DE10015322A1 - Verfahren zum Einstellen eines Einstellmaßes eines Werkzeuges - Google Patents

Verfahren zum Einstellen eines Einstellmaßes eines Werkzeuges

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Abstract

Verfahren zum Einstellen eines Einstellmaßes (Z) eines Werkzeugs (1) bezüglich eines Werkzeughalters (3), mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Bereitstellen zweier Werkzeughalter (2, 3), welche in ihren jeweiligen, das Eisntellmaß (Z) beeinflussenden Dimensionierungen einander entsprechen, wobei eine das Werkzeug (1) aufnehmende Bohrung (2a) des ersten Werkzeughalters (2) derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs (1) ohne Erwärmung des Werkzeughalters (2) möglich ist und eine entsprechende, das Werkzeug (1) aufnehmende Bohrung (3a) des zweiten Werkzeughalters (3) derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs (1) nur bei erwärmtem Werkzeughalter (3) möglich ist, DOLLAR A - Einführen des Werkzeugs (1) in die Bohrung (2a) des ersten Werkzeughalters (2) und Einstellung des Einstellmaßes (Z) mittels Einstellung einer Anschlagslänge (Z¶1¶) in der das Werkzeug (1) aufnehmenden Bohrung (2a), DOLLAR A - Übertragung der so ermittelten Anschlagslänge (Z¶1¶) auf den zweiten Werkzeughalter (3) und Einstellung der Anschlagslänge (Z¶1¶) in seiner Bohrung (3a) zur Aufnahme des Werkzeugs 1, DOLLAR A - Erwärmen des zweiten Werkzeughalters (3), DOLLAR A - Entnahme des Werkstücks (1) aus der Bohrung (2a) des ersten Werkzeughalters (2) und Einführung in die Bohrung (3a) des zweiten Werkzeughalters (3), und DOLLAR A - Abkühlen des zweiten Werkzeughalters (3) zum Einspannen des Werkzeugs (1) in dem Werkzeughalter (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen eines Einstellmaßes eines Werk­ zeuges bezüglich eines Werkzeughalters.
Schneidwerkzeuge, beispielsweise Bohr- oder Fräswerkzeuge, werden herkömmlicherweise in Werkzeugaufnahmen bzw. Werk­ zeughaltern aufgenommen und mittels Schrauben in diese ein­ gespannt. Als Mittel zum Einspannen sind ferner beispiels­ weise Spannzangen oder Dehnspannungssysteme möglich.
Insbesondere im Falle einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist es jedoch erforderlich, jede Umwucht an einem Werkzeug bzw. einem Werkzeughalter zu vermeiden. Schrauben oder Spannzangen, welche zum Einspannen von Werkzeugen in Werk­ zeughaltern verwendet werden, können, falls sie nicht opti­ mal eingestellt bzw. positioniert sind, zu Unwuchten führen. Die Vermeidung von derartigen Unwuchten ist jedenfalls mit großem Einstell- und Bedienaufwand verbunden. Aus diesem Grunde wurde das sogenannte "Werkzeug-Schrumpfsystem" ent­ wickelt, bei dem das Werkzeug nicht mit Schrauben oder Spannzangen, sondern mittels eines "Schrumpfens" in den Werkzeughalter eingespannt wird. Beim Schrumpfvorgang wird der Werkzeughalter auf einem sogenannten Schrumpfgerät er­ wärmt, so daß sich eine Aufnahmebohrung des Werkzeughalters für das Werkzeug weitet und das Werkzeug dann in den erwärmten Werkzeughalter bzw. die geweitete Aufnahmebohrung eingesetzt werden kann. Kühlt sich der Werkzeughalter an­ schließend wieder ab, ist das Werkzeug aufgrund des Schrumpfvorgangs im Werkzeughalter fest einspannbar.
Werkzeuge, insbesondere Werkzeugschneiden, müssen sehr häu­ fig auf ein bestimmtes Längenmaß eingestellt werden, bei­ spielsweise bei Bearbeitung auf Transfermaschinen oder bei mehrspindliger Bearbeitung im Formen- und Flugzeugbau. Die Längeneinstellung erfolgt im Falle von Werkzeugen, welche mittels eines Schrumpfvorgangs in einem Werkzeughalter ein­ gespannt sind, herkömmlicherweise mittels Nachstellschrau­ ben, welche unterhalb des Werkzeugs in der Aufnahmebohrung angeordnet sind und eine Bewegung beispielsweise des Boh­ rers in Richtung seiner Längsachse bewirken.
Abgesehen davon, daß die Verschiebung eines mittels Schrumpfung in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeugs nur bei erwärmtem Werkzeughalter möglich ist, ist zu beach­ ten, daß ein derartiges Einstellen eingespannter Werkzeuge ein Problem darstellt, da Schrumpfgeräte eine starke Wär­ meentwicklung aufweisen und der Werkzeughalter daher sehr heiß wird und seine Wärme auf den erwähnten Einstellmecha­ nismus überträgt. Eine derartige Kombination von Einstell­ mechanismus und Schrumpfgerät ist daher langfristig aus Ge­ nauigkeitsgründen nicht zweckmäßig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor­ richtung anzugeben, mit welchen Werkzeuge, die mittels ei­ nes Schrumpfvorgangs in einem Werkzeughalter eingespannt sind, in einfacher und unaufwendiger Weise einstellbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit dem Merkmalen des Patentanspruchs 4.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zwei Werkzeughalter bereit­ zustellen, welche in ihrem jeweiligen, ein einzustellendes Einstellmaß beeinflussenden Dimensionierungen im wesentli­ chen gleich sind, wobei eine das Werkzeug aufnehmende Boh­ rung des ersten Werkzeughalters derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs in eine Aufnahmebohrung auch ohne Erwärmen des Werkzeughalters möglich ist. Die entsprechende, das Werkzeug aufnehmende Bohrung des zweiten Werkzeughalters ist derart dimensioniert, daß eine Einfüh­ rung des Werkzeugs nur bei erwärmten Werkzeughalter möglich ist.
Die Einstellung des gewünschten Einstellmaßes kann in ein­ facher Weise in dem ersten Werkzeughalter mittels eines entsprechenden Einstellmechanismus, durch welchen eine An­ schlagslänge innerhalb der Aufnahmebohrung definierbar ist, durchgeführt werden. Durch Übertragung der so definierten Anschlagslänge auf die entsprechende Aufnahmebohrung des zweiten Werkzeughalters, d. h. eine entsprechende Einstel­ lung eines Einstellmechanismus des zweiten Werkzeughalters, ist das Einstellmaß auf den zweiten Werkzeughalter über­ tragbar. Anschließend ist es nur noch notwendig, das Werk­ zeug aus dem ersten Werkzeughalter zu entfernen, den zwei­ ten Werkzeughalter zu erwärmen und das Werkzeug in die so erweiterte Aufnahmebohrung des zweiten Werkzeughalters ein­ zuführen, wobei zu beachten ist, daß die Erwärmung des zweiten Werkzeughalters keinen oder nur einen unwesentli­ chen Einfluß auf das Einstellmaß des Werkzeugs bezüglich des zweiten Werkzeughalters hat. Durch Abkühlen des zweiten Werkzeughalters ist dann ein Einspannen des Werkzeugs in den zweiten Werkzeughalter im Sinne des oben beschriebenen Schrumpfvorgangs erzielbar. Eine anschließende Einstellung des Einstellmaßes des Werkzeuges ist erfindungsgemäß nicht mehr notwendig, da die Definierung der Anschlagslänge, wel­ che das Einstellmaß bestimmt, wie erläutert, bereits vor der Erwärmung des zweiten Werkzeughalters durchgeführt wur­ de.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die jeweiligen Anschlagslängen mittels eines dem ersten Werkzeughalter bzw. dem zweiten Werkzeughalter zugeordneten Anschlagbolzens einstellbar. Derartige Anschlagbolzen, wel­ che in den jeweiligen Aufnahmebohrungen in einfacher Weise verschiebbar sind, ermöglichen einen kleinen und robust bauenden Einstellmechanismus.
Zweckmäßigerweise ist zur Einstellung der Anschlagslänge bzw. des Einstellmaßes auf dem ersten Werkzeughalter, zur Übertragung der ermittelten Anschlagslänge und zu deren Einstellung auf dem zweiten Werkzeughalter eine Steuerein­ heit vorgesehen, welche eine dem ersten Werkzeughalter zu­ geordnete Einstelleinheit und eine dem zweiten Werkzeughal­ ter zugeordnete Einstelleinheit beaufschlagt. Eine derarti­ ge Steuereinheit weist typischerweise einen Rechner auf, welcher mittels einer Tastatur und/oder eines Monitors be­ dienbar ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun an­ hand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben. In die­ ser zeigt
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte, teilweise ge­ schnittene seitliche Ansicht einer ersten bevor­ zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, und
Fig. 2 eine detailliertere Ansicht eines im Rahmen der Erfindung eingesetzten Werkzeughalters im seitli­ chen Schnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein herkömmli­ ches Einstell- und Meßgerät 20 für Werkzeuge 1 auf. Die Werkzeuge 1 werden hierbei in einem Werkzeughalter 2 posi­ tioniert, und mittels eines Einstellmechanismus, welcher weiter unten insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 2 er­ läutert wird, eingestellt.
Zur Einstellung auf ein Einstellmaß Z ist das in einer Boh­ rung 2a des Werkzeughalters 2 eingeführte Werkzeug 1 mit­ tels eines Anschlagbolzens 5 verschiebbar. Der Anschlagbol­ zen 5 ist seinerseits mittels einer Einstelleinheit 11, welche ihrerseits mittels einer Steuereinheit 10 steuerbar ist, verschiebbar. Hierbei weist die Einstelleinheit 11 ei­ nen in Richtung des Doppelpfeils 13 verschiebbaren Schlit­ ten 11a auf, welcher den Anschlagbolzen 5 beaufschlagt (Fig. 2). Die Steuereinheit 10 weist einen im einzelnen nicht dargestellten Rechner sowie eine Tastatur 10a und ei­ nen Monitor 10d auf. Es sei angemerkt, daß der Schlitten in beliebiger geeigneter Weise bezüglich der Einstelleinheit 11 anordnenbar ist, beispielsweise seitlich von dieser, wie in den Figuren dargestellt ist, oder auf ihrer Obersei­ te.
Zur Feststellung bzw. Einstellung eines Einstellmaßes Z ist das dargestellte Einstellgerät 20 entweder mit einem (nicht dargestellten) Meßschieber, einem (nicht dargestellten) Projektor oder einem im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Bildbearbeitungssystem ausge­ stattet. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel weist das Bildbearbeitungssystem eine auf einem Meß­ schlitten 16 verfahrbare Kamera 6 auf, welche mit der Steu­ ereinheit 10 in Verbindung steht. Mittels derartiger Ein­ stellsysteme ist eine Werkzeugschneide 1a des Werkzeugs 1 beliebig genau auf das Einstellmaß Z einstellbar.
Wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist, entspricht ei­ nem Einstellmaß Z eine Anschlaglänge 21 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel definiert als Abstand in Haupterstrec­ kungsrichtung des Werkzeugs 1 zwischen einer Auflage- bzw. Meßfläche 2b des Werkzeughalters 2 und der Spitze 5a des Anschlagbolzens 5), welche mittels Verschiebung des An­ schlagbolzens 5 in dem ersten Werkzeughalter 2 einstellbar ist. Der Anschlagbolzen 5 wird hierbei, wie bereits be­ schrieben, über die Einstelleinheit 11, welche ihrerseits durch die Steuereinrichtung 10 beaufschlagbar ist, entspre­ chend dem gewünschten Einstellmaß Z zur Festlegung der An­ schlagslänge Z1 verschoben. Bezüglich der Definierung der Anschlagslänge Z1 sei angemerkt, daß diese auch beispiels­ weise als Abstand zwischen einer Oberkante 7a eines den Werkzeughalter tragenden Rahmens 7 des Einstell- und Meßge­ räts 20 definiert sein kann. Hierbei ist selbstverständlich auch eine direkte Auflage der Fläche 2b auf der Kante 7a möglich.
Dem Steuergerät 10 ist ferner ein zweiter Werkzeughalter 3 zugeordnet. Der Werkzeughalter 3 entspricht in sämtlichen Abmessungen, welche das Einstellmaß Z beeinflussen, dem in Fig. 2 dargestellten Werkzeughalter 2. Der Werkzeughalter 3 weist ebenfalls eine der Bohrung 2a des Werkzeughalters 2 entsprechende Bohrung 3a auf, in welcher ebenfalls mittels eines Anschlagbolzens 15 eine Anschlaglänge Z1 definierbar ist. Der einzige Unterschied zwischen den Werkzeughaltern 2, 3 besteht darin, daß der Durchmesser D3 der Bohrung des Werkzeughalters 3 zur Aufnahme des Werkzeugs 1 etwas klei­ ner als der Durchmesser der Bohrung 2a des Werkzeughalters 2 ist, so daß das Werkzeug, welches einen Durchmesser d aufweist, bei Raumtemperatur nicht in die Bohrung 3a ein­ führbar ist.
Der Anschlagbolzen 15 des Werkzeughalters 3 ist, entspre­ chend dem Anschlagbolzen 5 des Werkzeughalters 2, mittels einer Einstelleinheit 12 zur Einstellung der Anschlaglänge 21 verschiebbar. Die Einstelleinheit 11 ist ebenfalls durch das Steuergerät 10 betätigbar.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist dem zweiten Werkzeug­ halter 3 eine sogenannte Schrumpfeinrichtung 30 zugeordnet, mittels der der Werkzeughalter 3 erwärmbar ist. Durch diese Erwärmung des Werkzeughalters 3 weitet sich die zur Aufnah­ me des Werkzeugs 1 vorgesehene Bohrung 3a, so daß das Werk­ zeug 1 in die Bohrung einführbar ist. Durch anschließendes Abkühlen des Werkzeughalters 3 ist das Werkzeug 1 in dem Werkzeughalter 3 fest verspannbar.
Die Funktionsweise der dargestellten Vorrichtung zum Ein­ stellen von Werkzeugen wird nun im einzelnen dargestellt:
Es sei davon ausgegangen, daß das Werkzeug bzw. Schneid­ werkzeug 1 bezüglich des Werkzeughalters 3 auf ein Längen­ maß Z eingestellt werden soll und auf diesem Werkzeughalter 3 mittels Schrumpfens eingespannt werden soll.
Zu diesem Zwecke wird das Werkzeug 1 zunächst in die Boh­ rung 2a des Werkzeughalters 2 eingeführt, welche bei Raum­ temperatur einen größeren Durchmesser D2 aufweist als der Werkzeugdurchmesser d, so daß das Werkzeug ohne Erwärmung in den Werkzeughalter 2 bis zur Auflage an dem Anschlagbol­ zen 5 eingeführt werden kann. Das gewünschte Längenmaß Z kann über die Tastatur 10a der Steuereinheit 10 in das Sy­ stem eingegeben werden. Das Steuergerät 10 beaufschlagt nun die Einstelleinheit 11 zur Verschiebung des Anschlagbolzens 5, bis das Einstellmaß Z erreicht ist. Es sei angemerkt, daß die Verschiebung des Anschlagbolzens auch manuell durchgeführt werden kann. Wie bereits erwähnt, kann die Einstellung des Einstellmaßes Z mittels eines Meßschiebers, eines Projektors oder eines Bildverarbeitungssystems über­ wacht bzw. festgestellt werden.
Bei Erreichen des Einstellmaßes Z, welchem eine An­ schlaglänge Z1 entspricht, wird diese Anschlaglänge Z1 von der Steuereinheit 10 erfaßt und an die Einstell- bzw. Nach­ stelleinheit 12, welche mit dem zweiten Werkzeughalter 3 in Verbindung steht, übertragen. Wie bereits erwähnt ist der zweite Werkzeughalter 3 ist entsprechend dem ersten Werk­ zeughalter 2 mit einem Anschlagbolzen 15 ausgebildet. Durch Beaufschlagung der Einstelleinheit 12 durch die Steuerein­ heit 10 wird erreicht, daß auch der Anschlagbolzen 15 des zweiten Werkzeughalters auf die Anschlaglänge Z1 einge­ stellt wird.
Anschließend wird das Werkzeug 1 aus dem ersten Werkzeug­ halter 2 entnommen, und nach entsprechender Erwärmung des Werkzeughalters 3 mittels der Schrumpfeinrichtung 30 in diesen eingeführt. Das Werkzeug 1 liegt nun in dem zweiten Werkzeughalter 3 mit der gleichen Anschlaglänge Z1 an und definiert somit bezüglich des zweiten Werkzeughalters 3 das auf dem Werkzeughalter 2 eingestellte Einstellmaß Z. Nach Abkühlung des zweiten Werkzeughalters 3 ist das Werkzeug 1 fest in dem zweiten Werkzeughalter 3 eingespannt und weist das gleiche Einstellmaß Z auf, wie es für den ersten Werk­ zeughalter 2 eingestellt wurde.
Es sei angemerkt, daß der gesamte Ablauf manuell, halbauto­ matisch oder vollautomatisch durchgeführt werden kann. Auch ist ein Be- und Entladen des Werkzeugs 1 bezüglich der je­ weiligen Aufnahmebohrungen mit einem Roboter vollautoma­ tisch und/oder manuell durchführbar.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einstellen eines Einstellmaßes (Z) eines Werkzeugs (1) bezüglich eines Werkzeughalters (3), gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:
  • - Bereitstellen zweier Werkzeughalter (2, 3), welche in ihren jeweiligen, das Einstellmaß (Z) beeinflussenden Dimensionierungen einander entsprechen, wobei eine das Werkzeug (1) aufnehmende Bohrung (2a) des ersten Werk­ zeughalters (2) derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs (1) ohne Erwärmung des Werk­ zeughalters (2) möglich ist und eine entsprechende, das Werkzeug (1) aufnehmende Bohrung (3a) des zweiten Werkzeughalters (3) derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs (1) nur bei erwärmtem Werk­ zeughalter (3) möglich ist,
  • - Einführen des Werkzeugs (1) in die Bohrung (2a) des ersten Werkzeughalters (2) und Einstellung des Ein­ stellmaßes (Z) mittels Einstellung einer Anschlagslän­ ge (21) in der das Werkzeug (1) aufnehmenden Bohrung (2a),
  • - Übertragung der so ermittelten Anschlagslänge (Z1) auf den zweiten Werkzeughalter (3) und Einstellung der An­ schlagslänge (Z1) in seiner Bohrung (3a) zur Aufnahme des Werkzeugs 1,
  • - Erwärmen des zweiten Werkzeughalters (3),
  • - Entnahme des Werkstücks (1) aus der Bohrung (2a) des ersten Werkzeughalters (2) und Einführung in die Boh­ rung (3a) des zweiten Werkzeughalters (3), und
  • - Abkühlen des zweiten Werkzeughalters (3) zum Einspan­ nen des Werkzeugs (1) in dem Werkzeughalter (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anschlagslängen (Z1) jeweils mittels eines dem ersten Werkzeughalter (2) bzw. dem zweiten Werkzeughal­ ter (3) zugeordneten Anschlagbolzens (5, 15) eingestellt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Einstellung der Anschlagslänge bzw. des Einstellmaßes auf dem ersten Werkzeughalter (2), zur Übertragung der ermittelten Anschlagslänge und zu deren Einstellung auf dem zweiten Werkzeughalter (3) eine Steuer­ einheit (10) verwendet wird, welche eine dem ersten Werk­ zeughalter zugeordnete Einstelleinheit (11) und eine dem zweiten Werkzeughalter zugeordnete Einstelleinheit (12) be­ aufschlagt.
4. Vorrichtung zum Einstellen eines Einstellmaßes eines Werkzeugs bezüglich eines Werkzeughalters, mit
  • - zwei Werkzeughaltern (2, 3), welche in ihren jeweili­ gen, das Einstellmaß (Z) beeinflussenden Dimensionie­ rungen einander entsprechen, wobei eine das Werkzeug aufnehmende Bohrung (2a) des ersten Werkzeughalters (2) derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs (1) ohne Erwärmung des Werkzeughalters (2) möglich ist, und eine entsprechende, das Werkzeug (1) aufnehmende Bohrung (3a) des zweiten Werkzeughalters (3) derart dimensioniert ist, daß eine Einführung des Werkzeugs (1) nur bei erwärmtem Werkzeughalter (3) möglich ist,
  • - Mitteln zur Einstellung des Einstellmaßes (Z) über ei­ ne Einstellung einer Anschlagslänge Z1 in der das Werkzeug aufnehmenden Bohrung des ersten Werkzeughal­ ters (2),
  • - Mitteln (10, 11, 12) zur Einstellung der so ermittel­ ten Anschlagslänge (Z1) bei dem zweiten Werkzeughalter (3), und
  • - Mitteln zum Erwärmen des zweiten Werkzeughalters (3) auf eine Temperatur, welche die Einführung des Werk­ zeugs (1) in die das Werkzeug aufnehmende Bohrung (3a) erlaubt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Werkzeughalter (2, 3) mit Anschlagsbolzen (5, 15) ausgebildet sind, welche zur Einstellung einer ge­ wünschten Anschlagslänge (Z1) innerhalb der jeweiligen Boh­ rungen (2a, 3a) der Werkzeughalter (2, 3) verschiebbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekenn­ zeichnet durch ein Steuergerät (10), welches mit einer dem ersten Werkzeughalter (2) zugeordneten Einstelleinheit (12) zur Einstellung der Anschlagslänge bzw. des Einstellmaßes auf dem ersten Werkzeughalter (2), zur Übertragung der er­ mittelten Anschlagslänge auf den zweiten Werkzeughalter und der Einstellung der Anschlagslänge auf diesem zusammen­ wirkt.
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