DE102007020265A1

DE102007020265A1 - Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung für die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102007020265A1
Application number: DE102007020265A
Authority: DE
Inventors: Teruhiro Nanto Nishizaki; Yoshiharu Nanto Oyabe; Shiro Nanto Murai
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2007-10-31
Also published as: CN101063608A; CN101063608B; TW200804029A; JP4846432B2; KR101280088B1; JP2007296610A; TWI377109B; KR20070106434A; US7854575B2; US20070258781A1

Abstract

Ein Bezugsblock (30), der an einem Gehäuse (20a) angebracht ist, wird zusammen mit einer Hauptspindel (20) zu einer Messungsstartposition (A1) bewegt, und der Bezugsblock (30) wird so in Richtung einer Z-Achse bewegt, dass er Luft kreuzt, die von einer Lufteinspritzdüse (25) ausgespritzt wird, so dass eine Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel (20) auf Grundlage der Änderung des Drucks berechnet wird, der bei der Bewegung gemessen wird. Der Außenumfang eines Werkzeugs, das auf der Hauptspindel (20) angebracht ist, wird nahe zu einer vorderen Endoberfläche der Lufteinspritzdüse (25) gebracht, und die Luft wird zum Außenumfang des Werkzeugs ausgespritzt, während sich das Werkzeug an einer vorbestimmten Position dreht, und es wird der Luftdruck gemessen, so dass die Drehauslenkung des Werkzeugs auf Grundlage einer Änderung des gemessenen Drucks berechnet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Verschiebung und Auslenkung einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine.
Üblicherweise wird bei einer Werkzeugmaschine ein Werkstück auf einer oberen Oberfläche eines Betts über einen Werkstückhalterungstisch und eine Spannvorrichtung gehaltert. Weiterhin ist auf dem Bett eine Hauptspindel vorgesehen, die numerisch gesteuert in Richtung der drei Achsen X, Y und Z bewegt wird, und auf welcher ein Werkzeughalter angebracht ist, der mit einem Werkzeug ausgerüstet ist, so dass das Werkstück durch das Werkzeug bearbeitet wird. Im Stand der Technik wird zur Bewegung der Hauptspindel in den Richtungen der drei Achsen ein Bewegungsmechanismus eingesetzt, der hauptsächlich aus einer Kugelumlaufspindel, die durch einen Servomechanismus gedreht wird, und einer Kugelumlaufspindelmutter besteht. Wenn bei diesem Bewegungsmechanismus sich der Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Hauptspindel nach hinten und vorn in Axialrichtung durch Wärmeeinwirkung ausdehnt, tritt ein Fehler bezüglich der momentanen Bewegungsposition der Hauptspindel auf. Wenn das Werkstück mit diesem Fehler bearbeitet wird, wird die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks beeinträchtigt. Daher wurde eine Korrekturvorrichtung für Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung für die Kugelumlaufspindel vorgeschlagen, wie in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents JP-A-2001-139178 beschrieben. Diese Korrekturvorrichtung weist einen Detektor auf, der an einem Ort angeordnet ist, der um eine vorbestimmte Entfernung in Axialrichtung gegenüber einer Endoberfläche des freien Endes der Kugelumlaufspindel beabstandet angeordnet ist. Die Längenänderung der Kugelumlaufspindel wird durch den Detektor gemessen, so dass der Vorschub der Hauptspindel auf Grundlage der Änderung korrigiert wird.
In ein sich verjüngendes Loch, das in der Spindel der Hauptspindel vorgesehen ist, wird ein sich verjüngender Schaftabschnitt eines Werkzeughalters eingeführt und dort befestigt, der ein Werkzeug haltert. Wenn Späne sich in die Grenzfläche zwischen dem Innenumfang des sich verjüngenden Lochs und dem Außenumfang des sich verjüngenden Schaftabschnitts eingraben, werden der Werkzeughalter und das Werkzeug schräg gestellt, so dass das Werkstück nicht ordnungsgemäß bearbeitet wird. Daher wurde eine Werkzeugmaschine zur Feststellung der Eigenschaften der Auslenkung in Drehrichtung des Werkzeughalters vorgeschlagen. In der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents JP-A-2005-313239 wird eine Werkzeugmaschine beschrieben, die im Gehäuse der Hauptspindel einen Entfernungssensor aufweist, welcher dem Außenumfang des Werkzeughalters gegenüberliegt. Dieser Entfernungssensor misst die Entfernung zwischen dem Außenumfang des sich drehenden Werkzeughalters und dem Sensor, so dass das Verhalten der Auslenkung in Drehrichtung des Werkzeughalters entsprechend der Änderung der gemessenen Entfernung beurteilt wird.
Die Korrekturvorrichtung für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Kugelumlaufspindel gemäß der JP-A-2001-138178 ist jedoch so ausgebildet, dass die Änderung der Länge der Kugelumlaufspindel an einem von der Hauptspindel entfernten Ort gemessen wird, so dass hierdurch nicht die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel direkt an einem Abschnitt gemessen werden kann, der nahe an einem bearbeiteten Abschnitt liegt. Hierdurch entsteht die Schwierigkeit, dass die Messgenauigkeit nicht verbessert werden kann. Weiterhin wird, wenn ein Fremdkörper wie beispielsweise Späne an der Endoberfläche der Kugelumlaufspindel anhaften, die Messgenauigkeit beeinträchtigt. Bei dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist ein weiteres Problem vorhanden, nämlich dass die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung des Werkzeughalters oder des auf der Hauptspindel angebrachten Werkzeugs nicht gemessen werden kann.
Weiterhin setzt die Werkzeugmaschine, die in der JP-A-2005-313239 beschrieben ist, zur Beurteilung der Eigenschaften der Auslenkung in Drehrichtung des Werkzeughalters einen berührungslosen Entfernungssensor ein. Wenn ein Fremdkörper wie etwa Späne an dem Außenumfang des Werkzeughalters anhaften, tritt das Problem auf, dass die Exaktheit der Entscheidung abnimmt. Bei dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist eine weitere Schwierigkeit vorhanden, nämlich dass die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel in der Zustellrichtung nicht gemessen werden kann. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Hinsicht, dass der Sensor von Fremdkörpern wie Spänen, falls vorhanden, befreit werden muss.
Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Lösung dieser Schwierigkeiten, die im Stand der Technik vorhanden sind, und in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Messung der Verschiebung und der Auslenkung in Drehrichtung einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine. Die Messvorrichtung kann sowohl die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel als auch die Auslenkung in Drehrichtung eines Werkzeughalters oder Werkzeugs messen, und kann die Messgenauigkeit verbessern.
Zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten wird gemäß der Erfindung, wie in dem ersten Aspekt der Erfindung angegeben, eine Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung für eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine zur Verfügung gestellt, wobei vorgesehen sind:
eine Hauptspindel, die mittels numerischer Steuerung bewegt wird, und auf einem Bett angebracht ist;
ein Werkzeug, das ein Werkstück bearbeitet, das auf einer Werkstückhalterungsvorrichtung gehaltert wird, und auf der Hauptspindel über einen Werkzeughalter angebracht ist,
wobei die Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung aufweist:
eine Fluideinspritzdüse, die auf dem Bett oder der Werkstückhalterungsvorrichtung angebracht ist;
eine Fluidversorgungsquelle, welche Fluid der Fluideinspritzdüse zuführt;
eine Messeinheit, welche den Druck oder die Flussrate des Fluids in einem Fluidkanal misst, der sich von der Fluidversorgungsquelle zu der Fluideinspritzdüse erstreckt;
eine Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung, die eine Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids berechnet, die folgendermaßen gemessen wird:
durch Bewegung der Hauptspindel zu einer Messposition, die für die Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung eingestellt ist, so dass die Bezugsoberfläche, die auf einem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist, der Fluideinspritzdüse gegenüberliegt und
durch Einspritzen des Fluids von der Fluideinspritzdüse zu einer Bezugsoberfläche, die auf dem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist; und
eine Drehauslenkungsberechnungseinheit, welche eine Drehauslenkung des Werkzeughalters oder des Werkzeugs auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids berechnet, gemessen auf folgende Art und Weise:
durch Bewegung der Hauptspindel zu einer Messposition, die für die Drehauslenkungsmessung eingestellt ist, so dass der Werkzeughalter oder das Werkzeug der Fluideinspritzdüse gegenüberliegt und
durch Einspritzen des Fluids von der Fluideinspritzdüse zum Werkzeughalter oder zum Werkzeug der Hauptspindel, welche sich dreht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der im ersten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der am Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der im ersten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Bezugsoberfläche parallel zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft, und
eine einzige Fluideinspritzdüse vorgesehen ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der im dritten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung aufweist:
einen Zentrumspositionsberechnungsabschnitt, der eine Zentrumsposition der Bezugsoberfläche auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet, der bzw. die gemessen wird, wenn die Bezugsoberfläche in Axialrichtung der Hauptspindel von einer Messungsstartposition zu einer Messungsendposition vorgestellt wird, mit konstanter Geschwindigkeit, während die Entfernung zwischen der Bezugsoberfläche und einem Vorderrand der Fluideinspritzdüse in Axialrichtung der Düse auf einem konstanten Wert gehalten wird; und
ein Verschiebungsberechnungsabschnitt die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung auf Grundlage einer Bezugszentrumsposition berechnet, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, und auf Grundlage einer Messungszentrumsposition, die auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet wird, der bzw. die neu gemessen wird.
Gemäß einem fünften Aspekt der bei dem ersten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Bezugsoberfläche senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung für eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine zur Verfügung gestellt, bei welcher vorgesehen sind:
eine Hauptspindel, die durch eine Numeriksteuerung bewegt wird, und auf einem Bett angebracht ist;
ein Werkzeug, welches ein Werkstück bearbeitet, das auf einer Werkstückshalterungsvorrichtung gehaltert ist, und an der Hauptspindel über einen Werkzeughalter angebracht ist,
wobei die Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung aufweist:
eine erste Fluideinspritzdüse, die auf dem Bett oder der Werkstückhalterungsvorrichtung angebracht ist;
eine zweite Fluideinspritzdüse, die auf dem Bett oder der Werkstückhalterungsvorrichtung angebracht ist;
eine Fluidversorgungsquelle, welche Fluid der ersten Fluideinspritzdüse bzw. der zweiten Fluideinspritzdüse zuführt;
eine erste und eine zweite Messeinheit, welche den Druck oder die Flussrate des Fluids in Fluidkanälen messen, die sich von der Fluidversorgungsquelle zur ersten und zur zweiten Fluideinspritzdüse erstrecken;
eine Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung, welche eine Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel berechnet, auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids, die durch Einspritzen des Fluids von der ersten Fluideinspritzdüse zu einer Bezugsoberfläche gemessen wird, die auf dem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist, während die Bezugsoberfläche der ersten Fluideinspritzdüse gegenüberliegend angeordnet ist; und
eine Drehauslenkungsberechnungseinheit, welche eine Drehauslenkung des Werkzeughalters oder des Werkzeugs auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des eingespritzten Fluids berechnet, die durch Einspritzen des Fluids von der zweiten Fluideinspritzdüse zum Werkzeughalter oder zum Werkzeug der Hauptspindel gemessen wird, während der Werkzeughalter oder das Werkzeug gegenüberliegend der Fluideinspritzdüse angeordnet sind.
Gemäß einem siebten Aspekt der im sechsten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der am Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.
Gemäß einem achten Aspekt der im sechsten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Bezugsoberfläche senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft,
die erste Fluideinspritzdüse so angeordnet ist, dass sie der Bezugsoberfläche gegenüberliegt, und
die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung aufweist:
einen Positionsberechnungsabschnitt, welcher die Position der Bezugsoberfläche auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet, der bzw. die gemessen wird, wenn die Bezugsoberfläche in die Nähe eines Vorderrandes der ersten Fluideinspritzdüse von der Messungsstartposition versetzt wird; und
einen Verschiebungsberechnungsabschnitt, welcher die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel auf Grundlage eines berechneten Wertes für die Bezugsposition berechnet, der vorher von dem Positionsberechnungsabschnitt berechnet wird, und in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, und auf Grundlage eines berechneten Wertes für die Messposition, der auf Grundlage des Drucks bzw. der Flussrate berechnet wird, der bzw. die neu gemessen wird.
Gemäß einem neunten Aspekt der im sechsten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Bezugsoberfläche senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft,
die erste Fluideinspritzdüse so angeordnet ist, dass sie der Bezugsoberfläche gegenüberliegt, und
die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung aufweist:
einen Zentrumsabschnittberechnungsabschnitt, welcher die Zentrumsposition der Bezugsoberfläche auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet, der bzw. die gemessen wird, wenn die Bezugsoberfläche in Axialrichtung der Hauptspindel von einer Messungsstartposition zu einer Messungsendposition mit konstanter Geschwindigkeit vorgestellt wird, während die Entfernung zwischen der Bezugsoberfläche und einem Vorderrand der ersten Fluideinspritzdüse in Axialrichtung der Düse auf einem konstanten Wert gehalten wird; und
einen Verschiebungsberechnungsabschnitt, der die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung auf Grundlage einer Bezugszentrumsposition, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, und einer Messungszentrumsposition berechnet, die auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet wird, der bzw. die neu gemessen wird.
Gemäß einem zehnten Aspekt der im sechsten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
das Gehäuse der Hauptspindel eine Bezugsoberfläche parallel zur Axialrichtung der Hauptspindel aufweist,
die zweite Fluideinspritzdüse der Bezugsoberfläche in Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel gegenüberliegt; und
die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids berechnet, die durch Einspritzen des Fluids von der zweiten Fluideinspritzdüse zur Bezugsoberfläche gemessen wird, während die Bezugsoberfläche gegenüberliegend der zweiten Fluideinspritzdüse angeordnet ist.
Gemäß einem elften und zwölften Aspekt der beim ersten und sechsten Aspekt angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Drehauslenkungsberechnungseinheit aufweist:
eine erste Auslenkungsberechnungseinheit, welche eine erste Auslenkung auf Grundlage eines ersten gemessenen Drucks berechnet, der gemessen wird, wenn der Werkzeughalter oder das Werkzeug zu einer ersten Messposition bewegt wurde;
eine erste Ermittlungseinheit, die entscheidet, ob die erste Auslenkung innerhalb einer ersten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wurde;
eine zweite Auslenkungsberechnungseinheit, die eine zweite Auslenkung auf Grundlage des zweiten Messdrucks berechnet, der neu gemessen wird, wenn der Werkzeughalter oder das Werkzeug zu einer zweiten Messposition bewegt wurde, der näher an der Fluideinspritzdüse liegt als die erste Messposition; und
eine zweite Ermittlungseinheit, die entscheidet, ob die zweite Auslenkung innerhalb einer zweiten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wurde.
Gemäß einem dreizehnten und vierzehnten Aspekt der beim vierten und neunten Aspekt der Erfindung angegebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass
die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der an dem Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.
Bei den Erfindungen, wie sie in dem ersten bis fünften Aspekt der Erfindung angegeben sind, kann die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel durch die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung berechnet werden, auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids, die dadurch gemessen wird, dass das Fluid von der Fluideinspritzdüse zu einer Bezugsoberfläche gespritzt wird, die auf dem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist, während die Bezugsoberfläche der Fluideinspritzdüse gegenüberliegend angeordnet ist.
Weiterhin kann die Drehauslenkung des Werkzeughalters oder Werkzeugs durch die Drehauslenkungsberechnungseinheit auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate berechnet werden, die dadurch gemessen wird, dass das Fluid von der Fluideinspritzdüse zum Werkzeughalter oder zum Werkzeug der Hauptspindel gespritzt wird, während der Werkzeughalter oder das Werkzeug gegenüberliegend der Fluideinspritzdüse angeordnet ist.
Dies führt dazu, dass die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel und die Drehauslenkung des Werkzeughalters oder Werkzeugs durch die einzige Fluideinspritzdüse gemessen werden können, so dass die Anzahl an Teilen verringert werden kann, und die Kosten verringert werden können.
Weiterhin wird das Fluid von der Fluideinspritzdüse zur Bezugsoberfläche oder zum Außenumfang des Werkzeughalters oder Werkzeugs gespritzt. Dies führt dazu, dass die Bezugsoberfläche, der Außenumfang des Werkzeughalters oder Werkzeugs, und die Fluideinspritzdüse gesäubert werden können, so dass sie frei von Fremdkörpern wie Spänen sind, wodurch die Genauigkeit der Druckmessung und daher die Messgenauigkeit der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung und der Drehauslenkung verbessert wird.
Gemäß der Erfindung, wie sie im sechsten bis zehnten Aspekt der Erfindung angegeben wurde, sind die erste Fluideinspritzdüse und die zweite Fluideinspritzdüse einzeln so angeordnet, dass die Richtungen der beiden Düsen einzeln ordnungsgemäß für deren einzelne Messungen eingestellt werden können.
Gemäß der Erfindung, wie sie im elften Aspekt der Erfindung angegeben ist, kann die Drehauslenkung des Werkzeughalters oder des Werkzeugs sicher an den beiden Stufen gemessen werden, und kann der Drehauslenkungsausfall exakt festgestellt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt:
1 eine erläuternde Darstellung eines Verfahrens zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung einer Hauptspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen der Position eines Bezugsblocks und einem gemessenen Druck;
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Vorgangs zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung;
4 ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Messung der Drehauslenkung eines Werkzeugs;
5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen der Messzeit der Drehauslenkung und einem Druck;
6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Vorgänge zur Messung der Drehauslenkung;
7 eine schematische Vorderansicht des Gesamtaufbaus einer Werkzeugmaschine;
8 eine Darstellung zur Erläuterung einer Messvorrichtung für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung;
9 ein Blockdiagramm eines Steuersystems;
10 ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
11 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung der Position der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse und dem gemessenen Druck; und
12 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Messvorgangs für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 eine erste Ausführungsform einer Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung einer Hauptspindel bei einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird der grundsätzliche Aufbau der Werkzeugmaschine geschildert. Auf einem Werkstückhalterungstisch 12, der auf einer oberen Oberfläche eines Betts 11 angebracht ist, wie in 7 gezeigt, wird ein Werkstück W über eine Spannvorrichtung 13 gehaltert. Auf der oberen Oberfläche des Betts 11 befinden sich Z-Achsen-Führungsschienen 14, auf welchen ein Z-Achsen-Support 15 hin- und her beweglich in Richtung der Z-Achse (oder in Seitenrichtung in 7) gehaltert wird, durch einen später erläuterten Z-Achsen-Antriebsmechanismus 45A (wie in 9 gezeigt) des Kugelumlaufspindeltyps. Auf der oberen Oberfläche des Z-Achsen-Supports 15 befinden sich X-Achsen-Führungsschienen 16, auf welchen eine X-Achsen-Säule 17 hin- und her beweglich in Richtung der X-Achse (oder in Richtung normal zur Papierebene von 7) angebracht ist, durch einen nachstehend erläuterten X-Achsen-Antriebsmechanismus 45B (wie in 9 gezeigt). Auf der vorderen Oberfläche der X-Achsen-Säule 17 sind Y-Achsen-Führungsschienen 18 vorgesehen, auf welchen ein Y-Achsen-Support 19 hin- und her beweglich in Richtung der Y-Achse (oder in Vertikalrichtung von 7) angebracht ist, durch einen nachstehend erläuterten Y-Achsen-Antriebsmechanismus 45C (wie in 9 gezeigt). Bei der vorliegenden Ausführungsform weist eine Werkstückhalterungsvorrichtung den Werkstückhalterungstisch 12 und die Spannvorrichtung 13 auf.
Auf dem Y-Achsen-Support 19 ist eine Hauptspindel 20 angebracht, welche in sich drehbar eine Spindel 21 haltert. Ein Werkzeughalter 22, der ein Werkzeug 23 trägt, ist in der Spindel 21 angebracht. Der Werkzeughalter 22 mit dem darin angebrachten Werkzeug wird von der Spindel 21 durch eine nicht dargestellte Werkzeugaustauschvorrichtung abgezogen, so dass er durch einen Werkzeughalter ersetzt wird, der ein neues Werkzeug aufweist.
Auf der oberen Oberfläche des Betts 11 ist über eine Stütze 24 eine Lufteinspritzdüse 25 als Fluideinspritzdüse angebracht. Diese Lufteinspritzdüse 25 wird, wie in 8 gezeigt, in Axialrichtung der Hauptspindel 20 gehaltert, also in Richtung der X-Achse (horizontal), senkrecht zur Richtung der Z-Achse.
Der Lufteinspritzdüse 25 wird, wie in 8 gezeigt, Druckluft von einer Luftversorgungsquelle 26 als Fluidversorgungsquelle, beispielsweise einem Kompressor, über ein Luftrohrleitungssystem 27 zugeführt. An dieses Luftrohrleitungssystem 27 sind ein Regler 28 zum Halten des Drucks und der Flussrate der Luft auf konstanten Werten sowie ein elektromagnetisches Öffnungs/Schließventil 29 angeschlossen. Auf dem Außenumfang des Gehäuses 20a der Hauptspindel 20 ist ein Bezugsblock 30 zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung angebracht. Dieser Bezugsblock 30 ist, wie in 1 und 8 gezeigt, so ausgebildet, dass er eine Bezugsoberfläche 30a parallel zur Z-Achse und normal zur X-Achse aufweist, und eine vorderseitige Oberfläche 30b und eine rückseitige Oberfläche 30c, die im rechten Winkel auf den beiden Endabschnitten der Bezugsoberfläche 30a in Richtung der Z-Achse vorgesehen sind. Die Luft, die von der Lufteinspritzdüse 25 ausgespritzt wird, wird auf die Bezugsoberfläche 30a des Bezugsblocks 30 geblasen. Die Luft, die von der Lufteinspritzdüse 25 ausgespritzt wird, wird auch auf den Außenumfang des Werkzeughalters 22 oder den Außenumfang des Werkzeugs 23 zum Zeitpunkt der Messung der Drehauslenkung des Werkzeughalters 22 bzw. des Werkzeugs 23 geblasen.
An die Lufteinspritzdüse 25 ist, wie in 8 gezeigt, ein Druckmessgerät 31 als Messeinheit zur Messung des Drucks im Inneren der Lufteinspritzdüse 25 angeschlossen. Der Druckwert (Daten) eines Analogsignals, gemessen von diesem Druckmessgerät 31, wird in ein Digitalsignal durch einen A/D-Wandler 23 umgewandelt, um hierdurch die verschiedenen Operationen der Werkzeugmaschine zu steuern, und das Digitalsignal wird einem Steuersystem 33 zum Korrigieren der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung des Bearbeitungsprogramms für das Werkstück zugeführt.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 9 die Ausbildung und die Funktionsweise des Steuersystems 33 beschrieben.
Eine Steuervorrichtung 35 ist mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 36 zur Durchführung verschiedener Verarbeitungsoperationen versehen. Mit dieser CPU 36 ist ein Nur-Lese-Speicher (ROM) 37 als ein überschreibbares, nicht flüchtiges Aufzeichnungsmedium verbunden, welches verschiedene Arten von Daten speichert, beispielsweise ein Werkzeugbearbeitungsprogramm oder ein Messprogramm, zum Steuern der Operationen der Werkzeugmaschine. Mit der CPU 36 ist ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 38 als ein lesbares/beschreibbares Aufzeichnungsmedium verbunden, welches verschiedene Arten von Daten speichert. Mit der CPU 36 ist über eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 39 eine Eingabevorrichtung (41) verbunden, beispielsweise der A/D-Wandler 32, eine Tastatur oder eine Maus. Weiterhin ist mit der CPU 36 über eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 42 eine Anzeigevorrichtung 43 als Vorrichtung für die Information verbunden. Weiterhin ist mit der CPU 36 über eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 44 und eine nicht dargestellte Treiberschaltung ein X-Achsen-, ein Y-Achsen- und ein Z-Achsen-Antriebsmechanismus 45A, 45B bzw. 45C verbunden, durch welche die Hauptspindel 20 numerisch gesteuert jeweils in Richtung der Z-Achse, der X-Achse bzw. der Y-Achse bewegt wird. Weiterhin sind die Luftversorgungsquelle 26 und das Öffnungs/Schließventil 29 mit der Eingabe/Ausgabeschnittstelle 44 über die nicht dargestellte Treiberschaltung verbunden.
Weiterhin ist die CPU 36 mit einem Steuerabschnitt 41 für eine Bewegung des Bezugsblocks mit konstanter Geschwindigkeit versehen, zum Bewegen des Bezugsblocks 30 zusammen mit der Hauptspindel 20 mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung der Z-Achse, nachdem die Hauptspindel 20 von einer Ausgangsposition A0 zu einer Messungsstartposition A1 bewegt wurde, deren Position auf dasselbe Niveau wie jenes der Lufteinspritzdüse 25 eingestellt wird, wie dies in 1 gezeigt ist.
Die Messungsstartposition A1 wird, wie in 1 gezeigt, auf eine Position eingestellt, an welcher die Bezugsoberfläche 30a des Bezugsblocks 30 ihr Zentrum O2 beabstandet in Richtung der Z-Achse um eine vorbestimmte Entfernung L1 (beispielsweise 20 mm) von der Z-Achse O1 der Lufteinspritzdüse 25 ist, und an welcher die Bezugsoberfläche 30a in Richtung der X-Achse um eine vorbestimmte Entfernung L2 (beispielsweise 0,2 mm) von der vorderen Endoberfläche 25a der Lufteinspritzdüse 25 beabstandet ist.
Weiterhin ist die CPU 36 mit einem Zentrumspositionsberechnungsabschnitt 52 versehen, zur Berechnung der Zentrumsposition des Bezugsblocks 30 in der Z-Achse. Die CPU 36 ist weiterhin mit einem Berechnungsabschnitt 53 für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung als Berechnungsabschnitt für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung versehen, um die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse zu berechnen, auf Grundlage sowohl der Bezugszentrumsposition (oder des berechneten Wertes), die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde, als auch der Bezugszentrumsposition (oder des berechneten Wertes), die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde. Die CPU 36 ist weiterhin mit einem Korrekturabschnitt 54 für Koordinatenpositionsdaten versehen, zum Korrigieren der Koordinatenpositionsdaten der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse auf Grundlage der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung.
Die CPU 36 ist mit einem ersten Auslenkungsberechnungsabschnitt 55 zur Berechnung einer ersten Auslenkung des Werkzeugs auf Grundlage des Druckwertes (Daten) versehen, der von dem Druckmessgerät 31 gemessen wird, wenn das Werkzeug 23 gedreht wird, so dass die Luft von der Lufteinspritzdüse 25 ausgespritzt wird, nachdem das Werkzeug 23 bewegt wurde, wie in 4 gezeigt, von der Ausgangsposition A0 zu einer ersten Auslenkungsmessungsposition B1, deren Position auf dasselbe Niveau wie jenes der Lufteinspritzdüse 25 eingestellt ist. Ebenso ist die CPU 36 mit einem ersten Ermittlungsabschnitt 56 versehen, um zu entscheiden, ob die erste Auslenkung innerhalb der ersten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, durch Vergleichen des ersten Toleranzwertes, der vorher in dem RAM 38 gespeichert wird, und der ersten Auslenkung, die neu gemessen und berechnet wurde. Die CPU 36 ist weiterhin mit einem zweiten Auslenkungsberechnungsabschnitt 57 und einem zweiten Ermittlungsabschnitt 58 versehen, die ebenso arbeiten wie der ersten Auslenkungsberechnungsabschnitt 55 und der erste Ermittlungsabschnitt 56, nachdem das Werkzeug 23 in Richtung der X-Achse näher zur Lufteinspritzdüse 25 als die erste Auslenkungsmessposition B1 bewegt wurde.
Die CPU 36 ist mit einem Z-Achsen-Richtungspositionsberechnungsabschnitt 59 und einem Berechnungsabschnitt 60 für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung des Bezugsblocks 30 versehen, zum Einsatz bei einer Werkzeugmaschine gemäß einer nachstehend erläuterten, zweiten Ausführungsform.
Der ROM 37 ist mit einem Werkstückbearbeitungsprogramm-Speicherbereich 61 zum Speichern eines Werkzeugbearbeitungsprogramms zum Steuern der Bearbeitungsoperationen versehen, mit einem Messprogrammspeicherbereich 62, und mit Bereichen zum Speichern verschiedener Arten von Daten. Der RAM 38 speichert verschiedene Arten von Daten, beispielsweise den gemessenen Druckwert (Daten).
Nunmehr werden Operationen der CPU 36 der Steuervorrichtung 35 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau beschrieben, und die verschiedenen Arten von Operationen der Werkzeugmaschine, die mit den verschiedenen Arten von Signalen durchgeführt werden, die von der Steuervorrichtung 35 ausgegeben werden.
Zuerst werden die Messungsberechnungsoperationen für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Die verschiedenen Arten von Operationen werden, wie in dem Flussdiagramm von 3 gezeigt, auf Grundlage der Steuersignale durchgeführt, die von dem in 9 dargestellten Steuersystem 33 stammen.
In dem Zustand, in welchem sich der Bezugsblock 30 an der Ausgangsposition A0 befindet, wie mit durchgezogenen Linien in 1 dargestellt, wird im Schritt S1 von 3 das Öffnungs/Schließventil 29 geöffnet, um die Luft von der Lufteinspritzdüse 25 auszuspritzen, und wird der Druck der Luft durch das Druckmessgerät 31 gemessen. Im Schritt S2 wird von der CPU 36 festgestellt, ob ein gemessener Druck Ps höher ist als eine Obergrenze H0 oder nicht, die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde. Ist die Antwort Nein, so wird im Schritt S3 festgestellt, ob der gemessene Druck Ps kleiner ist als eine untere Grenze L0 oder nicht, die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde. Falls die Antworten in den Schritten S2 und S3 gleich Ja sind, wird ein Fehler in der Anzeigevorrichtung 43 angezeigt, und wird die Störung durch die Bedienungsperson korrigiert.
Wenn die Antwort im Schritt S3 gleich Nein ist, wird in der Anzeigevorrichtung 43 im Schritt S5 angezeigt, dass der gemessene Druck Ps, also der ursprüngliche Druck Pg, "normal" ist.
Dann wird im Schritt 56 der Bezugsblock 30 zusammen mit der Hauptspindel 20 von der Ausgangsposition A0 zur Messungsstartposition A1 bewegt. Im Schritt S7 wird auf Grundlage des Steuersignals von dem Steuerabschnitt 51 für Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit des Bezugsblocks der Bezugsblock 30 mit konstanter Geschwindigkeit für die Druckmessung in Richtung der Z-Achse von der Messungsstartposition A1 bewegt, wie in 1 gezeigt, und wird an einer Messungsendposition A2 angehalten. Hierbei ist die Kurve für den gemessenen Druck Ps des Druckmessgerätes 31 als Druckkurve dargestellt, die aus einem horizontalen Abschnitt e1 des konstanten, ursprünglichen Drucks Pg besteht, einem Druckanstiegsabschnitt e2, einem horizontalen Abschnitt e3 mit konstantem Druck, einem Druckabsenkungsabschnitt e4, und einem horizontalen Abschnitt e5, wie in 2 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Dann werden im Schritt S8 die Zentrumsposition Za des Bezugsblocks 30, die Position Za1 der vorderseitigen Oberfläche 30b, und die Position Za2 der rückseitigen Oberfläche 30c des Bezugsblocks 30 zu dem Zeitpunkt, wenn der gemessene Druck Ps gleich einem vorbestimmten Druck Pa ist, wie vorher in dem RAM 38 gespeichert, wie in 2 gezeigt, von dem Zentrumspositionsberechnungsabschnitt 52 berechnet, und wird in dem RAM 38 der berechnete Wert als die Bezugszentrumsposition Za gespeichert.
Die vorbereitenden Operationen zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse sind mit den bislang geschilderten Operationen beendet.
Nunmehr werden die Mess- und Berechnungsoperationen bezüglich der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung des Z-Achsen-Antriebsmechanismus 45A beschrieben, die zu dem Zeitpunkt durchgeführt werden, wenn die Werkstückbearbeitungsanzahl einen eingestellten Wert X überschreitet, nachdem der Werkstückbearbeitungsvorgang im Schritt S9 durchgeführt wurde, nachdem im Schritt S10 von der zentralen Verarbeitungsvorrichtung CPU 36 festgestellt wurde, ob die Werkstückbearbeitungsanzahl die eingestellte Anzahl X überschritten hat oder nicht.
Wenn die Antwort im Schritt S10 von 3 gleich Ja ist, werden ähnliche Operationen wie die voranstehend geschilderten Schritte S1 bis S7 durchgeführt. Im Einzelnen wird die Operation zur Messung des ursprünglichen Drucks durchgeführt, und wird der Bezugsblock 30 von der Ausgangsposition A0 zur Messungsstartposition A1 bewegt. Der Bezugsblock 30 wird mit konstanter Geschwindigkeit für die Druckmessung von der Messungsstartposition A1 zu der Messungsendposition A2 bewegt.
Dann wird im Schritt S11 die Zentrumsposition Za' zwischen der Position Za1' der vorderseitigen Oberfläche 30b des Bezugsblocks 30 und der Position Za2' der rückseitigen Oberfläche 30c berechnet, wenn der von dem Druckmessgerät 31 gemessene Druck Ps gleich dem vorbestimmten Druck Pa ist, und wird der berechnete Wert in dem RAM 38 gespeichert.
Im Schritt S12 wird die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung ΔZ = Za' – Za von dem Berechnungsabschnitt 53 für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung berechnet.
Im Schritt S13 werden die Positionsdaten des Werkstückbearbeitungsprogramms bezüglich der Koordinaten der Hauptspindel 20 durch den Koordinatenpositionsdaten-Korrekturabschnitt 54 auf Grundlage der Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung korrigiert. Danach kehrt das Flussdiagramm zum Schritt S9 für den Werkstückbearbeitungsvorgang zurück.
Als nächstes werden hauptsächlich unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 die Operationen zur Messung und Berechnung der Drehauslenkung des Werkzeugs 23 beschrieben.
Auch bei diesen Mess- und Berechnungsoperationen wird, nachdem ähnliche Operationen wie in den Schritten S1 bis S5 in 3 durchgeführt wurden, im Schritt S6, wie in 6 gezeigt, das Werkzeug 23 schnell zusammen mit der Hauptspindel 20 durch den Antriebsmechanismus für die drei Achsen zugestellt, von der Ausgangsposition A0 zu der ersten Auslenkungsmessposition B1, wie in 4 gezeigt, und wird dann mit niedriger Geschwindigkeit zugestellt (beispielsweise 200 mm pro Minute). Die Entfernung L3 zwischen dem Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 an der ersten Auslenkungsmessposition B1 und der vorderen Endoberfläche 25a der Lufteinspritzdüse 25 wird beispielsweise auf 0,4 mm eingestellt.
Im Schritt S7 wird das Werkzeug 23 gedreht, und wird die Luft von der Lufteinspritzdüse 25 gegen den Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 geblasen. Der Druck der Luft wird durch das Druckmessgerät 31 gemessen, und wird als ein erster gemessener Druck Ps1 in dem RAM 38 gespeichert. Dieser erste gemessene Druck Ps1 ist eine sinusförmige Kurve, wie in 5 gezeigt, falls bei dem Werkzeug 23 eine Drehauslenkung auftritt.
Auf Grundlage dieses Druckwertes (Daten) wird im Schritt S8 eine erste Auslenkung Δf1 des Werkzeugs 23 durch den ersten Auslenkungsberechnungsabschnitt 55 berechnet, und wird in dem RAM 38 gespeichert.
Im Schritt S9 wird festgestellt, ob die erste Auslenkung Δf1 innerhalb einer ersten Auslenkungstoleranz Ph1 liegt oder nicht, die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde.
Ist die Antwort auf diese Abfrage gleich Nein, so wird eine Fehleranzeige in der Anzeigevorrichtung 43 im Schritt S10 vorgenommen, und wird der Montageabschnitt des Werkzeughalters 23 durch die Bedienungsperson gereinigt.
Wenn die Antwort im Schritt S9 gleich Ja ist, wird das Werkzeug 23 im Schritt S11 mit niedriger Geschwindigkeit zusammen mit der Hauptspindel 20 zu einer zweiten Auslenkungsmessposition B2 bewegt, wie in 4 gezeigt. Eine Entfernung L4 zwischen dem Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 bei dieser zweiten Auslenkungsmessposition B2 und der vorderen Endoberfläche der Lufteinspritzdüse 25 wird auf beispielsweise 0,2 mm eingestellt.
Im Schritt S12 wird das Werkzeug 23 gedreht, und wird die Luft gegen den Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 geblasen, so dass ein zweiter gemessener Druck Ps2 von dem Druckmessgerät 31 gemessen wird. Dieser zweite gemessene Druck Ps2 ist ebenfalls als sinusförmige Kurve ausgebildet, wie der erste gemessene Druck Ps1, und es wird eine zweite Auslenkung Δf2 des Werkzeugs 23 durch den zweiten Auslenkungsberechnungsabschnitt 57 berechnet, und in dem RAM 38 gespeichert.
Dann wird im Schritt S13 von dem zweiten Entscheidungsabschnitt 58 festgestellt, ob die zweite Auslenkung Δf2 innerhalb einer zweiten Auslenkungstoleranz Ph2 liegt oder nicht, die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde. Wenn die Antwort auf diese Abfrage Nein ist, wird der Fehler in der Anzeigevorrichtung 43 im Schritt S14 angezeigt, und wird der Montageabschnitt des Werkzeughalters 22 durch die Bedienungsperson gereinigt.
Wenn die Antwort auf die Abfrage im Schritt S13 gleich Ja ist, wird eine hochexakte Werkstückbearbeitung im Schritt S15 durchgeführt.
Die folgenden Vorteile werden durch die Messvorrichtung für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung und die Drehauslenkung der Hauptspindel für die Werkzeugmaschine gemäß der ersten Ausführungsform erzielt.

(1) Bei der ersten Ausführungsform wird eine Lufteinspritzdüse 25, die an einer vorbestimmten Position angeordnet ist, dazu veranlasst, den Druck der Luft durch das Druckmessgerät 31 zu messen, durch Spritzen der Luft gegen den Bezugsblock 30, während der Bezugsblock 30 der Hauptspindel 20 von der Messungsstartposition A1 zur Messungsendposition A2 bewegt wird, in Bezug auf die einzelne Lufteinspritzdüse 25, die an der vorbestimmten Position angeordnet ist. Auf Grundlage des so gemessenen Druckes Ps wird die Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der Z-Achse berechnet.

Weiterhin wird der Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 in Bezug auf die Lufteinspritzdüse 25 zu der Messungsposition bewegt, und wird die Drehauslenkung des Werkzeugs 23 berechnet. Es wird festgestellt, ob die so berechnete Auslenkung innerhalb der Auslenkungstoleranz liegt oder nicht.
Durch Einsatz der einzigen Lufteinspritzdüse 25 können die Messung und die Berechnung der Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung und die Messung und Berechnung der Drehauslenkung des Werkzeugs 23 durchgeführt werden, und können die Anzahl an Teilen und der Kostenaufwand verringert werden.

(2) Bei der ersten Ausführungsform wird die Luft von der Lufteinspritzdüse 25 gegen die Bezugsoberfläche 30a des Bezugsblocks 30 und den Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 ausgespritzt. Dies führt dazu, dass die Bezugsoberfläche 30a und der Außenumfang 23a gereinigt werden können, so dass dort keine Fremdkörper wie etwa Späne vorhanden sind. Daher kann die Messgenauigkeit des Drucks verbessert werden. Dies führt dazu, dass ermöglicht wird, die Messgenauigkeit der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse und der Drehauslenkung des Werkzeugs 23 zu verbessern.
(3) Bei der ersten Ausführungsform werden die Position Za1' und die Position Za2' des Bezugsblocks 30 auf Grundlage des Drucks Ps berechnet, wie gemessen bei dem Vorgang der Bewegung des Bezugsblocks 30 von der Messungsstartposition A1 zur Messungsendposition A2, wie in 2 gezeigt, und des vorbestimmten Drucks Pa.

Weiterhin wird die Messungszentrumsposition Za' des Bezugsblocks 30 aus den beiden Positionen Za1' und Za2' berechnet, und wird die Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung auf Grundlage der Bezugszentrumsposition Za berechnet, die vorher in dem RAM 38 gespeichert wurde. Dies führt dazu, dass die Messungsberechnungsgenauigkeit der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung des Bezugsblocks 30 in Richtung der Z-Achse verbessert werden kann, so dass die Werkstückbearbeitungsgenauigkeit verbessert werden kann.

(4) Bei der ersten Ausführungsform wird der Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 nahe an die Lufteinspritzdüse 25 herangebracht, und nacheinander zur ersten Auslenkungsmessposition B1 und zur zweiten Auslenkungsmessposition B2 bewegt. Die erste Auslenkung Δf1 und die zweite Auslenkung Δf2 des Werkzeugs 23 werden aufeinanderfolgend berechnet, und es wird festgestellt, ob sie innerhalb der ersten Auslenkungstoleranz Ph1 bzw. der zweiten Auslenkungstoleranz Ph2 liegen oder nicht. Daher werden die Messungen in diesen beiden Stufen durchgeführt.

Daher wird ermöglicht, einen Zusammenstoß zu verhindern, der anderenfalls zwischen der Lufteinspritzdüse 25 und dem Außenumfang 23a des Werkzeugs 23 auftreten könnte, falls die Messung so durchgeführt würde, dass die Lufteinspritzdüse 25 abrupt zur zweiten Auslenkungsmessposition B2 bewegt wird, wenn bei dem Werkzeug 23 eine große Drehauslenkung vorhanden ist. Daher wird ermöglicht, von vorne herein eine Beschädigung der Lufteinspritzdüse 25 zu verhindern.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 und die 9 bis 12 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform wird eine erste Lufteinspritzdüse 71 oder eine erste Fluideinspritzdüse, die zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung verwendet werden soll, an einer derartigen Position des Betts 11, des Werkstückhalterungstisches 12 oder der Spannvorrichtung 13 befestigt, wie in 11 gezeigt ist, die in Richtung der Z-Achse gerichtet ist, wie in 10 gezeigt. An den Luftversorgungskanal der ersten Lufteinspritzdüse 71 ist das erste Druckmessgerät als die erste Messeinheit (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Lufteinspritzdüse 25, wie in 7 und 10 gezeigt, dient als die zweite Lufteinspritzdüse oder als zweite Fluideinspritzdüse, die zur Messung der Drehauslenkung des Werkzeughalters 22 oder des Werkzeugs 23 verwendet werden soll. Das Druckmessgerät 31 arbeitet als das zweite Druckmessgerät als zweite Messeinheit. Weiterhin ist der Bezugsblock 30 so an der vorderen Endoberfläche des Gehäuses 20a der Hauptspindel 20 angebracht, dass die Bezugsoberfläche 30a normal zur Richtung der Z-Achse verläuft.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die 11 und 12 die Operationen zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse bei der zweiten Ausführungsform beschrieben.
In den Schritten S1 bis S5 von 12 werden ähnliche Operationen wie in den Schritten S1 bis S5, gezeigt in 3, bei der ersten Ausführungsform durchgeführt.
Im Schritt S6 von 12 wird der Bezugsblock 30 zusammen mit der Hauptspindel 20 von der Ausgangsposition A0 zu einer Messungsstartposition C1 bewegt. Diese Messungsstartposition C1 ist so eingestellt, dass die Bezugsoberfläche 30a des Bezugsblocks 30 der ersten Lufteinspritzdüse 71 gegenüberliegt, und so, dass sie um eine vorbestimmte Entfernung L5 (beispielsweise 0,6 mm) von dem Vorderende der ersten Lufteinspritzdüse 71 in Richtung der Z-Achse beabstandet angeordnet ist.
Daraufhin wird die Luft im Schritt S7 von der Lufteinspritzdüse 71 gegen die Bezugsoberfläche 30a des Bezugsblocks 30 gespritzt, und wird der Bezugsblock 30 im Schritt S8 in Richtung der Z-Achse zu der Lufteinspritzdüse 71 hin bewegt. Der von dem Druckmessgerät 31 gemessene Druck Ps1 steigt an, wie durch eine durchgezogene Linie in 11 dargestellt. Zu dem Zeitpunkt, an welchem der gemessene Druck Ps1 einen vorbestimmten Druck Pc erreicht, wird der Vorschub des Bezugsblocks 30 gestoppt, und diese Position des Bezugsblocks 30 wird vorher als eine Bezugsposition Z in Richtung der Z-Achse in dem RAM 38 gespeichert.
Die Messungsvorbereitungsoperationen sind mit den bislang geschilderten Operationen beendet.
Dann wird im Schritt S9 der Werkstückbearbeitungsvorgang durchgeführt.
Im Schritt S10 wird von der zentralen Verarbeitungseinheit CPU 36 festgestellt, ob die Werkstückbearbeitungsanzahl den voreingestellten Wert überschritten hat oder nicht. Bei Überschreibung wird die Operation zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse durchgeführt.
Nach dem Schritt S10 werden Operationen wie in den voranstehenden Schritten S1 bis S7 durchgeführt. Im Einzelnen wird der Vorgang zur Messung des ursprünglichen Drucks durchgeführt, und wird der Bezugsblock 30 mit konstanter Geschwindigkeit für die Druckmessung bewegt. Der Bezugsblock 30 wird von der Ausgangsposition A0 zur Messungsstartposition C1 bewegt. Der Bezugsblock 30 wird von der Messungsstartposition C1 zu der Lufteinspritzdüse 71 bewegt.
Im Schritt S11 wird der Druck durch das Druckmessgerät 31 gemessen. Dieser Druck ist mit doppelt gestrichelten Linien in 11 dargestellt. Wie aus 11 hervorgeht, ist bei einer Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 die tatsächliche Messungsstartposition C1' des Bezugsblocks 30, der sich zur Messung der Startposition C1 bewegt haben sollte, verschieden von der Standard-Messungsstartposition C1, so dass die Messungsstartposition für den zweiten gemessenen Druck Ps2 nach C1' verschoben ist. Wenn dieser zweite gemessene Druck Ps2 den vorbestimmten Druck Pc erreicht, wird der Vorschub der Hauptspindel 20 gestoppt. Eine Position Z' des Bezugsblocks 30 in Richtung der Z-Achse zu diesem Zeitpunkt wird von dem Positionsberechnungsabschnitt 59 des Bezugsblocks 30 gemessen, und der gemessene Wert für die Messungsposition Z' wird in dem RAM 38 gespeichert.
Dann wird im Schritt S12 die Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 aus der Gleichung (ΔZ = Z' – Z) durch den Berechnungsabschnitt 60 für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung auf Grundlage der Bezugsposition Z und der Messungsposition Z' berechnet.
Im Schritt S13 werden die Positionskoordinaten der Hauptspindel 20 in Richtung der Z-Achse durch den Koordinatenpositionsdaten-Korrekturabschnitt 54 auf Grundlage der Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung korrigiert, und dann kehrt das Flussdiagramm zum Schritt S9 für den Werkstückbearbeitungsvorgang zurück.
Bei der zweiten Ausführungsform sind die erste Lufteinspritzdüse 71 zur Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 und die zweite Lufteinspritzdüse 25 zur Messung der Drehauslenkung des Werkzeugs 23 einzeln so angeordnet, dass die beiden Düsen 71 und 25 in die für die jeweilige Messung geeignete Richtung gerichtet werden können. Dies führt dazu, dass das Messprogramm für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 durch die erste Lufteinspritzdüse 71 von dem komplizierten Programm, welches die in 2 gezeigte Druckkurve einsetzt, zu dem einfachen Programm, welches die Druckkurve von 1 verwendet, geändert werden kann, so dass der Programmeinstellvorgang erleichtert werden kann.
Hierbei kann die Ausführungsform auf folgende Arten und Weisen abgeändert werden.

– Bei der ersten und zweiten Ausführungsform. wird die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der Z-Achse, also in Vorschubrichtung der Hauptspindel 20, gemessen und berechnet. Allerdings kann die Hauptspindel 20 auch so ausgebildet sein, dass sie mit einer Bezugsoberfläche parallel zur Richtung der Z-Achse und senkrecht. zur X-Achse versehen ist, oder mit einer Bezugsoberfläche senkrecht zur Richtung der Y-Achse, so dass die zweite Lufteinspritzdüse 25 gemeinsam für die Messungen der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der X-Achse und der Y-Achse verwendet wird.

Es lässt sich überlegen, dass die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel 20 in Richtung der X-Achse auf Grundlage der Druckänderung des horizontalen Abschnitts e3 des gemessenen Drucks Ps berechnet wird, wie dies in 2 gezeigt ist. Andererseits können die Messung und die Berechnung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der Y-Achse dadurch durchgeführt werden, dass die Hauptspindel 20 in Richtung der Y-Achse bewegt wird, beispielsweise auf Grundlage desselben Prinzips wie bei den Mess- und Berechnungsoperationen der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der Z-Achse.

– Die Lufteinspritzdüsen 25 und 71 können durch eine Düse zum Einspritzen einer Flüssigkeit, beispielsweise eines Kühlmittels oder Öl ersetzt werden. Die Erfindung lässt sich auch durch ein System zur Messung des Drucks eines Fluids oder ein System zur Messung der Flussrate eines Fluids verwirklichen.
– Die Positionen zum Anordnen der Schlitze 24 und der Lufteinspritzdüse 25 können auf jene des Werkstückhalterungstisches 12 oder der Spannvorrichtung 13 geändert werden.
– Für den Außenumfang oder die vordere Endoberfläche des Gehäuses 20a der Hauptspindel 20 kann eine ebene Bezugsoberfläche vorgesehen sein, welche eine ähnliche Funktionsweise wie die Bezugsoberfläche 30a des Bezugsblocks 30 aufweist.
– Der Druck beim Durchgang von Luft von dem Regler 28 zur Lufteinspritzdüse 25 kann durch das Druckmessgerät 31 gemessen werden.
– Bei der in 10 gezeigten, zweiten Ausführungsform kann eine Lufteinspritzdüse 25 weggelassen werden, und kann die andere Lufteinspritzdüse 71 nicht nur die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung messen, sondern auch die Drehauslenkung des Werkzeughalters 22 oder des Werkzeugs 23. Bei dieser Abänderung lässt sich überlegen, das Werkzeug 23 zu drehen, während der Außenumfangsrand des vorderen Endabschnitts des Werkzeughalters 22 oder des Werkzeugs 23 nahe an die vordere Endoberfläche der Düse 71 herangebracht wird, um hierdurch den Druck mit dem Druckmessgerät 31 zu messen, und hierdurch die Drehauslenkung aus der Änderung des gemessenen Drucks zu berechnen.
– Das Prinzip des Messverfahrens für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der Z-Achse der Hauptspindel 20, wie in 1 gezeigt, kann nur bei dem Messverfahren für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der X-Achse oder der Y-Achse eingesetzt werden, oder bei dem Messverfahren für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der Z-Achse und der X-Achse, in Richtung der Z-Achse und der Y-Achse, oder der Richtung der X-Achse und der Richtung der Y-Achse, und der Richtung der X-, Y- und der Z-Achse.
– Das Prinzip des Messverfahrens für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der Z-Achse der Hauptspindel 20 durch die erste Lufteinspritzdüse 71, wie in 10 gezeigt, kann nur bei dem Messverfahren für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der X-Achse oder der Y-Achse der Hauptspindel 20 eingesetzt werden, oder bei dem Messverfahren für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der Z-Achse und der Richtung der X-Achse, der Richtung der Z-Achse und der Richtung der Y-Achse, der Richtung der X-Achse und der Richtung der Y-Achse, und der Richtung der X-, Y- und der Z-Achse.
– Der Aufbau kann auch so abgeändert werden, dass die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der X-Achse, der Richtung der Y-Achse oder der Richtung der Z-Achse der Hauptspindel 20 unter Verwendung der zweiten Lufteinspritzdüse 25 für die Auslenkungsmessung gemessen wird, wie in 10 gezeigt, oder so, dass die Verschiebungen infolge von Wärmeeinwirkung der Richtung der Z-Achse und der Richtung der X-Achse gemessen werden, der Richtung der Z-Achse und der Richtung der Y-Achse, oder der Richtung der X-Achse und der Richtung der Y-Achse. Die Messung dieser Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung ist beispielsweise das Messverfahren der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1.
– Die Störungsmessung des ursprünglichen Drucks kann weggelassen werden.
– Das Verfahren zur Feststellung, ob die Werkstückbearbeitungsanzahl den eingestellten Wert überschreitet oder nicht, kann durch ein Verfahren zur Feststellung mit einem Zeitgeber ersetzt werden, der feststellt, ob eine eingestellte Zeit überschritten ist oder nicht.
– Die Erfindung kann auch durch eine Werkzeugmaschine verwirklicht werden, bei welcher die Hauptspindel 20 nur in Richtung der Z-Achse bewegt wird, durch eine Werkzeugmaschine, bei welcher diese nur in Richtung der Z-Achse und der Richtung der X-Achse bewegt wird, oder eine Werkzeugmaschine, bei welcher diese nur in Richtung der Z-Achse und in Richtung der Y-Achse bewegt wird.
Zwar wurde die Erfindung im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, jedoch wissen Fachleute auf diesem Gebiet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, so dass die beigefügten Patentansprüche alle derartigen Änderungen und Modifikationen umfassen sollen, die vom wahren Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind.

FIGURENBESCHRIFTUNG

1:

measurement end position:: Messungsendposition
measurement start position:: Messungsstartposition
origin position:: Ausgangsposition

2:

pressure:: Druck
position of reference block:: Position des Bezugsblocks

3:

YES:: JA
NO:: NEIN
S1: Luft von Lufteinspritzdüse einspritzen, und Luftdruck durch Druckmessgerät messen
S2: Gemessener Druck Ps ≥ Obergrenze H0?
S3: Gemessener Druck Ps ≤ Untergrenze L0?
S4: Fehler anzeigen
S5: In Anzeigevorrichtung anzeigen, dass ursprünglicher Druck Pg normal ist
S6: Bewege Bezugsblock 30 zusammen mit Hauptspindel 20 von Ausgangsposition A0 zur Messungsstartposition A1
S7: Bewege Bezugsblock 30 mit konstanter Geschwindigkeit für Druckmessung
S8: Speichere Zentrumsposition Za der Positionen Za1 und Za2 bei vorbestimmtem Druck Pa im RAM
S9: Werkstück bearbeiten
S10: Werkstückbearbeitungsanzahl ≥ X?
S11: Speichere Zentrumsposition Za' der Positionen Za1' und Za2' bei vorbestimmtem Druck Pa im RAM
S12: Berechne Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung ΔZ = Za' – Za
S13: Korrigiere Positionsdaten der Koordinaten der Hauptspindel 20 auf Grundlage des Berechnungsergebnisses

4:

B1:: Erste Messungsposition
B2:: Zweite Messungsposition
A0:: Ausgangsposition

5:

Pressure:: Druck
Time:: Zeit

6:

YES:: JA
NO:: NEIN
S1: Luft von Lufteinspritzdüse einspritzen, und Luftdruck durch Druckmessgerät messen
S2: Gemessener Druck Ps ≥ Obergrenze H0?
S3: Gemessener Druck Ps ≤ Untergrenze L0?
S4: Fehler anzeigen
S5: Anzeige in Anzeigevorrichtung, dass der ursprüngliche Druck Pg normal ist
S6: Bewege Werkzeug 23 zusammen mit Hauptspindel 20 von Ausgangsposition A0 zur ersten Messungsposition B1
S7: Drehe Werkzeug 23 und messe Druck durch Druckmessgerät 31
S8: Berechne erste Auslenkung Δf1 des Werkzeugs 23 auf Grundlage des ersten gemessenen Drucks Ps1
S9: Feststellung, ob erste Auslenkung Δf1 innerhalb der ersten Auslenkungstoleranz Ph1 liegt oder nicht
S10: Fehler anzeigen
S11: Bewege Werkzeug 23 zusammen mit Hauptspindel 20 zur zweiten Messungsposition B2
S12: Drehe Werkzeug 23 und berechne zweite Auslenkung Δf2 des Werkzeugs 23 aus dem zweiten gemessenen Druck Ps2
S13: Feststellung, ob die zweite Auslenkung Δf2 innerhalb der zweiten Auslenkungstoleranz Ph2 liegt oder nicht
S14: Fehler anzeigen
S15: Werkstück bearbeiten

8:

A/D converter:: A/D-Wandler
control system:: Steuersystem

9:

31: Druckmessgerät
32: A/D-Wandler
25: Düse
41: Eingabevorrichtung
43: Anzeigevorrichtung
39: Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle
42: Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle
51: Steuerabschnitt für Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit des Bezugsblocks
52: Bezugsblock-Zentrumspositions-Berechnungsabschnitt
53: Berechnungsabschnitt für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung (ΔZ = Za' – Za)
54: Koordinatenpositionsdaten-Korrekturabschnitt
55: Erster Werkzeugauslenkungsberechnungsabschnitt
56: Erster Ermittlungsabschnitt
57: Zweiter Werkzeugauslenkungsberechnungsabschnitt
58: Zweiter Ermittlungsabschnitt
59: Bezugsblockpositions-Berechnungsabschnitt
60: Berechnungsabschnitt für Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung (ΔZ = Z' – Z)
44: Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle
61: Werkstückbearbeitungsprogramm-Speicherbereich
62: Messungsprogramm-Speicherbereich
45A: Antriebsmechanismus für Z-Achse
45B: Antriebsmechanismus für X-Achse
45C: Antriebsmechanismus für Y-Achse
26: Luftversorgungsquelle
29: Öffnungs/Schließventil

10:

measurement start position:: Messungsstartposition

11:

pressure:: Druck
position of reference block 30: Position des Bezugsblocks 30
in Z-axis direction:: in Richtung der Z-Achse

12:

YES:: JA
NO:: NEIN
S1: Luft von Lufteinspritzdüse einspritzen, Luftdruck durch Druckmessgerät messen, und gemessenen Druck Ps im RAM als gemessenen Luftdruck speichern
S2: Gemessener Druck Ps ≥ Obergrenze H0?
S3: Gemessener Druck Ps ≤ Untergrenze L0?
S4: Fehler anzeigen
S5: Anzeige in der Anzeigevorrichtung, dass gemessener Druck Ps als ursprünglicher Druck Pg normal ist
S6: Bewege Bezugsblock 30 zusammen mit Hauptspindel 20 von Ausgangsposition A0 zur Messungsstartposition C1
S7: Spritze Luft von Lufteinspritzdüse 25 zum Bezugsblock 30 ein
S8: Druckmessung, Stopp des Vorschubs der Hauptspindel 20, wenn der erste gemessene Druck Ps1 den vorbestimmten Druck Pc erreicht, und speichern der Position Z im RAM als Bezugsposition Z
S9: Werkstück bearbeiten
S10: Werkstückbearbeitungsanzahl ≥ X?
S11: Druck messen, Vorschub der Hauptspindel 20 stoppen, wenn zweiter gemessener Druck Ps2 den vorbestimmten Druck Pc erreicht, und speichern der gemessenen Position Z' im RAM
S12: Berechne Verschiebung ΔZ = Z' – Z infolge von Wärmeeinwirkung
S13: Korrigiere Positionskoordinaten der Hauptspindel 20 auf Grundlage der Verschiebung ΔZ infolge von Wärmeeinwirkung

Claims

Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung für eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine, wobei vorgesehen sind: eine Hauptspindel, die durch eine Numeriksteuerung bewegt wird, und auf einem Bett angebracht ist; ein Werkzeug, das ein Werkstück bearbeitet, das auf einer Werkstückhalterungsvorrichtung gehaltert wird, und das auf der Hauptspindel über einen Werkzeughalter angebracht ist, wobei die Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung aufweist: eine Fluideinspritzdüse, die auf dem Bett oder der Werkstückhalterungsvorrichtung angebracht ist; eine Fluidversorgungsquelle, welche ein Fluid der Fluideinspritzdüse zuführt; eine Messeinheit, welche den Druck oder die Flussrate des Fluids in einem Fluidkanal misst, der von der Fluidversorgungsquelle zur Fluideinspritzdüse verläuft; eine Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung, welche eine Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel auf Grundlage einer Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids berechnet, die dadurch gemessen wird, dass: die Hauptspindel zu einer Messungsposition bewegt wird, die für die Messung der Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung eingestellt ist, so dass die Bezugsoberfläche, die auf einem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist, der Fluideinspritzdüse gegenüberliegt; und das Fluid von der Fluideinspritzdüse zu einer Bezugsoberfläche gespritzt wird, die auf einem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist; und eine Drehauslenkungsberechnungseinheit, welche eine Drehauslenkung des Werkzeughalters oder des Werkzeugs auf Grundlage einer Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids berechnet, die dadurch gemessen wird, dass: die Hauptspindel zu einer Messposition bewegt wird, die für die Drehauslenkungsmessung eingestellt ist, so dass der Werkzeughalter oder das Werkzeug der Fluideinspritzdüse gegenüberliegt; und das Fluid von der Fluideinspritzdüse zum Werkzeughalter oder zum Werkzeug der Hauptspindel eingespritzt wird, welche sich dreht.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der am Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche parallel zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft, und eine einzige Fluideinspritzdüse vorgesehen ist.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung aufweist: einen Zentrumspositionsberechnungsabschnitt, der eine Zentrumsposition der Bezugsoberfläche auf der Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet, der bzw. die gemessen wird, wenn die Bezugsoberfläche in Axialrichtung der Hauptspindel von einer Messungsstartposition zu einer Messungsendposition mit konstanter Geschwindigkeit vorgestellt wird, während die Entfernung zwischen der Bezugsoberfläche und einem Vorderrand der Fluideinspritzdüse in Axialrichtung der Düse auf einem konstanten Wert gehalten wird; und ein Verschiebungsberechnungsabschnitt die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung auf Grundlage einer Bezugszentrumsposition, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, und einer Messungszentrumsposition berechnet, die auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet wird, der bzw. die neu gemessen wird.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung für eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine, wobei vorgesehen sind: eine Hauptspindel, die durch eine Numeriksteuerung bewegt wird, und auf einem Bett angebracht ist; ein Werkzeug, das ein Werkstück bearbeitet, das auf einer Werkstückhalterungsvorrichtung gehaltert ist, und das auf der Hauptspindel über einen Werkstückhalterung angebracht ist, wobei die Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung aufweist: eine erste Fluideinspritzdüse, die auf dem Bett oder der Werkstückhalterungsvorrichtung angebracht ist; eine zweite Fluideinspritzdüse, die auf dem Bett oder der Werkstückhalterungsvorrichtung angebracht ist; eine Fluidversorgungsquelle, welche Fluid der ersten Fluideinspritzdüse und der zweiten Fluideinspritzdüse zuführt; eine erste und eine zweite Messeinheit, welche den Druck oder die Flussrate des Fluids in Fluidkanälen messen, die von der Fluidversorgungsquelle zur ersten und zweiten Fluideinspritzdüse führen; eine Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung, welche eine Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel berechnet, auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids, die dadurch gemessen wird, dass das Fluid von der ersten Fluideinspritzdüse zu einer Bezugsoberfläche ausgespritzt wird, die auf dem Gehäuse der Hauptspindel vorgesehen ist, während die Bezugsoberfläche gegenüberliegend der ersten Fluideinspritzdüse angeordnet ist und eine Drehauslenkungsberechnungseinheit, welche eine Drehauslenkung des Werkzeughalters oder des Werkzeugs auf Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des eingespritzten Fluids berechnet, die durch Einspritzen des Fluids von der zweiten Fluideinspritzdüse zum Werkzeughalter oder zum Werkzeug der Hauptspindel gemessen wird, während der Werkzeughalter oder das Werkzeug gegenüberliegend der Fluideinspritzdüse angeordnet ist.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der an dem Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft, die erste Fluideinspritzdüse so angeordnet ist, dass sie der Bezugsoberfläche zugewandt ist, und die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung aufweist: einen Positionsberechnungsabschnitt, der eine Position der Bezugsoberfläche auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet, der bzw. die gemessen wird, wenn die Bezugsoberfläche in die Nähe eines Vorderrandes der ersten Fluideinspritzdüse von der Messungsstartposition aus gebracht wird; und einen Verschiebungsberechnungsabschnitt, der die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel berechnet, auf Grundlage eines Bezugspositionsberechnungswertes, der vorher von dem Positionsberechnungsabschnitt berechnet wird, und in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, und eines Messungspositionsberechnungswerts, der auf Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet wird, der bzw. die neu gemessen wird.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel verläuft, die erste Fluideinspritzdüse so angeordnet ist, dass sie der Bezugsoberfläche gegenüberliegt, und die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung aufweist: einen Zentrumspositionsberechnungsabschnitt, der eine Zentrumsposition der Bezugsoberfläche auf der Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet, der bzw. die gemessen wird, wenn die Bezugsoberfläche in Axialrichtung der Hauptspindel vorgestellt wird, von einer Messungsstartposition zu einer Messungsendposition, mit konstanter Geschwindigkeit, während die Entfernung zwischen der Bezugsoberfläche und einem Vorderrand der ersten Fluideinspritzdüse in Axialrichtung der Düse auf einem konstanten Wert gehalten wird und einen Verschiebungsberechnungsabschnitt, der die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung auf Grundlage einer Bezugszentrumsposition, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, und einer Messungszentrumsposition berechnet, die auf der Grundlage des Drucks oder der Flussrate berechnet wird, der bzw. die neu gemessen wird.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Hauptspindel eine Bezugsoberfläche parallel zur Axialrichtung der Hauptspindel aufweist, die zweite Fluideinspritzdüse der Bezugsoberfläche in Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel gegenüberliegt; und die Berechnungseinheit für die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung die Verschiebung infolge von Wärmeeinwirkung der Hauptspindel auf der Grundlage der Änderung des Drucks oder der Flussrate des Fluids misst, die dadurch gemessen wird, dass das Fluid von der zweiten Fluideinspritzdüse zur Bezugsoberfläche ausgespritzt wird, während die Bezugsoberfläche der zweiten Fluideinspritzdüse gegenüberliegt.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehauslenkungsberechnungseinheit aufweist: eine erste Auslenkungsberechnungseinheit, die eine erste Auslenkung auf der Grundlage eines ersten gemessenen Drucks berechnet, der gemessen wird, wenn der Werkzeughalter oder das Werkzeug zu einer ersten Messposition bewegt wird; eine erste Ermittlungseinheit, die feststellt, ob die erste Auslenkung innerhalb einer ersten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wurde; eine zweite Auslenkungsberechnungseinheit, die eine zweite Auslenkung auf Grundlage des zweiten gemessenen Drucks berechnet, der neu gemessen wird, wenn der Werkzeughalter oder das Werkzeug zu einer zweiten Messungsposition bewegt wird, die näher als die erste Messungsposition an der Fluideinspritzdüse liegt; und eine zweite Ermittlungseinheit, die feststellt, ob die zweite Auslenkung innerhalb einer zweiten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wurde.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehauslenkungsberechnungseinheit aufweist: eine erste Auslenkungsberechnungseinheit, die eine erste Auslenkung auf Grundlage eines ersten gemessenen Drucks berechnet, der gemessen wird, wenn der Werkzeughalter oder das Werkzeug zu einer ersten Messungsposition bewegt wurde; eine erste Ermittlungseinheit, die feststellt, ob die erste Auslenkung innerhalb einer ersten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wurde; eine zweite Auslenkungsberechnungseinheit, die eine zweite Auslenkung auf Grundlage des zweiten gemessenen Drucks berechnet, der neu gemessen wird, wenn der Werkzeughalter oder das Werkzeug zu einer zweiten Messungsposition bewegt wurde, die näher an der Fluideinspritzdüse liegt als die erste Messungsposition; und eine zweite Ermittlungseinheit, die feststellt, ob die zweite Auslenkung innerhalb einer zweiten Auslenkungstoleranz liegt oder nicht, die vorher in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert wurde.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der an dem Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.
Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsoberfläche auf einem Bezugsblock vorgesehen ist, der an dem Gehäuse der Hauptspindel angebracht ist.