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Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen und Korrigieren einer thermisch bedingten Positionsänderung eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine, der entlang einer Werkzeugmaschinenachse verfahrbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Thermisch bedingte Positionsänderungen eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine haben einen erheblichen Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit die mit Hilfe der Werkzeugmaschine erreicht werden kann. Die Ortsbestimmung des Werkzeugmaschinenabschnitts erfolgt durch eine Sensorik, welche an einem Maßstab einer Werkzeugmaschinenachse angeordnet ist. Durch thermische Einwirkung während des Betriebs der Werkzeugmaschine kommt es zu einer Ausdehnung des Werkzeugmaschinenbetts und somit der Werkzeugmaschinenachse. Dies bewirkt eine Ausdehnung und eine Verschiebung des Maßstabs und führt zu einer Erfassung fehlerhafter Positionswerte durch die Sensorik. Die thermisch bedingte Positionsänderung einer Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts führt somit zu einer Abweichung der tatsächlichen Position des Werkzeugmaschinenabschnitts von der vorgesehenen Position des Werkzeugmaschinenabschnitts. Aufgrund der Ausdehnung des auf der Werkzeugmaschinenachse angeordneten Maßstabs gemeinsam mit der Ausdehnung der Werkzeugmaschinenachse bzw. des Trägers der Achse wird diese Ausdehnung jedoch nicht von der Sensorik erfasst. Dadurch kommt es zu einer Fehlpositionierung des Werkzeugträgers und dem damit versehenen Werkzeug und somit zu Bearbeitungsgenauigkeiten der Werkzeugmaschine.
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Daher ist es grundsätzlich erstrebenswert, eine thermisch bedingte Positionsänderung der Erfassungsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts zu minimieren, um auf diese Weise eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit zu erzielen. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine nur unter konstanten Umgebungsbedingungen betrieben werden. Dies erfordert jedoch beispielsweise eine Klimatisierung der Umgebung der Werkzeugmaschine, was eine aufwendige Konstruktion der Werkzeugmaschine erfordert, sowie einen hohen Energieverbrauch bewirkt.
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Zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit kann die Werkzeugmaschine auch ausschließlich in einem warmgelaufenen Zustand betrieben werden. In diesem Fall kann die Werkzeugmaschine jedoch während der Warmlaufphase nicht produktiv eingesetzt werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die thermisch bedingte Positionsänderung des Werkzeugmaschinenabschnitts mit Temperaturmessgebern zu erfassen und steuerungstechnisch zu kompensieren. Dies bedingt jedoch die Verwendung zusätzlicher Sensorik und stellt einen großen messtechnischen Aufwand dar, da Temperaturgradienten in der Werkzeugmaschinenachse nur mit Hilfe von mehreren Temperaturmessgebern erfasst werden können. Zudem kann die Kompensation der Ausdehnung nur maschinenspezifisch durchgeführt werden.
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Ein weiterer Ansatz besteht darin, die thermisch bedingte Positionsänderung der Erfassungsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts mittels eines Verformungsmodells zu bestimmen. Der Stand der Technik gemäß
DE 10 2007 045 592 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer thermisch bedingten Positionsänderung eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine, wobei der Werkzeugmaschinenabschnitt entlang einer Werkzeugmaschinenachse bewegbar ist. Die Bestimmung erfolgt über die Erstellung eines Verformungsmodells, welches bezogen auf die Werkzeugmaschinenachse einen Zusammenhang zwischen der zu bestimmenden Positionsänderung und mindestens einer Eingangsgröße angibt, wobei die Eingangsgröße ein Temperaturwert und eine Relativposition des Werkzeugmaschinenabschnitts und einem Werkzeugmaschinenbetts ist. Die thermisch bedingte Positionsänderung des Werkzeugmaschinenabschnitts wird daher unter Einbeziehung einer Temperaturschätzung an einer jeweiligen Relativposition des Werkzeugmaschinenabschnitts bestimmt. Aufgrund der indirekten Messung der Positionsänderung des Werkzeugmaschinenabschnitts über die Verformung des Werkzeugmaschinenbetts wird jedoch im Gegensatz zu einer direkten Messung eine weniger genaue Bestimmung der Positionsänderung des Werkzeugmaschinenabschnitts erzielt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die thermisch bedingte Änderung einer Position eines Werkzeugmaschinenabschnitts durch direkte Messung möglichst einfach bestimmt und kompensiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7, eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 8 bzw. 12, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 zum Bestimmen einer thermisch bedingten Abweichung einer Ortsposition eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine an.
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Ein Positionswert einer ersten Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts wird mittels einer ersten Messeinrichtung erfasst. Des Weiteren wird ein Positionswert einer zweiten Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts mittels einer zweiten Messeinrichtung erfasst und es erfolgt ein Vergleich des Positionswerts der ersten Messeinrichtung mit dem Positionswert der zweiten Messeinrichtung. Anhand des Vergleichsergebnisses wird eine thermisch bedingte Änderung der Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts bestimmt.
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Die erste Messeinrichtung kann durch einen Positionssensor gebildet sein. Bei dem Erfassen des Positionswerts der ersten Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts durch die erste Messeinrichtung kann bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung eine Position der Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts auf einem Maßstab der Werkzeugmaschinenachse bestimmt werden. Durch das Erfassen der Position der ersten Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts mittels der ersten Messeinrichtung auf dem Maßstab der Werkzeugmaschinenachse wird ein genauer Messwert ermittelt, welcher einer Soll-Position des Werkzeugmaschinenabschnitts zuzüglich der Ausdehnung der Werkzeugmaschinenachse an der erfassten Position entspricht.
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Der Werkzeugmaschinenabschnitt ist bei einer zweckmäßigen Ausführung als Schlitten ausgebildet, der mittels einer Antriebseinheit entlang einer Werkzeugmaschinenachse bewegbar ist, wobei die Werkzeugmaschinenachse horizontal zur Stellebene der Werkzeugmaschine angeordnet sein kann. Alternativ kann die Werkzeugmaschinenachse auch vertikal oder in beliebigem Winkel zur Stellebene der Werkzeugmaschine angeordnet sein.
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An dem Schlitten kann ein Lesekopf angebracht sein, der einen Positionswert auf einem Linearmaßstab erfasst, der entlang der Verfahrrichtung des Schlittens an der Werkzeugmaschine angeordnet ist.
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Die Antriebseinheit für den Werkzeugmaschinenabschnitt bzw. den Werkzeugmaschinenschlitten ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als Kugelrollspindel ausgeführt. Ein Antriebsmotor dreht die Kugelrollspindel oder die Spindelmutter. Der Motor weist einen für den Antriebsregler erforderlichen Drehgeber auf, der bei einer vorteilhaften Ausgestaltung in den Motor integriert ist. Der Drehgeber kann jedoch auch auf einer dem Motor gegenüberliegenden Seite angeordnet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Messeinrichtung durch einen derartigen Drehgeber gebildet, wobei der entsprechende Drehwinkel die zweite Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts darstellt. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Sensor vonnöten ist. Die Erfindung beruht dabei auf der Idee, dass das Positionssignal eines Motorsmesssystems der Antriebseinheit zum Abgleich der Position verwendet werden kann. Dies ist insbesondere deshalb überraschend, da bislang in der Literatur davon ausgegangen wurde, dass die Qualität des Signals nicht hinreichend sei. Der Erfinder hat nun jedoch festgestellt, dass insbesondere die Auflösung des Motormesssystems ausreichend hoch ist.
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Eine besonders hohe Genauigkeit lässt sich erzielen, indem die Spindel gekühlt wird. Hierdurch wird eine Ausdehnung in Längsrichtung der Spindelachse vermieden, die zu einem Fehler bei der Bestimmung führen könnte.
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Vorteilhafter Weise ist die Kugelrollspindel durch ein Fest-Los-Lager am Gestell der Werkzeugmaschine montiert. Eine besonders genaue Bestimmung des thermischen Fehlers lässt sich dadurch erzielen, dass das Festlager im Bereich des thermischen Nullpunkts der Maschine, d. h. dem Bezugspunkt des Werkzeugmaschinenschlittens angeordnet ist. Das Loslager kann im Bereich des Motors angeordnet sein. Ist das Festlager nicht am thermischen Nullpunkt der Maschine angeordnet, resultiert ein gewisser Fehler, der jedoch gering ist, da der Abstand zwischen dem thermischen Nullpunkt der Maschine und Festlager wesentlich kleiner ist, als der Abstand zwischen thermischem Nullpunkt und dem Punkt, an dem der Maßstab am Maschinengestell montiert ist. Daher verschiebt sich die Kugelrollspindel thermisch bedingt deutlich weniger als der Maßstab, wodurch der diesbezügliche Fehler gering gehalten wird.
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Erfindungsgemäß wird beim Schritt des Bestimmens der thermisch bedingten Änderung der Ortsposition aus dem Vergleichsergebnis das Differenzsignal zwischen den beiden Messeinrichtungen einem weiteren Verarbeitungsschritt unterzogen, um den Fehler, der aufgrund von Kräften resultiert, die auf den Schlitten wirken und durch die die Spindel elastisch verformt wird, von dem temperaturbedingten Fehler zu unterscheiden. Dies kann in einfacher Weise durch eine Tiefpassfilterung erfolgen. Dies folgt aus der Erkenntnis des Erfinders, dass es sich bei dem Temperaturgang um einen im Vergleich zu Kräften relativ langsamen Vorgang handelt, so dass nach Tiefpassfilterung des Differenzsignals nur die zu kompensierenden thermischen Fehler übrig bleiben. Es ist jedoch auch möglich, intelligentere Beobachterstrukturen wie beispielsweise einen Markov-Schätzer oder einen Luenberger-Beobachter einzusetzen.
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Das Bestimmen des jeweiligen Positionswerts durch die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung erfolgt vorzugsweise zeitgleich, sowie fortlaufend. So kann auch bei Änderung der unterschiedlichen Temperaturgradienten der Werkzeugmaschinenachse die jeweilige Abweichung der Erfassungsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts von der Soll-Position der Erfassungsposition fortlaufend während des Verfahrens des Schlittens bestimmt werden.
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Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Kompensieren einer thermisch bedingten Änderung einer Ortsposition eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine auf einer Werkzeugmaschinenachse an. Anhand der thermisch bedingten Änderung der Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens bestimmt wurde, wird bei diesem Verfahren eine Steuergröße für die Ansteuerung einer Positionsänderungseinrichtung des Werkzeugmaschinenabschnitts ermittelt. Anhand dieser Steuergröße kann die Position des Werkzeugmaschinenabschnitts durch die Antriebseinrichtung korrigiert werden.
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Die Erfindung gibt auch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer thermisch bedingten Änderung einer Ortsposition eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine auf einer Werkzeugmaschinenachse an. Die Vorrichtung erfasst eine erste Messeinrichtung zum Bestimmen eines ersten Ortspositionswerts des Werkzeugmaschinenabschnitts, eine zweite Messeinrichtung zum Bestimmen eines zweiten Ortspositionswerts des Werkzeugmaschinenabschnitts, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des ersten Ortspositionswerts mit dem zweiten Ortspositionswert und eine Positionsänderungsermittlungseinrichtung, welche basierend auf dem Vergleich des ersten Positionswerts mit dem zweiten Positionswert, die thermische bedingte Änderung der Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts der Werkzeugmaschine auf der Werkzeugmaschinenachse ermittelt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die ersten Messeinrichtung durch einen Positionssensor gebildet, der entlang einer Verfahrstrecke eines Schlittens der Werkzeugmaschine auf einer Werkzeugmaschinenachse montiert ist. Bei dem Sensor kann es sich um einen optischen Sensor handeln, der eine Position eines Schlittens auf einer Werkzeugmaschinenachse anhand eines Maßstabs erfasst, der beispielsweise auf dem Werkzeugmaschinenbett montiert sein kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Messeinrichtung durch einen Drehwinkelgeber einer Antriebseinheit des Schlittens der Werkzeugmaschine ausgebildet, wobei die Antriebseinheit aus einer Kugelrollspindel besteht. Dabei kann der Motor zum Antrieb die Kugelrollspindel oder Spindelmutter drehen. Der Schlitten bewegt sich dann in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Motors, der den für die Antriebsregler erforderlichen Drehgeber bereits integriert hat. Der Drehgeber kann jedoch auch getrennt vom Motor auf der gegenüberliegenden Seite der Kugelrollspindel angeordnet sein.
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Der Vorteil bei einer derartigen Anordnung liegt vor allem darin, dass Servoachsen-Kugelrollspindeln neben dem linearen Maßstab auch ein Motormesssystem aufweisen, wobei der Erfinder festgestellt hat, dass dieses System eine ausreichend hohe Auflösung aufweist, um die erfindungsgemäße Positionskorrektur des Schlittens durchzuführen. Daher sind keine zusätzlichen Sensoren vonnöten, um die Bestimmung des Temperaturgangs durchzuführen.
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Die Positionsänderungsermittlungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Ermitteln der thermisch bedingten Änderung der Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts, die ein Tiefpassfilter umfassen kann.
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Mithin ermöglicht es die erfindungsgemäße Beobachterstruktur aus der Stellgröße des Drehwinkelgebers und der Messgröße der Ist-Position auf dem Linearmaßstab den thermisch bedingten Fehler als nicht-messbare Größe zu rekonstruieren. Neben einem Luenberger-Beobachter und dem bereits erwähnten Tiefpassfilter kann beispielsweise auch ein Markov-Schätzer für die erfindungsgemäße Beobachter-Vorrichtung eingesetzt werden.
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Eine besonders genaue Bestimmung des Temperaturgangs wird ermöglicht, indem die Vorrichtung mit einer Kühlung ausgestattet ist, die die Kugelrollspindel kühlt, so dass die Spindel keiner thermisch bedingten Ausdehnung unterliegt.
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Eine besonders praktikable Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Fest-Los-Lagerung der Antriebsspindel mit einem Festlager auf, das idealerweise am thermischen Nullpunkt der Maschine, d. h. an der Bezugsposition des Schlittens angeordnet ist.
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Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogrammprodukt zur Bestimmung einer thermisch bedingten Positionsänderung einer Ortsposition eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine auf einer Werkzeugmaschinenachse, das einen Datenträger umfasst, auf dem Instruktionen zur Ausführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens zum Ermitteln einer thermisch bedingten Änderung einer Ortsposition eines Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine auf einer Werkzeugmaschinenachse umfasst. Daneben kann das Computerprogrammprodukt auch Schritte zum Ermitteln einer Steuergröße zur Korrektur der thermisch bedingten Positionsänderung durch Ansteuerung einer Positionsänderungseinrichtung umfassen.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Werkzeugmaschine zum Zerspanen/Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Werkzeug anhand eines NC-Programms, die eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer thermisch bedingten Positionsänderung einer Ortsposition eines Abschnitts auf einer Achse der Werkzeugmaschine umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, sind in den Zeichnungen dargelegt. Es zeigt schematisch:
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1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer thermisch bedingten Positionsänderung eines entlang einer Werkzeugmaschinenachse bewegbaren Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine,
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines entlang einer Werkzeugmaschinenachse bewegbaren Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine in schematischer Darstellung; und
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3 einen Teilbereich einer Werkzeugmaschine mit erfindungsgemäßer Vorrichtung eines entlang einer Werkzeugmaschinenachse bewegbaren Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine in schematischer Darstellung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer thermisch bedingten Positionsänderung eines entlang einer Werkzeugmaschinenachse bewegbaren Werkzeugmaschinenabschnitts einer Werkzeugmaschine.
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In Schritt S10 wird ein erster Positionswert einer ersten Ortsposition eines Werkzeugmaschinenabschnitts auf einer Werkzeugmaschinenachse mittels einer ersten Messeinrichtung bestimmt. In Schritt S20 wird ein zweiter Positionswert einer zweiten Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts auf einem Antrieb des Werkzeugmaschinenabschnitts mittels einer zweiten Messeinrichtung bestimmt. In Schritt S30 erfolgt ein Vergleich des Positionswerts der ersten Messeinrichtung mit dem Positionswert der zweiten Messeinrichtung.
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Daraufhin erfolgt in Schritt S40 eine Bestimmung, ob der von der ersten Messeinrichtung bestimmte Positionswert von dem von der zweiten Messeinrichtung bestimmten Positionswert abweicht. Falls die Werte differieren fährt das Verfahren mit Schritt S50 fort.
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In Schritt S50 erfolgt das Bestimmen der thermisch bedingten Positionsänderung durch Tiefpassfilterung eines Differenzsignals der ersten und zweiten Positionswerte. In Schritt S60 wird eine Steuergröße für die Ansteuerung einer Positionsänderungseinrichtung des Werkzeugmaschinenabschnitts ermittelt, die in Schritt S70 einer Positionsänderungseinrichtung zugeführt wird.
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In Schritt S80 folgt eine Korrektur der thermisch bedingten Positionsänderung durch die Positionsänderungseinrichtung. Diese Korrektur bewirkt, dass der Werkzeugmaschinenabschnitt auf der Werkzeugmaschinenachse ohne thermisch bedingten Fehler exakt verfahren und positioniert werden kann.
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2 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen und Korrigieren einer thermisch bedingten Positionsänderung eines Werkzeugmaschinenabschnitts auf einer Werkzeugmaschinenachse. Die Vorrichtung 2 umfasst eine erste Messeinrichtung 21 zum Bestimmen eines ersten Positionswerts des Werkzeugmaschinenabschnitts, der bei dem in diesem Fall vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schlitten ausgebildet ist, sowie eine zweite Messeinrichtung 22 zum Bestimmen eines zweiten Positionswerts des Werkzeugmaschinenabschnitts, sowie eine Vergleichseinrichtung 23 zum Vergleichen des ersten Positionswerts mit dem zweiten Positionswert. Diese Vergleichseinrichtung 23 beinhaltet eine Signalverarbeitungseinrichtung 24 zum Verarbeiten eines Differenzsignals der ersten und zweiten Positionswerte. Die Signalverarbeitungseinrichtung 24 umfasst im vorliegenden Beispiel ein Tiefpassfilter 25, das das Differenzsignal filtert, so dass der Fehler, der eine elastischen Verformung der Kugelrollspindel erzeugt und deren Länge verändert, eliminiert wird und nur der zu kompensierende thermische Fehler übrig bleibt.
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Anhand des Verarbeitungsergebnisses ermittelt eine Einrichtung 26 zur Ermittlung einer Steuergröße zur Kompensation des Positionswerts eine Steuergröße, die der Positionsänderungseinrichtung 27 zur Korrektur der thermisch bedingten Positionsänderung zugeführt wird, die einen nicht gezeigten Stellmotor entsprechend ansteuert.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die an einer Werkzeugmaschine realisiert ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf dem Gestell 36 über Führungen 31a, 31b ein Schlitten verfahrbar angebracht. Zusätzlich ist ein Linearmaßstab 33 auf dem Gestell 30 fixiert. An dem Schlitten ist zudem ein Lesekopf 34 zur Erfassung der Ortsposition des Schlittens auf dem Massstab 33 angebracht.
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Der Antrieb umfasst einen Motor 39, der eine Kugelrollspindel 40 antreibt, mittels derer der Schlitten verfahren werden kann. Die Kugelrollspindel 40 ist durch ein Festlager 37 und ein Loslager 38 gelagert. Das Festlager 37 ist nahe der Bezugsposition 41 des Schlittens, d. h. dem thermischen Nullpunkt der Maschine angeordnet. Je näher sich das Festlager 37 an dieser Bezugsposition befindet, desto genauer arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Idealfall liegt das Festlager 37 genau auf der Bezugsposition 41.
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In den Motor 35 ist ein Drehgeber 39 integriert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel treibt der Motor die Kugelrollspindel 40 an. Alternativ, ist es jedoch auch möglich, dass der Motor eine Spindelmutter der Spindel antreibt. Der Schlitten bewegt sich dementsprechend in Abhängigkeit des Drehwinkels des Motors 35, in den bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der für den Antriebsregler erforderlichen Drehgeber 39 integriert ist. Der Drehgeber 39 könnte bei einer anderen Ausführungsform nicht im Motor, sondern auf der gegenüberliegenden Seite angebracht werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Kugelrollspindel 40 durch eine nicht gezeigte Kühleinrichtung gekühlt. Wäre dies nicht der Fall, würde sich die Kugelrollspindel 40 weg vom Festlager 37 ausdehnen und den Schlitten auch ohne eine Drehung der Spindel 40 mit verschieben, so dass auch die Positionsmessung mit dem Drehgeber 39 mit einem gewissen thermischen Fehler behaftet wäre.
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Der Linearmaßstab 33 ist an der Position 44 an dem Maschinengestell 30 angeschraubt. Bei Temperaturerhöhung und entsprechender Ausdehnung des Maschinengestells wandert der gesamte Linearmaßstab 33 daher weg vom thermischen Nullpunkt, d. h. nach rechts in der gezeigten Darstellung. In der Darstellung ist auch ein kleiner Abstand zwischen dem thermischen Nullpunkt 41 und dem Festlager 37 gezeigt. Bei einer Temperaturerhöhung verschiebt sich somit auch das Festlager 37 weg vom thermischen Nullpunkt 41 und schiebt die gesamte Kugelrollspindel 40 mit sich. Da jedoch der Abstand zwischen Nullpunkt 41 und Festlager 37 wesentlich kleiner ist als der Abstand zwischen Nullpunkt 41 und dem Anbindungspunkt 44 des Messsystems an das Gestell 36, verschiebt sich die Kugelrollspindel 40 deutlich weniger als der Linearmaßstab 33.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in dieser Anmeldung gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die einzelnen, im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Merkmale, zur Realisierung der Erfindung ausgetauscht bzw. miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele bereitzustellen, die dem entsprechenden Anwendungsfall angepasst sind.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt somit eine Beobachterstruktur zur Ermittlung der thermisch bedingten Positionsänderung eines Werkzeugmaschinenabschnitts durch Differenzieren zwischen dem aus dem Temperaturgang resultierenden thermischen Fehler und dem Fehler, der aufgrund von Kräften entsteht, die die Kugelrollspindel elastisch verformen. Da die erfindungsgemäße Struktur dazu ausgelegt ist, zwischen diesen beiden Einflussfaktoren zu unterscheiden, indem die Beobachterstruktur die jeweilige Messgröße rekonstruiert, ist es auch möglich mittels des erfindungsgemäßen Ansatzes die elastische Verformung der Kugelrollspindel und damit der Bearbeitungskraft zu identifizieren. In einem derartigen Fall ist die Positionsänderungsermittlungseinrichtung dazu ausgelegt, die durch Kraft bedingte Änderung der Ortsposition des Werkzeugmaschinenabschnitts aus dem Vergleich der Vergleichswerte des ersten Positionswerts und des zweiten Positionswerts zu ermitteln. Derartige Vorrichtungen zum Bestimmen und Korrigieren einer durch elastische Verformung resultierenden Positionsänderung eines Werkzeugmaschinenabschnitts sind insoweit von der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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