DE69229379T2

DE69229379T2 - Werkzeugvorschubsteuerung einer numerisch gesteuerten Einheit

Info

Publication number: DE69229379T2
Application number: DE69229379T
Authority: DE
Inventors: Tomomitsu Niwa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: EP0530790A2; EP0740237A2; EP0740236B1; EP0740237B1; HK1009051A1; DE69227788D1; US5493502A; JPH0561533A; EP0742511A2; DE69232294D1; EP0740237A3; EP0530790B1; EP0740236A3; DE69227788T2; EP0530790A3; DE69232294T2; KR930006524A; US5532932A; JP3036143B2; DE69229379D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, sowie auf ein Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer mit Fuzzy-Logik arbeitenden Werkzeugmaschine.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine numerische Steuerung führt die Verarbeitung der numerischen Steuerfunktion gemäß einem Bearbeitungsprogramm aus, das als Befehl von einem Lochstreifen oder dergleichen kommt, und treibt eine Werkzeugmaschine entsprechend den Ergebnissen dieser Verarbeitung an, wobei die spanende Bearbeitung eines Werkstücks gemäß Anweisung herbeigeführt wird.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer auf diesem Gebiet bekannten numerischen Steuerung. Dabei wird ein Bearbeitungsprogramm von einem Lochstreifenleser 11 ausgelesen und in einem Speicher 12 abgespeichert. Bei Ausführung wird das Bearbeitungsprogramm aus dem Speicher 12 blockweise ausgelesen. Zunächst wird das Programm von einem Steuerteil 17 verarbeitet, welche eine Zentraleinheit (CPU), einen Steuerprogrammspeicher usw. enthält. Anschließend nimmt das Steuerteil 17 die Verarbeitung zur numerischen Steuerung gemäß dem Bearbeitungsprogramm vor, treibt dann den Servomotor einer Werkzeugmaschine 1 zur Bewegung eines Tisches oder eines Werkzeughalters entsprechend einem Bewegungsbefehl an oder führt über einen Schaltkasten Steuerfunktionen aus wie beispielsweise das Ein- und Ausschalten des Kühlmittels der Werkzeugmaschine 1, den Antrieb der Spindel zur Vorwärtsdrehung/Rückwärts-drehung/Anhalten. Das Bezugszeichen 16 gibt eine Schalttafel mit Schaltelementen an, mit dem Nullstellung, elektrisches Drehen und weitere Befehle eingegeben werden; das Bezugszeichen 14 ist ein Gerät zur manuellen Dateneingabe (hier als "MDI" bezeichnet), welches zur Eingabe verschiedener Daten von Hand an das Steuerteil 17 verwendet wird, und das Bezugszeichen 15 gibt eine Anzeigeeinheit an, auf welcher die augenblickliche Position und weitere Daten der Maschine angezeigt werden, wobei die Geräte 11 bis 17 eine Rechnersteuerung (nachstehend als "CNC-Einheit" bezeichnet) umfassen. Unter Einbeziehung der Zentraleinheit, des Steuerprogrammspeichers, usw., die vorstehend erläutert wurden, führt das Steuerteil 17 in der CNC-Einheit eine vorgegebene Verarbeitung zur numerischen Steuerung anhand des Steuerprogramms und des Bearbeitungsprogramms aus und steuert dadurch die Werkzeugmaschine 1.
Im allgemeinen handelt es sich bei der Bearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine um eine spanende Bearbeitung, bei der ein nicht benötigter Teil des Materials in Form von Spänen durch die relative Bewegung zwischen einem Werkzeug und dem Werkstück abgetragen wird. Bei diesem Zerspanungsvorgang wird die Bearbeitungsleistung durch die Menge an Spänen bestimmt, die pro Zeiteinheit abgetragen werden. Zur Erhöhung der Bearbeitungsleistung kann diese Menge an pro Zeiteinheit abgetragenen Spänen nur maximiert werden. In der Praxis allerdings gelten bestimmte Einschränkungen, z. B. die Begrenzung der auf die Maschine und das Werkzeug einwirkenden Belastung und der für eine zu bearbeitende Fläche geforderten Genauigkeit.
Darüber hinaus wird die Menge der pro Zeiteinheit abgetragenen Späne durch Bearbeitungsbedingungen bestimmt. Beim Drehen gelten als Bearbeitungsbedingungen die Werkstückgeschwindigkeit pro Zeiteinheit, die relative Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs zum Werkstück und die Zerspanungstiefe, mit der das Werkzeug in das Werkstück schneidet. Beim Fräsen gelten als Bearbeitungsbedingungen die Werkzeuggeschwindigkeit pro Zeiteinheit, die relative Zustellgeschwindigkeit pro Zeiteinheit und die Zerspanungstiefe, mit der das Werkzeug in das Werkstück schneidet. Dabei stellt sowohl beim Drehen als auch beim Fräsen die Steuerung der relativen Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs zum Werkstück vorzugsweise ein äußerst wichtiges Bearbeitungselement in der spanenden Bearbeitung dar. Eine unnötige Verringerung dieser relativen Zustellgeschwindigkeit verringert die Bearbeitungsleistung und verlängert die Bearbeitungszeit. Eine Erhöhung dagegen über ein zulässiges Maß hinaus wirkt sich nachteilig auf die Bearbeitungsgenauigkeit aus und überlastet das Werkzeug, die Maschine und weitere Systemkomponenten.
Das Blockschaltbild in Fig. 2 zeigt die wichtigsten Komponenten eines bekannten Steuerteils zur Steuerung der Zustellgeschwindigkeit. Dabei wird das Bearbeitungsprogramm aus dem Speicher 12 gemäß Fig. 1 blockweise ausgelesen. Das Steuerteil 17 wertet jeden Block aus, und anschließend wird das Ergebnis der Auswertung im Steuerteil einem Impulsverteil-Prozessor 21 in Form von CNC-Befehlsdaten 20 (Fig. 2) zugeführt, und zwar als Bewegungsbefehl und als Befehl "Zustellgeschwindigkeit" für jede Achse. Das Impulsverteilprozessor 21 berechnet für jede Achse einen Weglängenimpuls pro Zeiteinheit aus dem Bewegungsbefehl und dem Befehl "Zustellgeschwindigkeit" für jede Achse und führt diese der Ser vosteuerung 22 jeder Achse zu. Dieser Weglängenimpuls wird von der Steuerung 22 zum Ansteuern eines Servomotors 23 der Werkzeugmaschine 1 verwendet.
In der CNC-Einheit sind ganz allgemein zwei Möglichkeiten zur Bewegung des Werkzeugs vorgesehen: die eine besteht in der Bewegung des Werkzeugs auf einer Geraden gemäß Fig. 3(a), die eine lineare Interpolation darstellt, und die andere ist die Bewegung des Werkzeugs auf einem Bogen gemäß Darstellung in Fig. 3(b), welche eine Kreis- bzw. Zirkularinterpolation zeigt. Bei linearer Interpolation stellt eine Zustellgeschwindigkeit F einen Vektorwert dar, welcher einen Ausgangspunkt mit einem Zielpunkt gemäß Fig. 3(a) verbindet, wobei die Komponenten der axialen Geschwindigkeit wie folgt sind:
Fz = FcosΘ
Fx = FsinΘ
wobei Fx eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der X- Achse ist, Fz eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Z-Achse angibt, und Θ einen Winkel zwischen der Z-Achse und einem Vektor bezeichnet, der vom Ausgangspunkt A und vom Endpunkt B angegeben wird.
Wenn sich das Werkzeug auf einem Bogen bewegt, ist die Zustellgeschwindigkeit F immer ein Vektorwert für eine tangentiale Geschwindigkeit an einem Punkt auf dem Bogen, wie dies in Fig. 3(b) angegeben ist, und zwar:
F = Fx² + Fz²
Die Bewegungsachsen eines Werkzeugs in einer CNC-Maschine umfassen Achsen für eine geradlinige Bewegung und Drehach sen. Die Achsen für eine lineare Bewegung folgen einer Geraden relativ zu den Koordinatenachsen, z. B. X-, Y- und Z- Achse, wie in Fig. 14 dargestellt, welche die Steuerachsen in der numerischen Steuerung zeigt. Die Drehachsen führen eine Drehbewegung relativ zu den X-, Y- und Z-Achsen aus, z. B. die Achsen A, B und C. Beim Stand der Technik steuert die CNC-Einheit die Achsen für die gerade Bewegung und die Drehachsen in völlig identischer Weise an, d. h. wenn die Drehachsen gesteuert werden, gibt die CNC-Einheit Werte für den Bewegungsbefehl in Form von Winkeln aus, und behandelt dabei alle für die Zustellgeschwindigkeit F gegebenen numerischen Werte als lineare Geschwindigkeiten. Beispielsweise behandelt die CNC-Einheit 1º auf der Drehachse als Äquivalent zu 1 mm auf der Achse für die geradlinige Bewegung und verarbeitet die Arbeitsvorgänge auf den Drehachsen und den geraden Achsen gleich, auch wenn deren Arbeitsgänge inhärent völlig unterschiedlich sind. In der CNC-Einheit ist die Zustellgeschwindigkeit in einem einzelnen angegebenen Block immer identisch mit diesem einzelnen Block.
Bei der herkömmlichen CNC-Einheit mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau handelt es sich bei der angewiesenen Zustellgeschwindigkeit F immer um die relative Zustellgeschwindigkeit des eigentlichen Werkstücks und des Werkzeugs, wenn die Achsen für die geradlinige Bewegung angegeben sind. Wenn andererseits die Drehachsen, d. h. die Achsen, die sich um die X-, Y und Z-Achsen drehen, angegeben sind, so fungiert die angegebene Zustellgeschwindigkeit als Drehgeschwindigkeit der Drehachse, d. h. als Winkelgeschwindigkeit, wie dies in Fig. 4(a) dargestellt ist, welche die Zustellsteuerung der Drehachse zeigt. Deshalb ist eine relative Zustellgeschwindigkeit Fc des Werkstücks und des Werkzeugs für die Drehachsen wie folgt:
wobei F die vorgegebene Zustellgeschwindigkeit angibt und r ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und dem Werkzeug ist. Wenn somit die relative Zustellgeschwindigkeit des Werkstücks und des Werkzeugs auf F gesetzt werden soll, muß die tatsächlich im Befehl angegebene Zustellgeschwindigkeit wie folgt sein: Mathematischer Ausdruck 1:
Deshalb liegt ein erstes Problem darin, daß bei der Programmierung die vorgegebene Zustellgeschwindigkeit F gemäß dem mathematischen Ausdruck 1 korrigiert werden muß, indem der Abstand r zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und dem Werkzeug berücksichtigt wird.
Wenn die Achse für die geradlinige Bewegung und die Drehachse gleichzeitig angesteuert werden, ist die Komponente eines numerischen Wertes, den die Zustellgeschwindigkeit F in Entsprechung zu jeder Achse liefert, identisch mit dem Wert, der bei Ansteuerung der Achsen für die geradlinige Bewegung verwendet wird. Dabei sollte jedoch beachtet werden, daß zwar die Geschwindigkeitskomponenten in der Achsensteuerung für die geradlinige Bewegung sowohl nach Größe als auch nach Richtung unverändert bleiben, sich aber die Komponenten für die Achsensteuerung für die Drehbewegung in ihrer Richtung ändern, wenn sich das Werkzeug bewegt (wobei sie größenmäßig gleich bleiben), so daß sich bei Bewegung des Werkzeugs die resultierende kombinierte Zustellgeschwindigkeit in Werkzeugvorschubrichtung verändert. Dies wird in Fig. 4(b) dargestellt, welche die Vorschubsteuerung durch die gleichzeitige Ansteuerung der Achsen für die geradlinige Bewegung und für die Drehachsen darstellt. Werden die Achse für die geradlinige Bewegung (X-Achse) und die Drehachse (C-Achse) gleichzeitig mit der Zustellgeschwindigkeit F angesteuert, wobei die Annahme gilt, daß ein Wert für den Schrittbefehl auf der X-Achse (Wert des Bewegungsbefehls in Richtung der X-Achse) x sei und ein Wert für den Schrittbefehl auf der C- Achse (Wert des Drehbewegungsbefehls in Richtung der C- Achse) c sei, so sind die Zustellgeschwindigkeit für die X- Achse (lineare Geschwindigkeit) Fx und die Zustellgeschwindigkeit für die C-Achse (Winkelgeschwindigkeit) ω wie folgt: Mathematischer Ausdruck 2: Mathematischer Ausdruck 3:
Die lineare Geschwindigkeit Fc in der Ansteuerung der C- Achse wird wie folgt wiedergegeben: Mathematischer Ausdruck 4:
Mit der Annahme, daß die Geschwindigkeit in Werkzeugvorschubrichtung am Ausgangspunkt P1 Ft sei, und ihre Komponenten für die Geschwindigkeit auf der X-Achse und der Y-Achse jeweils Ftx bzw. Fty seien, lassen sich Ftx und Fty wie folgt darstellen: Mathematischer Ausdruck 5: Mathematischer Ausdruck 6:
wobei r der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und dem Werkzeug ist (Einheit: mm) und Θ der Winkel zwischen dem Punkt P1 und der X-Achse am Drehpunkt ist. Gemäß den mathematischen Ausdrücken 1, 2, 3, 4 und 5 lautet nun die zusammengesetzte Geschwindigkeit Ft wie folgt: Mathematischer Ausdruck 7:
Wie sich aus dem mathematischen Ausdruck 7 ergibt, ist Ft die Geschwindigkeit am Punkt P1. Bei Drehung der C-Achse verändert sich auch der Wert von Θ. Um die relative Geschwindigkeit, d. h. die Spangeschwindigkeit Ft, des Werkstücks und des Werkzeugs so konstant wie möglich zu halten, muß deshalb der angewiesene Winkelwert minimiert werden und die Schwankung des Wertes Θ verringert werden. Wenn der Wert Θ eines zu bearbeitenden Teils groß ist, ergibt sich nun ein zweites Problem, daß nämlich die Zustellgeschwindigkeit verringert werden muß. Alternativ kann der Bearbeitungsweg in Segmente unterteilt und jedes Segment von einem eigenen Block gesteuert werden, was die Verarbeitung mehrerer Blöcke für einen Arbeitsgang erfordert.
Fig. 5(a)-(c) zeigen einen programmierten Weg an einer Ecke, wobei Fig. 5(a) einen programmierten Weg und einen tatsächlichen Weg des Werkzeugs darstellt. Im Idealfall ist es erwünscht, daß der programmierte Weg mit dem tatsächlichen Werkzeugweg übereinstimmt. Tatsächlich aber unterscheiden sich die beiden Wege immer an der Ecke P wegen Nachführverzögerung, usw. im Servosystem. Wenn somit ein Werkzeug 31 stumpfwinklig zu einem Werkzeug 30 um die Ecke P dreht, wie Fig. 5(b) dies zeigt, so dreht es sich in eine Richtung, in der es in das Werkstück greift. Um dies zu vermeiden, werden verschiedene Maßnahmen getroffen, z. B. wird die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs 31 verringert oder das Werkzeug 31 wird an der Ecke eine Weile angehalten. Wenn umgekehrt das Werkzeug 31 an der Ecke P spitzwinklig relativ zum Werkstück 30 wendet, wie in Fig. 5(c) dargestellt, so greift es nicht in das Werkstück ein, wobei allerdings wieder Probleme auftreten, z. B. wird ein großer Teil des Metalls ungespannt bleibt oder eine hohe Belastung plötzlich auf das Werkzeug 31 einwirkt.
Fig. 6(a) und 6(b) stellen eine Funktion zur Überwindung einer Ecke dar, die von einigen herkömmlichen CNC-Einheiten verwendet werden kann, um die angewiesene Zustellgeschwindigkeit innerhalb der angewiesenen Abstände Le und Ls vor und hinter der Ecke P mit einem vorgegebenen Verhältnis (Überwindung) zu verringern. Die Geschwindigkeit ändert sich jedoch nur in zwei Stufen, d. h. eine erste Änderung innerhalb der Abstände Le und Ls, gemessen ausgehend vom Punkt P, und eine zweite Änderung in den anderen Bereichen. Dementsprechend tritt ein drittes Problem insofern hinzu, als die Zustellgeschwindigkeit so eingestellt werden muß, daß sie das Erfordernis der Geschwindigkeit in den meisten Bereichen mit verminderter Geschwindigkeit innerhalb der Abstände Le und Ls, gemessen von der Ecke P aus, erfüllt. Darüber hinaus verändert sich bei dieser Funktion die Zustellgeschwindigkeit leicht allzu plötzlich.
Fig. 7(a) und 7(b) stellen einen Bohrvorgang als Beispiel für das Bohren eines Werkstücks 30 mit einem Bohrwerkzeug 31 dar. Fig. 7(a) zeigt dabei, daß das Werkzeug 31 gerade beginnt, in das Werkstück 30 einzugreifen. Um den bevorzugten Bearbeitungsvorgang auszuführen, sollte die Zustellgeschwindigkeit vermindert werden, wenn das Werkzeug 31 in Berührung mit dem Werkstück 30 kommt, und sich erhöhen, wenn das Werkzeug 31 vollständig im Werkstück 30 angegriffen hat. Der Grund hierfür liegt darin, daß dann, wenn das Werkzeug 31 mit dem Werkstück 30 mit normaler Zustellgeschwindigkeit in Berührung gebracht wird, wie sie zur Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, plötzlich eine Last auf das Werkzeug 31 einwirkt, was zum Bruch des Werkzeugs 31 oder zu einer Verschiebung in der Position führt. Somit wird das Werkzeug 31 im allgemeinen bis zum Punkt "a" knapp vor dem Werkstück 30 positioniert, dann das Werkstück 30 mit verminderter Zustellgeschwindigkeit bis zum Punkt "b" gebohrt, an dem das Werkzeug vollständig im Werkstück 30 angreifen würde, und dann wird das Werkstück 30 mit der normalen Zustellgeschwindigkeit vom Punkt "b" an gebohrt.
Ein Beispiel in Fig. 7(b) zeigt, daß das Werkzeug 31 ein Loch durch das Werkstück 30 bohrt. In diesem Fall bilden sich auf den gegenüberliegenden Flächen des Werkstücks Grate, wenn das Werkzeug 31 das Werkstück 30 durchbohrt. Um dies zu verhindern, wird das Werkstück 30 im allgemeinen mit normaler Zustellgeschwindigkeit bis zum Punkt "c" gebohrt, der etwas vor dem Punkt liegt, an dem das Werkzeug 31 durch das Werkstück 30 bohrt, und ab dem Punkt "c" wird dann mit verringerter Zustellgeschwindigkeit bis zum Abschluß am Punkt "d" gebohrt.
Fig. 8(a) und 8(b) stellen einen Bohrvorgang an einem verjüngten Abschnitt eines Werkstücks dar, wobei Fig. 8(a) zeigt, daß die Fläche des Werkstücks 30, die den ersten Kontakt mit dem Werkstück 31 erfährt, abgeschrägt ist, und Fig. 8(b) zeigt, daß die gegenüberliegende Fläche abgeschrägt ist. Insbesondere in diesen Fällen nimmt die Bohrgenauigkeit ab, wodurch sich das Risiko eines Werkzeugbruchs erhöht, sofern nicht die Zustellgeschwindigkeit abgesenkt wird, wenn das Werkzeug 31 in Berührung mit dem Werkstück 30 kommt und wenn das Werkzeug 31 durch das Werkstück 30 bohrt. Ein viertes Problem besteht darin, daß der Bearbeitungsweg in Blöcke unterteilt werden muß, um die Zustellgeschwindigkeit zu steuern, wie vorstehend erläutert; dabei muß die Zustellgeschwindigkeit für jeden Block unter Berücksichtigung des schlimmsten Falls im Zusammenhang mit der Spanfunktion eingestellt werden, die in diesem Block ausgeführt wird.
Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die Bearbeitung eines Werkstücks aus Formmaterial. Dabei zeigt Fig. 9(a), daß ein Werkstück 30, wie beispielsweise ein Stück aus einer Formmasse, mittels eines Werkstücks 31 bearbeitet wird und daß das Werkstück Bereiche aufweist, die von dem Werkzeug zu bearbeiten sind, sowie unbearbeitete Bereiche. Um die Bearbeitungsleistung und die Effizienz zu erhöhen, wird gemäß der hier bereits erläuterten herkömmlichen Lehre das Werkstück in vier Blöcken - a-b, b-c, c-d und d-e gemäß Fig. 9(b) - bearbeitet, auch wenn das Werkstück ansonsten in einem einzigen Block bearbeitet werden könnte, wie Fig. 9(a) dies zeigt. Bei der Bearbeitung gemäß Fig. 9(b) soll an Punkten, an denen die Bearbeitung des Werkstücks gerade beginnt (Punkte b und d) die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs 31 so verringert werden, daß der Aufschlag auf dem Werkzeug 31 beim Kontakt mit dem Werkstück 30 abgemildert wird, und an einem Punkt, an dem das Werkzeug 31 das Werkstück 30 verläßt (Punkt c) soll die Zustellgeschwindigkeit so verringert werden, daß keine Grate auf dem Werkstück 30 gebildet werden. Da jedoch diese Veränderung der Zustellgeschwindigkeit die Blöcke noch weiter unterteilt, ergibt sich bei der tatsächlichen Bearbeitung des Werkstücks gemäß Darstellung in Fig. 9(b) ein fünftes Problem. Wenn insbesondere Qualitätsfehler nach Berücksichtigung der Zustellgeschwindigkeit an den Punkten b, c und d immer noch auftreten, läßt es sich nicht vermeiden, daß die Zustellgeschwindigkeit insgesamt zurückgenommen werden muß, wenn der Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird.
Fig. 10 stellt den Bearbeitungsvorgang an einem Gesenk mit Mittelvertiefung dar, wobei der Mittelbereich eines Werkstücks 30 mittels eines Werkzeugs 31 bearbeitet wird und der Bereich a-b ein Bereich ist, an dem das Werkzeug am Werkstück angreift und allmählich belastet wird, wohingegen der Bereich b-c ein Teil ist, in dem eine gewisse Last auf dem Werkzeug gehalten wird, und der Bereich c-d ein Abschnitt ist, in dem die Belastung des Werkzeugs allmählich abnimmt. Die Zustellgeschwindigkeit wird im allgemeinen mit der Zustellgeschwindigkeit im betreffenden Bereich b-c bestimmt. Wenn sich jedoch auf das Werkzeug eine plötzliche Überla stung im Bereich a-b bei der vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit nachteilig auswirkt, tritt ein sechstes Problem insofern hinzu, als es unvermeidlich ist, eine verringerte Zustellgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Zustellung im Bereich a-b vorzugeben.
Fig. 11 stellt eine Meßfunktion dar und zeigt, daß ein Werkstück 30 mit dem Meßgerät 31a vermessen wird, wobei die Position des Werkstücks 30 dadurch gemessen wird, daß das Fühlerwerkzeug 31a mit dem Werkstück 30 in Berührung gebracht wird. In diesem Fall wurde die Messung in zwei Blöcken programmiert, so daß das Werkzeug bis zu einem Punkt knapp vor dem Werkstück mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit zugestellt wird und ab dem Punkt "a" bis zum Punkt "b" dann mit einer geringeren Meßgeschwindigkeit. Da der Bearbeitungsweg in der Nachbarschaft der Meßpunkte (a-b) in Blöcke unterteilt ist und die Zustellgeschwindigkeit in diesem Bereich (a-b) beträchtlich verringert ist, ergibt sich insofern ein siebtes Problem, als zur Vornahme von Messungen mit Hilfe des Werkzeugs 31a zusätzlich Zeit benötigt wird.
Fig. 12 zeigt, wie die Steuerung bei der Einstellung des angriffslosen Bereichs vorgenommen wird; dabei zeigt sie eine Funktion, bei welcher laufend geprüft wird, ob ein Werkzeug 31 in einen Bereich 32 gelangt, in den das Werkzeug 31 nicht eintreten darf, und das Werkzeug dann am Punkt "a" auf einer Grenze anhält, wenn das Werkzeug gerade beginnt, sich in den Bereich 32 zu bewegen. In diesem Fall ergibt sich ein achtes Problem, da das Werkzeug laufend mit der vorgegebenen Geschwindigkeit zugestellt wird, bis es in den angriffslosen Bereich kommt, und zwar insofern als der angriffslose Bereich etwas größer definiert werden muß, damit sichergestellt ist, daß die Grenze sicher vermieden wird.
Darüber hinaus hängt im allgemeinen die Zustellgeschwindigkeit eines Werkzeugs weitgehend von einer Beziehung zwischen dem Material eines Werkstücks und dem Material des Werkzeugs ab. Wenn somit während eines Bearbeitungsvorgangs das augenblicklich verwendete Werkzeug gegen ein Werkzeug ausgewechselt wird, das aus einem anderen Werkstoff besteht, tritt ein neuntes Problem insofern hinzu, als die Zustellgeschwindigkeit dadurch geändert werden muß, daß Korrekturen an dem Bearbeitungsprogramm der CNC-Einheit vorgenommen werden müssen.
Für die Steuerung von Bearbeitungsvorgängen kann eine deduktive Fuzzy-Logik eingesetzt werden. Als Alternative wurde bereits die Theorie der Fuzzy-Logik bzw. der Fuzzy-Deduktion schon bei herkömmlichen Expertensystemen eingesetzt, die mit exakten bzw. "gestochen scharfen" Regeln auf der Grundlage der Booleschen Logik zur Problemlösung arbeiten, wozu auch die Beurteilung bzw. Steuerung gehören. In den Fällen, in denen die Probleme komplex sind und sich nicht gemäß den starren Grundsätzen der Zwei-Pegel-Logik leicht lösen lassen, bietet die Flexibilität der Fuzzy-Logik deutliche Vorteile hinsichtlich der Verarbeitungszeit und der Genauigkeit.
Die Theorie der Fuzzy-Logik wurde weit verbreitet und ist bequem in dem Beitrag "Fuzzy Logic Simplifies Complex Control Problems" von Tom Williams in der Fachzeitschrift "Computer Design", S. 90-102 (März 1991) zusammengefaßt.
Kurz gesagt setzt allerdings die Anwendung dieser Theorie die Festlegung eines Satzes Regeln voraus, die herkömmlicherweise als "Steuerregeln", "Ableitungsregeln" oder "Produktionsregeln" bezeichnet werden und die Erfahrung und das Wissen eines Experten auf dem speziellen Gebiet repräsentieren, auf dem ein Problem zu lösen ist. Die Deduktions- bzw. Ableitungsregeln werden in der Form "WENN... (Bedingungs teil bzw. Vorsatz)... DANN" (Schlußfolgerungsteil bzw. Folgerungsteil) dargestellt. Dies wird ganz bequem als "Wenn ... Dann"-Format bezeichnet. Eine große Zahl von Regeln wird typischerweise in einem Satz Anwendungsregeln zusammengefaßt, um die Schwankungen und Veränderungen adäquat darzustellen, die bei der Anwendung auftreten können.
Des weiteren werden "Elemente-Funktionen" für die "Bedingungsteile" und die "Folgerungsteile" definiert. Speziell Variablen in jedem dieser Teile werden als Fuzzy-Werte bzw. "Labels" definiert, welche relative Wortbeschreibungen (im typischen Fall Adjektive) und weniger exakte numerische Werte enthalten. Die Wertemenge kann mehrere verschiedene "Niveaus" innerhalb eines Bereichs umfassen, der sich beispielsweise von "hoch" nach "mittel" bis "niedrig" erstrecken kann, wenn es um eine Höhen-Variable geht. Dabei stützt sich jedes Niveau auf eine genaue Erfassung numerischer Eingabewerte in einem Kennfeld mit Abbildung auf den Grad der Elementzugehörigkeit und enthält dabei veränderliche Grade der Zugehörigkeit. Beispielsweise können einer Sammlung verschiedener Höhen von "hoch" bis "niedrig" numerische Werte zwischen 0 und 1 zugewiesen werden. Die Sammlung verschiedener Niveaus wird als "Fuzzy-Menge" bezeichnet und die Funktion der entsprechenden unterschiedlichen Höhen gegenüber numerischen Werten wird durch die "Zugehörigkeitsfunktion" wiedergegeben. Die Menge läßt sich bequem durch eine geometrische Form, beispielsweise ein Dreieck, eine Glocke, ein Trapezoid und dergleichen, darstellen.
Anschließend wird in der Fuzzy-Deduktions-Steuerroutine die Deduktionssteuerung in verschiedenen Stufen ausgeführt. Als erstes wird die Übereinstimmung mit jedem der eingegebenen "Labels" im "Bedingungsteil" gemäß den Deduktionsregeln ermittelt. Als nächstes wird die Übereinstimmung des gesamten "Bedingungsteils" gemäß den Deduktionsregeln ermittelt. Im dritten Schritt werden die Zugehörigkeitsfunktionen der Steuervariablen im "Folgerungsteil" anhand der Übereinstimmung mit dem gesamten "Bedingungsteil" gemäß den Deduktionsregeln bestimmt. Schließlich wird auf einer Gesamtgrundlage eine Steuervariable aus den Zugehörigkeitsfunktionen der nach den Deduktionsregeln ermittelten Steuervariablen ermittelt, d. h. ganz scharf bestimmt. Das Verfahren zur Bestimmung der Steuervariablen, d. h. zur Ermittlung eines scharfen Wertes, baut auf einem von mehreren Prozessen auf, wozu auch das Schwerpunktsverfahren, das Flächenverfahren und das Maximalhöhen-Verfahren gehören.
Die Fuzzy-Deduktionsregeln und die Zugehörigkeitsfunktionen repräsentieren das Wissen von Fachleuten, die mit den Merkmalen eines komplizierten gesteuerten Objekts vertraut sind, wozu auch nicht-lineare Elemente, z. B. die Temperatursteuerung einer Kunststoff-Formmaschine und die Kombinationssteuerung bei Chemikalien gehören, die sich unter Verwendung mathematischer Modelle bei einer Steuertheorie nur schwer beschreiben lassen. Das Fuzzy-Logik-System arbeitet mit einem Rechner zur Durchführung der Verarbeitung der Deduktionsregeln und der Zugehörigkeitsfunktionen und erreicht damit eine Deduktion bzw. Ableitung auf dem Niveau eines Experten.
In der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 95542 aus 1990 (Adaptives Spanungs-Steuersystem) wird die Fuzzy-Deduktion auf die Zerspanung angewendet und auf der Grundlage eines von einem externen Sensor eingegebenen Signals durchgeführt. Soll die Fuzzy-Steuerung in Verbindung mit den Vorgängen erfolgen, bei denen das vorgenannte dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte und neunte Problem auftritt, muß die vorzunehmende Fuzzy-Deduktion den von der Werkzeugmaschine ausgeführten Zerspanungsvorgang verfolgen. Da hierzu eine sehr schnelle Fuzzy-Deduktion erfolgen muß, ist eine nur mit Software ausgeführte Fuzzy-Deduktion nicht schnell genug. Somit ergibt sich ein zehntes Problem auf der Grundlage der Anforderung, daß ein spezieller Fuzzy- Chip usw. zur Ausführung der Verarbeitung auf Hardware-Basis in der CNC-Einheit eingebaut werden muß, was zur Erhöhung der Kosten führt. Außerdem wirken sich bei einem Fuzzy- Deduktionsverfahren, das im allgemeinen bei normalen Steuervorgängen (z. B. MIN_MAX oder Schwerpunkt-Verfahren) eingesetzt wird, die Ergebnisse der Regeln 1 und 3 auf das Gesamtergebnis aus, doch hat das Ergebnis der Regel 2 keinen Einfluß auf das Gesamtergebnis, wenn die Ergebnisse der Regeln 1, 2 und 3 wie in Fig. 33(a) bis 33(c) dargestellt aufgebaut sind. Dies ist ein Hinweis darauf, daß das Ergebnis der Regel 2 völlig ignoriert wird, was das elfte Problem aufwirft, daß nämlich die Ergebnisse aller Regeln bei der Ableitung einer Schlußfolgerung nicht berücksichtigt wurden.
Des weiteren gibt es im allgemeinen sehr wichtige Regeln und weniger wichtige, d. h. die Regeln haben unterschiedliche Bedeutung. Insofern als herkömmlicherweise alle gesetzten Regeln bei den bekannten Fuzzy-Deduktionsverfahren gleich behandelt werden, ergibt sich nun ein zwölftes Problem.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine NC-Einheit, die sich zum Steuern einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks eignet und folgendes umfaßt: ein Wissenspeicherteil zum Abspeichern einer Vielzahl von Regeln zum Ändern der Bearbeitungsbedingung, ein Teil, welches ein Regelbeschreibungsteil und ein Zugehörigkeits- bzw. Elementfunktionsteil umfaßt, und ein Deduktionsteil zum Ableiten des optimalen Werts der Bearbeitungsbedingung anhand des in dem Wissenspeicherteil abgelegten Wissens, wobei die NC-Steuerung die Bearbeitung des Werkstücks entsprechend der von dem Deduktionsteil abgeleiteten Bearbeitungsbedingung veranlaßt. Eine solche NC-Einheit ist aus den europäischen Patentschriften EP 0 436 040A und EP 0 424 890A bekannt.
Zu den Vorteilen der NC-Einheiten gehört ihre Fähigkeit zur Ausführung numerischer gesteuerter Verarbeitungsvorgänge gemäß einem Bearbeitungsprogramm, das von einem Lochstreifen oder dergleichen angewiesen wird und eine Werkzeugmaschine entsprechend den Ergebnissen der Bearbeitung antreibt, wobei es die Bearbeitung des Werkstücks gemäß den Vorgaben veranlaßt. Während diese und weitere Vorteile bei den NC- Einheiten nach dem Stand der Technik gegeben sind, haben sie jedoch auch Nachteile. Da beispielsweise die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs in hohem Maße von dem Werkstoff des Werkstücks und des speziellen Werkzeugs abhängt, wäre es wünschenswert, eine vorgegebene Zustellgeschwindigkeit so zu korrigieren, daß sie an eine spezielle Aufgabe entsprechend der jeweiligen Kombination aus Werkstück- und Werkzeugmaterial angepaßt wird. Es gibt jedoch viele Arten von Werkstückmaterialien, und die Werkzeugmaterialien können sich ebenfalls in ihrer Zusammensetzung stark ändern. Damit wird die denkbare Anzahl von Kombinationen aus Werkstoffmaterial und Werkzeug sehr groß. Dementsprechend ist die Anzahl der Regeln ebenfalls groß, die bei einem Ansatz mit Fuzzy-Logik aufzustellen sind.
Ein weiteres Beispiel ist in der europäischen Patentschrift EP 0 436 040A dargestellt, welches eine NC-Vorrichtung aufweist, die ausschließlich zum Steuern der Geschwindigkeit einer Servo-Einrichtung wie beispielsweise einem Spindelmotor vorgesehen ist, und bei welcher die Steuerparameter einen Belastungsstrom und die Geschwindigkeit der Servo- Vorrichtung umfassen. Es wird eine Fuzzy-Deduktion mit Regeln eingesetzt, denen der an den Spindelmotor angelegte elektrische Strom und die gemessene Drehgeschwindigkeit der Spindel zugrunde liegen. Eine reibungslose Geschwindigkeitssteuerung wird mit dem Ergebnis erzielt, daß die Oberfläche der Werkstücke glatt bearbeitet werden. Allerdings ist aus dieser Vorveröffentlichung keinerlei Hinweis auf die Steue rung einer Zustellgeschwindigkeit eines Spanwerkzeugs relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück zu entnehmen. Außerdem lehrt die EP-PS 0 436 040A, daß die Deduktions-Datenbank eine Vielzahl von Datenbanken umfassen kann, so daß der Benutzer eine optimale Fuzzy-Steuerung durch Auswahl der Deduktions-Datenbank erzielen kann, beispielsweise in Entsprechung zum Werkstück. Somit lehrt diese Vorveröffentlichung, daß der Benutzer die Datenbank auswählt, vermutlich die anzuwendenden Fuzzy-Regeln. Es ist auch kein Hinweis auf Einrichtungen innerhalb der NC-Steuerung zu entnehmen, die zur Beurteilung dienen, welche der gespeicherten Regeln geeignete Zugehörigkeitsfunktionen aufweisen, und dazu, diese Regeln zu extrahieren.
Erfindungsgemäß sind Einrichtungen vorgesehen, welche speziell alle diese vorher abgespeicherten Regeln prüfen und nur jene auswählen, die den gewünschten Materialeigenschaften entsprechen. Diese Einrichtung arbeitet automatisch, so daß eine Auswahl nicht vom Benutzer getroffen werden muß. Aus Fig. 31 und 32a ergibt sich, daß es für den Benutzer einen enormen Zeitaufwand und eine ineffiziente Arbeit bedeutet, wenn er alle in diesen Figuren dargestellten Tabellen aufrufen und selbst entscheiden müßte, welche Regeln auszuwählen sind.
Außerdem regt die EP-PS 0 436 040A nicht die Bildung von Regeln auf der Grundlage der Werkstoff-Kenndaten des Werkzeugs und des Werkstücks an.
Die hiermit beanspruchte Erfindung strebt nun eine Verringerung der Anzahl der Regeln an, die noch spezieller so ausgewählt sind, daß sie jeder gegebenen Bearbeitungs-Situation entsprechen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuerung zu schaffen, mit welcher die spanende Bearbeitung anhand von Regeln gesteuert wird, welche dem jeweils gerade eingesetzten Werkstück und Werkzeug zugeordnet sind.
Erfindungsgemäß sind Einrichtungen vorgesehen, mit welchen bestimmt wird, welche der mehreren im Wissenspeicherteil abgespeicherten Regeln sich auf die Merkmale und Kenndaten des laufenden Vorgangs beziehen, z. B. der Werkstoff des Werkzeugs oder der Werkstoff des gerade bearbeiteten Werkstücks. Wie auf Seiten 48 bis 51 (des englischen Textes, gegen Ende dieser Beschreibung) beschrieben, sind Einrichtungen zum Heraussuchen vorgesehen, welche die Auswahl (bzw. Beurteilung) dahingehend vornehmen, welche Regeln relevant sind. Es ist leicht verständlich, daß bei der großen Palette verschiedener Werkstückmaterialien und der großen Zahl verschiedener Werkzeuge, wie sie bei modernen NC-Maschinen eingesetzt werden, die Anzahl der möglichen Kombinationen sehr hoch wird. Dementsprechend ist auch die Anzahl der Regeln ebenfalls hoch, die bei einer Verfahrensweise mit Fuzzy- Logik aufgestellt werden müssen. Mit der beanspruchten Erfindung ist es möglich, die Anzahl der Regeln zu verringern, insbesondere die Regeln auszuwählen, die einer gegebenen Bearbeitungssituation entsprechen. Die Auswahl verkürzt dann die Verarbeitungszeit im Rechner bzw. für die numerische Steuerung, doch baut sie immer noch auf Routinen der Fuzzy- Logik auf.
Nachstehend wird nun die vorliegende Erfindung anhand der im folgenden erläuterten speziellen Ausführungsbeispiele beschrieben.
Eine Aufgabe eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels besteht darin, das erste Problem zu lösen, indem eine CNC-Einheit vorgeschlagen wird, mit welcher es möglich ist, für eine Drehachse wie auch für eine Achse für geradlinige Bewegung eine Zustellgeschwindigkeit festzulegen und die zu steuernde vorgegebene Zustellgeschwindigkeit F auf der relativen Geschwindigkeit eines Werkzeugs und eines Werkstücks zu halten. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sorgt die Einstellung nur einer Werkzeug- Zustellgeschwindigkeit automatisch dafür, daß die Werkzeugbewegung bezüglich einer Drehachse den Wert einer gewünschten relativen Geschwindigkeit zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug aufweist. Durch dieses Merkmal entfällt die Notwendigkeit einer speziellen Programmierung der Zustellgeschwindigkeit für das Werkzeug unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und dem Werkzeug, wodurch der Arbeitsaufwand für einen Maschinenprogrammierer deutlich verringert wird.
Eine Aufgabe eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht darin, das zweite Problem zu lösen, indem eine CNC-Einheit geschaffen wird, welche eine vorgegebene Zustellgeschwindigkeit F so steuert, daß sie auf dem Wert der relativen Geschwindigkeit eines Werkzeugs und eines Werkstücks gehalten wird, wenn die Bewegungen bezüglich einer Achse für die geradlinige Bewegung und einer Drehachse gleichzeitig gesteuert werden. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gewährleistet allein die Einstellung nur einer Zustellgeschwindigkeit für ein Werkzeug die gleichzeitige zweiachsige Steuerung einer Drehachse und einer Achse für eine geradlinige Bewegung in der Form, daß die gewünschte relative Geschwindigkeit zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug erreicht wird. Damit kann die spanende Bearbeitung einfach nur dadurch vorgenommen werden, daß die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs unter Berücksichtigung einer Bearbeitungsbedingung eingestellt wird und die Mühe der Einstellung der Zustellgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des schlimmsten Falls sowie die nötige Unterteilung eines Bearbeitungswegs in eine Vielzahl von Blöcken entfallen, die ansonsten als ein einziger Block programmiert werden sollten, wodurch die vom Maschinenprogrammierer zu erbringende Leistung erheblich verringert wird. Außerdem läßt sich entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Zustellgeschwindigkeit eines Werkzeugs im Bereich des Ausgangspunkts und im Bereich des Endpunkts in einem einzigen Block verändern, wodurch ein bearbeiteter Abschnitt, der herkömmlicherweise unterteilt werden muß, in einem Block beschrieben werden und die Zustellgeschwindigkeit nach Wunsch und reibungslos erhöht oder verringert werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Problem mit der Schaffung einer CNC-Einheit zu lösen, die in der Lage ist, die Zustellgeschwindigkeit innerhalb eines einzigen Blocks zu verändern.
Dem dritten, vierten und fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Problem dadurch anzuregen, daß eine CNC-Einheit geschaffen wird, welche die Steuerung einer Zustellgeschwindigkeit anhand von voreingestellten Regeln innerhalb eines einzigen Blocks ermöglicht, ohne daß ein Bearbeitungsweg in eine Vielzahl von Blöcken zur Steuerung der Zustellgeschwindigkeit unterteilt werden muß, und bei welcher es außerdem möglich ist, die voreingestellten Regeln nach Wunsch zu verändern, wodurch ein Maschinenführer sein Wissen und seine Erfahrung mit der Bearbeitung in ein Bearbeitungsprogramm einbringen kann.
Des weiteren werden nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Regeln, welche das Wissen und die Erfahrung in der Bearbeitung verkörpern, in einem Wissensspei cherteil abgespeichert, wobei ein Deduktionsteil unabhängig vom Wissensspeicherteil vorgesehen ist, um eine einfache Hinzunahme weiterer Regeln und Korrekturen an den gespeicherten Regeln zu gewährleisten, wobei das Deduktionsteil die Deduktionsergebnisse, die man mit einer Vielzahl von Regeln erhält, miteinander verknüpft und eine abschließende Schlußfolgerung ableitet, wodurch eine komplexe Regelung sich leicht unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren erreichen läßt. Auf diese Weise wird der konventionelle Ansatz bei der schrittweisen Veränderung der Bearbeitungsbedingung dadurch verbessert, daß die Bearbeitungsbedingung in Form einer Funktion geändert werden kann, wodurch reibungslose Veränderungen an der Bearbeitungsbedingung sichergestellt sind.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lassen sich Regeln, die im Wissensspeicherteil enthalten sind, im Format einer Produktionsregel beschreiben, wodurch ein Maschinenführer in der Lage ist, die Regeln leicht zu begreifen, und wodurch die Hinzunahme weiterer Regeln und Korrekturen an den Regeln vereinfacht werden. Darüber hinaus sind Beschreibungen im Wissensspeicherteil in Form von Regeln und Zugehörigkeitsfunktionen dargestellt, wodurch das Wissensspeicherteil einen solchen zweistufigen Aufbau erhält, daß das Makro-Wissen bzw. generelle Wissen durch eine Regel beschrieben wird und das Mikro-Wissen bzw. das Wissen für einen speziellen Zweck durch eine Zugehörigkeitsfunktion dargestellt wird, wodurch man einen Ansatz erzielt, mit dem sich die optimale Regel dadurch aufstellen läßt, daß die Zugehörigkeits- bzw. Elementfunktion nach der eigentlichen Bearbeitung geregelt wird.
Durch Verwendung von Werkzeugpositionsdaten in der CNC- Einheit bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß sich eine Fuzzy-Deduktion einsetzen läßt, ohne daß irgendwelche Veränderungen, Ergänzungen etc. an der Hardware vor genommen werden müssen. Die vorliegende Erfindung ist auch in der Lage, eine Fuzzy-Deduktion vorzunehmen, ohne daß eine eigentliche Zerspanung vorgenommen wird, wodurch es möglich ist, Regeln und Elementfunktionen zur Simulation des Bearbeitungsvorgangs auf ein entsprechendes Niveau einzustellen.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lassen sich Funktionen, die im Wissensspeicherteil abgespeichert sind, auf Wunsch durch die NC-Einheit verändern, so daß die Vornahme einer weiteren optimalen Steuerung dadurch möglich ist, daß die optimale Funktion entsprechend dem Bearbeitungszustand gesetzt wird. Damit kann eine Bearbeitung ausgeführt werden, ohne daß der Maschinenführer Funktionen verändern muß, wenn ein Funktionswert nur nach einer bestimmten Regel geändert werden kann, nachdem das Grundwissen im Wissensspeicherteil voreingestellt wurde.
Einem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt die Aufgabe zugrunde, das neunte Problem mit einer Schaffung einer CNC-Einheit zu überwinden, mit der es möglich ist, eine Zustellgeschwindigkeit anhand voreingestellter Regeln entsprechend dem Werkstoff eines Werkstücks und dem Werkstoff eines Werkzeugs zu steuern, und auch die voreingestellten Regeln nach Wunsch zu verändern, wodurch ein Maschinenführer sein Wissen und seine Erfahrung in der Bearbeitung in ein Bearbeitungsprogramm einbeziehen kann. Eine weitere Aufgabe des sechsten Ausführungsbeispiels besteht darin, ein Fuzzy-Deduktionsteil zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Deduktionszeit dadurch zu verkürzen, daß nur aus Regeln abgeleitet wird, welche eine Beurteilung voraussetzen, wenn viele Regeln eingestellt sind.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nur hinsichtlich der Regeln abgeleitet, deren Ausführung als notwendig beurteilt wurde, ohne daß es erforderlich ist, alle im Wissensspeicherteil abgelegten Regeln auszuführen, wodurch in den Fällen, in denen viele Regeln vorgesehen sind, die Geschwindigkeit des Deduktionsvorgangs gesteigert werden kann.
Dadurch, daß eine Zustellgeschwindigkeit nach Fuzzy-Logik aus den Werkstoffen eines Werkstücks und eines Werkzeugs abgeleitet wird, bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß sich eine Zustellgeschwindigkeit für ein Werkzeug und ein Werkstück aus neuen Werkstoffen leicht ableiten läßt, was bedeutet, daß sich eine bevorzugte Schlußfolgerung durch Fuzzy-Deduktion für neue Werkstoffe ableiten läßt, deren Daten noch nicht erfaßt wurden, und die mittlere Härte der bereits erfaßten Werkstoffe berücksichtigt wird.
Eine dem siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Lösung des zehnten Problems durch die Schaffung eines Fuzzy-Deduktionsteils, welches eine rasche Deduktion nach Fuzzy-Logik durch softwaremäßige Verarbeitung herbeiführt. Entsprechend dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lassen sich Fuzzy-Regeln und deren Elementfunktionen gleichzeitig einfach definieren, wobei nur ein kleiner Speicherplatz für die Elementfunktionen erforderlich ist. Außerdem lassen sich Elementfunktionen im Folgerungsteil einer Fuzzy-Regel in einem Muster mit einfacher Form darstellen, weshalb das Ergebnis jeder Regel mit hoher Geschwindigkeit abgeleitet werden kann.
Eine dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das elfte Problem dadurch zu lösen, daß ein Fuzzy-Deduktionsteil vorgesehen wird, welches die Reflexion der Ergebnisse aller gegebenen Regeln auf eine Schlußfolgerung herbeiführt. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lassen sich die Ergebnisse der Fuzzy-Regeln rasch zusammensetzen und alle Ergebnisse der Regeln spiegeln sich in einer ab schließenden Schlußfolgerung wieder, wodurch eine einfache Abstimmung der Elementfunktionen gewährleistet wird. Bei Kombination mit dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gestattet deren achtes Ausführungsbeispiel eine Verarbeitung durch speziell hierfür vorgesehene Hardware, etc. zur Verkürzung der Zeit für die Deduktion nach Fuzzy-Logik, die nur durch softwaremäßige Verarbeitung ausgeführt wird.
Eine Aufgabe eines neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht darin, das zwölfte Problem dadurch zu lösen, daß ein Fuzzy-Deduktionsteil vorgesehen wird, welches dafür sorgt, daß die Bedeutung von Regeln sich in einer Schlußfolgerung niederschlägt.
Entsprechend dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung läßt sich eine abschließende Schlußfolgerung mit der Bedeutung jeder berücksichtigten Regel ableiten, und es kann auch durch Abstimmung dieser Bedeutung eine bevorzugte Deduktion vorgenommen werden. In Verbindung mit der Abstimmung der Elementfunktionen macht es das neunte Ausführungsbeispiel möglich, daß noch mehr ideale Regeln gesetzt werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine bekannte numerische Steuerung im Blockschaltbild;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild mit der Darstellung der Hauptteile eines Steuerteils zur Steuerung der Zustellgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik;
Fig. 3(a) stellt die bekannte lineare Interpolation dar;
Fig. 3(b) veranschaulicht die Zirkularinterpolation nach dem Stand der Technik;
Fig. 4(a) ist die Darstellung der bekannten Zustellsteuerung entlang einer Drehachse;
Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen jeweils Programmpfade für die Bearbeitung einer Vielzahl verschiedener Eckenformen nach dem Stand der Technik;
Fig. 6(a) und 6(b) zeigen die Funktion zur Überwindung einer Ecke nach dem Stand der Technik;
Fig. 7(a) und 7(b) stellen einen Bohrvorgang nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 8(a) und (b) zeigen einen Bohrvorgang in einem verjüngten Bereich nach dem Stand der Technik;
Fig. 9(α) und (b) veranschaulichen die Bearbeitung eines Werkstücks aus Formmasse nach dem Stand der Technik;
Fig. 10 stellt die Bearbeitung eines Gesenks mit Mittelführung nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 11 ist eine Darstellung einer bekannten Funktion zum Messen während der Bearbeitung;
Fig. 12 zeigt die Steuerung beim Setzen eines angriffslosen Bereichs nach dem Stand der Technik;
Fig. 13 ist ein Blockschaltbild mit der Darstellung der wichtigsten Komponenten einer erfindungsgemäßen Steuerung zum Steuern der Zustellgeschwindigkeit;
Fig. 14 zeigt die Steuerachsen bei der bekannten numerischen Steuerung;
Fig. 15 ist ein Ablaufdiagramm der Steuerung der Zustellgeschwindigkeit für eine Drehachse gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm der erfindungsgemäßen gleichzeitigen Geschwindigkeitssteuerung auf einer Achse für eine geradlinige Bewegung und an einer Drehachse;
Fig. 17(a) und 17(b) zeigen jeweils ein Beispiel für die Regeln zur Steuerung der Zustellgeschwindigkeit, die in einem erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm für die erfindungsgemäße Verarbeitung eines Deduktionsteils;
Fig. 19 zeigt ein Beispiel für die Regeln zur Steuerung der Zustellgeschwindigkeit, die in einem erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 20(a) bis 20(c) stellen ein Beispiel für Elementfunktionen für die Steuerung der Zustellgeschwindigkeit dar, die im erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 21 zeigt ein Beispiel für Regeln für die Steuerung der Zustellgeschwindigkeit, die in dem erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 22(a) und 22(b) zeigen ein Beispiel für Elementfunktionen für die Steuerung der Zustellgeschwindigkeit, die in dem erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 23 stellt ein Beispiel für Regeln für die Steuerung der Zustellgeschwindigkeit dar, die in dem erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 24(a) und 24(b) zeigen ein Beispiel für Elementfunktionen für die Steuerung der Zustellgeschwindigkeit, die in dem erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil gesetzt sind;
Fig. 25 stellt dar, wie ein Abstand zwischen dem angriffslosen Bereich und dem Werkzeug erfindungsgemäß extrahiert werden kann;
Fig. 26 ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung einer Abfolge bei der erfindungsgemäßen Extraktion des Abstands zwischen dem angriffslosen Bereich und dem Werkzeug;
Fig. 27 zeigt ein Beispiel für eine im erfindungsgemäßen Wissensspeicherteil abgespeicherte Funktion;
Fig. 28 ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung einer Abfolge bei der erfindungsgemäßen Erzeugung der Funktion im Wissensspeicherteil;
Fig. 29(a) bis 29(c) stellen dar, wie erfindungsgemäß Funktionen im Wissensspeicherteil zum Zeitpunkt der Messung erzeugt werden, und
Fig. 29(d) bis 29(e) zeigen die Anwendung der Fuzzy-Logik bei einer Meßfunktion;
Fig. 30(a) bis 30(c) zeigen erfindungsgemäße Beispiele für im Wissensspeicherteil gesetzte Daten, die zur Korrektur der Zustellgeschwindigkeit entsprechend den Werkstoffen des Werkzeugs und des Werkstücks herangezogen werden;
Fig. 31 zeigt ein erfindungsgemäßes Beispiel für eine Regelmatrix im Wissensspeicherteil, die zur Korrektur der Zustellgeschwindigkeit entsprechend den Werkstoffen des Werkzeugs und des Werkstücks eingesetzt werden;
Fig. 32 stellt ein erfindungsgemäßes Beispiel für die Ausführung nur jener Regeln in der Regelmatrix in dem Wissensspeicherteil dar, die zur Korrektur der Zustellgeschwindigkeit entsprechend den Werkstoffen des Werkzeugs und des Werkstücks herangezogen werden, wobei
Fig. 32(b) ein zugehöriges Ablaufdiagramm zeigt;
Fig. 33(a) bis 33(d) stellen die Zusammensetzung der Regeln nach dem MAX_MIN-Verfahren für eine Fuzzy-Steuerung gemäß dem Stand der Technik dar;
Fig. 34(a) bis 34(c) veranschaulichen eine Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs in einem einzigen Block gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 35(a) bis 35(c) zeigen eine Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs in einem einzigen Block gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 36 ist ein Ablaufdiagramm der Steuerung der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs in einem einzigen Block gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 37 stellt ein Verfahren zur Deduktion entsprechend dem MAX_MIN-Schwerpunktsverfahren für die Fuzzy-Deduktion nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 38(a) bis 38(f) zeigen Elementfunktionen für die Fuzzy-Deduktion nach dem Stand der Technik;
Fig. 39(a) bis 30(c) sind Darstellungen der Elementfunktionen für die Fuzzy-Deduktion gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 40 zeigt die Einstellung von Produktionsregeln für die erfindungsgemäße Fuzzy-Deduktion;
Fig. 41 zeigt ein Deduktionsverfahren für die erfindungsgemäße Fuzzy-Deduktion; und
Fig. 42 zeigt die Einstellung von Produktionsregeln für die erfindungsgemäße Fuzzy-Deduktion.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachfolgend wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 13 bezeichnen dabei die Bezugszeichen 20 bis 23 jeweils Teile, die identisch mit den Komponenten einer herkömmlichen Einheit sind bzw. diesen entsprechen, und gibt das Bezugszeichen einen Prozessor zur Verarbeitung der Zustellgeschwindigkeit an.
Als erstes wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung erläutert. Entsprechend der Darstellung der Steuerung der Zustellgeschwindigkeit im Ablaufdiagramm in Fig. 15 wird als erstes von dem Prozessor 24 für die Zustellgeschwindigkeit ermittelt, ob es sich bei dem Bearbeitungsmodus um einen Modus mit linearer Interpolation (G1-Modus) oder nicht handelt (Schritt 100). Handelt es sich um den Modus mit linearer Interpolation, wird festgestellt, ob sich der Bewegungsbefehl für eine Drehachse allein oder nicht handelt (Schritt 101). Geht es nur um die Drehachse allein, wird rechnerisch ein Abstand r zwischen dem Ausgangspunkt eines Werkzeugs - der durch Punkt A in Fig. 4(a) angegeben ist und von dem aus der Zerspanungsvorgang beginnt - und dem Mittelpunkt der Drehachse ermittelt (Schritt 102). Anschließend wird aus einer nach dem mathematischen Ausdruck 1 (Schritt 103) vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit F eine Ausgleichs- Zustellgeschwindigkeit Fo berechnet (Schritt 103). Der Impuls-Verteilprozessor 21 in Fig. 13 verarbeitet dann diese Zustellgeschwindigkeit Fo in gleicher Weise wie beim Stand der Technik als vorgegebene bzw. geforderte Zustellgeschwindigkeit. Wenn auf diese Weise die spezifizierte Zustellgeschwindigkeit entsprechend dem Abstand r zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und dem zur Bearbeitung verwendeten Werkzeug korrigiert wird, kann die relative Geschwindigkeit des Werkstücks und des Werkzeugs auf dem Wert der vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit F gehalten werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Gemäß der Darstellung im Ablaufdiagramm in Fig. 16, das eine Geschwindigkeitssteuerung für die gleichzeitige Ansteuerung der Achse für die geradlinige Bewegung und einer Drehachse darstellt, wird in ähnlicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel von dem Prozessor 24 für die Zustell- bzw. Vorschubgeschwindigkeit ermittelt, ob es sich bei dem Bearbeitungsmodus um einen Modus mit linearer Interpolation (G1-Modus) handelt oder nicht (Schritt 110). Gilt der Modus der linearen Interpolation, so wird ermittelt, ob sich der Bewegungsbefehl für die gleichzeitige Interpolation für zwei Achsen handelt, nämlich die Achse für die Drehbewegung und die Achse für die geradlinige Bewegung (Schritt 111). Gilt er für die gleichzeitige Interpolation für zwei Achsen, wird ein Modus zur Geschwindigkeitsänderung eingeschaltet (Schritt 112). Ist dieser Modus zur Geschwindigkeitsänderung aktiviert, führt der Impuls-Verteilprozessor 24 in Fig. 13 eine Impulsverteilung durch und korrigiert dabei gleichzeitig eine Zustellgeschwindigkeit in der Weise, daß Ft in dem mathematischen Ausdruck 7 immer eine geforderte Zustellgeschwindigkeit F ist, d. h. es gilt die Annahme, daß die korrigierte Zustellgeschwindigkeit Fo gemäß dem mathematischen Ausdruck 7 ist:
Daraus ergibt sich der mathematische Ausdruck 8:
wobei x der Wert eines Weges auf der X-Achse und c der Wert eines Weges auf der C-Achse ist, die beide innerhalb eines einzelnen Blocks immer konstant sind. Der Parameter "r" gibt einen Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und der Werkzeugposition P1 gemäß Fig. 4(b) an, und Θ ist ein Winkel zwischen der Werkzeugposition P1 und der X-Achse am Drehmittelpunkt. Da r und Θ sich augenblicklich ändern, wenn sich das Werkzeug bewegt, werden nun r und Θ gefunden und wird die korrigierte Zustellgeschwindigkeit Fo der vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit F nach dem mathematischen Ausdruck 8 berechnet und zur Vornahme der Impulsverteilung als spezifizierte Zustellgeschwindigkeit verwendet. Damit wird die vorgegebene Zustellgeschwindigkeit entsprechend den Werten r und Θ der Werkzeugposition augenblicklich korrigiert, so daß es möglich ist, die relative Geschwindigkeit des Werkstücks und des Werkzeugs auf dem Wert der geforderten Zustellgeschwindigkeit F zu halten.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt Fig. 34 ein Bearbeitungsprogramm 41, dessen Betrieb 42 und eine Zustellgeschwindigkeit 43 nach dem Stand der Technik, wobei "G01" die lineare Interpolation angibt und mit "X_Y_" die Koordinatenwerte eines Endpunktes bezeichnet sind. "F_" definiert die Zustellgeschwindigkeit eines Werkzeugs. Gibt das Bearbeitungsprogramm einen Befehl, wie mit 41 angegeben, wird bei der Zustellgeschwindigkeit F eine lineare Interpolation aus der augenblicklichen Werkzeugposition (Punkt S) zu einem vorgegebenen Endpunkt (Punkt E) - der mit 42 angegeben ist - vorgenommen. Diese Zustellgeschwindigkeit ist ein konstanter Wert F, wie mit 43 angegeben. Fig. 35 zeigt ein Bearbeitungsprogramm 44, dessen Arbeitsweise 42 und eine Zustellgeschwindigkeit 45 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem Bearbeitungsprogramm 44 ist der Teil:
"G01X_Y_F_"
identisch mit dem entsprechenden Teil des herkömmlichen Bearbeitungsprogramms, was auch für die Funktionsweise 42 gilt. Bei dem Teil:
"L1=_L2=_L3_L4_R1_R2
handelt es sich um einen Befehl zum Ändern der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs am Bereich des Ausgangspunkts und des Endpunkts eines Blockes. Dies bedeutet, daß - wie mit 45 angegeben - die vorgegebene Zustellgeschwindigkeit von F*R1/100 von einem Anfangspunkt S aus zu einem Punkt P1, der um eine Distanz L1 davon beabstandet ist, verändert und dann bis zu einem Punkt P2, der um eine Distanz L2 von P1 entfernt ist, wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt wird, d. h. F. Hinsichtlich eines Bereichs des Endpunktes wird die Zustellgeschwindigkeit zwischen einem Punkt P3, der um eine Distanz (L3 + L4) von einem Endpunkt E entfernt ist, und einem Punkt P4, der um eine Distanz L4 von diesem entfernt ist, von F zu F*R2/100 geändert und bleibt dann bis zu dem Endpunkt anschließend unverändert.
Wenn dies nicht erforderlich ist, muß keiner der Abstände L1, L2, L3 und L4 angegeben werden. Sind sie nicht spezifiziert, gelten diese Parameter als Null. Sind R1 oder R2 nicht angegeben, werden sie mit 100 angesetzt, was darauf hinweist, daß keine Änderung der Geschwindigkeit erfolgt. Die Verarbeitungsabfolge bei dem in Fig. 33 dargestellten Beispiel wird nun in Form eines Ablaufdiagramms gemäß Fig. 36 dargestellt. Zunächst wird geprüft, ob sich das Werkzeug zwischen S und P1 befindet (Schritt 501). Steht das Werkzeug zwischen S und P1, wird die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs auf R1% des vorgegebenen Werts gesetzt (Schritt 502).
Steht das Werkzeug nicht zwischen S und P1, wird geprüft, ob sich das Werkzeug zwischen P1 und P2 befindet (Schritt 503) Ist dies der Fall, wird die Zustellgeschwindigkeit auf F*α (Schritt 504) gesetzt, wobei α ein Zahlenwert ist, der durch einen Ausdruck repräsentiert wird, der unter 510 angegeben ist. Steht das Werkzeug nicht zwischen P1 und P2, wird geprüft, ob es sich zwischen P2 und P3 befindet (Schritt 505). Ist dies der Fall, wird die Zustellgeschwindigkeit wie angegeben auf F gesetzt (Schritt 506). Trifft dies nicht zu, wird geprüft, ob das Werkzeug sich zwischen P3 und P4 befindet (Schritt 507). Ist dies der Fall, wird die Zustellgeschwindigkeit auf F*β (Schritt 508) gesetzt, wobei β ein Zahlenwert ist, der durch einen unter 511 angegebenen Ausdruck repräsentiert wird. Steht das Werkzeug nicht zwischen P3 und P4, so muß es zwischen P4 und E stehen und deshalb wird nun die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs auf R2% des vorgegebenen Werts gesetzt (Schritt 509).
Daraus wird deutlich, daß anstelle einer bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen P1 und P2 oder zwischen P3 und P4 vorgenommenen linearen Zustellgeschwindigkeit auch ein Muster aus Beschleunigung/Verlangsamung mittels eines Verfahrens eingesetzt werden kann, das in den veröffentlichten japanischen Patentschriften Nr. 168513 aus 1984 und Nr. 18009 aus 1986 usw. beschrieben ist. In diesem Fall ist es nur erforderlich, die Ausdrücke 510 und 511 im Ablaufdiagramm in Fig. 36 zu verändern.
Als nächstes wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. In Fig. 13 sind mit den Bezugszeichen 20 bis 23 Komponenten bezeichnet, die identisch mit denen bei der herkömmlichen Einheit sind oder diesen entsprechen, während 24 eine Steuerung für die Zustellgeschwindigkeit angibt, die ein Wissensspeicherteil 25 und ein Deduktionsteil 26 umfaßt.
Als nächstes folgt nun eine Beschreibung der Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels. Das Wissensspeicherteil 25 enthält eine Vielzahl von Regeln, die zur Veränderung der Zustellgeschwindigkeit an einer Ecke beschrieben sind, wie sie in Fig. 17(a) und 17(b) dargestellt ist. Beispielsweise wird nach Regel 1 die Zustellgeschwindigkeit eines Werkzeugs verringert, je näher es sich an die Ecke heran bewegt. Herkömmlicherweise wird, wie in Fig. 6(a) und 6(b) angegeben, die Zustellgeschwindigkeit einfach entsprechend den Grenzwerten eines Abstands von der Ecke umgeschaltet, d. h., wenn sich das Werkzeug über einen bestimmten Abstand L3 nahe an die Ecke P heran bewegt hat, wird die Zustellgeschwindigkeit auf einen bestimmten Wert verringert, und wenn sich das Werkzeug um einen bestimmten Abstand L2 von der Ecke P weg bewegt hat, wird die Zustellgeschwindigkeit wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt. Bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es mit der Funktion 1 möglich, die, wie in Fig. 17(a) dargestellt, ein Verlangsamungsverhältnis entsprechend der Distanz, um die sich das Werkzeug auf die Ecke zu bewegt hat, definiert, die Zustellgeschwindigkeit nach Wunsch zu verändern. Regel 2 korrigiert das Verlangsamungsverhältnis der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs entsprechend dem Schrägungswinkel an der Ecke. Ganz allgemein gilt: je spitzer die Abschrägung an der Ecke verläuft (näher an Null Grad), desto stärker wird verlangsamt, und je stumpfer die Ecke (näher an 180 Grad), desto kleiner wird die Verlangsamung. Bei dem Beispiel der Regel für die Zustellsteuerung an der Ecke, wie sie in Fig. 17(b) eingestellt ist, wird die Zustellgeschwindigkeit mit der Funktion 2 der Regel 2 entsprechend der Schrägung an der Ecke korrigiert, wobei in Funktion 1 der Regel 1 ein durchschnittliches Verlangsamungsverhältnis voreingestellt ist.
Das Ablaufdiagramm in Fig. 18 stellt einen Ablauf dafür dar, wie das Deduktionsteil 26 praktisch die Zustellgeschwindig keit an der Ecke unter Verwendung der im Wissensspeicherteil 25 beschriebenen Regeln steuert.
Das Deduktionsteil 26 liest als erstes die Regel 1 aus dem Wissensspeicherteil 25 aus (Schritte 200, 201), hält dann einen Abstand zwischen dem Werkzeug und der Ecke notwendig für Regel 1, und liefert diesen als Eingangsinformation (Schritt 202). Das Deduktionsteil 26 extrahiert das Verlangsamungsverhältnis 21 der Zustellgeschwindigkeit entsprechend diesem Abstand (Schritt 203). In diesem Fall wird das Verlangsamungsverhältnis für die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs in Entsprechung zum Abstand von der Ecke unter Verwendung von Funktion 1 extrahiert. In ähnlicher Weise extrahiert das Deduktionsteil 26 aus Regel 2 das Verlangsamungsverhältnis 22 der Zustellgeschwindigkeit entsprechend dem Schrägungswinkel der Ecke (Schritt 204, 205, 201 bis 203). Da bei diesem Ausführungsbeispiel N = 2 im Schritt 205 zum Ergebnis JA führt, setzt das Deduktionsteil 26 nun die beiden Verlangsamungsverhältnisse 21 und 22 zusammen, die sich aus den beiden Regeln ergeben (Schritt 206) und legt dabei die Zustellgeschwindigkeit Fo für das Werkzeug fest (Schritt 207). In diesem Fall wird die vorgenannte Zusammensetzung durch das Produkt aus jedem Werte gefunden.

Mathematischer Ausdruck 9:

Z = Z1*Z2... *Zn
wobei n die Anzahl der Regeln ist. Die Zustellgeschwindigkeit bestimmt sich durch die Berechnung der Zustellgeschwindigkeit Fo, korrigiert durch Multiplikation der vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit F mit dem Verlangsamungsverhältnis für die Zustellgeschwindigkeit, das nach dem mathematischen Ausdruck 9:
Fo = F* (1-Z) / 100
gefunden wird, wobei Z ein resultierendes prozentuales Verlangsamungsverhältnis ist. Eine komplexe Steuerung auf der Basis einer Vielzahl von Regeln kann somit dadurch erzielt werden, daß eine Bearbeitungsbedingung (Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs) nach der Zusammensetzung mehrerer Ergebnisse gefunden wird. Außerdem ermöglichen das Wissensspeicherteil 25 und das Deduktionsteil 26 die Definition noch komplexerer Regeln, wenn sie einzeln vorgesehen sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel lassen sich die in einem frei gewählten Format beschriebenen Regeln im Wissensspeicherteil 25, wie in Fig. 17(a) und 17(b) dargestellt, in Form eines Operationsausdrucks von Funktionen beschreiben. In Fig. 17(a) und 17(b) werden beispielsweise die Funktion 1 und die Funktion 2 definiert und dann ein Ausdruck für die Operation mit dem Ergebnis dieser Funktionen wie folgt definiert:

Mathematischer Ausdruck 10:

F = F1*F2.
Aus dem mathematischen Ausdruck 10 ergibt sich der Hinweis darauf, daß das Produkt des durch Anwendung der Funktion 1 (F1) und der Funktion 2 (F2) gefundenen Ergebnisses als Endergebnis verwendet wird.
Das Deduktionsteil 26 ermittelt nun das Operationsergebnis jeder Funktion, wie in Fig. 18 dargestellt, und setzt diese Ergebnisse entsprechend dem definierten Ausdruck zusammen. Dabei ist der mathematische Ausdruck 9 aus Schritt 206 der definierte Ausdruck.
Wenn beispielsweise der folgende Operationsausdruck definiert wurde:

Mathematischer Ausdruck 11:

F = (F1 + F2 + F3) / 3*F4
so bedeutet dies, daß die nach den Funktionen 1, 2 und 3 berechneten Ergebnisse gemittelt werden und der so erhaltene Mittelwert mit den nach Funktion 4 berechneten Ergebnis multipliziert wird, wodurch man das Endergebnis erhält. Somit läßt sich eine Regel durch wahlweise definierte Funktionen und einen diese Operationen definierenden Ausdruck festlegen.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben. Gemäß Fig. 13 sollen dabei die im Wissensspeicherteil 25 abzulegenden Regeln im Format WENN...DANN zur Steuerung mit Fuzzy-Deduktion beschrieben werden, wobei der Vorsatz (WENN) eine Bedingung angibt, unter der eine Regel zum Ändern der Zustellgeschwindigkeit beurteilt wird, und das Folgeteil (DANN) auf den auszuführenden Vorgang hinweist, wenn die Bedingung im Vorsatz erfüllt ist oder nicht. Die Regeln sind in einem als "Produktionsregel" bezeichneten Format beschrieben, wenn die in den Regeln beschriebenen Werte im Format einer Elementfunktion repräsentiert sind. Damit kann das Wissensspeicherteil 25 "Makro-Wissen", also allgemeines Wissen, das durch eine Regel beschrieben wird, und "Mikro-Wissen", also Wissen für einen speziellen Zweck, enthalten, das durch eine Elementfunktion repräsentiert wird. Das Deduktionsteil 26 leitet eine Schlußfolgerung dadurch ab, daß es mit den gegebenen Elementfunktionen anhand der im Wissensspeicherteil 25 beschriebenen Regeln eine Fuzzy-Deduktion vornimmt.
Wie bereits ausgeführt wird bei einer Fuzzy-Deduktion, wie sie bei einer Steuerung nach Fuzzy-Logik vorgenommen wird, häufig der Schwerpunkt bei dem Deduktionsergebnis nach den Maximum-Minimum-Regeln für die Zusammensetzung entsprechend der Fuzzy-Logik verwendet und dann als Verfahren nach dem Schwerpunkt mit Maximum-Minimum-Kombination bezeichnet.
Bei diesem Verfahren wird die Deduktion in den folgenden drei Schritten gemäß Fig. 37 ausgeführt:
(1) Es wird die Übereinstimmung ai jeder Regel unter Verwendung gegebener Prämissen x&sup0;, y&sup0; berechnet;
(2) für jede Regel wird ein Deduktionsergebnis Ci* gefunden; und
(3) die für alle Regeln erhaltenen Deduktionsergebnisse werden zusammengefügt, um C&sup0; zu finden; als gewichteter Schwerpunkt wird das Deduktionsergebnis Z&sup0; aller Regeln berechnet.
Es steht eine ganze Reihe verschiedener anderer Techniken zur Verfügung, die hierfür entwickelt wurden, z. B. ein Verfahren, bei dem Ci 1/ai-mal verjüngt wird, anstelle der Auffindung von Ci* durch Entfernung des Oberen Bereichs von Ci durch ai als Interpretation einer Fuzzy-Menge C&sup0;, ein Verfahren zur Ermittlung von C&sup0; auf anderem Wege als mit Fuzzy- Logik, bei dem ein Medianwert anstelle eines Schwerpunkts berechnet wird, und ein Höhenverfahren, bei welchem das Element aus einer Trapezoid-Menge gewählt wird, das einen maximalen Wert liefert. Aus der Erfahrung in der Vergangenheit ist bekannt, daß unter einer Vielzahl solcher Arbeitstechniken das Schwerpunktverfahren mit Maximum-Minimum- Zusammensetzung ein ganz hervorragendes Ergebnis liefert.
Fig. 19 und Fig. 20(a)-(c) stellen Regeln dar, die erfindungsgemäß in dem Wissensspeicherteil 25 vorgesehen sind. Bei den dort beschriebenen Regeln handelt es sich um jene, die zur Steuerung der Zustellgeschwindigkeit bei einer Bohrarbeit gemäß Fig. 7(a) und Fig. 8(a) verwendet werden.
In Fig. 19 geben R1 bis R5 Regeln an, die so aufgebaut sind, daß eine Schlußfolgerung bei diesem Ausführungsbeispiel abgeleitet werden kann. Dabei gibt POS einen Abstand zwischen dem Werkzeug 31 und dem Werkstück 30 in Fig. 7(a) an, + bezeichnet einen Abstand vor dem Punkt, an dem das Werkzeug 31 mit dem Werkstück 30 in Kontakt kommt, und - gibt einen Punkt hinter dem Kontakt an. 0 ist der Kontaktpunkt selbst. A1 ist eine in Fig. 20(a) dargestellt Elementfunktion, welche vorgibt, daß die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs etwas verringert werden muß, ehe das Werkzeug mit dem Werkstück in Berührung kommt, dann eine Weile auf dem verringerten Wert gehalten werden soll, nachdem das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gekommen ist, und zwar so lange, bis das Werkzeug vollständig im Werkstück angreift, und nach dem vollständigen Angriff im Werkstück wieder auf den ursprünglichen Wert zurückzuführen ist.
ANG in Fig. 19 bezeichnet die Schrägung einer Werkstückfläche, an der das Werkzeug in Kontakt kommt und die mit B1 bis B5 in fünf Typen entsprechend dem Neigungsgrad unterteilt ist. Fig. 20(b) zeigt die Elementfunktionen von B1 bis B5. FEED in Fig. 19 bezeichnet das Verlangsamungsverhältnis der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs und gibt das Ausmaß der Verminderung der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs an, das in fünf Stufen C1 bis C5 unterteilt ist. Fig. 20c zeigt die Elementfunktionen C1 bis C5.
Aus den Regeln in Fig. 19 ergibt sich, daß die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs entsprechend dem Schrägverlauf der Werkstückfläche verringert wird, mit der das Werkzeug in Kontakt kommt, und zwar von einem Punkt unmittelbar vor der Berührung des Werkzeugs mit dem Werkstück bis zu einem Punkt, an dem das Werkstück vollständig in dem Werkstück angreift.
Ein Beispiel für ein Deduktionsverfahren ist folgendermaßen.
Wird Regel 1 als Beispiel herangezogen, so wird untere Verwendung der Elementfunktion von A1 in Fig. 20(a) der Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gefunden und dessen Übereinstimmung bewertet. Die Neigung der Werkstückfläche, mit der das Werkzeug in Kontakt kommt, wird ebenfalls gefun den und ihre Übereinstimmung wird unter Verwendung der Elementfunktion von B1 in Fig. 20(b) bewertet. Da die Regel im Vorsatzteil eine UND-Bedingung ist, wird der kleinere Wert für diese Übereinstimmungen herangezogen, woraufhin man unter Verwendung der Elementfunktion von C1 in Fig. 20(c) ein Ergebnis findet. In ähnlicher Weise werden die Ergebnisse der Regeln 2 bis 5 gefunden und zusammengesetzt, womit eine Schlußfolgerung abgeleitet wird. Nun wird als Beispiel für eine Addition eine Max-Min-UND-Verknüpfung verwendet und als Verfahren zur Zusammensetzung ein Schwerpunktverfahren gewählt. Die so abgeleitete Schlußfolgerung wird zur Korrektur der Zustellgeschwindigkeit F des Werkzeugs eingesetzt, wie sich aus dem nachfolgenden Ausdruck ergibt, die nun als Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs verwendet wird.

Mathematischer Ausdruck 12:

Fo = F * (100-Z) / 100
wobei Fo die korrigierte Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs ist und F die angewiesene Zustellgeschwindigkeit, und Z das nach der Fuzzy-Deduktion abgeleitete Verlangsamungsverhältnis des Werkzeugs.
Die in Fig. 19 und Fig. 20(a)-(c) sind in ähnlicher Weise auch bei der Steuerung der Zustellgeschwindigkeit nach Fig. 7(b) und Fig. 8(b) anwendbar. In diesem Fall bezeichnet POS einen Abstand bezogen auf die Oberfläche des Werkstücks 30, das mit dem Werkzeug 31 durchbohrt wird, und ANG die Neigung dieser Fläche.
In Fig. 10 wird die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs so gesteuert, daß sie entsprechend der Bewegungsrichtung des Werkzeugs korrigiert wird. Dabei gelten folgende Annahmen: die Bewegungsrichtung des Werkzeugs von Null bedeutet, daß das Werkzeug das Werkstück parallel abspannt, d. h. zwischen b-c, die Richtung + bedeutet, daß das Werkzeug das Werkstück in einer Angriffsrichtung am Werkstück abspannt, d. h. zwischen a-b, und die Richtung - bedeutet, daß das Werkzeug das Werkstück in Werkstück-Austrittsrichtung abspannt, d. h. zwischen c-d. Werden diese Richtungen für die Werkzeugbewegungen als Daten eingegeben, wird unter Heranziehung der in Fig. 22(a) und 22(b) dargestellten Elementfunktionen eine Schlußfolgerung abgeleitet. Entsprechend dem so erhaltenen Verlangsamungsverhältnis für die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs wird unter Verwendung des mathematischen Ausdrucks 12 die korrigierte Zustellgeschwindigkeit gefunden.
In diesem Fall ist bei einer Bewegungsrichtung - des Werkzeugs, d. h. wenn sich das Werkzeug vom Werkstück weg bewegt, das Verlangsamungsverhältnis -, und die korrigierte Zustellgeschwindigkeit steigt damit über die spezifizierte Zustellgeschwindigkeit an.
Bei dem in Fig. 12 dargestellten Beispiel wird der Abstand zischen dem Werkzeug 31 und dem kontaktlosen Bereich 32 zur Verwendung als Eingabedaten extrahiert und wird das Verlangsamungsverhältnis entsprechend den in Fig. 24(a) und 24(b) dargestellten Elementfunktionen auf der Grundlage der in Fig. 23 dargestellten Regeln extrahiert. Unter Heranziehung des nach dem mathematischen Ausdruck 12 extrahierten Verlangsamungsverhältnisses wird nun die korrigierte Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs extrahiert. Hier wird ermittelt, ob das Werkzeug relativ zum kontaktlosen Bereich 32 zwischen den Positionen 1 bis 8 vorhanden ist, wie in Fig. 25 dargestellt, und der Abstand L zwischen dem Werkzeug 31 und dem kontaktlosen Bereich 32 wird gemäß dem Ablaufdiagramm in Fig. 26 entsprechend der Werkzeugposition extrahiert.
In dem Ablaufdiagramm in Fig. 26 gilt die Annahme, daß die Werkzeugposition (X, Y) sei, die oberen und unteren Grenzwerte des kontaktlosen Bereichs auf der X-Achse XL und XS seien, und die oberen und unteren Grenzwerte des kontaktlosen Bereichs auf der Y-Achse YL und YS seien. Im Schritt 300 werden die Werte für XL, XS, YL und YS gefunden, damit ermittelt werden kann, wo das Werkzeug sich unter den in Fig. 25 dargestellten Bereichen 1 bis 8 befindet. Im Schritt 301 erfolgt dann entsprechend den Werten von XL, XS, YL und YS die Klassifizierung einer gesetzten Grenze, und werden der Abstand L zwischen dem Werkzeug 31 und dem kontaktlosen Bereich 32 entsprechend dem Ergebnis der Klassifizierung extrahiert (Schritt 302).
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird nun ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Soll eine Formmasse bearbeitet werden, wie in Fig. 9(α) gezeigt, so soll die Zustellgeschwindigkeit entsprechend der Form eines Werkstücks gesteuert werden. Deshalb wird aus der Form des Werkstücks automatisch eine Funktion selbst erzeugt. Bei CNC-Einheiten mit einem Automatikprogramm enthalten einige eine zuvor eingegebene Form des Materials, die als Ausgangsbasis für die Erzeugung der Funktion herangezogen wird. Fig. 27 zeigt die automatisch erzeugte Funktion, bei welcher die normale Zustellgeschwindigkeit als Wert Null (0) der Abweichung ausgewiesen ist und eine Erhöhung bzw. Verminderung in der Soll-Geschwindigkeit als positiver (+) oder negativer (-) Wert des Verhältnisses bzw. Prozentsatzes angegeben ist. Entsprechend der Werkstückform wird die Zustellgeschwindigkeit etwas verringert, ehe das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt kommt (Punkt a), wird dann kurz nach dem Durchgang des Werkzeugs durch den Punkt a wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt, wieder etwas verringert, ehe das Werkzeug aus dem Werkstück austritt (Punkt b), in einem Bereich, in dem das Werkstück nicht vorhanden ist (zwischen b-c) auf einen zulässigen Grenzwert erhöht, dann wieder etwas abgesenkt, ehe das Werkzeug wieder mit den Werkstück in Kontakt kommt (Punkt c) und wieder auf den ur sprünglichen Wert gebracht, kurz nachdem das Werkzeug den Punkt c durchlaufen hat.
Anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 28 wird nun ein Vorgang zur Erzeugung der Funktion aus Fig. 27 beschrieben. Dabei wird ein Werkstück-Eintrittsbereich beurteilt (Schritt 400) und das Muster aus Beschleunigung und Verlangsamung wird für den Werkstück-Eintrittsbereich gesetzt (Schritt 401 bis 403). Die Zustellgeschwindigkeit wird zunächst zwischen einer Position L1, die von der Stirnfläche des Werkstücks entfernt ist, und einer davon entfernten Position L2 auf Z1% verringert (Schritt 401). Dann wird bis zu einer Position L3 innerhalb des Werkstücks die Zustellgeschwindigkeit auf Z1% gehalten (Schritt 402). Bis zu einer Position L4 innerhalb des Werkstücks wird die Zustellgeschwindigkeit dann auf den ursprünglichen Wert zurückgeschaltet (Schritt 403). Mit den vorgenannten Schritten wird ein Muster aus Beschleunigung und Verlangsamung gebildet, bei dem die Zustellgeschwindigkeit unmittelbar nach der Kontaktierung des Werkstücks durch das Werkzeug verringert und an einer Position wieder auf einen normalen Wert gesetzt wird, an der das Werkzeug um einen gewissen Abstand in das Werkstück eingedrungen ist. Wenn das Werkzeug das Werkstück verläßt, wird der Werkstücks- Austrittsbereich beurteilt (Schritt 404) und dann wird das Muster aus Beschleunigung und Verlangsamung für den Bereich gesetzt, in dem das Werkzeug das Werkstück verläßt (Schritt 405 bis 407). Dabei wird die Zustellgeschwindigkeit zunächst zwischen den Positionen L5 und L6 auf Z2% abgesenkt, ehe das Werkzeug das Werkstück verläßt (Schritt 405). Die Zustellgeschwindigkeit wird anschließend bis zu einer vom Werkstück entfernten Position L7 auf dem Wert Z2% gehalten (Schritt 406). Bis zu einer vom Werkstück entfernten Position L8 wird die Zustellgeschwindigkeit auf Z3% erhöht (Schritt 407). Die vorgenannten Schritte bilden ein Muster aus Beschleunigung und Verlangsamung, bei welchem die Zustellgeschwindigkeit verringert wird unmittelbar bevor das Werkzeug das Werkstück verläßt, und auf ein vorgegebenes Verhältnis wieder erhöht, nachdem das Werkzeug sich vom Werkstück um einen bestimmten Abstand entfernt hat.
Die so erzeugte Funktion wird nun zur Korrektur der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs beim eigentlichen Bearbeitungsvorgang verwendet. Und zwar wird relativ zur vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit F unter Verwendung der gemäß Darstellung in Fig. 27 erzeugten Funktion ein Verhältnis Beschleunigung/Verlangsamung extrahiert, woraufhin man die korrigierte Zustellgeschwindigkeit Fo findet, die durch den folgenden Ausdruck angegeben wird:

Mathematischer Ausdruck 13:

Fo = F * (100 + Z) / 100
wobei Z das Verhältnis Beschleunigung/Verlangsamung darstellt, das sich durch die Funktion gemäß Fig. 27 ergibt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem auf der vertikalen Achse der Funktion verwendeten Verhältnis Beschleunigung/Verlangsamung um eine tatsächliche Zustellgeschwindigkeit handeln. In diesem Fall wird der mathematische Ausdruck 13 durch den folgenden ersetzt:

Mathematischer Ausdruck 14:

Fo = Z
wobei Z die korrigierte Zustellgeschwindigkeit selbst ist, die sich nach der Funktion ergibt.
Wird die Messung gemäß Fig. 11 vorgenommen, kann nach der Vermessung des Werkstücks 30 mit dem Werkzeug 31a eine erneute Messung vorgenommen werden. Auch in diesem Fall erzielt man gemäß Fig. 29(a) bis 20(c) durch automatische Er zeugung einer Funktion als Hinweis auf das Muster aus Beschleunigung und Verlangsamung für eine zweite Zustellgeschwindigkeit eine genauere und besser verwendbare Messung. In Fig. 29(b) ist die Funktion 1 das Muster der Verlangsamung des Werkzeugs bei der ersten Messung. Wegen der ersten Messung ist der Wertebereich für die Verlangsamung breit und das Verhältnis der Verlangsamung klein, um Meßzeit einzusparen.
Im allgemeinen nimmt die Meßgenauigkeit proportional zur Zustell- bzw. Vorschubgeschwindigkeit bei der Messung ab. Gemäß der ersten Messung wird die augenblickliche Position des Werkstücks mit dem Driftwert usw. eines berücksichtigten Meßfühlers hochgerechnet bzw. abgeschätzt. Unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Toleranzwerts für die hochgerechnete Position des Werkstücks wird nun ein Verlangsamungsmuster wie bei Funktion 2 in Fig. 29(c) automatisch erzeugt. In Funktion 2 ist der Wertebereich der Verlangsamung schmal, um die Meßzeit zu verkürzen, während das Verlangsamungsverhältnis groß ist, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Fig. 29(d) und 29(e) sind Beispiele, bei denen Fuzzy- Elementfunktionen automatisch korrigiert werden. Dies bedeutet, daß Elementfunktionen auf der Grundlage des Ergebnisses aus der ersten Messung verändert werden. In diesem Fall gilt folgende Regel für die Fuzzy-Steuerung:
wenn POS pi ist, dann ist Feed Fi (i = 1 bis 3).
Dabei wird die Zustellgeschwindigkeit (Feed) des Werkzeugs entsprechend der Werkzeugposition (POS) geändert.
Wie sich bezüglich der erwarteten Werkstückpositionen P1 bis P3 und der entsprechenden Zustellgeschwindigkeiten F1 bis F3 in Fig. 29(d) ergibt, wird mit der Elementfunktion bei der ersten Messung die Breite, die zur Beurteilung verwendet wird, ob das Werkzeug nahe an das Werkstück herankommt, auf einen hohen Wert gesetzt, und auch die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs (F1) auf einen schnellen Wert gebracht. Die Elementfunktion bei der zweiten Messung wird auf der Grundlage der ersten Messung gemäß Fig. 29(e) entsprechend P', einer erwarteten Werkstückposition, korrigiert. Hier wird die Breite, die zur Beurteilung dient, ob das Werkzeug nahe an das Werkstück herankommt, auf einen niedrigen Wert gesetzt (P1) und die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs (F1) auf einen langsamen Wert gebracht. Die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeugs (F2, F3) in dem vom Werkstück entfernten Bereich (P2, P3) wird auf einen höheren Wert gesetzt.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird nun ein sechstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Im allgemeinen hängt die Zustellgeschwindigkeit eines Werkzeugs in hohem Maße von dem Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks und des zur Bearbeitung verwendeten Werkzeugs ab. Somit ist vorstellbar, daß ein Standardwert für die Zustellgeschwindigkeit eingestellt und entsprechend der Kombination der Werkstoffe von Werkstück und Werkzeug korrigiert wird. Fig. 30(a)-30(c) zeigen Regeln für ein solches Konzept, bei dem ti (i = 0 bis 9) den Werkstoff eines Werkzeugs angibt und Wz (z = 0 bis 9) den Werkstoff des Werkstücks bezeichnet. Werden die Werkzeuge (TOOL) und Werkstücke (WORK) fein eingeteilt (10 stufen), wie in Fig. 30(b) und 30(c) dargestellt, erhöht sich die Anzahl der Regeln beträchtlich. Im Falle von Fig. 30(a) erweitert sich die Anzahl der Regeln auf 100, wie aus Fig. 31 zu entnehmen ist. Deshalb benötigt ein Versuch, eine Operation mit allen Regeln auszuführen und deren Ergebnisse zu extrahieren, übermäßig viel Zeit zur Deduktion. Deshalb sind die einzigen ausgeführten Regeln nur jene, die sich in Entsprechung zur Härte des Werkstoffs vorgegebener Werkzeuge und Werkstücke auf die Werkzeuge (TOOL) und Werkstücke (WORK) beziehen.
Wenn beispielsweise die Härte des Werkstoffs der Werkzeuge und Werkstücke exakt in numerischen Werten angegeben wird, werden nur die in Fig. 30(a) angegebenen Elementfunktionen deduziert, die diesen Werten entsprechen. Gilt bei der Elementfunktion T5 beispielsweise der Härtewert α bis β, so ergibt sich als Härte K für das gegebene Werkzeug folgende Beziehung:
α ≤ K ≤ β
T5 wird als entsprechend beurteilt. Wenn die Härte des Werkstoffs der Werkzeuge und Werkstücke nicht eindeutig ist und in Elementfunktionen ausgedrückt wird, werden die Elementfunktionen aller beliebigen Werte von T0 bis T9 und W0 bis W9, die in den Härtebereich der gegebenen Elementfunktionen fallen, als Entsprechungen beurteilt. Wenn die mit den Pfeilen in Fig. 30(a) und 30(b) gekennzeichneten Bereiche "Tool" (Werkzeug) bzw. "Work" (Werkstück) Fakten sind, die für diese Elementfunktion gegeben ist, dann sind die Elementfunktionen, deren Flächen aus diesen gegebenen Fakten bestehen, "T4" und "T5" für das Werkzeug und "W6" und "W7" für das Werkstück.
Fig. 32(a) zeigt, daß nur die Regeln F64, F65, F74 und F75 zur Ableitung einer Schlußfolgerung ausgeführt werden, da die Elementfunktionen von T4 bis T5 bei den Werkzeugen und die Elementfunktionen W6 bis ,,7 bei den Werkstücken der Materialhärte als Ergebnis der Extraktion entsprechen.
Fig. 32(b) ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung eines Algorithmus zur Extraktion von auszuführenden Regeln. In Fig. 32(b) bezeichnet "i" die Nummer einer Regel und "j" die Nummer eines Bedingungsteils jeder Regel. Die Anzahl der Regeln ist n und die Anzahl der Bedingungsteile jeder Regel ist mi. Als erstes werden die Parameter i und j initialisiert, und zwar als i = 1 (Schritt 601) und als nächstes als j = 1 (Schritt 602). Dann wird der Bereich (α, β) einer Elementfunktion in einer i-ten Regel mit einem j-ten Bedingungsteil extrahiert (Schritt 603). Unter einem Bereich einer Elementfunktion wird ein Wertebereich verstanden, den eine definierte Elementfunktion in horizontaler Richtung abdeckt. Dann wird geprüft, ob Dij (Faktum), wobei es sich um einen für diese Elementfunktion gegebenen Wert handelt, in dem in Schritt 603 extrahierten Bereich vorhanden ist (Schritt 604). Falls Dij kein spezieller Wert ist - beispielsweise im Falle, daß Dij ebenfalls eine Elementfunktion ist - wird geprüft, ob es einen Überschneidungsbereich zwischen Dij und (α, β) gibt.
Wenn in Schritt 604 das Ergebnis JA ist, dann wird der Wert von j um 1 erhöht (Schritt 605). Nun wird geprüft, ob der Wert von j innerhalb von mi liegt, d. h. ob eine Elementfunktion mit einem Bedingungsteil vorhanden ist, der nicht nach der i-ten Regel beurteilt wurde (Schritt 606). Ist das Ergebnis in Schritt 606 JA, wird zum Schritt 603 zurückgeschaltet. Ist es dagegen NEIN, wird zum Schritt 607 weitergeschaltet. Falls das Ergebnis im Schritt 604 JA ist, wird das Ausführungs-Flag der i-ten Regel deaktiviert (Schritt 608). Falls das Ergebnis im Schritt 606 NEIN ist, wird das Ausführungs-Flag der i-ten Regel aktiviert (Schritt 607). Die Ausführungs-Flags für jede der Regeln sind vorgesehen, um kenntlich zu machen, ob jede Regel ausgeführt werden sollte oder nicht. Bei der Ausführung der Fuzzy-Deduktion sollten nur die Regeln ausgeführt werden, deren Flags aktiviert (ON) sind.
Bei der Verarbeitung vom Schritt 602 bis 608 wird die Regel ausnahmslos 0, so lange eine Deduktion nach einem MAX_MIN- Verfahren abläuft, sofern eine Regel ohne Dij, einem einer Elementfunktion gegebenen Wert, in einem Bereich einer Elementfunktion eines Bedingungsteils jeder Regel vorhanden ist. Deshalb wird ein Ausführungs-Flag einer Regel deaktiviert, da keine Notwendigkeit zur Deduktion besteht.
Als nächstes wird der Wert von i um 1 erhöht (Schritt 609). Nun wird geprüft, ob i ein Wert innerhalb von n ist, d. h. es sollte eine Beurteilung bezüglich aller Regeln durchgeführt worden sein (Schritt 610). Ist das Ergebnis im Schritt 610 JA, d. h. sollen noch immer einige Regeln beurteilt werden, wird zum Schritt 602 zurückgeschaltet; ist das Ergebnis NEIN, endet die Routine.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird nun ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Ganz allgemein lassen sich verschiedene Formen (51 bis 56) gemäß Fig. 38(a) bis 39(f) für Elementfunktionen vorstellen, die zur Fuzzy- Deduktion verwendet werden.
Werden Regeln konventionell anhand des Beispiels nach Fig. 23 definiert, lassen sich die Regeln wie mit R1 bis R3 in Fig. 23 angegeben definieren und müssen die Elementfunktionen A1, A2, A3, B1, B2 und B3 separat neu definiert werden. Aus diesem Grund muß eine spezielle Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine zur Definition von Elementfunktionen ausgearbeitet werden, neben einem großen Bereich, der in einem System zur Abspeicherung von Elementfunktionen separat vorhanden ist.
Zur Lösung eines solchen Problems sind erfindungsgemäß Elementfunktionen möglich, die sich in einem speziellen Formenmuster darstellen und gleichzeitig mit Regeln definieren lassen. Ein Beispiel hierfür ist mit 57 in Fig. 39(a) angegeben, bei dem alle Elementfunktionen in Form eines gleichschenkligen Dreiecks definiert sind und Li eine Mittelposition und li eine halbe Länge der Basis des gleichschenkligen Dreiecks bezeichnet. Werden Elementfunktionen in der vorbeschriebenen Weise definiert, so können sie durch den Mittel punkt (d. h. die Position des Schwerpunkts) Li und die halbe Länge li der Basis der Form 57 definiert werden, weshalb es nur erforderlich ist, Li und li einzugeben. Damit lassen sich im Zusammenhang mit den Regeln aus Fig. 23 Regeln und Elementfunktionen gleichzeitig definieren, wie in Fig. 40 dargestellt.
In Fig. 40 bezeichnen nun A1, A2, A3, B1, B2 und B3 die Mittelpunkte der jeweiligen Elementfunktionen und a1, a2, a3, b1, b2 und b3 die halbe Länge der Basis der jeweiligen Elementfunktionen.
Die Elementfunktionen lassen sich auch in anderen Formenmustern darstellen, wie unter 58 in Fig. 39(b) zu erkennen, wobei ein neutraler Bereich vorgesehen ist, oder wie unter 59 in Fig. 39(c) dargestellt, wo die Form asymmetrisch ist. In diesem Fall können die Elementfunktionen als (L1, li, mi) unter Verwendung eines weiteren Parameters dargestellt werden.
Ganz allgemein werden die meisten Elementfunktionen innerhalb der unter 57 in Fig. 39(a) angegebenen Form definiert. Somit wird ein Deduktionsergebnis im Zusammenhang mit den Elementfunktionen 61 im Folgerungsteil bei der Deduktion nach Übereinstimmung α (0 ≤ α ≤ 1) gemäß Fig. 41 gefunden, wenn Elementfunktionen in dem Formenmuster eines gleichschenkligen Dreiecks dargestellt werden, wie es unter 57 angegeben ist, indem aus dem Folgerungsteil einer Regel eine Schlußfolgerung abgeleitet wird. Da die Form ein gleichschenkliges Dreieck ist, ist die Position des Schwerpunkts Li und der Wert des Bereichs wie folgt:
Si = (lj + li) * α/2
wobei lj die halbe Länge der oberen Basis eines Trapezoids ist, li die halbe Länge von dessen unterer Basis ist und α die Höhe ist.
li : lj = 1 : (1-α)
weshalb gilt: lj = (1-α) li
und somit Si = (li + (1-α)li) * α/2 = (2-α)*α* li/2
Somit läßt sich der Wert von Si leicht mit α und li berechnen und die Schlußfolgerung schnell ziehen.
Nun wird ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der Kombination des Deduktionsergebnisses aus jeder Regel gemäß Fig. 37 nach dem bekannten Verfahren der Fuzzy-Deduktion überschneiden sich die Formen der Elementfunktionen beim Ergebnis jeder Regel und damit wird der Schwerpunkt einer so erhaltenen Form gefunden.
Fig. 33(d) zeigt eine Form, die man durch Kombination der Ergebnisse von drei Regeln erhält, wie in Fig. 33(a) bis 33(c) dargestellt, und durch Verknüpfung der Formen von drei Elementfunktionen nach dem MAX_MIN-Verfahren. Wird auf diese Weise die Schlußfolgerung aus jeder Regel zusammengesetzt, müssen die Formen so verknüpft werden, daß sich eine neue Form ergibt, die zur Verarbeitung Zeit benötigt; bei dem Beispiel aus Fig. 33(a)-33(d) hat das Ergebnis der Regel 2 außerdem keinen Einfluß auf eine abschließende Schlußfolgerung. Und zwar wirkt sich, wie aus Fig. 33(b) entnehmbar, die Mittelposition der Elementfunktion im Folgerungsteil von Regel 2 bei einer leichten Verschiebung nicht auf die abschließende Schlußfolgerung in irgendeiner Weise aus. Ein solcher Fall wirft das Problem auf, daß sich Elementfunktionen nach dem herkömmlichen Verfahren nur mit Schwierigkeiten abstimmen lassen. Deshalb wird erfindungsgemäß nun eine ab schließende Schlußfolgerung L dadurch gefunden, daß eine Deduktion gemäß dem mathematischen Ausdruck 8 aus der Position Li des Schwerpunkts und aus der Fläche Si im Ergebnis jeder Regel vorgenommen wird. Hierbei ist n die Anzahl der Regeln. Bei diesem Verfahren wirkt sich das Ergebnis jeder Regel immer auf die abschließende Schlußfolgerung aus und werden keine Formen zusammengesetzt, wo daß die Verarbeitung mit Fuzzy-Deduktion mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. In Kombination mit dem Verfahren nach dem siebten Ausführungsbeispiel bietet das achte Ausführungsbeispiel eine viel schnellere Verarbeitung.
Nun wird ein neuntes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben. Da alle Regeln bei der bekannten Fuzzy- Deduktion gleich behandelt werden, kann die Bedeutung spezieller Regeln nicht in einer Schlußfolgerung wiedergegeben werden. Tatsächlich muß aber die Bedeutung der Regeln bei der Ableitung einer abschließenden Schlußfolgerung berücksichtigt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird nun die Bedeutung jeder Regel gemäß Fig. 42 definiert, beispielsweise mit Hilfe von VAL. VAL erhält einen höheren Wert, je wichtiger eine Regel ist, und ist um so kleiner, wenn eine Regel weniger bedeutsam ist.
Angenommen, daß die Bedeutung jeder Regel βi sei, wird die abschließende Schlußfolgerung L dadurch gefunden, daß eine Deduktion gemäß dem mathematischen Ausdruck 9 aus der Position des Schwerpunkts Li und aus der Fläche Si vorgenommen wird. Hierbei ist n die Anzahl der Regeln. Auf diese Weise läßt sich eine Fuzzy-Deduktion unter Berücksichtigung der Bedeutung jeder Regel vornehmen. Außerdem kann auch eine Regel negativ gesetzt werden, da die Bedeutung βi so ausgelegt ist, daß auch ein negativer Wert möglich ist. Insbesondere wird durch die Einsetzung eines negativen Werts bei der Bedeutung ein Flächenwert im Folgerungsteil einer Regel nega tiv, wodurch eine negative Regel gesetzt wird. Damit wird es möglich, die nachfolgende Regel zu setzen, die sich bei einem herkömmlichen Verfahren nicht definieren läßt:
Wenn A A1 ist, DANN ist B nicht B1.

Claims

1. NC-Steuerung, welche zum Steuern einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks geeignet ist, welche folgendes aufweist:

ein Wissensspeicherteil (25) zum Abspeichern einer Vielzahl von Regeln (Rij) zum Ändern der Bearbeitungsbedingung, wobei dieses Speicherteil (25) einen Regelbeschreibungsabschnitt und einen Elementfunktionsabschnitt umfaßt, und

ein Deduktionsteil (26) zum Ableiten des optimalen Werts der Bearbeitungsbedingung anhand des in dem Wissensspeicherteil (25) abgelegten Wissens, wobei die NC-Steuerung die Bearbeitung des Werkstücks entsprechend der von dem Deduktionsteil (26) babgeleiteten Bearbeitungsbedingung veranlaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bearbeitungsbedingung die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine relativ zum Werkstück ist, wobei den Regeln (Rij) zur Ableitung der Vorschubgeschwindigkeit die Werkstoffkenndaten (α, β) des Werkzeugs und des Werkstücks zugrunde liegen,

eine Einrichtung zur Beurteilung vorgesehen ist, welche aus der Vielzahl gespeicherter Regeln (Rij) Elementfunktionen besitzen, die den Werkstoffkenndaten (α, β) des Werkzeugs und des Werkstücks entsprechen, die für eine vorgegebene Bearbeitungsaufgabe zu verwenden sind,

daß eine Einrichtung zum Heraussuchen nur jener Regeln (Rij) vorgesehen ist, die als den gegebenen Werkstoffkenndaten (α, β) entsprechend erkannt wurden,

wobei das Deduktionsteil (26) in der Weise arbeitet, daß es die Vorschubgeschwindigkeit nur anhand der herausgesuchten Regeln (Rij) ableitet.

2. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, bei welcher das Deduktionsteil (26) eine Fuzzy-Logik-Einrichtung zur unscharfen Ableitung entsprechend den in dem Wissensteil (25) abgespeicherten Regeln (Rij) aufweist, wobei die Regeln ein Vorsatzteil (IF) umfassen, das eine zu beurteilende Bedingung beschreibt, und ein Folgeteil (THEN), welches den Vorgang beschreibt, der auszuführen ist, wenn die Vorschubgeschwindigkeit befriedigend oder unbefriedigend ist.

3. Numerische Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Wissensspeicherteil (25) und das Deduktionsteil (26) getrennt voneinander vorgesehen und unabhängig voneinander veränderbar sind.

4. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, welche des weiteren eine Einrichtung zum Korrigieren einer Elementfunktion in dem Wissensspeicherteil (25) entsprechend einer Werkstückform aufweist, wobei die numerische Steuerung in der Weise arbeitet, daß die Ableitung entsprechend dem korrigierten Inhalt des Wissensspeicherteils (25) vorgenommen wird.

5. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Vorschubgeschwindigkeit anhand der Bearbeitungsposition des Werkzeugs geändert wird.

6. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich einer zu bearbeitenden Ecke definiert ist.

7. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher das Wissensspeicherteil (25) zum Abspeichern der Vielzahl von Regeln in einem Produktionsregelformat geeignet ist und

das Deduktionsteil (26) zum Definieren von Elementfunktionen ausgelegt ist, wobei es zur unscharfen Ableitung herangezogene Elementfunktionen als Parameter eines speziellen Formmusters repräsentiert.

8. Numerische Steuerung nach Anspruch 7, bei welcher das Muster ein gleichschenkliges Dreieck ist.

9. Numerische Steuerung nach Anspruch 7, bei welcher die Parameter eine Position an der halben Musterbasislänge und im Schwerpunkt umfassen.

10. Numerische Steuerung nach Anspruch 8, bei welcher alle in dem Schlußteil der unscharfen Ableitung herangezogenen Elementfunktionen als gleichschenklige Dreiecke dargestellt sind.

11. Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer mit Fuzzy-Logik arbeitenden Werkzeugmaschine, welches die folgenden Schritte umfaßt:

a) Abspeichern einer Vielzahl von Regeln (Rij) in einem Wissensspeicherteil (25) einer numerischen Steuerung, wobei die Regeln eine Veränderung in der Bearbeitungsbedingung definieren und einen Regelbeschreibungsabschnitt und einem Elementfunktionsabschnitt umfassen;

b) Ableiten des optimalen Werts der Bearbeitungsbedingung anhand des in dem Wissensspeicherteil (25) gespeicherten Wissens in einem Deduktionsteil (26);

c) Veranlassen der Bearbeitung des Werkstücks mit der optimalen Bearbeitungsbedingung;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bearbeitungsbedingung die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine relativ zu dem Werkstück ist, wobei den Regeln (Rij) die Werkstoffkenndaten (α, β) des Werkzeugs und des Werkstücks zugrunde liegen, wobei das Verfahren vor Schritt (b) des weiteren die folgenden Schritte umfaßt:

Beurteilen, welche aus der Vielzahl der gespeicherten Regeln Elementfunktionen besitzen, die den Werkstoffkenndaten (α, β) des Werkzeugs und des Werkstücks entsprechen, die für einen gegebenen Bearbeitungsvorgang heranzuziehen sind, und

Heraussuchen nur jener Regeln (Rij), die als den gegebenen Werkstoffkenndaten (α, β) entsprechend erkannt wurden,

wobei der Schritt (b) der Ableitung nur anhand der herausgesuchten Regeln ausgeführt wird.

12. Verfahren zum Steuern eines Werkstücks nach Anspruch 11, welches folgende Schritte umfaßt:

Abspeichern einer ersten Vielzahl von Regeln (Rij) in einem Produktionsregelformat;

Abspeichern der zur unscharfen Ableitung herangezogenen eingegebenen Elementfunktionen;

Ausführen der unscharfen Ableitung in Schritt (b) mit den eingegebenen Elementfunktionen anhand der gespeicherten Regeln zum Ableiten ausgegebener Elementfunktionen und zum Ableiten eines Schlusses hinsichtlich der Bearbeitung des Werkstücks aus den ausgegebenen Elementfunktionen.

13. Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem das Abspeichern von Elementfunktionen die Speicherung der Funktionen in einem speziellen Formmuster umfaßt.

14. Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der Schritt der Ableitung die Darstellung der ausgegebenen Elementfunktion für jede aus einer zweiten Vielzahl n von Regeln als Fläche und Schwerpunktposition für jede der entsprechenden geometrischen Formen umfaßt.

15. Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 14, bei welchem die Fläche und die Schwerpunktposition für eine zweite Vielzahl von für die Erzeugung eines Schlusses relevanten Regeln berücksichtigt werden, wobei die zweite Vielzahl kleiner als die erste Vielzahl ist.

16. Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 14, bei welchem die geometrische Form ein gleichschenkliges Dreieck umfaßt.