AT526494A2

AT526494A2 - Verfahren zum Bestimmen, ob eine Werkzeugmaschine warmgefahren ist, Werkzeugmaschine und Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: AT526494A2
Application number: ATA50627/2022A
Authority: AT
Inventors: Kettl Ing Gerald; Gillhofer Msc Michael; Stanzl Dipl -Ing Verena
Original assignee: Fill Gmbh
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-03-15
Also published as: WO2024036350A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine Werkzeugmaschine mit einer numerischen Steuerung zum Bearbeiten eines Werkstückes warmgefahren ist. Es werden Achsdaten erhalten, die eine Position eines Werkzeuges der Werkzeugmaschine betreffen. Daraus wird ein Indikationswert berechnet. Dann wird bestimmt, ob der Indikationswert einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Weiterhin wird bestimmt, ob die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, wobei das Erreichen des Indikationswertes des Schwellwertes anzeigt, dass die Werkzeugmaschine warmgefahren ist. Es wird ein Verfahren sowie eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Medium und ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken bereitgestellt.

Description

warmgefahren ist.

Es wird ein Verfahren zur Erkennung der thermischen Stabilität bei Werkzeugmaschinen und Automatisierung des Warmfahrens zur Verbesserung der Prozessstabilität und Produktionsqualität vorgestellt.

Bei Werkzeugmaschinen, die für die Bearbeitung oder Herstellung von Werkstücken vorgesehen sind, resultieren thermische Veränderungen in physikalischen Auswirkungen auf die Mechanik. Durch Veränderungen in der Mechanik kann die exakte Position von hochgenauen Bearbeitungen (z.B. Bohrungen) und damit die Qualität der produzierten Bauteile nicht gewährleistet werden. Daher ist es üblich derartige Maschinen vor dem produktiven Einsatz warm zu fahren. Die Dauer dieses Prozesses ist bisher nicht genau bekannt und wird nach dem Stand der Technik nach Erfahrung eingestellt. Ebenso ist auch die Notwendigkeit oder Dauer des Warmfahrens nach einem Stillstand nicht bekannt. Zu kurzes Warmfahren führt zu Ausschussteilen, zu langes Warmfahren nimmt

Zeit für den operativen Betrieb und führt damit zu niedrigerer Effizienz.

Aus der DE 10 2018 001 830 A ist eine Vorrichtung zur Planung eines

Aufwärmbetriebs, die einen Aufwärmbetriebsplan für eine Werkzeugmaschine zur

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Aus der DE 10 2013 101 346 A ist eine Regelvorrichtung für das Aufwärmen einer Werkzeugmaschine bekannt, bei der vor dem Bearbeiten eines Werkstücks eine Warmlauf-Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine aktiviert wird, die einen Warmlauf ausführt, bei dem ein Hauptwellen-Drehantriebsmittel und Achsenantriebsmittel in Gang gesetzt werden. Dabei wird eine vorab gewonnene Berechnungsformel verwendet, die die thermische Verschiebungsgröße abhängig von der Drehzahl der Hauptwelle und der Last des Hauptwellenmotors liefert. Die Größe der Verschiebung durch die Wärme, die nach dem Starten des Warmlaufs erzeugt wird und sich zeitabhängig ändert, wird in jeder vorbestimmten Zeitperiode berechnet. Abhängig von der thermischen Verschiebungsgröße wird entschieden, ob der Warmlauf zu beenden ist. Abhängig von der thermischen Verschiebungsgröße wird auch entschieden, ob der Warmlauf nach dem Ende des Warmlaufs erneut zu beginnen ist. Wird ein Warmlauf-Neustart festgelegt, so wird erneut mit dem Warmlauf begonnen. Um das Verfahren an andere Umgebungen anzupassen sind Betriebsbedingungen anders einzustellen.

Nachteilig im Stand der Technik ist dabei, dass vorab ein Plan gemacht werden

muss bzw. vorab eine Formel gewonnen werden muss, und das Verfahren somit

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest eine Alternative zu präsentieren. Es wird ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine Werkzeugmaschine mit einer numerischen Steuerung zum Bearbeiten eines Werkstückes warmgefahren ist, eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, ein Computerprogrammprodukt, und ein computerlesbares Medium bereitgestellt.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen bzw. Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. In den abhängigen Ansprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen.

Vorteilhaft hierbei ist, dass der Warmfahrprozess durch Softwaresteuerung basierend auf Ergebnissen eines Modells ohne zusätzliche Sensorik ausgeführt werden kann. Das Verfahren ist hierbei rein datengetrieben und erfordert keine Sensoren oder Messgeräte. Das Verfahren beruht also ausschließlich auf den Positionsdaten der Achsen. Durch das Erkennen einer Konvergenz des errechneten Indikationswertes, d.h. des Stabilitätsindikators, wird der WarmfahrProzess vollständig automatisiert.

Insbesondere gegenüber dem Stand der Technik ist hierbei die Berechnungsformel einzig von den Ist-Achspositionen abhängig und es keine Werte zur Drehzahl bzw. Last des Motors benötigt. Somit muss auch keine Formel vorab erzeugt werden. Darüber hinaus wird im vorgestellten Verfahren nicht die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Verschiebungsgröße berechnet und ausgewertet, sondern es wird eine Kenngröße für die Differenz zwischen zwei Gebersystemen ermittelt und die

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Ausdehnung stattfindet.

Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass bei Anpassen an andere Umgebungen, keine Anpassungen, beispielsweise durch einen Anwender, nötig sind. Dies wird bewirkt, da dieses Verfahren auch mögliche Einflüsse durch Änderung der Hallentemperatur sowie Einflüsse durch mechanischen Verschleiß berücksichtigt, und daher keine manuellen Anpassungen (etwa durch einen Anwender) benötigt werden. In anderen Worten, beim vorliegenden Verfahren wird keine festdefinierte Formel verwendet, die, wie im Stand der Technik, auf Anwendereingabeparameter basiert, um die thermische Verschiebungsgröße zu erhalten. Das vorgestellte Verfahren berücksichtigt alle äußeren Einflüsse (wie beispielsweise Raumtemperatur, Verschleiß, etc.) ohne

weitere Anpassungen (etwa durch einen Anwender).

Das Verfahren kann sowohl bei bestehenden wie auch neuen Werkzeugmaschinen eingebunden werden. Durch die Optimierung, die durch dieses Verfahren getätigt wird, können Kosten, Energie und Material eingespart

werden.

Das Projekt, das zu dieser Anmeldung geführt hat, wurde von der Europäischen Union im Rahmen des Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm durch die Bewilligungsvereinbarung Nr. 871536 gefördert.

Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen, ob eine Werkzeugmaschine mit einer numerischen Steuerung zum Bearbeiten eines Werkstückes warmgefahren ist, ein Erhalten von Achsdaten, die eine Position eines Werkzeuges der Werkzeugmaschine betreffen. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Berechnen eines Indikationswertes aus den Achsdaten. Anschließend wird bestimmt, ob der Indikationswert einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, und bestimmt, ob die Werkzeugmaschine

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einer numerischen Steuerung bereitgestellt. Die Werkzeugmaschine umfasst eine Rechenvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Achsdaten zu erhalten und einen Indikationswert aus den Achsdaten zu berechnen. Die Rechenvorrichtung kann dann bestimmen, ob der Indikationswert einen vorgegebenen Schwellwert erreicht und ob die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, wobei bestimmt wird, dass die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, wenn bestimmt ist, dass der Indikationswert den Schwellwert

erreicht.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann ein effizientes Warmfahren sichergestellt werden, bei

dem keine zusätzlichen Messungen oder Daten erhoben werden müssen.

Beim Verfahren kann das Erhalten von Achsdaten ein Erfassen der Achsdaten durch mindestens zwei Messvorrichtungen, und/oder ein Auslesen der Achsdaten

aus einem Speicher, einer Datenbank oder einem Datenträger umfassen.

Die Werkzeugmaschine kann weiterhin mindestens zwei Messvorrichtungen umfassen, die dazu eingerichtet sind, Achsdaten, die eine Position eines Werkzeuges der Werkzeugmaschine betreffen zu erfassen und an die Rechenvorrichtung zu übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Werkzeugmaschine eine Datenspeichereinrichtung, wie einen Speicher, eine Datenbank oder einen Datenträger, umfassen, in der Achsdaten gespeichert sind, und die dazu eingerichtet ist, gespeicherte Achsdaten an die Rechenvorrichtung

zu übertragen.

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verbessert werden.

Die Messvorrichtungen können hierbei Messumformer, d.h. Geber oder Messwertgeber, wie etwa Drehgeber, oder direkte Messsysteme sein.

Insbesondere kann mindestens eine Messvorrichtung an einem Motor angebracht sein, der ein Werkzeug der Werkzeugmaschine bewegt, und mindestens eine Messvorrichtung kann ein direktes Messsystem sein.

Das Berechnen des Indikationswertes kann unter Verwendung eines Regressionsmodelles erfolgen, bzw. die Rechenvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Indikationswert unter Verwendung eines

Regressionsmodelles zu berechnen.

Es hat sich gezeigt, dass ein Regressionsmodell besonders gut für die Berechnung geeignet ist. Ein einfaches lineares Regressionsmodell basiert auf einer Einflussgröße x und einer Zielgröße y. Mit Hilfe von zwei Parametern wird eine Gerade so durch eine Punktwolke der vorhandenen Werte der Achspositionen gelegt, dass der lineare Zusammenhang zwischen X und Y

möglichst genau beschrieben wird und eine Fehlerkonstante & minimiert wird.

Konkret lautet die Formel für die Regressionsgerade:

y=kx+d+e

Dabei beschreibt der Wert k den Indikationswert, der für die weitere Betrachtung

herangezogen wird.

Die Werte der Achspositionen sind abhängig von den physischen Maßen der verbauten Geometrieachsen. Bei einer Länge von 300mm liegen Beispielswerte

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dargestellt.

Das Bestimmen, ob der Indikationswert einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, kann durch Detektion einer Konvergenz des Indikationswertes gegen den Schwellwert als Grenzwert erfolgen. Die Rechenvorrichtung kann weiterhin dazu eingerichtet sein, durch Detektion einer Konvergenz des Indikationswertes gegen den Schwellwert als Grenzwert zu bestimmen, ob der Indikationswert einen

vorgegebenen Schwellwert erreicht.

Es hat sich gezeigt, dass die Konvergenz ein zuverlässiges Mittel ist, um das

Erreichen des Schwellwertes zu bestimmen.

Das Verfahren kann weiter verbessert werden, indem Temperaturwerten von mindestens einem Temperatursensor in der Werkzeugmaschine erfasst und/oder ausgelesen werden, und indem das Bestimmen, ob die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, die erfassten und/oder ausgelesenen Temperaturwerte

berücksichtigt.

Die Werkzeugmaschine kann weiterhin mindestens einen Temperatursensor umfassen, und die die Rechenvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, Temperaturwerte der Temperatursensoren bei der Bestimmung, ob die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, zu berücksichtigen.

Die zusätzliche Verwendung von Temperatursensoren kann das Warmfahren

weiter optimieren.

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Dadurch, dass die Werkzeugmaschine auf der Grundlage der Bestimmung, ob sie warmgefahren ist, gesteuert werden kann, kann die Werkstückbearbeitung

vollends automatisiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem

computerlesbaren Medium gespeichert sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine

bereitgestellt.

Die Ausführungsformen zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch Kombinationen der einzelnen

Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

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Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstückes gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsformen,

Fig. 3 zeigt beispielhafte den Zusammenhang von Achsdaten und Indikationswert;

und

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Detektion der Konvergenz des Indikationswertes.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Die Beschreibung der Merkmale der Ausführungsformen im Folgenden betrifft das Verfahren und die Werkzeugmaschine gleichermaßen, auch wenn sprachlich nur auf eine der beiden Formen Bezug genommen wird. Gleiches gilt für das Computerprogrammprodukt und das computerlesbare Medium.

Zusammenfassend kann das Verfahren wie folgt umschrieben werden:

Erhalten von Achsdaten, beispielsweise durch Auslesen der relevanten Daten für den thermischen Stabilitätsindikator aus der Numerischen Steuerung (engl. Numerical Control - NC)

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Optional können die Daten noch aufbereitet, d.h. sortiert, gefiltert, etc., oder einer

anderen Aufbereitung zugeführt werden.

Berechnen eines Indikationswertes aus den Achsdaten, beispielsweise durch sequenzielles Berechnen des thermischen Stabilitätsindikators basierend auf Achsdaten unter Verwendung eines Regressionsmodells für alle drei geometrischen Bearbeitungsebenen (X, Y, Z), wobei beispielsweise zwei Geberpositionen abgegriffen werden, beispielsweise am Motor und außen an der Achse. Der Abstand der Positionen wird dann ermittelt, z.B.

gemessen, denn dieser verändert sich durch Wärme.

Bestimmen, ob der Indikationswert einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, beispielsweise durch Detektion der Konvergenz des Indikators

Bestimmen, ob die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, beispielsweise als Entscheidung, ob der Prozess Warmfahren oder Nicht-Warmfahren durchgeführt werden soll. Dieses Ergebnisses kann dann in den aktiven

Prozess der Maschine rückgeführt werden.

Optional kann dann, basierend auf diesem Ergebnis, automatisiertes Starten, Weiterführung oder Abbruch des Prozesses „Warmfahren“ durch die Steuerung

der Maschine durchgeführt werden.

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 100 mit einem Werkzeug 101. Dieses Werkzeug kann ein Fräskopf, ein Bohrer, eine Bürste oder ein anderes spanendes Werkzeug, das materialabtragend in ein Werkstück 300 eingreift, sein. Das Werkzeug wird von einer numerischen Steuerung 102 gesteuert und von einer Spindel rotierend angetrieben. Die Werkzeugmaschine kann eine Rechenvorrichtung 110 umfassen. Die Rechenvorrichtung kann alternativ auch

eine eigenständige Vorrichtung sein.

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Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Flussdiagramm werden zunächst Achsdaten 501 von der Rechenvorrichtung 110 im Schritt 210 erhalten. Die Achsdaten 501 beschreiben die jeweilige Position der Achsen der Werkzeugmaschine 100. Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden. Alternativ kann das Feststellen, dass die Werkzeugmaschine warmgefahren ist, auch als Abbruchsbedingung aufgefasst werden, so dass das Verfahren dann endet. Die Schritte 210, 220, 230 und 240 werden dann in jedem Durchlauf durchgeführt.

Die Achsdaten 501 können hierbei auf verschiedene Weise der Rechenvorrichtung 110 zugeführt werden.

Die Rechenvorrichtung 110 besteht aus oder umfasst mindestens einen Prozessor oder CPU (engl. central processing unit). Die Rechenvorrichtung 110 kann auch aus mehreren Prozessoren bestehen, wobei ein oder mehrere davon auch unterstützende Prozessoren sein können, wie z.B. GPUs (engl. graphics processing unit). Es können auch Prozessoren anderer Rechner verwendet

werden, d.h. die Verarbeitung wird ausgelagert.

Die Rechenvorrichtung 110 kann weiterhin eine Datenspeichereinrichtung 106 umfassen, auf der Eingabe-, Ausgabe-, Zwischenergebnis- und/oder Programmdaten abgelegt sein können. Auch Steuerdaten der numerischen Steuerung können auf der Datenspeichereinrichtung 106 abgelegt sein. Die Datenspeichereinrichtung 106 kann sich auf einen Speicher 103, eine Datenbank 104 und/oder einen Datenträger 105 beziehen, wobei letzterer in einer entsprechenden Schnittstelle, wie etwa Laufwerk, oder kabelgebundene oder kabellose Schnittstelle, an die Rechenvorrichtung 110 bzw. die

Werkzeugmaschine 100 angebunden ist.

Die Datenspeichereinrichtung 106 muss nicht Teil der Rechenvorrichtung 110 sein, sie kann auch entfernt, d.h. über eine kabelgebundene oder kabellose

Schnittstelle, wie etwa ein Netzwerk, angebunden sein.

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Das Erhalten 210 der Achsdaten 501 kann durch ein Erfassen 211 von Achsdaten 501 durch Messvorrichtungen bewirkt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Achsdaten 501 aber auch durch Auslesen 212 aus einer Datenspeichereinrichtung 106 erfolgen. Wie bereits beschrieben, kann die Datenspeichereinrichtung 106 als Speicher 103, als Datenbank 104 und/oder als Datenträger 105 ausgeprägt sein. Eine Kombination hiervor ist ebenfalls möglich.

Die Verwendung von gespeicherten Achsdaten 501 hat insbesondere den Vorteil, dass ein bereits durchgeführtes Warmfahren ausgewertet, neu simuliert und

dessen Ergebnisse auch für zukünftiges Warmfahren verwendet werden können.

In Fig. 3 sind die Achspositionen des Werkzeugs 101 zu sehen. Hierbei sind die Werte auf den Achsen in Nanometer aufgetragen. Die X-Achse bezieht sich auf die Position des Werkzeugs 101 in einer Achse bezogen auf die

Werkzeugmaschine, die Y-Achse auf eine weitere Achse.

Fig. 3a stellt hierbei die Bewegungen des Werkzeugs 101 bei einem ersten Durchlauf der Bewegungen, die für eine Bearbeitung erforderlich sind, dar, während Fig. 3b die Bewegungen bei einem zweiten Durchlauf darstellt. Die beiden dargestellten Durchläufe sind nicht direkt aufeinander folgend, sondern sollen lediglich den Verlauf der Veränderung darstellten.

Es ist ersichtlich, dass die Bewegungen einander ähneln, aber eine andere Position aufweisen. Beispielsweise bewegt sich der erste Durchlauf in einem Bereich zwischen 0,10 und -0,15 mm, während der zweite Durchlauf sich in einem Bereich zwischen 0,05 und -0,20 mm bewegt.

Mit den Achsdaten 501 wird dann in Schritt 220 ein Indikationswert 502 berechnet. Der Indikationswert 502 stellt hierbei einen thermischen Stabilitätsindikator dar, der anzeigt, wie die Stabilität der Mechanik der Werkzeugmaschine 100 beschaffen ist, d.h. wie eine mechanische Veränderlichkeit hinsichtlich thermischer Veränderungen gegeben ist.

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Der Indikationswert 502 kann beispielsweise über eine lineare Regression ermittelt werden. Dies ist als Beispiel auch in Fig. 3 eingezeichnet. Die Linie, die mit dem Bezugszeichen des Indikationswertes 502 versehen ist, ist hierbei ebenfalls als schematische Darstellung zu verstehen.

Für die so ermittelte Gerade kann die Steigung k errechnet werden. Diese Steigung k entspricht dann dem Indikationswert 502.

Im folgenden Schritt 230 wird dann anhand eines vorgegebenen Schwellwertes 503 bestimmt, ob der Indikationswert 502 diesen Schwellwert 503 erreicht. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Die X-Achse in Fig. 4 ist hierbei über die Zeit aufgetragen, wobei zwischen den Markierungen auf der X-Achse beispielhaft jeweils 2 Stunden liegen. Die Y-Achse trägt die Werte 0 bis 2, in denen die Steigung k als

Indikationswert 502 aufgetragen wird.

Der Schwellwert 503 ist hierbei die untere Grenze des grau hinterlegten Bereichs, der in der Fig. 4 beispielhaft bei etwa 1,45 beginnt. Erreicht, bzw. überschreitet der Indikationswert 502 nun den Schwellwert 503, so wird in Schritt 230 dieses Erreichen bzw. Überschreiten festgestellt.

Das Bestimmen 230, ob der Indikationswert 502 einen vorgegebenen Schwellwert 503 erreicht, kann beispielsweise durch Detektion einer Konvergenz des Indikationswertes 502 gegen den Schwellwert 503 als Grenzwert erfolgen.

Das Erreichen des Indikationswertes 502 des Schwellwertes 503 zeigt an, dass

die Werkzeugmaschine 100 warmgefahren ist.

Optional können Temperaturwerte von mindestens einem Temperatursensor in der Werkzeugmaschine 100 erhalten werden. Dies kann im Verfahren im Prinzip jederzeit geschehen. In Fig. 2 sind dazu die Schritte 250 und 260 eingezeichnet, wobei diese eben auch vor dem Bestimmungsschritt 230 oder sogar vor dem

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Berechnungsschritt 220 erfolgen könnten. Mit diesen Schritten kann ein Erfassen 250 und/oder Auslesen 260 erfolgen. Es können auch beide Alternativen eingesetzt werden. Das Erfassen 250 betrifft die Messung von Temperaturen während des Durchlaufs, während das Auslesen 260 ein Erhalten der Temperaturwerte von beispielsweise einer Datenspeichereinrichtung 106 betrifft.

Damit kann im folgenden Schritt 240 dann auch bestimmt werden. Wodurch das Verfahren beendet werden kann. Wurden Temperaturwerte in den Schritten 250 und/oder 260 erhalten, so können diese bei der Bestimmung in Schritt 240, ob die Werkzeugmaschine 100 warmgefahren ist, berücksichtigt werden.

Dabei kann beispielsweise, auch wenn der Indikationswert 502 den Schwellwert 503 erreicht hat, aber die Werkzeugmaschine 100 eine untere Temperaturschranke noch nicht erreicht hat, festgestellt werden, dass die

Werkzeugmaschine 100 noch nicht warmgefahren ist.

Es ist anzumerken, dass der Schwellwert 503 in der Regel aus einem Wert besteht. Es ist jedoch auch möglich, dass der Schwellwert 503 durch einen Bereich, wie in Fig. 4 dargestellt, repräsentiert wird. In dem Fall wäre der Schwellwert 503 ein Operationsbereich, der auch nach oben hin nicht überschritten werden sollte

Falls das Verfahren 200 noch nicht beendet wurde, kann optional noch ein Schritt 270 des Steuerns der Werkzeugmaschine 100 auf der Grundlage des Ergebnisses des Bestimmungsschritt 240 erfolgen. Hierbei wird die Werkzeugmaschine 100 derart gesteuert, dass eines oder mehrere Steuersignale an die Werkzeugmaschine 100 gesendet werden, um bei dieser eine oder mehrere der folgenden Operationen auszuführen: Warmfahr-Start, Warmfahr-Weiterführung, Warmfahr-Stopp, Bearbeitungs-Start, Bearbeitungs-Stopp und Modifizieren der numerischen Steuerungsinformationen für die Bearbeitung. Auch eine Kombination dieser Operationen kann als Signal an die Werkzeugmaschine 100 gesendet werden.

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Das Modifizieren der numerischen Steuerungsinformationen kann beispielsweise dann erfolgen, wenn festgestellt wird, dass der Indikationswert 502 gegen einen Wert konvergiert, der unterhalb des Schwellwertes 503 liegt. Im Gegensatz zu einer manuellen Anpassung des Schwellwertes 503 könnte in diesem Fall auch eine Anpassung der numerischen Steuerung erfolgen, so dass die Abstände bei der Bearbeitung derart verändert werden, um beispielsweise eine fehlende thermische Ausdehnung des Werkzeugs 101 oder der Werkzeugmaschine 100 zu

kompensieren.

Insbesondere kann das Verfahren 200 auch nach Aufnahme der Bearbeitung von Werkstücken 300 weitergeführt werden, und über die Bestimmung, ob der Indikationswert 502 den Schwellwert 503 erreicht oder überschritten hat, festgestellt werden, falls sich andere nachteilige thermisch-bedingte Veränderungen der Mechanik ergeben. Dies könnte beispielsweise ein Zu-heißwerden sein, wodurch der Indikationswert 502 den Schwellwert 503 unterschreitet, oder den Bereich des Schwellwertes 503 nach oben hin überschreitet, d.h. aus dem Operationsbereich hinaus. In dem Fall könnte in Schritt 270 ein

Bearbeitungs-Stopp gesendet werden.

Wie bereits zuvor beschrieben, sind die zuvor im Hinblick auf das Verfahren 200 beschriebenen Merkmale in gleicher Weise auf die Werkzeugmaschine 100

anzuwenden.

Insbesondere kann Werkzeugmaschine 100 mindestens zwei Messvorrichtungen umfassen, die beispielsweise als Messumformer, d.h. Geber oder Messwertgeber,

wie etwa Drehgeber, oder direkte Messsysteme ausgeprägt sind.

Hierbei ist vorteilhafter Weise mindestens eine Messvorrichtung an einem Motor angebracht ist, der ein Werkzeug 101 der Werkzeugmaschine 100 bewegt, und mindestens eine Messvorrichtung ein direktes Messsystem ist. Beide sind in Fig. 1

nicht einzeichnet.

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Die erste Messvorrichtung kann also ein Drehgeber direkt am Motor sein. Dies wird auch indirektes Messsystem genannt, da der Messwert aus der Motorbewegung abgeleitet wird.

Die zweite Messvorrichtung kann dagegen ein direktes Messsystem sein, bei dem die Position der Achse tatsächlich gemessen wird. Dies kann beispielsweise mittels eines Lasers oder Ähnlichem durchgeführt werden. Hierbei wird direkt, d.h. von außen und tatsächlich die reale Achsenposition gemessen.

Der Unterschied der beiden möglichen Messvorrichtungen besteht darin, dass bei der ersten Messvorrichtung ein Abstand bereits beim Bewegen des Motors berücksichtigt wird, der sich aber auf Grund von mechanischen Einflüssen (z.B. Spiel zwischen Zahnrädern, Verschleiß etc.) erst später auch auf die Achse

tatsächlich auswirkt.

Die Achse wird aber programmatisch bereits als versetzt betrachtet, wenn der Motor sich bewegt.

Dadurch, dass der reale Wert der Achsenposition jedoch von außen mit der zweiten Messvorrichtung gemessen wird, können die oben erwähnten Einflüsse ermittelt und berücksichtigt werden. Die zweite Messvorrichtung kann unbeweglich sein, d.h. am Werkzeug 101 oder der Werkzeugmaschine 100 angebracht, es bestehen jedoch auch alternative Möglichkeiten. Beispielsweise kann ein Laserkopf an der Achse entlangfahren und eine Referenzposition vermessen, oder umgekehrt, d.h. der Laserkopf ist unbeweglich und eine zu vermessene Messskala oder Codierung fährt entlang der Achse, d.h. wird bei der Achsenbewegung mitbewegt.

Der Unterschied zwischen den unterschiedlichen Messvorrichtungen verändert

sich beim Warmfahren der Werkzeugmaschine 100 und kann beobachtet werden.

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In anderen Worten, die zweite Messvorrichtung vermisst die tatsächliche Position der Achse. Hier gibt es je nach Maschinenausführung verschiedene Arten. Ein Beispiel ist ein Messkopf, der fix montiert ist und einen Referenzpunkt (beispielsweise ein codiertes Metallband) vermisst. Ein anderes Beispiel ist ein Messkopf der entlang der Achse verfährt und einen Referenzpunkt (am festverbauten, codierten Metallband) vermisst.

Die Werkzeugmaschine 100 kann auch selbst entsprechende Elemente umfassen, die sie in die Lage versetzt, das Verfahren 200 wie oben dargelegt auszuführen.

Eine weitere Ausführungsform ist ein Computerprogrammprodukt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben dargelegten Verfahren 200 auszuführen.

Eine weitere Ausführungsform ist ein computerlesbares Medium, auf dem das

Computerprogrammprodukt gespeichert ist.

Eine weitere Ausführungsform ist ein Verfahren 400 zum Bearbeiten eines

Werkstücks 300 durch die zuvor beschriebene Werkzeugmaschine 100.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können der auf diesem technischen Gebiet

tätigen Fachperson liegt.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und

beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich

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eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung

entnommen werden.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert

und/oder verkleinert dargestellt wurden.

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Bezugszeichenliste:

100 Werkzeugmaschine

101 Werkzeug

102 numerische Steuerung

103 Speicher

104 Datenbank

105 Datenträger

106 Datenspeichereinrichtung

110 Rechenvorrichtung

200 Verfahren zum Bestimmen, ob eine Werkzeugmaschine warmgefahren ist 210 Erhalten der Achsdaten

211 Erfassen der Achsdaten

212 Auslesen der Achsdaten

220 Berechnen des Indikationswertes

230 Bestimmen, ob der Indikationswert einen Schwellwert erreicht 240 Bestimmen, ob die Werkzeugmaschine warmgefahren ist 250 Erfassen von Temperaturwerten

260 Auslesen von Temperaturwerten

270 Steuern der Werkzeugmaschine

300 Werkstück/e

501 Achsdaten

502 Indikationswert

503 Schwellwert

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Claims

Patentansprüche

Computerimplementiertes Verfahren (200) zum Bestimmen, ob eine Werkzeugmaschine (100) mit einer numerischen Steuerung (102) zum Bearbeiten eines Werkstückes (300) warmgefahren ist, umfassend: Erhalten (210) von Achsdaten (501), die eine Position eines Werkzeuges (101) der Werkzeugmaschine (100) betreffen; Berechnen (220) eines Indikationswertes (502) aus den Achsdaten (501); Bestimmen (230), ob der Indikationswert (502) einen vorgegebenen Schwellwert (503) erreicht; und Bestimmen (240), ob die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, wobei das Erreichen des Indikationswertes (502) des Schwellwertes

(503) anzeigt, dass die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist.

Verfahren (200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erhalten (210) von Achsdaten (501) umfasst ein Erfassen (211) der Achsdaten (501) durch mindestens zwei Messvorrichtungen, und/oder ein Auslesen (212) der Achsdaten (501) aus einer Datenspeichereinrichtung (106), wie einem Speicher (103), einer

Datenbank (104) oder einem Datenträger (105).

Verfahren (200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Berechnen (220) des Indikationswertes (502) unter Verwendung eines

Regressionsmodelles erfolgt.

Verfahren (200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen (230), ob der Indikationswert (502) einen vorgegebenen Schwellwert (503) erreicht, durch Detektion einer Konvergenz des Indikationswertes (502) gegen den Schwellwert (503) als Grenzwert erfolgt.

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5. Verfahren (200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfassend Erfassen (250) und/oder Auslesen (260) von Temperaturwerten von mindestens einem Temperatursensor in der Werkzeugmaschine (100), und wobei das Bestimmen (240), ob die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, die Temperaturwerte berücksichtigt.

6. Verfahren (200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfassend Steuern (270) der Werkzeugmaschine (100) auf der Grundlage des Bestimmens (240), ob die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, wobei das Steuern (270) mindestens eines umfasst aus Warmfahr-Start, Warmfahr-Weiterführung, Warmfahr-Stopp, Bearbeitungs-Start, Bearbeitungs-Stopp und Modifizieren der numerischen

Steuerungsinformationen für die Bearbeitung oder eine Kombination davon.

7. Werkzeugmaschine (100) zum Bearbeiten eines Werkstückes (300), mit: einer numerischen Steuerung (102); und einer Rechenvorrichtung (110), die dazu eingerichtet ist, Achsdaten (501) zu erhalten; einen Indikationswert (502) aus den Achsdaten (501) zu berechnen; zu bestimmen, ob der Indikationswert (502) einen vorgegebenen Schwellwert (503) erreicht; und zu bestimmen, ob die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, wobei bestimmt wird, dass die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, wenn bestimmt ist, dass der Indikationswert (502) den Schwellwert (503) erreicht.

8. Werkzeugmaschine (100) gemäß Anspruch 7, weiterhin mit mindestens zwei Messvorrichtungen, die dazu eingerichtet sind,

Achsdaten (501), die eine Position eines Werkzeuges (101) der

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Werkzeugmaschine (100) betreffen zu erfassen und an die Rechenvorrichtung (110) zu übertragen; und/oder

eine Datenspeichereinrichtung (106), wie ein Speicher (103), eine Datenbank (104) oder ein Datenträger (105), in der Achsdaten (501) gespeichert sind, und die dazu eingerichtet ist, gespeicherte Achsdaten (501) an die Rechenvorrichtung (110) zu übertragen.

Werkzeugmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Rechenvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, den Indikationswert (502)

unter Verwendung eines Regressionsmodelles zu berechnen.

Werkzeugmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Rechenvorrichtung (110) dazu eingerichtet ist, durch Detektion einer Konvergenz des Indikationswertes (502) gegen den Schwellwert (503) als Grenzwert zu bestimmen, ob der Indikationswert (502) einen vorgegebenen Schwellwert (503) erreicht.

Werkzeugmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, weiterhin mit mindestens einem Temperatursensor, wobei die Rechenvorrichtung (110) dazu eingerichtet ist, Temperaturwerte der Temperatursensoren bei der Bestimmung, ob die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, zu berücksichtigen.

Werkzeugmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Rechenvorrichtung (110) weiterhin dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine (100) auf der Grundlage der Bestimmung, ob die Werkzeugmaschine (100) warmgefahren ist, zu steuern, wobei das Steuern mindestens eines umfasst aus Warmfahr-Start, Warmfahr-Weiterführung, Warmfahr-Stopp, Bearbeitungs-Start, Bearbeitungs-Stopp und Modifizieren der numerischen Steuerungsinformationen für die Bearbeitung oder eine

Kombination davon.

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Werkzeugmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Messvorrichtungen Messumformer, d.h. Geber oder Messwertgeber, wie

etwa Drehgeber, oder direkte Messsysteme sind.

Werkzeugmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei mindestens eine Messvorrichtung an einem Motor angebracht ist, der ein Werkzeug (101) der Werkzeugmaschine (100) bewegt, und mindestens eine Messvorrichtung ein direktes Messsystem ist.

Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung bewirken, dass die Werkzeugmaschine (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 14 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.

Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach

Anspruch 15 gespeichert ist.

Verfahren (400) zum Bearbeiten eines Werkstücks (300) durch eine Werkzeugmaschine (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 16.

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