abhängig von ihrer technologieabhängigen Reihenfolge im Bearbeitungspro- gramm so abarbeitbar sind, daß alle Zyklen für einen Arbeits- gang jeweils als modaler Zyklus ausgewählt werden, wobei für jeden Zyklus für ein Bearbeitungsobjekt nacheinander alle Zy- klen für ein Positionselement ausgewählt werden und jeweils eine Bearbeitung des entsprechenden Arbeitsganges an der Po- sition des jeweiligen Positionselements erfolgt, bevor der folgende Zyklus für einen Arbeitsgang als modaler Zyklus aus- gewählt wird.

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine beson- ders effiziente Realisierung der genannten Ablaufsteuerung erreicht, indem ein Bearbeitungspuffer vorgesehen ist, in den für jede Bearbeitungsaufgabe die Daten der zugehörigen Bear- beitungsobjekte und Positionselemente einschreibbar sind.

Dies kann insbesondere zur Laufzeit des Bearbeitungsprogram- mes geschehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird erreicht, daß die erfindungsgemäße Ablaufsteuerung zum Zeitpunkt der Pro- grammbearbeitung ausgeführt werden kann. Dies geschieht da- durch, daß die Ablaufsteuerung zum Zeitpunkt der Bearbei- tungsprogrammabarbeitung im Echtzeitbetrieb arbeitet. Dies kann durch Interpretation des Bearbeitungspuffers und Steue- rung nach dem geschilderten Ablauf geschehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erleichtert desweite- ren die Beschreibung geometrischer Strukturen, indem Positi-

onselemente auch Positionsmuster, insbesondere Positionsrei- hen, Positionsgitter oder Positionskreise, sowie Hindernisse beschreiben können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hin- aus eine Verfahrwegoptimierung in der Werkzeugachse ermög- licht. Dies wird dadurch erreicht, daß durch die Ablaufsteue- rung für auf unterschiedlichen Höhen liegende Positionsele- mente in den Zyklen Rückzugsbewegungen auf eine globale Rück- zugebene vermeidbar sind, indem Rückpositionierungen nur bis auf eine lokale Sicherheitsebene des höher gelegenen Positi- onselementes erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hin- aus eine effektivere Realisierung von Bearbeitungsprogrammen ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, daß Positionselemente für unterschiedliche Arbeitsgänge mehrfach nutzbar sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Darstellung von vorteilhaf- ten Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Figuren.

Dabei sind Elemente mit gleicher Funktionalität in verschie- denen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen : FIG 1 technologische Aufgabe des Einbringens von Innengewin- den in ein Werkstück, FIG 2 technologische Aufgabe des Fräsens von vier gleichen Taschen mit einem Schrup-und Schlichtwerkzeug und FIG 3 Verfahrwegoptimierung in der Werkzeugachse anhand eines Werkstückes mit Positionselementen unterschiedlicher Höhe.

Die Darstellung gemäß FIG 1 wurde bereits eingangs anhand des dort angeführten herkömmlichen Bearbeitungsprogrammes ge- schildert. Ein solches NC-Bearbeitungsprogramm in herkömmli- cher Technik soll im folgenden vom prinzipiellen Ablauf ange- geben werden, wobei nicht mit einer konkreten Syntax gearbei- tet wird, da die Syntax bei unterschiedlichen Steuerungsher- stellern unterschiedlich ist. Für die in der Darstellung ge- mäß FIG 1 gezeigte technologische Bearbeitungsaufgabe des Einbringens von Innengewinden in ein Werkstück W in Form ei- ner ersten Lochreihe mit Positionen 1 bis 4, welche Positio- nen GO1 bis G04 darstellen, und einer zweiten Lochreihe mit Positionen 1 bis 4, welche Positionen G05 bis G08 darstellen, sieht das NC-Programm in herkömmlicher Technik vom prinzipi- ellen Ablauf somit wie folgt aus : N30 Werkzeugwechsel Zentrierbohrer N40 Zyklus für zentrieren (modal) N50 1. Position 1. Lochreihe N60 2. Position 1. Lochreihe N70 3. Position 1. Lochreihe N80 4. Position 1. Lochreihe N90 1. Position 2. Lochreihe N100 2. Position 2. Lochreihe N110 3. Position 2. Lochreihe N120 4. Position 2. Lochreihe N130 Werkzeugwechsel Kernlochbohrer N140 Zyklus für bohren (modal) N150 1. Position 1. Lochreihe N160 2. Position 1. Lochreihe N170 3. Position 1. Lochreihe N180 4. Position 1. Lochreihe N190 1. Position 2. Lochreihe N200 2. Position 2. Lochreihe N210 3. Position 2. Lochreihe

N220 4. Position 2. Lochreihe N230 Werkzeugwechsel Gewindebohrer N240 Zyklus für gewindebohren (modal) N250 1. Position 1. Lochreihe N260 2. Position 1. Lochreihe N270 3. Position 1. Lochreihe N280 4. Position 1. Lochreihe N290 1. Position 2. Lochreihe N300 2. Position 2. Lochreihe N310 3. Position 2. Lochreihe N320 4. Position 2. Lochreihe N330 Modalen Zyklus ausschalten Um zu vermeiden, daß Positionen mehrfach geschrieben werden müssen, können die Positionen auch in Unterprogramme ge- schrieben und diese dann aufgerufen werden : N30 Werkzeugwechsel Zentrierbohrer N40 Zyklus für zentrieren (modal) N50 Call UP4711 N60 Werkzeugwechsel Kernlochbohrer N70 Zyklus für bohren (modal) N80 Call UP4711 N90 Werkzeugwechsel Gewindebohrer N100 Zyklus für gewindebohren (modal) N110 Call UP4711 N120 Modalen Zyklus ausschalten UP4711 N10 1. Position 1. Lochreihe N20 2. Position 1. Lochreihe N30 3. Position 1. Lochreihe N40 4. Position 1. Lochreihe N50 1. Position 2. Lochreihe

N60 2. Position 2. Lochreihe N70 3. Position 2. Lochreihe N80 4. Position 2. Lochreihe Zu diesem herkömmlichen Verfahren gibt es darüber hinaus die erweiterte Möglichkeit, die Sequenz eines Unterprogrammes zwischen zwei Marken im Hauptprogramm zu schreiben und über diese Marken aufzurufen.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr möglich, daß jeder Arbeitsgang, welche in dem zugrundeliegenden Beispiel die Vorgänge Zentrierbohren, Kernlochbohren, Gewindebohren sind, und jedes Positionselement durch genau einen Zyklenauf- ruf abgebildet werden. Die Ablaufsteuerung wird dabei nicht zum Zeitpunkt der Programmerstellung, sondern zum Zeitpunkt der Programmbearbeitung in Echtzeit ausgeführt. Hierfür wird in die Zyklen der numerischen Steuerung eine entsprechende Ablaufssteuerungslogik implementiert, die während der Pro- grammbearbeitung nach bestimmten Regeln den Programmablauf steuert. Diese Regeln sollen im folgenden für die der Dar- stellung gemäß FIG 1 zugrundeliegende Überarbeitungsaufgabe dargestellt werden : N20 Zyklus für zentrieren N30 Zyklus für bohren N40 Zyklus für gewinde N50 Zyklus für 1. Position 1. Lochreihe N60 Zyklus für 2. Position 1. Lochreihe N70 Zyklus für 3. Position 1. Lochreihe N80 Zyklus für 4. Position 1. Lochreihe N90 Zyklus für 1. Position 2. Lochreihe N100 Zyklus für 2. Position 2. Lochreihe N110 Zyklus für 3. Position 2. Lochreihe N120 Zyklus für 4. Position 2. Lochreihe

Durch die Verlagerung der Ablaufsteuerung für eine beispiels- weise Bohrbearbeitungsaufgabe oder Fräsbearbeitungsaufgabe in die Zyklen der numerischen Steuerung wird erreicht, daß der Programmierer von der Verwaltung des Ablaufes weitgehend be- freit wird. Da die Verwaltung dann bereits durch die Logik der numerischen Steuerung realisiert wird, ergeben sich wei- tere Möglichkeiten einer automatischen Optimierung durch die numerische Steuerung, die im folgenden noch erläutert werden.

Durch die Logik der Ablaufsteuerung wird das Bearbeitungspro- gramm gemäß der vorliegenden Erfindung folgendermaßen abgear- beitet. In den Datensätzen N20 bis N120 werden die entspre- chenden Daten in einen Bearbeitungspuffer B geschrieben. Im Anschluß daran wird ein Managementzyklus MZ zur Ablaufsteue- rung gestartet, welcher im Bearbeitungspuffer B nach dem er- sten Zyklus für einen Arbeitsgang TOI sucht und diesen Zyklus als modalen Zyklus anwählt. Der Managementzyklus MZ sucht im Bearbeitungspuffer B darauf nach dem ersten Zyklus für ein Positionselement GO1 und ruft diesen Zyklus auf. Die Bearbei- tung des ersten Arbeitsganges TOI wird daraufhin an der Geo- metrie des ersten Positionselementes G01 am Werkstück W aus- geführt. Darauf sucht der Managementzyklus MZ im Bearbei- tungspuffer B nach dem nächsten Zyklus für ein Positionsele- ment G02 und ruft diesen Zyklus auf. Die Bearbeitung des er- sten Technologieobjektes TOI wird daraufhin an der Geometrie G02 am Werkstück W ausgeführt. Nach diesem Prinzip wird wei- ter für alle anderen Positionselemente G03 bis GOm (im vor- liegenden Fall G08) der Bearbeitungsaufgabe fortgefahren.

Nach dem letzten Zyklus eines Positionselementes GOm sucht der Managementzyklus MZ nach dem nächsten Zyklus eines Ar- beitsganges T02 und verfährt wie zuvor.

Wenn kein Arbeitsgang T01... TOn oder Positionselement G01... GOm mehr vorhanden ist, schaltet der Managementzyklus

MZ den letzten modalen Zyklus aus und löscht den Bearbei- tungspuffer B für die nächste Bearbeitungsaufgabe.

In der Darstellung gemäß FIG 2 ist ein weiteres Ausführungs- beispiel der Erfindung anhand der technologischen Aufgabe des Fräsens von vier gleichen Taschen in einem Werkstück W ge- zeigt. Die genannten Taschen stellen die Positionselemente GO1 bis G04 dar. Zum Einsatz gelangen ein Schruppwerkzeug und ein Schlichtwerkzeug, welche die Arbeitsgänge TO1 und T02 darstellen. Das dafür erforderliche CNC-Bearbeitungsprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung sieht folgendermaßen aus : N30 Zyklus für Tasche schruppen N40 Zyklus für Tasche schlichten N50 Zyklus für 1. Position N60 Zyklus für 2. Position N70 Zyklus für 3. Position N80 Zyklus für 4. Position Darüber hinaus lassen sich durch die Ablaufsteuerung im Rah- men der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfin- dung weitere Optimierungen erreichen. Zum einen können Zyklen für Positionsmuster als Positionselemente definiert werden.

Dementsprechend können Positionselemente GO1 bis GOm auch Po- sitionsmuster sein wie Positionsreihen (vergleiche erstes Ausführungsbeispiel), Positionsgitter, Positionskreise oder Positionsfolgen. Damit vereinfacht sich das der Darstellung gemäß FIG 1 zugrundeliegende Ausführungsbeispiel wie folgt : N20 Zyklus für zentrieren N30 Zyklus für bohren N40 Zyklus für gewinde N50 Zyklus für 1. Lochreihe N60 Zyklus für 2. Lochreihe

Darüber hinaus läßt sich eine Verfahrwegoptimierung in der Werkzeugachse erreichen. Wenn die Positionselemente GO1 bis GOm auf unterschiedlichen Höhen liegen, kann die Ablaufsteue- rung MZ in den Zyklen solche Positionselemente derart berück- sichtigen, daß sie die sonst üblichen Rückzugsbewegungen au- tomatisch unterdrückt.

In der Darstellung gemäß FIG 3 ist ein Werkstück W mit Posi- tionselementen GO1 bis G03 gezeigt, welche jeweils Lochreihen darstellen. Diese Positionselemente liegen auf unterschiedli- chen Höhen, was anhand der Darstellung gemäß FIG 3 dadurch deutlich wird, daß eine Schnittansicht des Werkstückes W ab- gebildet ist.

Prinzipiell ist eine globale Rückzugsebene RZE vorgesehen, welche herkömmlicherweise durch die Ablaufsteuerung durch Rückzugsbewegungen angefahren wird oder vom Programmierer in den Ablauf eingebracht wird, bevor eine Zustellbewegung zu einem folgenden Positionselement erfolgt. Durch den neuarti- gen Zyklus gemäß der vorliegenden Erfindung werden nunmehr überflüssige Zustell-und Rückzubewegungen der Werkzeuge elliminiert, wodurch die Produktivität weiter verbessert wer- den kann.

Herkömmlicherweise befinden sich z. B. mehrere Bohrmuster mit gleichem Lochdurchmesser auf unterschiedlichen Höhen, wie in der Darstellung gemäß FIG 3 gezeigt. Daher fährt herkömmli- cherweise (wenn vom Programmierer nicht explizit anders ange- geben) das Bohrwerkzeug von der Rückzugebene RZE aus im Eil- gang bis auf einen Sicherheitsabstand zur Werkstückoberflä- che. Von dort aus wird das Bohrmuster bearbeitet. Anschlie- ßend fährt das Werkzeug im Eilgang auf die Rückzugebene RZE zurück, fährt über das neue Bohrmuster (Positionselement) und stellt im Eilgang auf den neuen Sicherheitsabzustand zu. Die- se Lehrfahrten sind zeitaufwendig. Erfindungsgemäß fährt da-

her das Werkzeug nur einmal im Eilgang auf den Sicherheits- abstand entsprechend einer jeweils am Positionselement zuge- ordneten Sicherheitsebene SE, welche in der Darstellung an- hand eines punktierten Verlaufes über die Werkstückkontur dargestellt ist. Nach der Bearbeitung des ersten Bohrmusters springt das Werkzeug im Eilgang auf den Sicherheitsabstand entsprechend der Sicherheitsebene SE des zweiten Bohrmusters bzw. Positionselementes usw. Die Ablaufsteuerung positioniert somit selbst nur bis auf die Sicherheitsebene des höhergele- genen Positionselementes.

Auch die Zustellung innerhalb von Arbeitsgängen ist opti- miert. Bei Verfahrbewegungen innerhalb eines Positionsmusters bzw. Positionselementes wird nur auf den Sicherheitsabstand zurückgezogen. Vor dem Wechsel auf ein anderes Positionsmu- ster bzw. Positionselement wird jedoch gegebenenfalls auf den Sicherheitsabstand dieses Positionsmusters zurückgezogen. Am Ende eines Arbeitsganges wird wieder auf die Rückzugsebene RZE zurückgezogen.

Ein diesbezüglich mögliches CNC-Bearbeitungsprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei folgendermaßen ausse- hen : CNC-Programm (Prinzip) N20 Zyklus für zentrieren N30 Zyklus für bohren N40 Zyklus für gewinde N50 Zyklus für 1. Lochreihe Höhe 5 mm N60 Zyklus für 2. Lochreihe Höhe 5 mm N70 Zyklus für Lochgitter Höhe 10 mm

Die erfindungsgemäße Ablaufsteuerung läßt sich darüber hinaus zur Optimierung weiterer technologischer Gegebenheiten ein- setzen, beispielsweise zum Umfahren von Hindernissen.

Werkstücke werden oft mit Spannbacken auf den Arbeitstisch gespannt, weil es vorkommen kann, daß innerhalb einer Bear- beitungsaufgabe eine Spannbacke ein Hindernis darstellt, wel- ches umfahren werden muß. Aus diesem Grund können zwischen Positionselementen einer Bearbeitungsaufgabe Hindernisse als Positionselemente eingefügt werden. Ein Hindernis wird über seine Höhe (Ausdehnung in der Werkzeugachse) bestimmt. Bei der Abarbeitung wird das Hindernis von der Ablaufsteuerung erkannt und in der Werkzeugachse unter Einhaltung des Sicher- heitsabstandes wie anläßlich des Ausführungsbeispiels gemäß der Darstellung nach FIG 3 umfahren.

Ein daraufhin optimiertes CNC-Bearbeitungsprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise folgendermaßen aussehen : CNC-Programm (Prinzip) N20 Zyklus für zentrieren N30 Zyklus für bohren N50 Zyklus für 1. Position N60 Zyklus für Hindernis H=50 mm N70 Zyklus für 2. Position N80 Zyklus für 3. Position N90 Zyklus für Hindernis H=50 mm N100 Zyklus für 4. Position Darüber hinaus ist es möglich, Positionselemente mehrfach zu nutzen. Es kommt häufig vor, daß ein Werkzeug in mehreren Be- arbeitungsaufgaben zum Einsatz gelangt (z. B. wird der gleiche

Zentrierbohrer für die Zentrierung von unterschiedlichen Boh- rungen verwendet). D. h., daß Arbeitsgängen auch Positionsele- mente aus anderen Bearbeitungsaufgaben zugeordnet sein kön- nen. Aus diesem Grund werden Geometrieelemente beispielsweise automatisch numeriert und bei Bedarf mit ihrer Nummer aus ei- ner anderen Bearbeitungsaufgabe aufgerufen werden. Wird ein bereits definiertes Positionselement über seine Nummer einge- fügt, wirkt es genauso, wie wenn es direkt in das Bearbei- tungsobjekt eingefügt worden wäre.

Ein diesbezüglich optimiertges CNC-Bearbeitungsprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise folgenden Auf- bau besitzen : CNC-Programm (Prinzip) N20 Zyklus für zentrieren N30 001 : Zyklus für 1. Lochreihe Höhe 5 mm N40 002 : Zyklus für 2. Lochreihe Höhe 5 mm N50 003 : Zyklus für Lochgitter Höhe 10 mm N60 Zyklus für bohren 5,5 mm N70"Wiederhole"Geometrie 003 N80 Zyklus für bohren Kernloch M5 N90 Zyklus für gewinde N100"Wiederhole"Geometrie 001 N110"Wiederhole"Geometrie 002