DE102009037593A1

DE102009037593A1 - Program controlled machine tool for machining workpiece, has three dimensional scanner mounted on main spindle of machine tool, and reference element permanently attached to machine tool and scannable by scanner

Info

Publication number: DE102009037593A1
Application number: DE102009037593A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Röders
Original assignee: P&L GmbH and Co KG
Current assignee: P&L GmbH and Co KG
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-02-17

Abstract

The machine tool has assembly units for producing multi-axial relative movement between a workpiece and a tool. A three dimensional scanner (11) is mounted on a main spindle (8) of the machine tool. A reference element (16) is permanently attached to the machine tool and is scannable by the scanner. The reference element is arranged at an outer side of a clamping surface of a machine table (7) and is formed in ball-shape. A cleaning nozzle is attached to the reference element that is formed with a flat scanning surface. An independent claim is also included for a method for geometry measurement of a program controlled machine tool.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine programmgesteuerte Werkzeugmaschine mit Baugruppen, welche eine mehrachsige Relativbewegung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug ermöglichen sowie auf ein Verfahren zur Geometrievermessung einer derartigen programmgesteuerten Werkzeugmaschine.The The invention relates to a program-controlled machine tool with assemblies which have a multi-axis relative movement between allow a workpiece and a tool and to a method for geometry measurement of such program-controlled machine tool.

Die Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen wird durch thermische Verformungen der Maschinen eingeschränkt, besonders bei länger andauernden Bearbeitungen. Ursache für die Verformungen können Temperaturänderungen der Umgebungstemperatur, Erwärmungen aus dem Zerspanprozess oder auch Wärmequellen in der Maschine wie die Reibung in den Führungen oder die Antriebsmotoren sein.The Machining accuracy of machine tools is determined by thermal Deformations of machines restricted, especially at longer lasting edits. Cause for the deformations can change the temperature Ambient temperature, heating from the cutting process or heat sources in the machine such as friction be in the channels or drive motors.

Besonders störend sind die thermisch bedingten Verformungen bei 4- oder 5Achsmaschinen. Bei derartigen Maschinen ist es üblich, die Bearbeitungsprogramme in dem Koordinatensystem des Werkstückes zu programmieren. Abhängig von der Position der in den Maschinen vorhandenen Schwenk- und Rundachsen rechnet die Steuerung die in Werkstückkoordinaten vorgegebenen Achspositionen automatisch in entsprechende Maschinenkoordinaten um. Für diese Umrechnung ist es erforderlich, dass die Lage der Schwenk- und Rundachsen relativ zu den Linearachsen exakt bekannt ist. Eventuelle Differenzen zwischen der in der Steuerung für die Umrechnung angenommenen Lage der Schwenk- und Rundachsen und der tatsächlichen Lage dieser führen zu unerwünschten Abweichungen in der Bearbeitung. Im Gegensatz zu Bearbeitungen auf Maschinen mit nur linearen Achsen bewirken die Abweichungen nicht nur einen Versatz der herzustellenden Werkstückgeometrie im Rohling, sondern auch erhebliche maßliche Fehler.Especially annoying are the thermally induced deformations at 4- or 5axis machines. In such machines, it is common the machining programs in the coordinate system of the workpiece to program. Depending on the position of the in the The controller calculates the existing swiveling and rotary axes in workpiece coordinates specified axis positions automatically into corresponding machine coordinates. For this conversion It is necessary that the location of the pivot and rotary axes relative exactly known to the linear axes. Possible differences between the position assumed in the control for the conversion the swivel and rotary axes and the actual position this lead to unwanted deviations in the processing. Unlike edits on machines with only linear axes cause the deviations not only an offset the workpiece geometry to be produced in the blank, but also significant dimensional errors.

Beispielhaft sei hier die Bearbeitung eines Werkstückes auf einer Schwenkbrücke dargestellt, das einmal bei horizontal positionierter Schwenkbrücke und zweimal bei vertikal positionierter Schwenkbrücke bearbeitet wird. Man erkennt, dass eine Längung der Bearbeitungsachse mit der Frässpindel in Z-Richtung um einen Betrag ΔZ dazu führt, dass das herzustellende Werkstück bei horizontaler Schwenkbrücke niedriger als gewünscht gefräst wird und zusätzlich bei vertikaler Schwenkbrücke zu schmal gefräst wird.exemplary Here is the machining of a workpiece on a swivel bridge shown, the once with horizontally positioned swing bridge and edited twice with vertically positioned swing bridge becomes. It can be seen that an elongation of the machining axis with the milling spindle in the Z direction by an amount ΔZ causes the workpiece to be produced with horizontal swing bridge lower than desired is milled and additionally with vertical swivel bridge is milled too narrow.

Zur Verdeutlichung dieser Vorgänge wird auf die 8–10 Bezug genommen. Diese zeigen in stark schematischer Darstellung jeweils einen Tisch 7 einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine, auf welchem ein Werkstück 21 gespannt ist. Weiterhin zeigen die 8–10 in vereinfachter, schematischer Darstellung ein Werkzeug 21, beispielsweise in Form eines Fräsers, welches an einer Hauptspindel 8 der programmierbaren Werkzeugmaschine drehbar gelagert ist. Durch eine thermisch bedingte Verlängerung der Z-Achse der Werkzeugmaschine erfolgt eine Bearbeitung der Oberfläche des Werkstücks 21 so, wie dies durch die durchgezogenen Linien dargestellt ist. Die strichpunktierten Linien zeigen den Soll-Zustand bzw. die Soll-Abmessungen des Werkstücks. Daraus wird ersichtlich, dass bei einer thermisch bedingten Längung der Z-Achse das Werkstück 21 zu klein ausgearbeitet wird. Gleiches gilt bei der Bearbeitung der Seitenflächen des Werkstücks 21, so wie dies nach Drehung des Werkstücks 21 (unter Verwendung einer in den 8–10 nicht dargestellten Schwenkbrücke 4 (siehe 1)) erfolgt. Es ist somit ersichtlich, dass bereits durch eine thermisch bedingte, nicht korrigierte Längung der Z-Achse erhebliche Maßabweichungen bei der Bearbeitung des Werkstücks 21 resultieren.To clarify these processes is on the 8th - 10 Referenced. These each show a table in a highly schematic representation 7 a program-controlled machine tool on which a workpiece 21 is curious. Furthermore, the show 8th - 10 in a simplified, schematic representation of a tool 21 , For example in the form of a milling cutter, which on a main spindle 8th the programmable machine tool is rotatably mounted. By a thermally induced extension of the Z-axis of the machine tool, a machining of the surface of the workpiece takes place 21 as shown by the solid lines. The dot-dashed lines show the desired state or the nominal dimensions of the workpiece. It can be seen that at a thermally induced elongation of the Z-axis, the workpiece 21 too small is worked out. The same applies to the machining of the side surfaces of the workpiece 21 as well as after rotation of the workpiece 21 (using one in the 8th - 10 pivoting bridge, not shown 4 (please refer 1 )) he follows. It can thus be seen that even by a thermally induced, not corrected elongation of the Z-axis considerable deviations in the machining of the workpiece 21 result.

Wenn die relative Lage der Schwenk- und Rundachsen einer Maschine eingemessen wird, so kann das für den zu diesem Zeitpunkt vorhandenen thermischen Zustand der Maschine hochgenau durchgeführt werden. Wenn bei einer späteren Bearbeitung die Maschine einen anderen thermischen Zustand einnimmt und sich in der Folge die relative Lage der Schwenk- und Rundachsen zu den Linearachsen ändert, so kommt es zu den beschriebenen Abweichungen.If measured the relative position of the rotary and rotary axes of a machine this can be for the existing at that time thermal Condition of the machine to be performed with high accuracy. If in a later processing, the machine another thermal state assumes and as a result the relative position the swiveling and rotary axes to the linear axes changes, so it comes to the described deviations.

Aus der DE 10 2005 008 055 A1 ist ein Verfahren zum Vermessen einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine bekannt, bei welchem auf einem Maschinentisch anstelle eines Werkstücks eine Messkugel aufgespannt wird, welche mittels eines Messtasters abtastbar ist. Dabei erweist es sich als nachteilig, dass die Messkugel auf dem Maschinentisch positioniert werden muss, so dass eine derartige Geometrievermessung der programmgesteuerten Werkzeugmaschine nicht Maßänderungen durch thermische Belastungen während des Bearbeitungsvorgangs ermitteln kann.From the DE 10 2005 008 055 A1 a method for measuring a program-controlled machine tool is known in which a measuring ball is clamped on a machine table instead of a workpiece, which can be scanned by means of a probe. It proves to be disadvantageous that the measuring ball must be positioned on the machine table, so that such a geometry measurement of the program-controlled machine tool can not determine dimensional changes due to thermal loads during the machining process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine programmgesteuerte Werkzeugmaschine sowie ein Verfahren zur Geometrievermessung einer derartigen programmgesteuerten Werkzeugmaschine zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine exakte Vermessung auch während eines Bearbeitungsvorganges ermöglichen.Of the Invention is based on the object, a program-controlled machine tool and a method for geometry measurement of such a program-controlled Machine tool to create, which in a simple structure and easier, cost-effective manufacturability an exact measurement even during a machining process allow.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombinationen der unabhängigen Ansprüche gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the task through the feature combinations of the independent Claims solved, the dependent claims show further advantageous embodiments of the invention.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung diese Abweichungen zu minimieren, indem eine Möglichkeit geschaffen wird, dass die Maschine zu beliebigen Zeitpunkten die relative Lage von Schwenk- und Rundachsen selber vermisst und eventuelle Abweichungen korrigiert.It is thus an object of the invention To minimize deviations by creating a possibility that the machine itself at any time points, the relative position of pivot and rotary axes itself measures and corrects any deviations.

Aus dem Stand der Technik ist diesbezüglich bekannt, dass hochgenaue Referenzkugeln an dem Maschinentisch angebracht werden, die Maschine diese in verschiedene Positionen für die Schwenk- und Rundachsen verfährt und mit dem 3D-Taster der Maschine antastet und aus den aufgenommenen Werten die Position der Schwenk- und Rundachsen ermittelt, bzw. zurückrechnet.Out The prior art is known in this regard that highly accurate Reference balls are attached to the machine table, the machine this in different positions for the swivel and rotary axes moves and touches with the 3D-button of the machine and determines the position of the swivel and rotary axes from the recorded values, or recalculated.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass ein eventuell auf dem Maschinentisch befestigtes Werkstück entfernt werden muss. Außerdem muss der Maschinenbediener auf Sauberkeit der Referenzkugel achten. D. h., diese wird für den Einmessvorgang extra installiert oder muss vor dem Einmessvorgang gereinigt werden.adversely At this procedure is that one possibly on the machine table fixed workpiece must be removed. Furthermore the machine operator must pay attention to the cleanliness of the reference sphere. D. h., This is specially installed for the calibration process or must be cleaned before the calibration process.

Die Erfindung schafft eine Lösung, bei der während der Einmessung der relativen Lage der Schwenk- und Rundachsen auch große Werkstücke auf dem Maschinentisch verbleiben können. Außerdem werden manuelle Eingriffe vermieden, wie die Installation von Referenzelementen oder ein Reinigen dieser. Die Maschine kann die relative Lage der Schwenk- und Rundachsen jederzeit selber einmessen, bei längeren Bearbeitungen auch mehrmals zwischendurch und damit thermisch bedingte Verformungen feststellen und kompensieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn direkt vor Arbeitsgängen, die eine besonders hohe Genauigkeit erfordern, ein erneutes Einmessen der Schwenk- und Rundachsen durch die Maschine erfolgt. Das automatische Antasten der Referenzelemente ist aber nicht nur auf die Optimierung von Bearbeitungsvorgängen beschränkt. Auch vor oder während der Vermessung von Werkstücken mit dem 3D-Taster in der Maschine kann durch wiederholtes Antasten der Referenzelemente die Genauigkeit gesteigert werden. Gleiches gilt für die Geometrievermessung der Maschine während der Inbetriebnahme, wenn die relative Lage der Schwenk- und Rundachsen erstmalig bestimmt wird.The Invention provides a solution in which during the measurement of the relative position of the swivel and rotary axes also large workpieces remain on the machine table can. In addition, manual intervention is avoided like installing reference elements or cleaning them. The machine can determine the relative position of the swivel and rotary axes calibrate yourself at any time, for longer edits also several times in between and thus thermally induced deformations determine and compensate. It is particularly advantageous if directly before operations, which is a particularly high accuracy require a renewed calibration of the swivel and rotary axes the machine is done. The automatic probing of the reference elements But it's not just about optimizing machining operations limited. Also before or during the measurement of Workpieces with the 3D-button in the machine can through repeated probing of the reference elements increased the accuracy become. The same applies to the geometry measurement of the machine during commissioning when the relative position of the swivel and rotary axes is determined for the first time.

Erfindungsgemäß werden in der Maschine an festen Positionen ein oder mehrere geeignete Referenzelemente so befestigt, dass diese mit dem automatisch einwechselbaren 3D-Taster der Maschine angetastet werden können. Um den Maschinentisch voll nutzbar zu halten, werden die Referenzelemente außerhalb der Aufspannfläche des Maschinentisches angebracht oder in die vorhandenen Bauteile der Maschine eingearbeitet.According to the invention in the machine at fixed positions one or more suitable Reference elements fixed so that these with the automatically interchangeable 3D button of the machine can be touched. To the To keep the machine table fully usable, the reference elements are outside attached to the clamping surface of the machine table or incorporated into the existing components of the machine.

Die Referenzelemente können kugelförmig sein oder auch ebene Flächen aufweisen. An den Referenzelementen sind feste Antastpositionen für das Antasten mit dem 3D-Taster definiert bzw. vorgesehen. Die Antastpositionen werden für das Einmessen mit dem 3D-Taster nach Möglichkeit in senkrechter Richtung zur Oberfläche der Antastposition angefahren, um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen. Die Verfahrrichtung für das Antasten kann, muss aber nicht mit den Achsrichtungen der Maschinenachsen übereinstimmen.The Reference elements may be spherical or also have flat surfaces. At the reference elements are fixed probing positions for probing with the 3D-button defined or intended. The touch positions are for measuring with the 3D-button if possible in vertical Approached to the surface of the probing position, to achieve the highest possible accuracy. The direction of travel for probing, but does not have to with the axis directions match the machine axes.

Die durch das Antasten ermittelten Positionswerte der Antastpositionen an den Referenzelementen in der Maschine weichen bei thermisch bedingten Verformungen von den ursprünglich bei Inbetriebnahme der Maschine ermittelten Positionswerten ab. Aus den Differenzen der Positionswerte kann auf die thermisch bedingte Verformung der Maschine geschlossen werden.The determined by the probing position values of the probing positions at the reference elements in the machine soften when thermally induced Deformations of the original when commissioning the Machine determined position values. From the differences of Position values can be concluded on the thermally induced deformation of the machine become.

Um eine möglichst genaue Information über den Verformungszustand der Maschine zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Referenzelemente auch die Vermessung der relativen Veränderung bzw. Verformung von einzelnen Achsen zum Maschinengestell ermöglichen. Dazu kann es sein, dass Referenzelemente so angebracht werden müssen, dass diese nicht mehr in allen Richtungen angetastet werden können, da die den 3D-Taster aufnehmende Spindel sich für die entsprechende Anbringposition des Referenzelementes in der Maschine nicht in allen Richtungen relativ zum Referenzelement verfahren lässt.Around a precise information about the deformation state To obtain the machine, it may be advantageous if the reference elements also the measurement of the relative change or deformation from individual axles to the machine frame. In addition, it may be the case that reference elements must be that they can not be touched in all directions, because the spindle receiving the 3D button is for the corresponding Mounting position of the reference element in the machine not in all directions relative to the reference element.

Das ist beispielsweise in Portalmaschinen der Fall, bei denen die Spindel in zwei Achsen und der Maschinentisch in einer Achse verfahren werden, wenn ein Referenzelement am Maschinengestell angebracht wird. Dieses kann dann nur in der Ebene, die durch die beiden die Spindel verfahrenden Linearachsen aufgespannt wird, angetastet werden, aber nicht mehr quer zu dieser Ebene. Um trotzdem eine Information über Verformungen der Maschine quer zu der durch die beiden Linearachsen aufgespannten Ebene an der Anbringposition des Referenzelementes zu erhalten, ist erfindungsgemäß ein Referenzelement vorgesehen, bei dem die Oberfläche der Antastposition auf dem Referenzelement in einem kleinen Winkel zur möglichen Verfahrrichtung des 3D-Tasters geneigt ist. Der 3D-Taster wird entlang der Oberfläche verfahren, bis durch die Neigung der Oberfläche an der Antastposition der 3D-Taster in Querrichtung zur Verfahrrichtung so weit ausgelenkt wird, dass dieser schaltet. Abhängig von der Achsposition beim Schalten des 3D-Tasters in Verfahrrichtung und dem Winkel zwischen Oberfläche der Antastposition und der Verfahrrichtung kann die Verformung der Maschine senkrecht zur Verfahrrichtung errechnet werden, da sich die Achsposition entsprechend der Verformung der Maschine ändert. So erhält man eine Information über die Verformung der Maschine in senkrechter Richtung zu der durch die beiden Linearachsen aufgespannten Ebene.This is the case for example in gantry machines in which the spindle is moved in two axes and the machine table in an axis when a reference element is attached to the machine frame. This can then be touched only in the plane which is spanned by the two linear axes traversing the spindle, but no longer transversely to this plane. In order nevertheless to obtain information about deformations of the machine transversely to the plane defined by the two linear axes at the attachment position of the reference element, a reference element is provided according to the invention, in which the surface of the contact position on the reference element at a small angle to the possible direction of travel of the 3D Tasters is inclined. The 3D button is moved along the surface until, as a result of the inclination of the surface at the probing position, the 3D button is deflected in the transverse direction to the direction of travel until it switches. Depending on the axis position when switching the 3D push button in the direction of travel and the angle between the surface of the touch position and the travel direction, the deformation of the machine perpendicular to the travel direction can be calculated because the axis position changes according to the deformation of the machine. This gives information about the deformation of the Machine in vertical direction to the plane spanned by the two linear axes.

Wenn ein weiteres Referenzelement am Maschinentisch angetastet wird, kann aus dem Antastvorgang am Referenzelement am Maschinengestell und am Referenzelement am Maschinentisch auf die Verformung des Maschinentisches geschlossen werden.If another reference element is touched on the machine table, can from the probing on the reference element on the machine frame and on the reference element on the machine table on the deformation of the machine table getting closed.

Bei den Referenzelementen, die sich im Arbeitsraum der Maschine befinden, sind auf die Antastpositionen Düsen gerichtet, durch die mit Druckluft oder einem anderen Medium, z. B. der in der Maschine eingesetzten Emulsion, die vorgesehenen Antastpositionen automatisch gereinigt werden können. Vorteilhaft ist es, wenn die Düsen in geringem Abstand zu den Antastpositionen leicht seitlich angebracht werden, so dass das reinigende Medium eventuelle Späne und anderen Schmutz gut entfernen kann und gleichzeitig eine gute Zugänglichkeit für den Antastvorgang mit dem 3D-Taster bleibt. Die Reinigung der Antastpositionen erfolgt vor dem eigentlichen Antastvorgang mit dem 3D-Taster. Einige Referenzelemente können aber auch in einem vor Spänen geschützten Bereich, z. B. in einem Werkzeugwechsler der Maschine, untergebracht werden. Dann kann auf eine automatische Reinigung durch Medien verzichtet werden.at the reference elements located in the working space of the machine, are directed to the probing nozzle, through which with compressed air or another medium, eg. B. in the machine used emulsion, the intended probing positions automatically can be cleaned. It is advantageous if the nozzles slightly laterally at a small distance to the probing positions so that the cleaning medium possible chips and can remove other dirt well and at the same time a good one Accessibility for probing with the 3D-button remains. The cleaning of the probing positions takes place before the actual Touching with the 3D-button. Some reference elements can but also in a shaved area, z. B. in a tool changer of the machine can be accommodated. Then can be dispensed with an automatic cleaning by media.

An einem Referenzelement können eine oder mehrere Antastpositionen vorgesehen sein. Wichtig ist lediglich, dass für ein verlässliches Einmessen der relativen Lage der Schwenk- und Rundachsen zu den Linearachsen ausreichend Antastpositionen an einem oder mehreren Referenzelementen in der Maschine vorhanden sind.At a reference element can have one or more probing positions be provided. The only important thing is that for a reliable Measuring the relative position of the swivel and rotary axes to the Linear axes sufficient contact positions on one or more Reference elements are present in the machine.

Bei Maschinen die in bestimmten Richtung keine thermisch bedingten Verformungen und in der Folge keine maßlichen Veränderungen aufweisen, z. B. auf Grund konstruktiver Symmetrie, kann die Anzahl der anzutastenden Antastpositionen geringer gewählt werden. Bei derartigen Maschinen muss die relative Lage der Schwenk- und Rundachsen nur in der Richtung korrigiert werden, in der die Verformungen auftreten können.at Machines in a certain direction no thermally induced deformations and subsequently no dimensional changes have, for. B. due to constructive symmetry, the number the probing probing positions are chosen to be lower. In such machines, the relative position of the pan and Rotary axes are corrected only in the direction in which the deformations may occur.

Da die Referenzelemente nicht direkt auf die Aufspannfläche des Maschinentisches angebracht werden, kann es auch erforderlich sein, mehrere Referenzelemente auf bestimmten Bauteilen der Maschine, z. B. einer Schwenkbrücke, anzubringen und diese jeweils in gleicher Richtung anzutasten, um die thermische bedingte Veränderung bzw. Verformung dieser Bauteile zu vermessen und diese bei der Bestimmung der relativen Lage der Schenk- und Rundachsen zu berücksichtigen. Dabei ist es auch möglich, eine redundante Anordnung zu wählen, um aus mehreren Antastvorgängen eine dem Verhalten der Bauteile entsprechende Rückrechnung der Achslagen durchzuführen. Auch ein seitliches Anbringen an dem Maschinentisch, z. B. unterhalb der Aufspannfläche ist denkbar, wenn diese Position für einen Antastvorgang in einer bestimmten Drehschwenklage erreichbar ist.There the reference elements are not directly on the clamping surface It may also be necessary to attach the machine table be several reference elements on certain components of the machine, z. B. a swing bridge to install and this each in the same direction to the thermal conditional change or deformation of these components to measure and these in the determination take into account the relative position of the swiveling and rotary axes. It is also possible to have a redundant arrangement to select one of several probing operations Behavior of the components corresponding recalculation of the axial positions perform. Also a lateral attachment to the machine table, z. B. below the clamping surface is conceivable if this Position accessible for a probing operation in a specific pivot position is.

Entscheidend für die erreichbare Genauigkeit ist eine dem Verhalten der Maschine und dem Verhalten der Bauteile entsprechende sinnvolle Verteilung der Antastpositionen.critical for the achievable accuracy is the behavior the machine and the behavior of the components appropriate meaningful Distribution of the probing positions.

Das Antasten der Referenzelemente kann zyklisch in bestimmten Zeitabständen oder abhängig von der Bearbeitung, z. B. vor hochgenauen Arbeitsgängen erfolgen.The Touching the reference elements can be cyclic at certain intervals or depending on the processing, for. B. before highly accurate Operations done.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnungbeschrieben. Dabei zeigt:in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawing. Showing:

1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, und 1 a perspective view of an embodiment of a machine tool according to the invention, and

2–7 perspektivische Detailansichten unterschiedlicher Ausgestaltungen und Anordnungen von Referenzelementen, und 2 - 7 perspective detail views of different configurations and arrangements of reference elements, and

8–10 schematische Darstellungen der thermisch bedingten Bearbeitungsfehler. 8th - 10 schematic representations of the thermally induced processing errors.

Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen programmgesteuerten Werkzeugmaschine. Diese umfasst ein Gestell 1, an welchem eine Schiene 2 angeordnet ist, auf welcher verfahrbar ein Schlitten 3 gelagert ist. Auf dem Schlitten 3 ist drehbar eine Schwenkbrücke 4 gelagert. Die Lagerung erfolgt über ein Lager 5 und einen Antrieb 6. Am mittleren Bereich der Schwenkbrücke 4 ist drehbar ein Tisch 7 gelagert, auf welchem ein Werkstück (nicht dargestellt) spannbar ist.The 1 shows a schematic perspective view of a program-controlled machine tool according to the invention. This includes a frame 1 on which a rail 2 is arranged on which movable a carriage 3 is stored. On the sledge 3 is rotatable a swing bridge 4 stored. Storage is via a warehouse 5 and a drive 6 , At the middle area of the swing bridge 4 is rotatable a table 7 mounted, on which a workpiece (not shown) can be tensioned.

Die Werkzeugmaschine umfasst weiterhin eine Hauptspindel 8, welche an einem vertikal verfahrbaren Schlitten 9 drehbar gelagert ist und eine Spannvorrichtung 10 umfasst. Mittels der Spannvorrichtung 10 ist es möglich, Werkzeuge automatisch zu spannen. Erfindungsgemäß ist in dem dargestellten Zustand an der Spannvorrichtung 10 ein 3D-Taster gespannt.The machine tool further comprises a main spindle 8th , which on a vertically movable carriage 9 is rotatably mounted and a clamping device 10 includes. By means of the tensioning device 10 it is possible to tighten tools automatically. According to the invention in the illustrated state on the clamping device 10 a 3D button cocked.

Im Übrigen ist die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine in üblicher Weise ausgebildet, sie umfasst ein Portal 12 mit horizontalen Schienen 13, an welchen ein Schlitten 14 horizontal verschiebbar gelagert ist. Der Schlitten 14 trägt vertikale Schienen 15, an denen, wie beschrieben, der Schlitten 9 vertikal verschiebbar gelagert ist.Incidentally, the in 1 shown machine tool formed in a conventional manner, it comprises a portal 12 with horizontal rails 13 to which a sled 14 is mounted horizontally displaceable. The sled 14 carries vertical rails 15 where, as described, the sled 9 is mounted vertically displaceable.

Auf die detaillierte Darstellung der einzelnen Antriebe sowie weiterer Komponenten wird in diesem Zusammenhang verzichtet, da diese aus dem Stand der Technik per se bekannt sind.On the detailed presentation of the individual drives and others Components are omitted in this context, as these are made the prior art per se are known.

Erfindungsgemäß ist an der Werkzeugmaschine zumindest ein Referenzelement 16 dauerhaft befestigt, welches mit dem 3D-Taster 11 antastbar ist.According to the invention, at least one reference element is on the machine tool 16 permanently attached, which with the 3D-button 11 is palpable.

Die 2–4 zeigen jeweils Detailansichten unterschiedlicher Anordnungen der Referenzelemente 16 sowie der Antastrichtung.The 2 - 4 each show detailed views of different arrangements of the reference elements 16 as well as the Antastrichtung.

Die 2 zeigt ein Referenzelement 16, welches an der Schwenkbrücke 4 montiert ist. Das Referenzelement 16 weist eine Grundplatte 17 auf, mit welcher es an dem jeweiligen Bauelement der Werkzeugmaschine befestigt ist.The 2 shows a reference element 16 , which at the swing bridge 4 is mounted. The reference element 16 has a base plate 17 on, with which it is attached to the respective component of the machine tool.

Das Referenzelement 16 selbst kann in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. Es kann beispielsweise, wie in 2 gezeigt, eine in der Seitenansicht dreieckige Form aufweisen und zwei zueinander parallele Seitenflächen haben. Insofern ist es möglich, sowohl die parallelen Seitenflächen als auch eine der abgeschrägten, das Dreieck bildenden Flächen mit dem 3D-Taster anzutasten. Eine Antastung dieser geneigten Flächen ist in 2 dargestellt, nämlich in der Antastrichtung Z, welche der Longitudinal-Achsrichtung Z der Hauptspindel 8 entspricht. Die 4 zeigt eine Antastrichtung Y, welche sich beispielsweise durch einen Verfahrweg der Hauptspindel 8 längs der Schienen 13 ergibt. Somit ist es möglich, die beiden Seitenflächen des Referenzelements 16 anzutasten.The reference element 16 itself can be configured in different ways. It can, for example, as in 2 shown, have a triangular in side view and have two mutually parallel side surfaces. In this respect, it is possible to touch both the parallel side surfaces and one of the beveled, the triangle-forming surfaces with the 3D button. A probing of these inclined surfaces is in 2 represented, namely in the scanning direction Z, which the longitudinal axis Z of the main spindle 8th equivalent. The 4 shows an Antastichtung Y, which, for example, by a travel of the main spindle 8th along the rails 13 results. Thus, it is possible, the two side surfaces of the reference element 16 to touch.

Die 3 zeigt jeweils ein Referenzelement 16 mit einer ebenen Antastfläche (siehe auch die vergrößerte Darstellung der 6), welches am Umfang des Tisches 7 bzw. der Schwenkbrücke 4 angeordnet ist. Somit ist es möglich, eine Antastung in X-Richtung durchzuführen. Durch eine symmetrische Anordnung zweier Referenzelemente 16 (siehe 2 und 3) ist es möglich, zwei Mal in Antastrichtung X anzutasten, um auf diese Weise eine Vermessung der Geometrie, insbesondere der Achslagen der programmierbaren Werkzeugmaschine durchzuführen.The 3 each shows a reference element 16 with a flat surface (see also the enlarged view of the 6 ), which is on the perimeter of the table 7 or the swing bridge 4 is arranged. Thus, it is possible to perform probing in the X direction. By a symmetrical arrangement of two reference elements 16 (please refer 2 and 3 ), it is possible to touch twice in the scanning direction X in order to carry out a measurement of the geometry, in particular the axial positions of the programmable machine tool in this way.

Eine abgewandelte Ausgestaltung des Referenzelements 16 zeigt die 5. Dort ist eine Antastrichtung Z dargestellt (analog 2), welche jedoch auf einer geneigten Fläche des Referenzelements 16 erfolgt.A modified embodiment of the reference element 16 show the 5 , There is a Antastrichtung Z shown (analog 2 ), which, however, on an inclined surface of the reference element 16 he follows.

Durch die stark geneigte Fläche des Referenzelementes 16 wird die Tastkugel 19 quer zur Antast(fahrt)richtung ausgelenkt und dadurch der 3D-Taster 11 geschaltet. Somit wird durch dieses Element ein Antasten quer zur Antastrichtung möglich. Abhängig von der thermischen Verformung (Veränderung) der Werkzeugmaschine wird die Kugel 19 mal weiter oben und mal weiter unten auf die schräge Fläche des Referenzelements 16 treffen. Somit kann auf die Verformung quer zur Antastrichtung geschlossen werden.Due to the steeply inclined surface of the reference element 16 becomes the probe ball 19 deflected transversely to the Antast (ride) direction and thus the 3D button 11 connected. Thus, by this element a probing transverse to the scanning direction possible. Depending on the thermal deformation (change) of the machine tool becomes the ball 19 times further up and then further down on the inclined surface of the reference element 16 to meet. Thus it can be concluded that the deformation transverse to the scanning direction.

Der 3D-Taster 11 weist an seinem Ende jeweils eine Kugel 19 auf, welche mit dem Tastarm verbunden ist, welcher wiederum (nicht dargestellt) im Zusammenhang mit einem Mikroschalter gelagert ist, so dass bei einer Kontaktierung der Kugel 19 mit einer entsprechenden Fläche des Referenzelements 16 ein Schaltvorgang erfolgt. Derartige 3D-Taster sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2005 008 055 A1 .The 3D button 11 has at its end in each case a ball 19 on, which is connected to the probe arm, which in turn (not shown) is mounted in connection with a microswitch, so that when contacting the ball 19 with a corresponding area of the reference element 16 a switching operation takes place. Such 3D buttons are known from the prior art, for example from the DE 10 2005 008 055 A1 ,

Die 7 zeigt in separierter Anordnung und vereinfachter Darstellung die Anordnung von vier Referenzelementen 16 an einem Schlitten 3.The 7 shows in a separated arrangement and a simplified representation of the arrangement of four reference elements 16 on a sledge 3 ,

Um die Antastung in präziser Weise durchführen zu können, ist erfindungsgemäß an jedem Referenzelement 16 zumindest eine Reinigungsdüse 18 vorgesehen, durch welche Druckluft oder ein weiteres Medium auf die zur Messung dienende Fläche des Referenzelements 16 geblasen werden kann, um diese Fläche zu reinigen (siehe beispielsweise 6). Die Reinigungsdüse 16 sitzt, wie insbesondere in 6 gezeigt, seitlich versetzt zur Antastfläche, damit die Reinigungsdüse 16 nicht die Zugänglichkeit für den 3D-Taster 11 stört, wenn dieser die Antastfläche antastet.In order to perform the probing in a precise manner is according to the invention at each reference element 16 at least one cleaning nozzle 18 provided by which compressed air or another medium to the serving for the measurement surface of the reference element 16 can be blown to clean this area (see for example 6 ). The cleaning nozzle 16 sitting, as in particular in 6 shown laterally offset to the probing surface so that the cleaning nozzle 16 not the accessibility for the 3D-button 11 interferes when it touches the surface.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gestellframe
22: Schienerail
33: Schlittencarriage
44: Schwenkbrückeswing bridge
55: Lagercamp
66: Antriebdrive
77: Tischtable
88th: Hauptspindelmain spindle
99: Schlittencarriage
1010: Spannvorrichtungjig
1111: 3D-Taster3D probe
1212: Portalportal
1313: Schienerail
1414: Schlittencarriage
1515: Schienerail
1616: Referenzelementreference element
1717: Grundplattebaseplate
1818: Reinigungsdüsecleaning nozzle
1919: KugelBullet
2020: WerkzeugTool
2121: Werkstückworkpiece

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005008055 A1 [0007, 0041]

Claims

Program-controlled machine tool with assemblies which enable a multi-axis relative movement between a workpiece and a tool and with at least one feeler element ( 11 ), which on a spindle ( 8th ) of the machine tool is storable and is designed as a 3D-button, as well as with at least one permanently attached to the machine tool, by means of the 3D-button ( 11 ) probable reference element ( 16 ).

Machine tool according to claim 1, characterized in that the reference element ( 16 ) outside a clamping surface of a machine table ( 7 ) is arranged.

Machine tool according to claim 1 or 2, characterized in that the reference element ( 16 ) is arranged on an assembly of the machine tool.

Machine tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reference element ( 16 ) is spherical.

Machine tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that reference element ( 16 ) is formed with at least one flat test surface.

Machine tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that reference element ( 16 ) is arranged so that a scanning direction is equal to a direction of a machine axis of the machine tool.

Machine tool according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reference elements ( 16 ) are arranged to each other at thermally influenced (or changed) positions or assemblies of the machine tool.

Machine tool according to one of claims 1 to 7, characterized in that the reference element ( 16 ) at least one cleaning nozzle ( 18 ) assigned.

Machine tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reference element ( 16 ) has a probing surface.

Machine tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reference element ( 16 ) has several probing surfaces.

Method for measuring the geometry of a program-controlled machine tool according to one of Claims 1 to 10, using a 3D probe ( 11 ), in which at least one reference element ( 16 ) is touched on a thermally conditionally variable position of a machine tool.

Method according to claim 11, characterized in that that the geometry measurement at the beginning of a machining process a workpiece takes place.

Method according to claim 11 or 12, characterized that the geometry measurement during a machining process a workpiece takes place.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the geometry measurement cyclically in predetermined periods during the machining process a workpiece takes place.

Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that immediately before the geometry measurement and the probing of a probing surface of a reference element ( 16 ) a cleaning of the probing surface takes place.