DE102009011682B4

DE102009011682B4 - Verfahren zur automatisierten Vermessung eines Werkzeugs in einer Bearbeitungsmaschine, Verfahren zur Verschleißkontrolle oder zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks sowie Bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102009011682B4
Application number: DE102009011682.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Evertz; Bernhardt Hilpert
Original assignee: Ivoclar Vivadent AG
Current assignee: Ivoclar Vivadent AG
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: DE102009011682A1

Abstract

Verfahren zur automatisierten Vermessung eines Werkzeugs (32) in einer Bearbeitungsmaschine (10), insbesondere einer Bearbeitungsmaschine (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks oder eines Rohlings (62) zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, wobei diese Bearbeitungsmaschine (10) aufweist – einen ortsfesten Rahmen (11); – einen Werkzeughalter (34) zur Aufnahme eines bearbeitenden Werkzeugs (32) und – einen gegenüber dem Rahmen (11) zum Zwecke der Bearbeitung zumindest hinsichtlich eines ersten Freiheitsgrades (A) motorisch bewegbaren Werkstückhalter (66) zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks (62), mit den Schritten: A. Verlagerung des Werkzeugs (32) relativ zu einem Kontaktbereich (68a, 68b) in Hinblick auf mindestens einen Messbewegungsfreiheitsgrad (A, U, Z), bis das Werkzeug (32) in Berührkontakt mit dem Kontaktbereich (68a, 68b) gelangt, wobei dieser Kontaktbereich (68a, 68b) zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) gemeinsam mit dem Werkstückhalter (66) zwangsgeführt ist, B. Erfassung der Relativlage vom Werkzeughalter (66) zum Kontaktbereich (68a, 68b) zum Zeitpunkt des Berührkontaktes, wobei die Erfassung des Berührkontaktes erfolgt, indem – eine Messeinrichtung ausgewertet wird, die die Lage des Werkstückhalters (66) hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) erfasst und bei einer Abweichung von einer Solllage den Berührkontakt erkennt oder – die Regelabweichung an einer Regeleinrichtung zur Bewegung des Werkstückhalters (66) hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) dahingehend ausgewertet wird, dass bei einer Regelabweichung jenseits eines vorgegebenen Schwellwertes der Berührkontakt zwischen dem Kontaktbereich (68a, 68b) und dem Werkzeug (32) erkannt wird, C Abspeicherung eines für die erfasste Relativlage charakteristischen Werkzeugkorrekturwertes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Vermessung eines Werkzeugs in einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Bearbeitungsmaschine zur spanenden, insbesondere zur fräsenden, zur bohrenden und/oder zur schleifenden, Bearbeitung eines eines Werkstücks oder eines Rohlings zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, wobei diese Bearbeitungsmaschine einen ortsfesten Rahmen, einen Werkzeughalter zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkzeugs und einen gegenüber dem Rahmen zum Zwecke der Bearbeitung zumindest hinsichtlich eines ersten Freiheitsgrades motorisch bewegbaren Werkstückhalter zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verschleißkontrolle eines Werkzeugs einer Bearbeitungsmaschine, ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels einer Bearbeitungsmaschine sowie eine Bearbeitungsmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks.
Bei der automatisierten spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels einer Bearbeitungsmaschine ist es erforderlich, die genauen Maße des Werkzeugs bzw. dessen Einspannposition im Werkzeughalter zu kennen, um die korrekte Bearbeitung des Werkstücks durch Relativbewegung des Werkstücks zum Werkzeughalter und zum Werkzeug zu gewährleisten.
Es ist bekannt, das Werkzeug vor Beginn der Bearbeitung zu vermessen, um variable Einflussfaktoren wie verschleißbedingte Verkürzungen des Werkzeugs oder eine einspannungsbedingte Lagevariabilität zu ermitteln. Nur wenn das Steuergerät der Maschine die Werkzeugmaße und die Lage des Werkzeugs im Werkzeughalter kennt, kann es diese Informationen bei der Durchführung der Bearbeitung berücksichtigen und die Bewegungspfade des Werkzeugs und/oder des Werkstücks entsprechend anpassen.
Aus dem Stand der Technik ist es hierzu bekannt, das Werkzeug vor Beginn der Bearbeitung gegen eine rahmenfest angebrachte Messeinrichtung zu verfahren, die bei mechanischem oder laseroptischem Kontakt des Werkzeugs ein Ausgangssignal generiert, durch welches auf die Maße des Werkzeugs rückgeschlossen werden kann.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass entsprechende Sensoren vergleichsweise teuer sind und zusätzlichen Bauraum innerhalb der Bearbeitungsmaschine erfordern. Nachteilig ist darüber hinaus, dass vor Beginn der Bearbeitung das Werkzeug bis zu den entsprechenden Sensoren verfahren werden muss, wodurch die Bearbeitungszeit erhöht wird. Bei Bearbeitungsmaschinen, die zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Gebissmodellen aus Rohlingen ausgebildet sind, wiegt insbesondere der für die Messeinrichtung erforderliche zusätzliche Bauraum schwer, da diese Maschinen in Dentallaboren oder Arztpraxen verwendet werden, in denen Platz häufig nur begrenzt vorhanden ist.
Aus der DE 10 2005 039 010 B4 ist eine Bearbeitungsvorrichtung aus dem Dentalbereich bekannt, die zur Erfassung der Kontur eines Werkzeugs vorschlägt, dass dieses gegen eine werkstückseitige Referenzfläche verfahren wird, um die Lage der Werkzeugspitze zu erfassen. Dies ist ein vorbereitender Schritt, um nachfolgend eine Eindringkontur insbesondere im Werkstück zu erzeugen, die auf Basis der bekannten Lage der Werkzeugspitze vermessen werden kann. Hierdurch sind Rückschlüsse auf den Zustand der Werkzeuge möglich.
Der Verbesserung von Werkzeugen widmet sich auch die Schrift DE 90 13 915 U1 .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren insbesondere zur automatisierten Vermessung eines Werkzeugs zur Verfügung zu stellen, welches gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft ist und welches insbesondere hinsichtlich der erforderlich konstruktiven Maßnahmen weniger anspruchsvoll ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Bearbeitungsmaschine zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem Schritt A erfolgt eine Verlagerung des Werkzeugs relativ zu einem Kontaktbereich in Hinblick auf mindestens einen Messbewegungsfreiheitsgrad, bis das Werkzeug in Berührkontakt mit dem Kontaktbereich gelangt. Der Kontaktbereich ist dabei zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades gemeinsam mit dem Werkstückhalter oder einem Halteelement für den Werkstückhalter zwangsgeführt. Zum Zeitpunkt des Berührkontaktes wird in einem Schritt B die Relativlage vom Werkzeughalter zum Kontaktbereich erfasst. In einem abschließenden Schritt C erfolgt die Abspeicherung eines für die erfasste Relativlage charakteristischen Werkzeugkorrekturwertes.
Unter einem Freiheitsgrad wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung eine Bewegbarkeit des Werkstücks bzw. des Werkzeugs relativ zum des Werkstücks/Werkstückhalters bzw. des Werkzeugs/Werkzeughalters am Rahmen erzielt wird, beispielsweise durch eine Linearführung oder eine Lagerung. Es wird zwischen rotativen und translativen Freiheitsgraden unterschieden.
Die zur spanenden, beispielsweise fräsenden, bohrenden oder schleifenden Bearbeitung ausgebildete Bearbeitungsmaschine, auf der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird, muss in konstruktiver Hinsicht gegenüber herkömmlichen Bearbeitungsmaschinen nur wenige Besonderheiten aufweisen. Es muss sich um eine Bearbeitungsmaschine handeln, deren Werkstückhalter motorisch hinsichtlich mindestens eines Freiheitsgrades gegenüber dem Rahmen bewegbar ist, insbesondere um während der Bearbeitung die Relativlage zwischen Werkstück und Werkzeug beeinflussen zu können. Diese Bewegbarkeit des Werkstückhalters kann eine translative und/oder eine rotative Bewegbarkeit darstellen. Zusätzlich ist ein Kontaktbereich vorgesehen, im einfachsten Falle eine einfache Anschlagfläche, welcher mit dem Werkstückhalter zwangsgeführt ist. Unter dieser Zwangsführung des Kontaktbereichs mit dem Werkstückhalter in Hinblick auf den ersten Freiheitsgrad wird verstanden, dass der Werkstückhalter und der Kontaktbereich derart mechanisch miteinander gekoppelt sind, dass der Werkstückhalter und der Kontaktbereich zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades nur gemeinsam miteinander beweglich sind. Bei einem Werkstückhalter, der hinsichtlich mehrerer Freiheitsgrade gegenüber dem Rahmen beweglich ist, beispielsweise bei einem Werkstückhalter, der gegenüber dem Rahmen einerseits translativ und andererseits rotativ bewegbar ist, reicht es aus, wenn der Kontaktbereich zumindest hinsichtlich eines Freiheitsgrades, dem ersten Freiheitsgrades im Sinne der Erfindung, gemeinsam mit dem Werkstückhalter bewegbar wird.
Das Verfahren zur automatisierten Vermessungen läuft folgendermaßen ab: Hinsichtlich mindestens eines Messbewegungsfreiheitsgrades, der dem Werkzeughalter und/oder dem Werkstückhalter zugeordnet sein kann, werden das Werkzeug und der Kontaktbereich relativ zueinander verfahren, bis es zum Berührkontakt zwischen dem Werkzeug und dem Kontaktbereich kommt. Dieser Berührkontakt wird erfasst. In Reaktion auf diese Erfassung wird die Relativlage des Werkzeughalters zum Kontaktbereich ausgewertet, da diese Relativlage unmittelbar von den Maßen des zu vermessenden Werkzeugs abhängt. Um bei der anschließende Bearbeitung die Maße des Werkzeugs berücksichtigen zu können, wird ein für die erfasste Relativlage charakteristischer Korrekturwert abgespeichert. Er erlaubt es, bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstücks eine Korrektur der Bewegungsabläufe des Werkzeughalters relativ zum Werkstückhalter vorzunehmen, so dass die Bearbeitung des Werkstücks nicht davon abhängt, wie lang das eingesetzte Werkzeug ist, insbesondere wie abgenutzt es ist bzw. wie weit es in den Werkzeughalter eingespannt ist.
Der Kontaktbereich ist erfindungsgemäß nicht rahmenfest vorgesehen, sondern zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades gemeinsam mit dem Werkstückhalter bewegbar. im Falle eines sowohl rotativ als auch translativ gegenüber dem Rahmen beweglichen Werkstückhalter, ist der Kontaktbereich demnach zumindest hinsichtlich eines dieser beiden Freiheitsgrade mit dem Werkzeughalter zwangsgekoppelt.
Die Zwangskopplung erlaubt es, die für die Bewegung des Werkstückhalters ohnehin vorgesehenen Lagesensoren bzw. Bewegungseinrichtungen zu verwenden, um bei der Vermessung den Zeitpunkt des Berührkontaktes zu erfassen. So kann beispielsweise ein Regelkreis, der üblicherweise genutzt wird, um während der Bearbeitung die Einhaltung der gewünschten Lage des Werkstücks zu gewährleisten, beim erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich genutzt werden, um den Berührkontakt zwischen Werkzeug und Kontaktbereich zu erkennen. Gegenüber einer herkömmlichen Bearbeitungsmaschine, bei der der Werkstückhalter gegenüber dem Rahmen beweglich ist, ist daher kaum zusätzlicher konstruktiver Aufwand erforderlich. Stattdessen werden bereits bisher an der Bearbeitungsmaschine vorhandene Komponenten genutzt, um bei nur geringen erforderlichen Anpassungen durch das Steuergerät der Bearbeitungsmaschine die Vermessung des Werkzeugs realisieren zu können.
Eine erste Variante des Verfahrens sieht vor, dass der Berührkontakt mit einem Kontaktbereich erfolgt, der ortsfest zum Werkstückhalter vorgesehen ist. Bei einer solchen Variante des Verfahrens wird der Kontaktbereich demnach hinsichtlich aller Freiheitsgrade gemeinsam mit dem Werkstückhalter bewegt.
Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, den Kontaktbereich ortsfest an einem Zwischenelement vorzusehen, wobei dieses Zwischenelement gegenüber dem Rahmen hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades gemeinsam mit dem Werkstückhalter automatisiert bewegbar ist und wobei der Werkstückhalter selbst gegenüber diesem Zwischenelement zusätzlich hinsichtlich eines zweiten Freiheitsgrades automatisiert bewegbar ist. Bei dieser zweiten Variante ist der Kontaktbereich daher nicht ortsfest zum Werkstückhalter vorgesehen. Stattdessen bewegt sich der Kontaktbereich lediglich hinsichtlich eines der Freiheitsgrade, des ersten Freiheitsgrades, gemeinsam mit dem Werkstückhalter.
Die einfachste Ausgestaltung des bei diesem Verfahren genutzten Kontaktbereichs sieht vor, dass der Kontaktbereich eine ebene Kontaktfläche umfasst, so dass der Berührkontakt zwischen Werkzeug und Kontaktbereich als Punktkontakt zwischen einem distalen Ende des Werkzeugs und nur einem Punkt dieser Kontaktfläche erfolgt. Alternativ hierzu sind jedoch auch andere Formen von Kontaktbereichen möglich, beispielsweise kegelförmige oder prismenförmige Kontaktbereiche. Je nach Ausgestaltung des Werkzeugs gelangt ein Werkzeug mit einem solchen nicht eben ausgestalteten Kontaktbereich durch Flächen-/Linienkontakt oder durch Punktkontakt an mehreren Punkten gleichzeitig in Kontakt.
Besonders von Vorteil ist es, wenn die Verlagerung des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich in Schritt A derart erfolgt, dass eine Rotationsachse des Werkzeugs während der Vermessung stets in messtechnisch idealer Richtung zur Erstreckung des Kontaktbereichs ausgerichtet ist. Als messtechnisch ideale Richtung wird bei einer ebenen Kontaktfläche die Erstreckungsrichtung der Flächennormalen angesehen. Bei einem Kontaktbereich, der für einen Linienkontakt oder einen Punktkontakt an mehreren Punkten gleichzeitig ausgebildet sind, ist die messtechnisch ideale Richtung jene, die orthogonal auf einer gedachten Ebene steht, auf der die Kontaktlinie oder die mehreren Kontaktpunkte liegen.
Wie oben beschrieben werden der Kontaktbereich und das Werkzeug im Zuge des Verfahrensschrittes A vor Erreichen des Berührkontaktes relativ zueinander im Hinblick auf mindestens einen Messbewegungsfreiheitsgrad bewegt. Die Messbewegungsfreieitsgrade umfassen vorzugsweise einen translativen Freiheitsgrad, wobei dieser insbesondere vorzugsweise durch eine Bewegbarkeit des Werkzeughalters entlang einer Z-Achse gegenüber dem Rahmen definiert ist. Im einfachsten Falle können sich die Messbewegungsfreiheitsgrade auf diesen einen translativen Freiheitsgrad beschränken.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist jedoch vorgesehen, dass die Messbewegungsfreiheitsgrade zwei rotative Freiheitsgrade umfassen, wobei ein erster dieser rotativen Messbewegungsfreiheitsgrade durch eine rotative Bewegbarkeit des Werkstückhalters um eine orthogonal zur Z-Achse ausgerichtete A-Achse definiert wird und wobei ein zweiter dieser rotativen Messbewegungsfreiheitsgrade durch eine rotative Bewegbarkeit des Werkzeughalters um eine orthogonal zur Z-Achse und parallel zur A-Achse ausgerichteten U-Achse definiert wird.
Bei dieser Variante werden während der Bewegung des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich demnach sowohl das Werkzeug als auch der Kontaktbereich verschwenkt. Dies ist insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zweckmäßig, bei denen eine translative Relativbeweglichkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück in Richtung einer Y-Achse, die zur Z-Achse, zur A-Achse und zur U-Achse orthogonal ausgerichtet ist, konstruktiv nicht vorgesehen ist. Um dennoch einen Kontaktbereich mit dem Werkzeug berühren zu können, der gegenüber dem in Richtung der Z-Achse ausgerichteten Werkzeug in Richtung der Y-Achse versetzt ist, muss der Werkzeughalter gemeinsam mit dem Werkzeug um die U-Achse verschwenkt werden.
Um gleichzeitig jedoch gewährleisten zu können, dass der Berührkontakt zwischen Werkzeug und Kontaktbereich in messtechnisch idealer Richtung erfolgt, kann gleichzeitig auch ein Verschwenken des Kontaktbereichs um die A-Achse erfolgen. Vorzugsweise verschwenken daher während der Durchführung des Verfahrensschrittes A der Kontaktbereich um die A-Achse und der Werkzeughalter mit dem Werkzeug um die U-Achse. Vorzugsweise erfolgen diese Schwenkbewegungen um identische Winkel, so dass die Winkellage zwischen dem Werkzeug und dem Kontaktbereich stets unverändert bleibt.
Das Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass der genannte erste Freiheitsgrad nicht zu den Messbewegungsfreiheitsgraden gehört. In einem solchen Fall erfolgt demnach keine Bewegung des Kontaktbereichs im Hinblick auf den ersten Freiheitsgrad, während das Werkzeug und der Kontaktbereich in Verfahrensschritt A aufeinander zu verfahren werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Messbewegungsfreiheitsgrade den ersten Freiheitsgrad des Werkstückhalters umfassen, so dass während der Durchführung des Verfahrensschritts A der Kontaktbereich hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades gegenüber dem Rahmen bewegt wird.
Zur Erfassung des Berührkontaktes am Ende des Verfahrensschrittes A wird gemäß einer ersten Alternative erfindungsgemäß eine Messeinrichtung ausgewertet, die die Lage des Kontaktbereichs hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades erfasst und bei einer Abweichung von einer Solllage den Berührkontakt erkennt. Alternativ kann erfindungsgemäß die Regelabweichung an einer Regeleinrichtung zur Bewegung des Werkstückhalters hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades dahingehend ausgewertet werden, dass bei einer Regelabweichung jenseits eines vorgegebenen Schwellwertes der Berührkontakt zwischen Kontaktbereich und Werkzeug erkannt wird.
Eine solche Messeinrichtung bzw. eine solche Regeleinrichtung ist bei einer Bearbeitungsmaschine, deren Werkstückhalter gegenüber dem Rahmen beweglich ist, üblicherweise bereits vorhanden, um die korrekte Ausrichtung des Werkstücks gegenüber dem Rahmen zu gewährleisten. Am vorteilhaftesten ist die Verwendung einer Regeleinrichtung, die bestimmungsgemäß während der Bearbeitung dem Zweck dient, die Lage des Werkstücks relativ zum Rahmen zu überwachen. Die Regeleinrichtung ermöglicht eine Erkennung einer Regelabweichung, die durch den Berührkontakt zwischen dem Kontaktbereich und dem Werkzeug hervorgerufen wird. Da jedoch Regelabweichungen auch vor Erreichen des Berührkontaktes während der Bewegung des Werkzeughalters hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades eintreten, wird ein Schwellwert definiert. Dieser Schwellwert wird so festgelegt, dass Regelabweichungen, die bei der langsamen Bewegung des Werkstückhalters gegenüber dem Rahmen im Zuge des Verfahrensschrittes A erwartungsgemäß auftreten können, unterhalb des Schwellwertes liegen. Erst der Berührkontakt zwischen Kontaktbereich und Werkzeug führt zu einer Überschreitung des Schwellwertes. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung Teil eines Elektromotors, insbesondere eines Torque-Motors, der als getriebeloser Direktantrieb zur Bewegung des Werkstückhalters um die A-Achse vorgesehen ist. Der Verzicht auf ein Getriebe gewährleistet eine hohe Genauigkeit bei Werkzeugvermessung, da Erfassbarkeit des eingetretenen Berührkontaktes nicht durch eine Untersetzung zwischen dem Motor und dem Werkstückhalter verschlechtert bzw. beeinflusst wird.
Als besonders vorteilhaft wird eine Ausgestaltung angesehen, bei der der erste Freiheitsgrad ein rotativer Freiheitsgrad um die A-Achse ist, wobei der Kontaktbereich von dieser A-Achse beabstandet ist. Bei einer solchen Gestaltung wird demnach die Verschwenkbarkeit des Werkstückhalters gegenüber dem Rahmen zur Erfassung des Berührkontaktes genutzt. Um den Berührkontakt zwischen dem Werkzeug und dem Kontaktbereich erfassen zu können, ist der Kontaktbereich bezogen auf die Bewegungsrichtung des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich zum Zeitpunkt des Berührkontaktes gegenüber der A-Achse versetzt. Dieser Versatz führt zu einer Momentenbeaufschlagung des Kontaktbereichs beim Berührkontakt. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn der Versatz mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 10 mm, beträgt damit der Berührkontakt ein möglichst gut erfassbares Drehmoment erzeugt.
Das Verfahren wird vorzugsweise angewendet, um die Länge des Werkzeugs in Richtung seiner Rotationsachse bzw. die Lage des Werkzeugs relativ zum Werkzeughalter hinsichtlich der Rotationsachse zu erfassen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Verwendung denkbar, um beispielsweise den Durchmesser eines Werkzeugs zu erfassen. Welches Maß des Werkzeugs erfasst wird, hängt davon ab, welcher Teil des zu vermessende Werkzeugs in Berührkontakt mit dem Kontaktbereich gelangt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden die Schritte A und B mehrfach durchlaufen, wobei mit Ausnahme des letzten Durchlaufs jeweils nach Schritt B in einem Schritt C2 ein für die im vorausgegangenen Schritt B erfasste Relativlage charakteristischer vorläufiger Werkzeugkorrekturwert erzeugt wird, der bei einem nachfolgenden Durchlaufen des Schritts A die Verlagerung des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich beeinflusst.
Bei dieser Variante des Verfahrens wird die Vermessung somit mehrfach durchgeführt, wobei der Bewegungsablauf des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich im Schritt A von dem beim vorausgegangenen Durchlauf ermittelten vorläufigen Werkzeugkorrekturwert abhängt.
Diese Variante des Verfahrens bietet sich an, wenn die Relativbewegung beim Durchlaufen des Schritts A zwischen dem Werkzeug einerseits und dem Kontaktbereich andererseits im Hinblick auf mindestens zwei Messbewegungsfreiheitsgrade erfolgt, nämlich im Hinblick auf mindestens einen translatorischen und mindestens einen rotativen Freiheitsgrad. In einem solchen Fall kann es bei einem nur einmaligen Durchlaufen der Verfahrensschritte A und B dazu kommen, dass das Werkzeug nicht in der messtechnisch idealen Richtung auf den Kontaktbereich aufkommt, so dass eine Ungenauigkeit bei der Vermessung die Folge ist. Wenn jedoch die Schritte A und B mehrfach durchlaufen werden, kann anhand der ungefähren Werkzeuglänge, die beim ersten bzw. vorherigen Durchlauf der Schritte A und B erfasst wurde, die Bewegung im Zuge des Schritte A beim nächsten Durchlauf derart angepasst werden, dass bei einem Erreichen des Berührkontaktes eine in messtechnischer Hinsicht besserer Ausrichtung des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich erzielt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass vor Beginn der Relativbewegung des Schritts A eine vom vorangegangenen Durchlauf abweichende Ausrichtung des Kontaktbereichs gewählt wird. Bei dieser weitergebildeten Variante des Verfahrens kann durch ein iteratives Vorgehen die Genauigkeit der Vermessung bei jedem Durchlauf weiter verbessert werden. Dieses Verfahren führt zu einer Konvergenz der gemessenen Werkstücklänge gegenüber der tatsächlichen Werkstücklänge und so zu der genannten schrittweisen Verbesserung der Messgenauigkeit.
Die Variante des Verfahrens mit mehrfachem Durchlauf der Schritte A und B erlaubt es darüber hinaus, dass in verschiedenen Durchläufen der Schritte A und B mindestens zwei verschiedene Kontaktbereiche vom Werkzeug mit unterschiedlichen Verlagerungsgeschwindigkeiten angefahren werden. Vorzugsweise weisen die Kontaktbereiche eine unterschiedliche Beschaffenheit auf und sind insbesondere aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Dies erlaubt es, angepasst an das Material des jeweiligen Kontaktbereichs die Anfahrgeschwindigkeit festzulegen. So kann ein Kontaktbereich, beispielsweise ein mit einer elastisch verformbaren Oberfläche ausgestatteter Kontaktbereich, beim ersten Durchlauf schnell angefahren werden, da die Beschädigungsgefahr für das Werkzeug aufgrund der Nachgiebigkeit dieses Kontaktbereichs gering ist. Der hierdurch im Schritt C2 ermittelbare vorläufige Werkzeugkorrekturwert ist aufgrund der hohen Anfahrgeschwindigkeit und die Beschaffenheit des ersten Kontaktbereichs vergleichsweise ungenau. Dieser vorläufige Werkzeugkorrekturwert kann allerdings bei einem zweiten Durchlauf unter Verwendung des anderen Kontaktbereichs genutzt werden. Dieser andere Kontaktbereich ist dabei vorzugsweise weniger nachgiebig und muss somit langsamer angefahren werden. Da auf Basis des vorläufigen Werkzeugkorrekturwerts jedoch die ungefähre Länge des Werkzeugs bekannt ist, muss diese geringere Anfahrgeschwindigkeit nur über eine vergleichweise kurze Strecke gefahren werden. Bei diesem zweiten Durchlauf wird dann nochmals und diesmal genauer die Werkzeuglänge erfasst..
Diese Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Verschleißkontrolle eines Werkzeugs einer Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 gelöst, welches nach dem gleichen Grundprinzip arbeitet. Bei diesem Verfahren werden folgende Schritte durchlaufen. Zunächst wird in einem Verfahrensschritt D eine Verlagerung des Werkzeugs relativ zum Kontaktbereich im Hinblick auf mindestens einen Messbewegungsfreiheitsgrad durchgeführt, bis das Werkzeug in Berührkontakt mit dem Kontaktbereich gelangt, wobei dieser Kontaktbereich wiederum zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades gemeinsam mit dem Werkstückhalter zwangsgeführt ist. Nachfolgend wird in einem Schritt E die Relativlage vom Werkzeughalter zum Kontaktbereich zum Zeitpunkt des Berührkontaktes erfasst. Abschließend wird in einem Verfahrensschritt F ein Vergleich eines für die erfasste Relativlage charakteristischen Wertes mit einem hierfür vorgesehenen Vergleichswert durchgeführt, wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses das Werkzeug für weitere Bearbeitungsvorgänge benutzt wird oder als verschlissen ausgesondert wird.
Bei dieser Variante des Verfahrens zur Verschleißkontrolle werden demnach nach dem Bearbeitungsvorgang weitgehend die gleichen Schritte wie bei dem Verfahren zur Vermessung durchgeführt. Allerdings wird im abschließenden Schritt F ke.in Korrekturwert erzeugt, sondern eine Auswertung durchgeführt, in Abhängigkeit derer das Werkstück als verschlissen oder als weiterhin nutzbar klassifiziert wird. Der Vergleichswert, mit dem der für die erfasste Relativlage charakteristische Wert verglichen wird, hängt vorzugweise von der vor dem Bearbeitungsvorgang erfassten Werkzeuglänge ab.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels einer Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vor der Bearbeitung erfolgt eine Vermessung eines im Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeugs nach oben beschriebenem Verfahren erfolgt und während der Bearbeitung erfolgt die Bewegung des Werkzeughalters und/oder des Werkstückhalters unter Einbeziehung des Werkzeugkorrekturwertes. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass nach der Bearbeitung eine Verschleißkontrolle nach oben beschriebenem Verfahren durchgeführt wird.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Bearbeitungsmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Rohlings zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, mit einem ortsfesten Rahmen, mit einem zur rotativen spanenden Bearbeitung ausgebildeten Werkzeug, mit einem Werkstückhalter zum Halten eines in der Bearbeitung befindlichen Werkstücks, wobei der Werkstückhalter gegenüber dem Rahmen im Hinblick auf einen ersten Freiheitsgrad beweglich ist, und mit einem Steuergerät zur Steuerung des Werkzeugs und des Werkstückhalters. Diese Bearbeitungsmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zur Durchführung von mindestens einem der oben beschriebenen Verfahren ausgebildet ist und die hierfür erforderlichen Merkmale aufweist.
Vorzugsweise ist am Werkstückhalter mindestens ein Kontaktbereich erster Art vorgesehen ist, der bei der Durchführung des Verfahrens im Schritt A oder D vom Werkzeug angefahren wird. Ein solcher Kontaktbereich ist vorzugsweise als Kontaktfläche ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der am Werkstückhalter mindestens ein Kontaktbereich zweiter Art vorgesehen ist, der bei der Durchführung der Verfahrenvariante mit dem zusätzlichen Verfahrensschritt C2 angefahren wird. Die beiden Kontaktbereiche bzw. Kontaktflächen sind vorzugsweise in gleicher Ausrichtung am Werkstückhalter vorgesehen. Vorzugsweise sind sie nebeneinander angeordnet und voneinander in Richtung einer Rotationsachse des Werkstückhalters versetzt. Die beiden Kontaktbereiche unterscheiden sich vorzugsweise hinsichtlich ihrer Beschaffenheit, beispielsweise hinsichtlich ihres Materials. Dadurch kann der erste Kontaktbereich weich und/oder nachgiebig ausgebildet sein, so dass er vom Werkzeug ohne Beschädigungsgefahr schnell angefahren werden kann. Dies gestattet eine grobe Abschätzung der Werkzeuglänge. Sofern diese grobe Abschätzung nicht ausreicht, kann anschließend der zweite Kontaktbereich mit geringer Geschwindigkeit angefahren werden, wobei es die Kenntnis der ungefähren Werkzeuglänge ermöglicht, dass nur eine kurze Anfahrstrecke mit der genannten geringeren Geschwindigkeit gefahren werden muss.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Werkstückhalters jeweils mindestens ein Kontaktbereich erster Art vorgesehen ist, wobei vorzugsweise jeweils mindestens ein Kontaktbereich erster Art sowie ein Kontaktbereich zweiter Art vorgesehen sind. Die Ausgestaltung mit zwei typgleichen Kontaktbereichen beidseitig des Werkstückhalters verringert die erforderlichen Bewegungsabläufe, da zur Werkzeugvermessung/Bruchkontrolle/Verschleißkontrolle je nach gerade aktueller Ausrichtung des Werkstückhalters der schneller anfahrbare Kontaktbereich ausgewählt werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich außer aus den Ansprüchen auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Bearbeitungsmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkzeugs, welche zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist.
2a bis 2d zeigen in einer schematischen Ansicht die Durchführung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens.
3a bis 3d zeigen in einer schematischen Ansicht eine zweite Variante des Messverfahrens.
4a und 4d zeigen in einer schematischen Ansicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Verschleisskontrolle.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Bearbeitungsraum 12 einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine 10. Im Bearbeitungsraum 12 sind eine Werkzeugeinheit 30 sowie eine Werkstückeinheit 60 angeordnet. Die Werkzeugeinheit 30 umfasst ein Fräswerkzeug 32, welches in einer Spindel 31 einer Werkzeughalterung 34 eingespannt ist. Die Werkzeughalterung 34 ist mittels der Werkzeugeinheit 30 gegenüber einem ortsfesten Rahmen 11 der Bearbeitungsmaschine einerseits translativ entlang einer vertikalen Z-Achse beweglich sowie andererseits um eine orthogonal zur Z-Achse ausgerichtete U-Achse verschwenkbar.
Das Werkstücksystem 60 dient zur Aufnahme eines Werkstücks 62, vorliegend eines Rohlings zur Herstellung von Zahnersatzteilen. Das Werkstück 62 ist gemeinsam mit einer Spanneinrichtung 66, die zur Festlegung des Werkstücks 62 dient, gegenüber einem Schlitten 64 des Werkstücksystems 60 um eine A-Achse elektromotorisch verschwenkbar. Der Schlitten 64 ist gemeinsam mit dem Werkstück 62 gegenüber dem ortsfesten Rahmen 11 der Bearbeitungsmaschine in Richtung einer X-Achse translativ verfahrbar. An der Spanneinrichtung 66, die gemeinsam mit dem Werkstück 62 um die A-Achse verschwenkbar ist, sind zwei Kontaktbereiche 68a, 68b vorgesehen, die zur Vermessung des Werkzeugs 32 dienen.
Die genannten Freiheitsgrade, also die Beweglichkeit des Werkzeugs 32 entlang der Z-Achse und um die U-Achse sowie die Beweglichkeit des Werkstücks entlang der X-Achse und um die A-Achse, gestatten es, mittels des Werkzeugs 32 spanend Zahnersatzteile aus dem Rohling 62 herzustellen.
Zur Bewegung der Spanneinrichtung 66 und des eingespannten Werkstücks 62 um die A-Achse gegenüber dem Schlitten 64 ist ein nicht dargestellter Elektromotor vorgesehen, dem eine ebenfalls nicht dargestellte Messeinrichtung zugeordnet ist, durch welche die Schwenkposition der Spanneinrichtung 66 erfassbar ist. Die Messeinrichtung und der Elektromotor sind Teil eines geschlossenen Regelkreises, der dafür verantwortlich ist, während der Bearbeitung des Werkstücks 62 bei einer Abweichung der Ist-Schwenkstellung von der Soll-Schwenkstellung mittels des Elektromotors die Schwenkstellung nachzuregulieren.
Dieser Regelkreis bzw. die Messeinrichtung dieses Regelkreises werden bei der Vermessung des Werkstücks genutzt, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird.
Bei den nachfolgenden Darstellungen der 2 bis 4 handelt es sich um vereinfachte schematische Darstellungen. Die Bewegung der Spanneinrichtung 66 und des Werkzeughalters 34 zum Zwecke der Vermessung bzw. Verschleisskontrolle des Werkzeugs finden ausschließlich in einer Ebene statt, deren Normalenvektor orthogonal zur Ausrichtung der A-Achse, der U-Achse und der X-Achse ausgerichtet ist.
Die 2a bis 2d zeigen eine erste Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens. 2a zeigt eine Ausgangsstellung, in der der Werkzeughalter 34 gemeinsam mit dem Werkzeug 32 hinsichtlich der Z-Achse bei einer Ausgangsposition angeordnet ist. Der Werkzeughalter 34 befindet sich gemeinsam mit dem Werkzeug 32 in einem unverschwenkten Zustand hinsichtlich der U-Achse (u = 0°). Bei dieser Ausrichtung erstreckt sich das Werkzeug 32 parallel zur Z-Achse.
Die Spanneinrichtung 66 mit dem eingespannten Werkstück 62 befindet sich in diesem Zustand der 2a ebenfalls in einer Ausgangslage, so dass der Schwenkwinkel a um die Achse A ebenfalls 0° beträgt. In dieser Ausgangslage ist ein Normalenvektor auf der Oberseite des Werkstücks 62 parallel zur Z-Achse ausgerichtet.
Wie aus 2a ersichtlich ist, sind die als ebene Fläche ausgebildeten Kontaktbereiche 68a, 68b in der Ausgangslage der 2a nicht fluchtend mit dem Werkzeug 32 ausgerichtet. Zunächst werden daher der Werkzeughalter 34 mit dem Werkzeug 32 einerseits sowie die Spanneinrichtung 66 mit dem Werkstück 62 um die U-Achse bzw. die A-Achse verschwenkt. Zur Erreichung der in 2b dargestellten verschwenkten Position werden sowohl der Werkzeughalter 34 mit dem Werkzeug 32 als auch die Spanneinrichtung 66 mit dem Werkstück 62 um jeweils einen Winkel von a = u = 10,5° gegenüber der Ausgangslage verschwenkt. In diesem verschwenkten Zustand ist der Werkzeughalter mit dem Werkzeug fluchtend zum zweiten Kontaktbereich 68b ausgerichtet.
Ausgehend von dieser Stellung der 2b werden das Werkzeug 32 und der zweite Kontaktbereich 68b aneinander angenähert, wobei dies mittels einer überlagerten Bewegung erfolgt. Diese überlagerte Relativbewegung umfasst ein Absenken des Werkzeughalters 32 in Z-Richtung sowie ein betragsgleiches Verschwenken des Werkzeughalters 32 und der Spanneinrichtung 66 um identische Winkel a = u. Ein Zwischenzustand dieser Bewegung ist in 2c dargestellt. In diesem Zwischenzustand sind das Werkzeug 32 und der zweite Kontaktbereich 68b jeweils bereits um 12° gegenüber der Ausgangslage um die U-Achse bzw. die A-Achse verschwenkt.
Durch diese Art der Verlagerung des Werkzeugs 32 und des zweiten Kontaktbereichs 68 ist permanent eine messtechnisch ideale Ausrichtung des Werkzeugs 32 relativ zum zweiten Kontaktbereich 68 gegeben. Es ist gewährleistet, dass der Berührkontakt zwischen dem Werkzeug und dem Kontaktbereich am distalen Ende des Werkzeugs 32 stattfindet und die Rotationsachse des Werkzeugs zum Normalenvektor auf dem zweiten Kontaktbereich 68 parallel ausgerichtet ist.
2d zeigt den Augenblick des Berührkontaktes. Das Werkzeug 32 und der zweite Kontaktbereich 68b sind zu diesem Zeitpunkt um 15° gegenüber der Ausgangsstellung der 2a verschwenkt. Sobald es zum Berührkontakt gekommen ist, führt eine Fortführung der Zustellbewegung zwischen dem Werkzeug 32 und dem Kontaktbereich 68b zwangsläufig zu einer Regelabweichung an dem geschlossenen Regelkreis, der für die Bewegung der Spanneinrichtung 66 um die A-Achse verantwortlich ist, da eine Fortführung des Verschwenkens der Spanneinrichtung 66 um die Achse A nicht möglich ist. Die hierfür vorgesehene Regelungselektronik vergleicht diese Regelabweichung mit einem vorgegebenen Schwellwert. Wenn die Regelabweichung größer als der Schwellwert ist, so wird dies als Zeichen dafür gewertet, dass es zum Berührkontakt gekommen ist. Die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug 32 und dem Kontaktbereich 68b wird unmittelbar beendet.
Aus der dem Steuergerät der Bearbeitungsmaschine bekannten Relativlage des Kontaktbereichs 68b zum Werkzeughalter 34 zum Zeitpunkt der Berührkontaktes lässt sich nun errechnen, wie groß die Erstreckung des Werkzeugs 32 in Richtung seiner Rotationsachse relativ zum Werkzeughalter 34 ist. Dieser Wert wird nachfolgend abgespeichert. Er dient bei der sich anschließenden Bearbeitung des Werkstücks 62 als Korrekturwert. Die bei der Bearbeitung stattfindende Bewegung des Werkzeugs 32 entlang der Z-Achse und um die U-Achse sowie des Werkstücks 62 um die A-Achse wird anhand dieses Korrekturwertes angepasst, um eine maßgenaue Bearbeitung des Werkstücks 62 zu gewährleisten.
Bei der im Zusammenhang mit den 2a bis 2d beschriebenen Durchführung des Verfahrens dient die A-Achse gleichzeitig sowohl der Zustellung während der Annäherung des Werkzeugs 32 an den Kontaktbereich 68b als auch der Erfassung des Berührkontaktes. Die 3a bis 3c zeigen eine alternative Form der Vermessung, bei der ein Verschwenken des Kontaktbereichs 68b um die A-Achse während der Annäherung nicht erforderlich ist.
Ausgehend vom Zustand der 3a, der im Wesentlichen dem Zustand der 2a entspricht, werden wiederum der Werkzeughalter 34 mit dem Werkzeug 32 sowie die Spanneinrichtung 66 mit dem Werkstück 62 verschwenkt. Wie die 3b zeigt, erfolgt dies jedoch unter Verwendung von größeren Schwenkwinkeln von a = u = 12°. Dieser Schwenkwinkel von 12° wird von dem System ausgewählt, da es der Winkel ist, bei dem voraussichtlich die Berührung zwischen dem Werkzeug 32 und dem Kontaktbereich 68b in messtechnisch idealer Weise erfolgt.
Ausgehend von diesem Zustand der 3b erfolgt wiederum die Relativbewegung des Werkzeugs 32 gegenüber dem Kontaktbereich 68b, wobei der Schwenkwinkel a um die A-Achse unverändert bei a = 12° bleibt. Die Relativbewegung wird demnach alleine über die translative Bewegung des Werkzeughalters 34 entlang der Z-Achse und über die rotative Bewegung des Werkzeughalters 34 um die U-Achse vorgenommen.
3c zeigt den Zeitpunkt des Berührkontaktes. Der Berührkontakt selbst kann in gleicher Art und Weise wie bei der Variante der 2a bis 2d über eine einen Schwellwert übersteigende Regelabweichung erkannt werden. Da während der Zustellung eine Bewegung der Spanneinrichtung 66 um die A-Achse nicht stattfindet, reicht jedoch auch eine einfache Auswertung der Messeinrichtung des Regelkreises.
Wie der 3c zu entnehmen ist, findet der Berührkontakt jedoch nicht in messtechnisch idealer Weise statt, da die Rotationsachse des Werkzeugs nicht fluchtend zur Flächennormale auf dem Kontaktbereich 68b ausgerichtet ist. Der Grund hierfür ist, dass das Werkzeug 32 etwas kürzer ist, als das System angenommen hat, oder etwas tiefer in der Spindel 31 sitzt. Daher ist das Werkzeug 32 zum Zeitpunkt des Berührkontaktes bereits um 17° verschwenkt, während der Kontaktbereich unverändert um 12° verschwenkt ist. Diese Winkelabweichung erlaubt es dem System, ein zweites Mal den Kontaktbereich 68b mit dem Werkzeug 32 anzufahren und dabei einen angepassten Winkel a von 14,5° zu verwenden, welcher zu einer in messtechnischer Hinsicht verbesserten Relativausrichtung des Kontaktbereichs zum Werkzeug im Augenblick des Berührkontaktes führt. Dieses iterative Vorgehen kann mehrfach wiederholt werden, wobei mit jedem Durchlauf die Winkel a und u im Augenblick des Berührkontaktes näher aneinander heranrücken, so dass die Ausrichtung in messtechnischer Hinsicht bei jedem Durchgang besser wird.
Die 4a bis 4d zeigen die Durchführung eines Verfahrens zur Verschleißkontrolle. Dieses Verfahren wird nach einem Bearbeitungsvorgang durchgeführt, um zu erfassen, ob das Werkzeug verschlissen ist, insbesondere gebrochen ist. Der Bewegungsablauf entspricht dabei der ersten Variante des Messverfahrens, dargestellt in den 2a bis 2d. Ein Unterschied liegt jedoch darin, dass nach der Erfassung der Werkzeuglänge kein Korrekturwert für eine nachfolgende Bearbeitung berechnet wird, sondern stattdessen in Abhängigkeit von dem Messergebnis entschieden wird, ob das Werkzeug als verschlissen ausgesondert wird oder für weitere Bearbeitungsvorgänge genutzt werden kann. Im vorliegenden Fall kommt es aufgrund der Tatsache, dass das Werkzeug 32 gebrochen und dadurch verkürzt ist, erst bei einem Winkel von a = u = 18° zu einem Berührkontakt zwischen dem Werkzeug und dem Kontaktbereich. Dies wird vom Steuergerät der Bearbeitungsmaschine als Hinweis auf ein verschlissenes Werkzeug gewertet. Das Werkzeug 32 wird daher nicht für die weitere Bearbeitung genutzt.
Bei einer nicht dargestellten Variante des Verfahrens, die von der in den 2a bis 2d dargestellten Variante abgeleitet ist, wird der gesamte Durchlauf zweimal durchgeführt, wobei beim ersten Durchlauf der erste Kontaktbereich 68a angefahren wird. Dieser erste Kontaktbereich weist eine elastisch verformbare Oberfläche auf, so dass das Anfahren dieses ersten Kontaktbereichs 68a mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Der durch den Kontakt zwischen dem ersten Kontaktbereich 68a und dem Werkzeug 32 erfasst Werkzeugkorrekturwert wird anschließend beim zweiten Durchlauf einbezogen. Bei diesem zweiten Durchlauf wird der zweite Kontaktbereich 68b angefahren, der eine nicht elastische Oberfläche aufweist und der daher langsamer angefahren werden muss. Allerdings reduziert sich gegenüber dem ersten Durchlauf der Anfahrweg, da die ungefähre Werkzeuglänge aus dem ersten Durchlauf bekannt ist und eine Verkleinerung des Anfahrweges gestattet.

Claims

Verfahren zur automatisierten Vermessung eines Werkzeugs (32) in einer Bearbeitungsmaschine (10), insbesondere einer Bearbeitungsmaschine (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks oder eines Rohlings (62) zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, wobei diese Bearbeitungsmaschine (10) aufweist – einen ortsfesten Rahmen (11); – einen Werkzeughalter (34) zur Aufnahme eines bearbeitenden Werkzeugs (32) und – einen gegenüber dem Rahmen (11) zum Zwecke der Bearbeitung zumindest hinsichtlich eines ersten Freiheitsgrades (A) motorisch bewegbaren Werkstückhalter (66) zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks (62), mit den Schritten: A. Verlagerung des Werkzeugs (32) relativ zu einem Kontaktbereich (68a, 68b) in Hinblick auf mindestens einen Messbewegungsfreiheitsgrad (A, U, Z), bis das Werkzeug (32) in Berührkontakt mit dem Kontaktbereich (68a, 68b) gelangt, wobei dieser Kontaktbereich (68a, 68b) zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) gemeinsam mit dem Werkstückhalter (66) zwangsgeführt ist, B. Erfassung der Relativlage vom Werkzeughalter (66) zum Kontaktbereich (68a, 68b) zum Zeitpunkt des Berührkontaktes, wobei die Erfassung des Berührkontaktes erfolgt, indem – eine Messeinrichtung ausgewertet wird, die die Lage des Werkstückhalters (66) hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) erfasst und bei einer Abweichung von einer Solllage den Berührkontakt erkennt oder – die Regelabweichung an einer Regeleinrichtung zur Bewegung des Werkstückhalters (66) hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) dahingehend ausgewertet wird, dass bei einer Regelabweichung jenseits eines vorgegebenen Schwellwertes der Berührkontakt zwischen dem Kontaktbereich (68a, 68b) und dem Werkzeug (32) erkannt wird, C Abspeicherung eines für die erfasste Relativlage charakteristischen Werkzeugkorrekturwertes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (68a, 68b) ortsfest zum Werkstückhalter (66) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich ortsfest an einem Zwischenelement vorgesehen ist, wobei dieses Zwischenelement gegenüber dem Rahmen hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades gemeinsam mit dem Werkstückhalter automatisiert bewegbar ist und wobei der Werkstückhalter gegenüber diesem Zwischenelement hinsichtlich eines zweiten Freiheitsgrades automatisiert bewegbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (68a, 68b) zumindest eine ebene Kontaktfläche (68a, 68b) umfasst, so dass der Berührkontakt als Punktkontakt an einem Punkt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des Werkzeugs (32) relativ zum Kontaktbereich (68a, 68b) derart erfolgt, dass eine Rotationsachse des Werkzeugs (32) während der Vermessung stets in messtechnisch idealer Richtung zur Erstreckung des Kontaktbereichs (68a, 68b) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbewegungsfreiheitsgrade (A, U, Z) einen translativen Freiheitsgrad (Z) umfassen, wobei vorzugsweise dieser translative Messbewegungsfreiheitsgrad (Z) durch eine Bewegbarkeit des Werkzeughalters (34) entlang einer Z-Achse gegenüber dem Rahmen definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbewegungsfreiheitsgrade (A, U, Z) zwei rotative Freiheitsgrade (A, U) umfassen, wobei – ein erster dieser rotativen Messbewegungsfreiheitsgrade (A, U) durch eine rotative Bewegbarkeit des Werkstückhalters (66) um eine orthogonal zur Z-Achse ausgerichtete A-Achse definiert wird und – ein zweiter dieser rotativen Messbewegungsfreiheitsgrade (A, U) durch eine rotative Bewegbarkeit des Werkzeughalters (34) um eine orthogonal zur Z-Achse und parallel zur A-Achse ausgerichtete U-Achse definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des Werkzeugs (32) relativ zum Kontaktbereich (68a, 68b) derart erfolgt, dass gleichzeitig eine translative Relativbewegung des Werkzeugs (32) und des Kontaktbereichs (68a, 68b) in Richtung der Z-Achse sowie eine rotative Bewegung des Werkzeugs (32) gegenüber dem Rahmen (11) um die U-Achse einerseits und des Kontaktbereichs (68a, 68b) gegenüber dem Rahmen (11) um die A-Achse andererseits derart erfolgt, dass eine Rotationsachse des Werkzeugs (32) stets in messtechnisch idealer Richtung zur Erstreckung des Kontaktbereichs (68a, 68b) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbewegungsfreiheitsgrade (A, U, Z) den ersten Freiheitsgrad (A) des Werkstückhalters (66) umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Freiheitsgrad (A) ein rotativer Freiheitsgrad um eine A-Achse ist, wobei der Kontaktbereich (68a, 68b) von dieser A-Achse beabstandet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Vermessung der Erstreckung des Werkzeugs (32) in Richtung seiner Rotationsachse verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte A und B mehrfach durchlaufen werden, wobei mit Ausnahme des letzten Durchlaufs jeweils nach Schritt B in einem Schritt C2. ein für die im vorausgegangenen Schritt B erfasste Relativlage charakteristischer vorläufiger Werkzeugkorrekturwert erzeugt wird, der beim nachfolgenden Durchlaufen des Schritts A die Verlagerung des Werkzeugs (32) relativ zum Kontaktbereich (68a, 68b) beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in verschiedenen Durchläufen der Schritte A und B mindestens zwei verschiedene Kontaktbereiche (68a, 68b) vom Werkzeug (32) mit unterschiedlichen Verlagerungsgeschwindigkeiten angefahren werden, wobei die Kontaktbereiche (68a, 68b) sich hinsichtlich ihrer Beschaffenheit voneinander unterscheiden, insbesondere aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
Verfahren zur Verschleisskontrolle eines Werkzeugs (32) einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks oder eines Rohlings (62) zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, wobei diese Bearbeitungsmaschine aufweist – einen ortsfesten Rahmen (11), – einen Werkzeughalter (34) zur Aufnahme eines bearbeitenden Werkzeugs (32), – einen gegenüber dem Rahmen (11) zum Zwecke der Bearbeitung zumindest hinsichtlich eines ersten Freiheitsgrades (A) motorisch bewegbaren Werkstückhalter (66) zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks (62), mit den Schritten: D. Verlagerung des Werkzeugs (32) relativ zu einem Kontaktbereich (68) in Hinblick auf mindestens einen Messbewegungsfreiheitsgrad, bis das Werkzeug (32) in Berührkontakt mit dem Kontaktbereich (68) gelangt, wobei dieser Kontaktbereich (68) zumindest hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) gemeinsam mit dem Werkstückhalter (66) zwangsgeführt ist, E. Erfassung der Relativlage vom Werkzeughalter (66) zum Kontaktbereich (68) zum Zeitpunkt des Berührkontaktes, wobei die Erfassung des Berührkontaktes erfolgt, indem – eine Messeinrichtung ausgewertet wird, die die Lage des Werkstückhalters (66) hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) erfasst und bei einer Abweichung von einer Solllage den Berührkontakt erkennt oder – die Regelabweichung an einer Regeleinrichtung zur Bewegung des Werkstückhalters (66) hinsichtlich des ersten Freiheitsgrades (A) dahingehend ausgewertet wird, dass bei einer Regelabweichung jenseits eines vorgegebenen Schwellwertes der Berührkontakt zwischen dem Kontaktbereich (68a, 68b) und dem Werkzeug (32) erkannt wird, F. Vergleich eines für die erfasste Relativlage charakteristischen Wertes mit einem Vergleichswert, wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses das Werkzeug (32) für weitere Bearbeitungsvorgänge genutzt wird oder als verschlissen ausgesondert wird.
Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (62) mittels einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks oder eines Rohlings (62) zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, wobei diese Bearbeitungsmaschine aufweist: – einen ortsfesten Rahmen (11), – einen Werkzeughalter (34) zur Aufnahme eines bearbeitenden Werkzeugs (32), – einen gegenüber dem Rahmen (11) zumindest hinsichtlich eines ersten Freiheitsgrades (A) motorisch bewegbaren Werkstückhalter (66) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks (62), dadurch gekennzeichnet, dass – vor der Bearbeitung eine Vermessung des im Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeugs (32) gemäß dem Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 13 erfolgt und während der Bearbeitung die Bewegung des Werkzeughalters (66) und/oder des Werkstückhalters (34) unter Einbeziehung des Werkzeugkorrekturwertes erfolgt und/oder – nach der Bearbeitung eine Verschleißkontrolle gemäß dem Verfahren nach Anspruch 14 durchgeführt wird.
Bearbeitungsmaschine (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (62), insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks oder eines Rohlings (62) zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, mit – einem ortsfesten Rahmen (11), – einem zur rotativen spanenden Bearbeitung ausgebildeten Werkzeug (32), – einem Werkstückhalter (66) zum Halten eines in der Bearbeitung befindlichen Werkstücks (62), der gegenüber dem Rahmen (11) in Hinblick auf einen ersten Freiheitsgrad (A) beweglich ist, und – einem Steuergerät zur Steuerung des Werkzeugs und des Werkstückhalters, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.
Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkstückhalter (66) mindestens ein Kontaktbereich (68b) erster Art vorgesehen ist, der bei der Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 im Schritt A oder D vom Werkzeug (32) angefahren wird.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkstückhalter (66) mindestens ein Kontaktbereich (68a) zweiter Art vorgesehen ist, der bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14 vom Werkzeug (32) angefahren wird.
Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Werkstückhalters (66) jeweils mindestens ein Kontaktbereich (68b) erster Art vorgesehen ist, wobei vorzugsweise jeweils mindestens ein Kontaktbereich (68b) erster Art sowie ein Kontaktbereich (68a) zweiter Art vorgesehen ist.