DE102013107791B4

DE102013107791B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102013107791B4
Application number: DE102013107791.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Prust; Pavel Blazek
Original assignee: Chiron Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Chiron Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: DE102013107791A1

Abstract

Werkzeugmaschine mit einem Spindelgehäuse (11), das eine Frontseite (25) aufweist, und mit einer um eine Spindelachse (45) drehbar in dem Spindelgehäuse (11) gelagerten Werkzeugspindel (12), die mit ihrer Stirnseite (13) über die Frontseite (25) vorsteht, wobei in der Stirnseite (13) eine Werkzeugaufnahme (26) zum Einspannen zumindest eines mit einem Bearbeitungswerkzeug (15) bestückten Werkzeughalters (14) vorgesehen ist, der mit einer Planfläche (33) versehen ist, die bei in die Werkzeugaufnahme (26) eingespanntem Werkzeughalter (14) an der Stirnseite (13) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Messsystem (27) aufweist, das einen Messwert (M) bestimmt, der für den Abstand (A) zwischen der Planfläche (33) eines in die Werkzeugaufnahme (26) eingespannten Werkzeughalters (14) und einem Referenzpunkt (R) an dem Spindelgehäuse (11) kennzeichnend ist, unddass das Messsystem (27) ein an der Werkzeugspindel (12) in Richtung der Spindelachse (45) verschiebbar angeordnetes, mit der Planfläche (33) zusammenwirkendes Übertragungselement (51; 74) und einen in dem Spindelgehäuse (12) angeordneten Sensor (53) aufweist, der die Lage (M) des Übertragungselements (51; 74) zu dem Referenzpunkt (R) bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Spindelgehäuse, das eine Frontseite aufweist, und mit einer um eine Spindelachse drehbar in dem Spindelgehäuse gelagerten Werkzeugspindel, die mit ihrer Stirnseite über die Frontseite vorsteht, wobei in der Stirnseite eine Werkzeugaufnahme zum Einspannen zumindest eines mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückten Werkzeughalters vorgesehen ist, der mit einer Planfläche versehen ist, die bei in die Werkzeugaufnahme eingespanntem Werkzeughalter an der Stirnseite anliegt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Werkzeugmaschine.
Derartige Werkzeugmaschinen und Verfahren zu ihrem Betreiben sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
In der Regel weisen diese Werkzeugmaschinen zumindest eine Werkzeugspindel auf, die an ihrem freien stirnseitigen Abschnitt eine Werkzeugaufnahme aufweist, in die Bearbeitungswerkzeuge oder Werkzeughalter eingespannt werden, in die Bearbeitungswerkzeuge fest eingespannt sind.
Die mit diesen Bearbeitungswerkzeugen zu bearbeitenden Werkstücke werden in der Regel auf einen Maschinentisch aufgespannt, wobei die Werkzeugspindeln und das Werkstück in den drei orthogonalen Achsen des Koordinatensystems zueinander verfahrbar sind, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Maschinenachsen mit x, y, und z bezeichnet werden.
Dabei ist es bekannt, diese drei Maschinenachsen vollständig in dem Bearbeitungswerkzeug zu realisieren, wobei es auch bekannt ist, eine oder zwei Maschinenachsen in dem Werkstück vorzusehen.
Darüber hinaus können das Werkstück und/oder das Bearbeitungswerkzeug um verschiedene Achsen geschwenkt werden, wobei es auch bekannt ist, das Werkstück um seine Längsachse in Rotation zu versetzen, so dass Dreharbeiten an dem Werkstück vorgenommen werden können.
Bei den bekannten Werkzeugmaschinen können mehrere Werkzeugspindeln vorgesehen sein, die horizontal oder vertikal ausgerichtet sein.
In einem Ausführungsbeispiel sind die erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinen sog. Fahrständermaschinen, bei denen an einem Maschinengestell ein in x-Richtung verfahrender Schlitten angeordnet ist, auf den ein in y-Richtung fahrender Fahrständer montiert ist. An dem Fahrständer ist ein vertikal, also in z-Richtung verfahrbarer Spindelkopf gelagert, in dem die Werkzeugspindel drehbar angeordnet ist.
Dieser Spindelkopf kann zusätzlich noch an dem Fahrständer verschwenkbar sein.
Bei all diesen bekannten Werkzeugmaschinen ist von größter Bedeutung, dass die Werkstücke mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit bearbeitet werden. Eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit beinhaltet auch eine hohe Reproduzierbarkeit, so dass in einer Serie gefertigte Werkstücke zueinander in der Maßhaltigkeit nur geringfügig abweichen dürfen.
Neben Genauigkeitsproblemen, die sich bei den bekannten Werkzeugmaschinen durch mechanische Verlagerungen und Längungen infolge der Verfahrbewegungen und der Verlagerung von Massen ergeben, spielen auch thermische Effekte insbesondere dann eine große Rolle, wenn die Bearbeitungsgenauigkeit im Mikrometerbereich liegen muss.
Diese thermischen Probleme resultieren aus den unterschiedlichen Einsatzorten und -bedingungen der bekannten Werkzeugmaschinen. Nach einer längeren Stillstandsphase, bspw. über Nacht, müssen die Werkzeugmaschinen zudem erst wieder auf ”Betriebstemperatur” kommen, was erst nach einer gewissen Anzahl von Bearbeitungszyklen der Fall sein kann.
Dann spielt die sich ändernde Umgebungstemperatur während des Arbeitstages eine große Rolle, wobei auch der Einfluss von direkter Sonnenbestrahlung dazu führen kann, dass die Werkzeugmaschine sich in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich erwärmt.
All diese thermischen Effekte führen zu sog. thermischen Verlagerungen und/oder Längungen, die im Ergebnis dazu führen, dass die Lage des Werkzeuges zu einem Koordinatenursprung nicht mehr genau bestimmt werden kann.
Die Maschinensteuerung der bekannten Werkzeugmaschinen geht nämlich von bestimmten festen geometrischen Beziehungen aus, wobei die relativen Bewegungen zwischen den einzelnen bewegten Maschinenteilen durch ein Messsystem erfasst werden, das von konstanten Längen der betroffenen Maschinenteile ausgeht.
Wenn sich nun die als konstant abgespeicherte Länge eines dieser Maschinenteile aufgrund von thermischen Verlagerungen ändert, so führt dies zu Fehlern in der Zustellung der Werkzeuge.
Um diese thermischen Verlagerungen zu beherrschen, sind im Stand der Technik mehrere Vorgehensweisen bekannt.
Die DE 10 2004 044 838 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer gattungsgemäßen Werkzeugmaschine, bei dem an verschiedenen Stellen in der Werkzeugmaschine Temperaturwerte gemessen und nach einer Rechenregel zu einem Korrekturwert verrechnet werden, mit dem dann die in der Maschinensteuerung gespeicherten Bewegungsbefehle korrigiert werden.
Die DE 103 30 915 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kompensation von Verlagerungen infolge thermischer Ausdehnungen, bei dem in der Werkzeugmaschine eine Lichtschranke vorgesehen ist. Die Werkzeuge werden dieser Lichtschranke zugestellt, wobei die bei der Unterbrechung der Lichtschranke gemessene Position als Maß für die momentane relative Lage des Spindelstockes zu dem Koordinatenursprung erfasst wird. Auf diese Weise können thermische Verlagerungen erfasst und rechnerisch kompensiert werden.
Aus der DE 197 26 952 A1 ist es bekannt, bestimmte Teile einer Werkzeugmaschine mit einer besonderen Wärmeisolationsschicht zu versehen, um plötzliche Temperaturänderungen bspw. durch Kühlschmiermittel zu verhindern, die ansonsten ebenfalls zu thermischen Verlagerungen führen könnten.
Im Stand der Technik ist es also bekannt, die Effekte von thermischen Verlagerungen rechnerisch anhand von Temperaturmessungen zu kompensieren, durch entsprechende Isolation oder Kühlung zu vermeiden bzw. messtechnisch während der Bearbeitungsprozesse zu erfassen und rechnerisch zu kompensieren.
Obwohl all diese Verfahren ihre spezifischen Vorteile haben, weisen sie doch alle inhärente Nachteile auf.
Während die Verfahren zur Kühlung bzw. Isolation von Maschinenteilen zu konstruktiv aufwändigen Werkzeugmaschinen führen und zudem nur bestimmte thermische Effekte vermeiden können, unterliegen die Rechenverfahren, die auf Temperaturmessungen basieren, immer einer mathematischen Modellannahme, so dass sie nur mit einer gewissen Genauigkeit eingesetzt werden können.
Die unmittelbaren Messverfahren, bei denen im Arbeitsprozess immer wieder die Lage des Werkzeuges zu dem Koordinatenursprung bestimmt wird, weisen zwar eine sehr große Genauigkeit auf, sie kosten jedoch Hauptzeit, weil sie mit dem Bearbeitungswerkzeug immer dann durchgeführt werden müssen, wenn dieses Bearbeitungswerkzeug eigentlich im Einsatz am Werkstück ist.
Aus der DE 10 2011 013 155 A1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der dem Messsystem eine thermisch weitgehend längenunveränderliche Verbindung zugeordnet ist, über die die Wirkung des thermischen Verhaltens der zwischen dem Messsystem und dem messsystemfernen Messpunkt liegenden Messkette kompensiert wird.
Aus der DE 10 2010 006 504 A1 ist eine gattungsgemäße Werkzeugmaschine bekannt, bei der zusätzlich zu den Längenmesssystemen, mit deren Hilfe die Maschinensteuerung die Bearbeitungswerkzeuge zustellt, zumindest zwei Längenmesssysteme vorgesehen sind, die unmittelbar den linearen Abstand zwischen einem werkzeugnahen Messpunkt an dem Spindelgehäuse und je einem weiteren Messpunkt erfassen, der an beispielsweise an dem X-Schlitten angeordnet ist. Dies führt zu einer Entkopplung der Messung einerseits und der Steuerung der Verfahrwege des Bearbeitungswerkzeuges andererseits.
Wenn die Position der beiden weiteren Messpunkte relativ zu dem Koordinatenursprung bekannt ist, kann die Lage des werkzeugnahen Messpunktes im Raum bestimmt und daraus die Verlagerung des Bearbeitungswerkzeuges gegenüber dem Werkstück bzw. dem das Werkstück tragenden Werkstückträger bestimmt werden.
Die bekannten Werkzeugmaschinen und die Verfahren zu ihrem Betreiben sehen also viele speziell angepasste Lösungen vor, wie thermische Verlagerungen verhindert, kompensiert oder korrigiert werden können, um die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bei der Bearbeitung vieler Werkstücke nacheinander zu erhöhen bzw. konstant zu halten.
Wenn mit den bekannten Werkzeugmaschinen Werkstücke bearbeitet werden, werden nacheinander verschiedene Bearbeitungswerkzeuge in die Werkzeugaufnahme eingespannt, um nacheinander verschiedene Bearbeitungsvorgänge wie Fräsen, Bohren, Drehen etc. durchführen zu können. Die Bearbeitungswerkzeuge sind dabei in Werkzeughalter eingespannt, über die sie in einem Werkzeugmagazin gehalten und beispielsweise mit Hilfe von Greifern in die Werkzeugaufnahme eingesetzt werden.
Derartige Werkzeughalter sind in der Regel genormt, sie weisen einen Steilkegel oder einen Kegel-Hohlschaft auf, der komplementär zu der Werkzeugaufnahme in der Werkzeugspindel ausgebildet ist. An den Steilkegel oder Hohlschaft-Kegel schließt sich nach unten ein verdickter Bund an, an dem eine Greifernut für einen automatischen Werkzeugwechsler vorgesehen ist. Unterhalb des Bundes verläuft ein Halteschaft, an dem Werkzeuge befestigt werden können.
Bei dem erfindungsgemäß relevanteren, sogenannten HSK-Werkzeughalter ist auf der Seite des Kegel-Hohlschaftes auf dem verdickten Bund eine Planfläche vorgesehen, die bei in die Werkzeugaufnahme eingespanntem Werkzeughalter in Anlage mit der Stirnseite der Werkzeugspindel gelangt.
Der Werkzeughalter wird dabei über eine Zugstange, die an dem Kegel-Hohlschaft angreift, in die Werkzeugaufnahme hineingezogen, wobei sich die konische Mantelfläche des Kegel-Hohlschaftes gegen die konische Mantelfläche der Werkzeugaufnahme verspannt.
Der passgenaue Sitz des Werkzeughalters in der Werkzeugaufnahme erfolgt über die Anlage zwischen der Planfläche und der Stirnseite. Es ist leicht ersichtlich, dass jegliche Art von Spänen, die beim Werkzeugwechsel auf die Planfläche und/oder die Stirnseite gelangen, die Plananlage und damit den korrekten Sitz des Werkzeughalters in der Werkzeugaufnahme negativ beeinflussen.
Ein zwischen Planfläche und Stirnseite geratener Metallspan kann somit dazu führen, dass der Werkzeughalter nicht vollständig in die Werkzeugaufnahme eingezogen werden kann, bzw. dass der Werkzeughalter mit seiner Achse nicht fluchtend zur Drehachse der Werkzeugspindel liegt, so dass das Werkzeug nicht rund läuft, sondern taumelt.
Derartige Einspannfehler beeinträchtigen die Genauigkeit, mit der die bekannte Werkzeugmaschine Werkstücke bearbeiten kann. Die Metallspäne können durchaus Abmaße von vielen hundert Mikrometern erreichen, es ist aber auch möglich, dass Metallspäne lediglich zu einem Einspannfehler von 10 μm oder weniger führen.
Da die bekannte Werkzeugmaschine jedoch zur Präzisionsbearbeitung vorgesehen ist, bei der Oberflächen mit einer Genauigkeit von 10 μm oder weniger bearbeitet werden, führt ein derartiger Metallspan also zwangsläufig zu einem schlechten Arbeitsergebnis und ggf. sogar zu Ausschuss.
Ein nicht korrekt in die Werkzeugaufnahme eingespannter Werkzeughalter führt somit genauso zu Problemen bei der Bearbeitungsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit wie thermische oder mechanische Verlagerungen.
Aus der DE 196 29 991 A1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der HSK-Werkzeughalter mittels einer Spannstange in eine Spannlage gezogen wird. Die axiale Lage des Kopfes der Spannstange wird über eine optische Sensoreinrichtung ermittelt und dient zur Ermittlung der ordnungsgemäßen Spannlage des aufgenommenen Werkzeughalters.
Aus der US 4,919,575 A ist es bekannt, die Stirnseite einer Werkzeugspindel als Bezug für die Längenausdehnung der Spindelachse zu verwenden.
Die DE 101 23 717 A1 beschreibt eine Motorspindel, in der über einen Wegsensor eine unerwünschte Verschiebung der Spindelwelle durch Messung des Abstandes zwischen dem Wegsensor und einer Bezugsfläche an der Spindelwelle ermittelt wird.
Vor diesem Hintergrund besteht also ein Bedarf, die Qualität der Anlage zwischen der Planfläche an dem Werkzeughalter und der Gegenfläche an der Werkzeugspindel, also der Stirnseite zu überwachen, um bei fehlerhafter Anlage ein Alarmsignal auszugeben, so dass automatische oder manuelle Maßnahmen initiiert werden können, um die Stirnseite der Werkzeugspindel und/oder die Plananlage zu reinigen, bevor die Bearbeitung des eingespannten Werkstückes fortgesetzt wird.
Der Anmelderin der vorliegenden Erfindung sind Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen die Plananlage über eine so genannte Staudruckabfrage überprüft wird. Bei dieser Staudruckabfrage wird ein Konstruktionsmerkmal gewisser Werkzeugmaschinen ausgenutzt, bei dem Druckluftkanäle in der Gegenfläche an der Stirnseite der Werkzeugspindel münden, um den Werkzeughalter beim Werkzeugwechsel mit Druckluft abblasen zu können. Wenn der Werkzeughalter vollständig in die Werkzeugaufnahme eingespannt ist, werden diese Druckluftkanäle durch den engen Kontakt, also die Plananlage zwischen Auflagefläche und Gegenfläche, verschlossen, so dass keine Druckluft mehr aus den Kanälen entweichen kann. Der sich dabei aufbauende Druck wird als Maß für die Qualität der Plananlage erfasst. Hier ist von Nachteil, dass trotz hohem peripherem Aufwand nur eine geringe Messgeschwindigkeit erreicht wird.
Bei den an moderne Werkzeugmaschinen bezüglich der Genauigkeit und Geschwindigkeit gestellten Anforderungen sind die im Stand der Technik erreichbaren Messgenauigkeiten und/oder Geschwindigkeiten nicht ausreichend.
Um diesem Problem zu begegnen, schlägt die DE 10 2008 054 251 A1 vor, die aktuelle axiale Lage der Spannstange zu erfassen und einen Ist-Wert zu ermitteln, um eine Aussage über die Anlage treffen zu können. Die Konstruktion ist dort so gewählt, dass an dem über die Werkzeugspindel nach oben hinausragenden Ende der Spannstange eine Meldehülse mit einer radial nach außen weisenden, umlaufenden Mantelfläche vorgesehen ist, deren axiale Lage über einen Sensor ermittelt wird.
Auf diese Weise kann die Überwachung der Anlage des Werkzeughalters ohne nennenswerten Zeitverlust erfolgen. Allerdings ist die mit diesem Verfahren erzielbare Aussage über die Qualität der Plananlage häufig nicht zufriedenstellend. Ferner ist der für die Ausgestaltung erforderliche konstruktive Eingriff in den oberen Bereich der Werkzeugspindel sowie des Spindelgehäuses nicht immer problemlos möglich.
Zudem ist es aus der DE 44 15 306 A1 bekannt, die axiale Lage einer mit einem Nutenstein verbundenen Signalstange mit einem Sensor abzufragen, um der Ablaufsteuerung der Werkzeugmaschine zu melden, wenn ein Werkzeughalter vollständig in die Werkzeugaufnahme eingezogen ist. Wenn dieses Signal erzeugt wird, schaltet die Ablaufsteuerung zu dem nächsten Verfahrensabschnitt, in dem bspw. die Werkzeugspindel auf Betriebsdrehzahl hochgefahren wird, woraufhin dann mit dem eingespannten Bearbeitungswerkzeug das Werkstück weiter bearbeitet wird.
Die axiale Lage der Signalstange wird dort also nach Art einer JA/NEIN-Entscheidung überwacht, um eine Aussage über das erfolgte Einspannen des Werkzeughalters in die Werkzeugaufnahme zu erzeugen, eine Aussage über die Qualität der Anlage kann aus dem Ist-Wert der axialen Lage nicht abgeleitet werden, da der Ist-Wert hierzu nicht aussagekräftig genug ist.
Sowohl die axiale Lage der Spannstange als auch die axiale Lage der Signalstange sind nach Erkenntnis des Erfinders der vorliegenden Anmeldung nicht dazu geeignet, eine hinreichend verlässliche Aussage über die Plananlage zu treffen. Da die verschiedenen Werkzeughalter alle leicht unterschiedliche Abmaße aufweisen, führen sie beim Einspannen in die Werkzeugaufnahme zu unterschiedlichen Hüben der Spannstange und der Signalstange.
Ferner verändert sich der für das Einziehen eines Werkzeughalters erforderliche Hub der Spannstange und damit auch der Signalstange in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebssituationen der Werkzeugmaschine. So ist es bspw. möglich, dass bei einer kalten Werkzeugmaschine ein geringerer Hub für ein vollständiges Einspannen eines Werkzeughalters erforderlich ist, als bei einer Werkzeugmaschine, die sich auf Betriebstemperatur befindet.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der auf konstruktiv einfache Weise die Probleme der thermischen und mechanischen Verlagerung und/oder der Beeinträchtigung der Plananlage schnell und zuverlässig erkannt und bei der Ablaufsteuerung berücksichtigt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine dadurch gelöst, dass sie ein Messsystem aufweist, das einen Messwert bestimmt, der für den Abstand zwischen der Planfläche eines in die Werkzeugaufnahme eingespannten Werkzeughalters und einem Referenzpunkt an dem Spindelgehäuse kennzeichnend ist, wobei das Messsystem ein an der Werkzeugspindel in Richtung der Spindelachse verschiebbar angeordnetes, mit der Planfläche zusammenwirkendes Übertragungselement und einen in dem Spindelgehäuse angeordneten Sensor aufweist, der die Lage des Übertragungselements zu dem Referenzpunkt bestimmt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt, dass der Abstand zwischen der Planfläche eines in die Werkzeugaufnahme eingespannten Werkzeughalters und einem Referenzpunkt an dem Spindelgehäuse als Maß für die Qualität der Anlage verwendet werden kann, wenn der Messwert mit zuvor kalibrierten Vergleichswerten verglichen wird. Eine Kenntnis des absoluten Abstandes ist nicht erforderlich.
Das Besondere an der neuen Werkzeugmaschine ist nun, dass das Messsystem einen Abstand zwischen der Planfläche eines Werkzeughalters sowie einem Referenzpunkt an dem Spindelgehäuse misst, dass also kein Messpunkt unmittelbar an der Werkzeugspindel selbst vorgesehen ist, aber dennoch eine Aussage über die Plananlage möglich ist.
Solange sich der Abstand der Stirnseite der Werkzeugspindel gegenüber dem Referenzpunkt an dem Spindelgehäuse nicht ändert, kann nämlich der Abstand zwischen der Planfläche und dem Referenzpunkt als Maß für die Qualität der Plananlage verwendet werden. Sollte ein Span zwischen Plananlage und Stirnseite eingeklemmt sein, so ist der gemessene Abstand größer als bei korrekter Plananlage.
Der Messwert kann dabei mit Vergleichswerten in Relation gesetzt werden, die beispielsweise für unterschiedliche Spindeltemperaturen bestimmt werden können, so dass also eine thermische Verlagerung der Werkzeugspindel gegenüber dem Spindelgehäuse anhand einer Temperaturmessung oder Zeitmessung kompensiert wird, wie dies aus den eingangs erwähnten Druckschriften bekannt ist.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat jedoch erkannt, dass ein Messwert, der zwischen der Planfläche eines Werkzeughalters, der in die Werkzeugaufnahme eingespannt ist, und einem Referenzpunkt in dem Spindelgehäuse gemessen wird, auch dazu verwendet werden kann, die mögliche Längung der Werkzeugspindel gegenüber dem Spindelgehäuse zu erfassen.
Die Längung der Werkzeugspindel gegenüber dem Spindelgehäuse wirkt sich dabei genauso auf den Messwert aus wie ein Span, der zwischen der Planfläche und der Stirnseite liegt und somit eine Plananlage behindert.
In noch zu beschreibender Weise lassen sich erfindungsgemäß die Effekte einer fehlerhaften Plananlage und einer sich längenden Werkzeugspindel unterscheiden, so dass bei korrekter Plananlage der Messwert ein Maß für eine mögliche Veränderung des Abstandes zwischen dem Referenzpunkt und der Stirnseite der Werkzeugspindel ist. Bei fehlerhafter Plananlage ist dagegen eine Bestimmung der möglichen Verlagerung der Werkzeugspindle nicht erforderlich.
Aus den eingangs erwähnten Druckschriften sind diverse Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen insbesondere die Lage des Spindelgehäuses zu einem Koordinatenursprung auch bei thermischen Verlagerungen festgestellt werden kann, so dass das neue Messsystem jetzt sozusagen die messtechnische Lücke zwischen dem Spindelgehäuse und der Stirnseite der Werkzeugspindel schließt.
Die neue Werkzeugmaschine ist dabei insbesondere so ausgestattet, wie dies in der DE 10 2010 006 504 A1 oder DE 10 2011 013 155 A1 beschrieben ist.
Weil das neue Messsystem zudem im vorderen Bereich von Werkzeugspindel und Spindelgehäuse angeordnet ist, also in der Nähe von Frontseite und Stirnseite, ist es auch konstruktiv problemlos an einer Werkzeugspindel anzubringen, so dass die aufwändigen Maßnahmen vermieden werden, die mit einer Signalstange oder einer Meldehülse an der Spannstange verbunden sind.
Es war nicht zu erwarten, dass ein Messsystem, das sozusagen die Lage der Planfläche des Werkzeughalters in Relation zu einem Referenzpunkt an dem Spindelgehäuse setzt, sowohl die Qualität der Plananlage als auch das mögliche Herauswachsen der Werkzeugspindel aus dem Spindelgehäuse erkennen kann.
Erfindungsgemäß ist von Vorteil, dass das Signal des Übertragungselements auf konstruktiv einfache Weise von dem Messpunkt auf der Planfläche zu dem Sensor übertragen werden kann, der geschützt in dem Spindelgehäuse sitzt. Der Sensor kann beispielsweise ein Tauchspulensensor sein.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Übertragungselement eine Auflagefläche aufweist, die in Richtung der Spindelachse über die Stirnseite vorsteht, wenn kein Werkzeughalter in die Werkzeugaufnahme eingespannt ist, und der beim Einspannen eines Werkzeughalters in die Werkzeugaufnahme mit dessen Planfläche in Anlage gelangt.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, das Übertragungselement wirkt hier wie ein Stößel, der die Bewegung der Planfläche zu dem Sensor überträgt, der zum Beispiel ein Linearwiderstand sein kann, dessen Mittenabgriff durch den Stößel verändert wird.
Wenn die Länge des Übertragungselements in Richtung der Spindelachse als konstant angesehen wird, was durch konstruktive Maßnahmen erreicht wird, kann über den Messwert und die bekannte Länge der absolute Abstand zwischen der Planfläche und damit der anliegenden Stirnseite und dem Referenzpunkt bestimmt werden.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Übertragungselement eine dem Sensor zugewandte Messfläche aufweist.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn sie ermöglicht eine berührungslose Messung, in der beispielsweise das Maß der Überdeckung zwischen Sensor und Messfläche bestimmt wird.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Sensor ein Abstandssensor ist, der längs der Spindelachse den Abstand zwischen der Messfläche und dem Sensor bestimmt.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn sie ermöglicht den Einsatz eines einfachen und preiswerten Abstandsensors, der zudem sehr genaue Messungen ermöglicht und für den Einsatz an einer Werkzeugmaschine hinreichend robust ist.
Allgemein ist es bevorzugt, wenn zwischen dem Übertragungselement und der Werkzeugspindel ein Rückstellelement angeordnet ist, das das Übertragungselement in Richtung der Spindelachse von der Stirnseite wegdrückt.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn das Rückstellelement spannt das Übertragungselement gegen die Planfläche vor, so dass das Übertragungselement nicht lediglich durch sein Eigengewicht in seine Ausgangsstellung bewegt wird. Damit kann das neue Messsystem auch bei horizontalen Werkzeugspindeln verwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht das Rückstellelement eine schnelle Messwerterfassung, weil nämlich das Übertragungselement immer in Anlage mit der Planfläche ist, wenn ein Werkzeughalter weit genug in die Werkzeugspindel geschoben wurde.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Übertragungselement einen konzentrisch zu der Spindelachse angeordneten Signalring umfasst, dessen obere Ringfläche die Messfläche und dessen untere Ringfläche die Auflagefläche bildet.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, wobei sie auch eine sehr schnelle Messwerterfassung ermöglicht.
Der Signalring rotiert nämlich mit der Spindel mit, so dass der Sensor in jeder Winkelstellung der Werkzeugspindel zu der Spindelachse einen Messwert aufnehmen kann, der kennzeichnend für den Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der Planfläche ist.
Während einer Umdrehung der Werkzeugspindel können jetzt viele Messwerte nacheinander genommen werden, so dass das Einklemmen eines Spanes daran erkannt werden kann, dass die Messwerte oszillieren. In Folge eines eingeklemmten Spanes liegt nämlich die Planfläche nicht gleichmäßig eben an der Stirnseite an, sie ist vielmehr im Bereich des Spanes von der Stirnseite abgehoben. Diese schräge Lage der Planfläche zu der Stirnseite überträgt sich auch auf den Signalring, der folglich immer dann einen größeren Messwert in dem Sensor erzeugt, wenn der Span unter den Sensor durchläuft.
Mit anderen Worten, wenn ein Werkzeughalter vollständig in die Werkzeugaufnahme eingezogen wurde, so deutet ein konstanter Messwert darauf hin, dass eine plane Anlage zwischen der Planfläche und der Stirnseite erfolgt ist, während ein oszillierender Messwert darauf hindeutet, dass ein Span eingeklemmt wurde oder sonstige Probleme beim Einspannen aufgetreten sind.
Wenn eine korrekte Plananlage erkannt wird, ist der Messwert jedoch zugleich ein Maß für den Abstand zwischen der Stirnseite der Werkzeugspindel und dem Referenzpunkt, weil die Länge des Übertragungselements zwischen der Messfläche und der Auflagefläche bekannt ist. Aus dem gemessenen Abstand und dem bekannten Abstand ergibt sich dann der Abstand zwischen der Planfläche und dem Referenzpunkt. Da der Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der Frontseite des Spindelgehäuses ebenfalls bekannt ist, kann somit der Abstand zwischen der Stirnseite und der Frontseite des Spindelgehäuses bestimmt werden, der sich bei Längung der Werkzeugspindel vergrößert.
Der Erfinder hat in diesem Zusammenhang erkannt, dass weder die Länge des Übertragungselements noch die Lage des Referenzpunktes zu der Frontseite des Spindelgehäuses thermischen Verlagerungen und Dehnungen unterworfen sind, was insbesondere daran liegt, dass der Sensor nahe der Frontseite angeordnet ist und dort zudem keine beweglichen Teile vorhanden sind.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Übertragungselement zwischen der Werkzeugspindel und einem an der Werkzeugspindel festgelegten Spritzschutzring angeordnet ist oder selbst als Spritzschutzring wirkt.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn der Spritzschutzring ist bei bekannten Werkzeugmaschinen sowieso vorgesehen, um den Spalt zwischen der Werkzeugspindel und dem Spindelgehäuse sowie die Lager zu schützen. Durch den Spritzschutzring wird zudem jetzt auch das Übertragungselement vor Spänen und Kühlflüssigkeit geschützt.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Werkzeugspindel eine die Stirnseite umgebende und gegenüber dieser zurückgesetzte Schulter aufweist, und der Signalring zwischen der Schulter und dem Spritzschutzring angeordnet ist, der vorzugsweise mit der Schulter verschraubt ist.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn bei der Montage der neuen Werkzeugmaschine bzw. Werkzeugspindel muss der Signalring lediglich auf die Vorderseite der Werkzeugspindel bis zur Schulter aufgeschoben werden, woraufhin er dann zusammen mit dem Spritzschutzring mit der Schulter verschraubt wird.
Auf diese Weise rotieren Spritzschutzring und Signalring mit der Werkzeugspindel mit.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Rückstellelement als zwischen der Schulter und dem Signalring angeordnetes ringförmiges Federelement, vorzugsweise als O-Ring ausgebildet ist.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass die Rückstellkraft auf dem gesamten Umfang auf den Signalring wirkt, so dass eine ungleichmäßig an der Stirnfläche anliegende Planfläche eines Werkzeughalters sich in einem ebenfalls ungleichmäßig liegenden Signalring widerspiegelt. Auf diese Weise kann ein Verkippen der Planfläche gegenüber der Stirnseite in Folge von Spänen oder sonstigen Problemen besonders gut und einfach und zuverlässig erkannt werden.
Schließlich ist es bevorzugt, wenn der Signalring einen ersten Ringbereich mit einem ersten Durchmesser, einen zweiten Ringbereich mit einem zweiten Durchmesser und einen den ersten und zweiten Ringbereich verbindenden Ringboden aufweist, wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser, der Ringboden parallel zu der Schulter verläuft, die obere Ringfläche an dem ersten Ringbereich und die untere Ringfläche an dem zweiten Ringbereich angeordnet ist.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn die im Querschnitt z-förmige Wand des Signalringes überträgt die näher zur Spindelachse liegende Auflagefläche zu dem außerhalb der Werkzeugspindel sitzenden Sensor.
Wenn die Konstruktion dann so gewählt ist, dass die Planfläche des genormten Werkzeughalters radial etwas über die Stirnseite der Werkzeugspindel vorsteht, kann der zweite Ringbereich des Signalringes mit seiner stirnseitigen Auflagefläche in Anlage mit der Planfläche gelangen.
Die Übertragung des Messpunktes auf der Planfläche radial nach außen und nach oben könnte auch über ein konisches Übertragungselement erfolgen, durch den im Querschnitt z-förmigen Signalring erfolgt die Bewegung des Übertragungselements beim Einspannen des Werkzeughalters jedoch parallel zur Spindelachse, so dass keine Winkeleinflüsse zu berücksichtigen sind.
Insbesondere dann, wenn die Planfläche einen Durchmesser aufweist, der in etwa dem Durchmesser der Werkzeugspindel an ihrer Stirnseite entspricht, sind an einer inneren Umfangsfläche des Signalringes zumindest zwei Vorsprünge vorgesehen, die sich in zur Stirnseite offene Nuten an einer äußeren Umfangsfläche der Werkzeugspindel hinein erstrecken.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass bei in die Werkzeugspindel eingespanntem Werkzeughalter dessen Plananlage – wie im Stand der Technik oft üblich – nahezu vollständig auf der Stirnseite der Werkzeugspindel aufliegt. Lediglich die Nuten stehen nicht als Auflagefläche zur Verfügung, da in ihnen die Vorsprünge des Signalringes liegen, die bei Anlage mit der Planfläche des Werkzeughalters den Signalring nach oben drücken.
Wenn zumindest zwei Nuten und entsprechend zwei Vorsprünge vorgesehen sind, verkippt der Signalring nicht beim axialen Hochschieben während des Einkoppelns des Werkzeughalters. Besonders bevorzugt ist es, wenn vier Nuten und entsprechend vier Vorsprünge vorgesehen sind.
Die Plananlage des Werkzeughalters wird durch dies Konstruktion nicht beeinträchtigt. Der Signalring kann dabei als Zylinder, Kegel oder mit im Querschnitt z-förmiger Wand ausgebildet sein.
Allgemein ist es weiterhin bevorzugt, wenn der Sensor in einem in dem Spindelgehäuse unterhalb eines vorderen Spindellagers um die Spindelachse umlaufenden, zu der Werkzeugspindel offenen Ringraum angeordnet ist, der mit einem die Werkzeugspindel umgebenden Spalt verbunden ist, in dem das Übertragungselement angeordnet ist.
Bei dieser Maßnahme ist es von Vorteil, dass der Sensor dicht an der Werkzeugspindel sowie dicht an der Frontseite sitzt, so dass sein Abstand zu der Frontseite sich im Betrieb der Werkzeugmaschine nicht verändert.
Vor diesem Hintergrund betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine mit einem Spindelgehäuse, das eine Frontseite aufweist, und mit einer um eine Spindelachse drehbar in dem Spindelgehäuse gelagerten Werkzeugspindel, die mit ihrer Stirnseite über die Frontseite vorsteht, wobei in der Stirnseite eine Werkzeugaufnahme zum Einspannen zumindest eines mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückten Werkzeughalters vorgesehen ist, der mit einer Planfläche versehen ist, die bei in die Werkzeugaufnahme eingespanntem Werkzeughalter an der Stirnseite anliegt, bei dem eine Messwert bestimmt wird, der für den Abstand zwischen der Planfläche eines in die Werkzeugaufnahme eingespannten Werkzeughalters und einem Referenzpunkt an dem Spindelgehäuse kennzeichnend ist, bei dem der Messwert zur Überwachung der Anlage zwischen der Planfläche und der Stirnseite verwendet wird, und aus dem Messwert eine Aussage über den Abstand zwischen der Stirnseite der Werkzeugspindel und der Frontseite des Spindelgehäuses abgeleitet wird.
Mit diesem Verfahren sind die bereits eingangs erwähnten Vorteile verbunden. Der Erfinder hat hier ein völlig neues Verfahren bereit gestellt, bei dem unmittelbar der Abstand zwischen der Planfläche und dem Referenzpunkt gemessen und verwendet wird. Dies bietet besondere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die Lage der Zugstange oder einer Signalstange gemessen wird, was mit vielen Ungenauigkeiten verbunden ist.
Wenn die Lage der Zugstange vermessen wird, so gibt es zwischen der Stirnseite und der Messhülse viele mechanische Zwischenabschnitte in der Werkzeugspindel, die mechanisch und thermisch nicht konstant sind. Weil jetzt erfindungsgemäß unmittelbar der Abstand zwischen der Planfläche und dem Referenzpunkt bestimmt wird, kann der Messwert für die Überwachung und Bestimmung der Anlage und/oder für die Überwachung und Bestimmung der Verlagerung der Werkzeugspindel in dem Spindelgehäuse verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann sowohl eine Kontrolle der Plananlage als auch eine Erkennung von thermischen Verlagerungen erfolgen.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der Messwert während der Drehung der Werkzeugspindel wiederholt, vorzugsweise kontinuierlich bestimmt wird, und aus dem zeitlichem Verlauf des Messwertes während der Drehung eine Aussage über die Anlage getroffen wird, wobei vorzugsweise eine zyklische Veränderung des Messwertes als fehlerhafte Anlage gewertet wird und weiter vorzugsweise ein während der Drehung konstant bleibender Messwert als fehlerfreie Anlage gewertet wird.
Dabei ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, wenn eine Basislinie aufgenommen wird, die den zeitlichen Verlauf des Messwertes für einen fehlerfrei in die Werkzeugaufnahme eingespannten Werkzeughalter repräsentiert, wobei im Betrieb der Werkzeugmaschine dann der zeitliche Verlauf des Messwertes gegenüber der Basislinie ausgewertet wird.
In bestimmten Anwendungen können beispielsweise Bauteilstreuungen und/oder Ungenauigkeiten dazu führen, dass auch bei einem fehlerfrei in die Werkzeugaufnahme eingespanntem Werkzeughalter die Messwerte während der Drehung der Werkzeugspindel leicht schwanken, was über einer Umdrehung zu einem leicht oszillierenden Messwertverlauf führt.
Dieser zeitliche Verlauf wird nun als Basislinie aufgenommen. In der Regel wird die Basislinie einen konstanten Messwertverlauf zeigen, in einigen Anwendungsfällen aber auch einen leicht oszillierenden Verlauf aufweisen. Der Vergleich eines aktuell gemessenen zeitlichen Verlaufs des Messwertes im Betrieb der Werkzeugmaschine mit der Basislinie wird dann herangezogen, um die Einspannung des Werkzeughalters als fehlerfrei oder fehlerbehaftet einzuordnen. In vielen Fällen kann auf die Erfassung der Basislinie jedoch verzichtet werden.
Wenn eine fehlerfreie Anlage vorliegt, kann aus dem Messwert dann eine Aussage über mögliche thermische Verlagerungen der Werkzeugspindel gegenüber dem Spindelgehäuse getroffen werden. Wenn dagegen ein sich zyklisch verändernder Messwert vorliegt, ist eine Überprüfung der thermischen Verlagerung der Werkzeugspindel gegenüber dem Spindelgehäuse nicht erforderlich, weil in diesem Fall die Bearbeitung nicht fortgesetzt wird, sondern ein Signal ausgegeben wird, das dazu führt, dass der Werkzeughalter wieder aus der Werkzeugspindel entnommen und Plananlage sowie Stirnseite gereinigt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht eine Werkzeugmaschine, die mit dem Messsystem ausgestattet ist;
2 eine schematische Seitenansicht eines Werkzeughalters, der in die Werkzeugaufnahme in der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine aus 1 eingespannt werden kann;
3 in schematischer Seitenansicht und ausschnittsweise die Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine aus 1, in einem Betriebszustand, in dem der Werkzeughalter aus 2 eingespannt wird, jedoch ohne Signalring und Sensor;
4 in einer Darstellung wie in 3, jedoch in weiter vergrößertem Ausschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Werkzeugspindel mit Signalring und Sensor, wobei der Werkzeughalter teilweise in die Werkzeugaufnahme eingesetzt wurde;
5 den zeitlichen Verlauf eines mit Signalring und Sensor genommenen Messwertes, als Basislinie, auf der eine Störung zu erkennen ist;
6 eine Darstellung wie in 4, jedoch in weiter vergrößertem Ausschnitt, wobei der Werkzeughalter ganz in die Werkzeugaufnahme eingesetzt wurde;
7 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Werkzeugspindel aus 3, gesehen längs der Linie VII-VII in 4; und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung wie in 4, jedoch in weiter vergrößertem Ausschnitt.
In 1 ist in schematischer Seitenansicht eine Werkzeugmaschine 10 gezeigt, die ein auch als Spindelkopf bezeichnetes Spindelgehäuse 11 aufweist, in dem drehbar eine Werkzeugspindel 12 vorgesehen ist, in deren Stirnseite 13 ein Werkzeughalter 14 mit einem Bearbeitungswerkzeug 15 eingespannt ist.
Das Bearbeitungswerkzeug 15 dient dazu, ein Werkstück 16 zu bearbeiten, das über Spannvorrichtungen 17 auf einem Werkstücktisch 18 aufgespannt ist.
Schematisch neben Spindelgehäuse 11 und Werkstücktisch 18 ist ein Werkzeugmagazin 19 vorgesehen, in dem ein leerer Magazinplatz 21 sowie zwei Magazinplätze 22 und 23 vorgesehen sind, in denen Werkzeughalter 14 mit Bearbeitungswerkzeugen 15 gelagert sind.
Die Magazinplätze 21, 22, 23 sind über eine Kette 24 miteinander verbunden, so dass die Magazinplätze 21, 22, 23 relativ zu dem Werkstücktisch 18 bzw. der Werkzeugspindel 11 verfahren werden können.
Selbstverständlich enthält das Werkzeugmagazin 19 mehr als drei Magazinplätze 21, 22, 23, hier sind lediglich drei Magazinplätze 21, 22, 23 beispielhaft dargestellt. Ferner sind auch andere Ausgestaltungen des Werkzeugmagazins 19 möglich. Statt des beispielhaft in 1 gezeigten Kettenmagazins kann auch ein Tellermagazin oder ein Regalmagazin vorgesehen sein.
Nachdem mit dem Bearbeitungswerkzeug 15 das Werkstück 16 bearbeitet wurde, wird der Werkzeughalter 14 ausgetauscht, wozu Spindelgehäuse 11 und Werkzeugmagazin 19 relativ so zueinander verfahren werden, dass der bisher in die Werkzeugspindel 12 eingespannte Werkzeughalter in den leeren Magazinplatz 21 abgelegt werden kann. Daraufhin wird aus einem der anderen Magazinplätze 22, 23 ein Werkzeughalter 14 mit dem als nächstes zum Einsatz kommenden Bearbeitungswerkzeug 15 in die Werkzeugspindel 12 eingespannt.
Diese Art des Werkzeugwechsels wird auch als Pick-up-Verfahren bezeichnet.
Die Werkzeugspindel 12, die in 1 nach unten über eine Frontseite des den Spindelgehäuses 11 vorsteht, weist dazu in ihrer Stirnseite 13 eine konische Werkzeugaufnahme 26 auf, in die genormte Werkzeughalter 14 eigespannt werden, wie dies nachstehend unter Bezug auf 3 erläutert wird.
Die Qualität der Einspannung des Werkzeughalters in die Werkzeugaufnahme 26 wird über ein in 1 schematisch angedeutetes Messsystem 27 erfasst, mit dem in noch zu beschreibender Weise außerdem erfasst werden kann, ob und um welches Maß die Werkzeugspindel 12 sich infolge thermischer und/oder mechanischer Verlagerungen weiter aus dem Spindelgehäuse 11 heraus „wächst”.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in 1 eine sog. Fahrständermaschine gezeigt ist, bei der der Spindelkopf in drei Koordinatenrichtungen relativ zu dem Werkstücktisch 18 verfahren wird. Alternativ ist es auch möglich, zumindest eine oder auch zwei der Bewegungen in den Koordinatenrichtungen, die sogenannten Fahrachsen, durch Bewegung des Werkstücktisches 12 gegenüber dem Spindelkopf zu realisieren.
Ferner ist es nicht erforderlich, dass die Werkzeugspindel 12 vertikal ausgerichtet ist, wie es in 1 gezeigt ist, sie kann auch horizontal, also liegend ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann der Spindelkopf auch als Mehrspindelkopf ausgelegt sein, in dem nicht nur eine Werkzeugspindel 12, sondern zwei oder vier Werkzeugspindeln angeordnet sind, die zeitgleich miteinander relativ gegenüber dem Werkstücktisch 18 verfahren werden, auf dem auch mehrere Werkstücke 16 aufgespannt sein können, die zeitgleich oder zeitlich versetzt bearbeitet werden.
In 2 ist schematisch ein Werkzeughalter 14 gezeigt, wie er in die Werkzeugaufnahme 26 eingespannt werden kann.
Der Werkzeughalter 14 weist eine symmetrische Längsachse 29 auf, die ebenfalls die Längsachse des Bearbeitungswerkzeuges 15 darstellt.
An seinem in 2 oberen Ende weist der Werkzeughalter 14 einen Hohlschaftkegel 31 auf, wie er üblicherweise zum Einspannen des Werkzeughalters 14 in die Werkzeugspindel 12 verwendet wird.
Unterhalb des Hohlschaftkegels 31 weist der Werkzeughalter 14 einen verdickten Bund 32 auf, an dessen oberer Planfläche 33 der Hohlschaftkegel 31 angeordnet ist.
Auf seiner der Planfläche 33 gegenüberliegenden unteren Seite 34 ist der Werkzeughalter 14 mit einem Schaft 35 versehen, in den in an sich bekannter Weise Bearbeitungswerkzeuge 15 eingespannt werden.
Zwischen der Planfläche 33 und der unteren Seite 34 ist an dem Bund 32 eine umlaufende Nut 36 vorgesehen, an der der Werkzeughalter 14 in den Magazinplätzen 21, 22, 23 gehalten wird.
In 3 ist in schematischer Seitenansicht und ausschnittsweise die Werkzeugspindel 12 der Werkzeugmaschine 10 aus 1, in einem Betriebszustand gezeigt, in dem der Werkzeughalter 14 aus 2 in die Werkzeugaufnahme 26 eingespannt wird.
In 3 ist zunächst zu erkennen, dass der Hohlschaftkegel 31 eine konische Außenfläche 37 aufweist, die an die konische Kegelfläche der Werkzeugaufnahme 26 angepasst ist.
Beim Einziehen des Werkzeughalters 14 in die Werkzeugaufnahme 26 gelangt die Planfläche 33 in Plananlage mit der Stirnseite 13, sofern sich keine Metallspäne oder sonstige Verschmutzungen auf der Planfläche 33 und/oder Stirnseite 13 angesammelt haben. Ein Abweichen von der Plananlage kann in noch zu beschreibender Weise mit dem Messsystem 27 erkannt werden.
In dem Hohlschaftkegel 31 ist noch ein übliches Kühlmittelröhrchen 38 gezeigt, das in einen unten an einer Spannstange 39 vorgesehenen Spannzapfen 41 eingreift, wenn der Werkzeughalter 14 in 3 nach oben bewegt wird. An den Spannzapfen 41 anliegend sind in 3 noch übliche Spannzangen 42 gezeigt, die beim Hochziehen der Spannstange 39 in 3 in Kontakt mit einer Umfangsfläche 43 des Spannzapfens 41 gelangen und durch diese so nach außen bewegt werden, dass sie in eine Schulter 44 eingreifen, die innen an dem Hohlschaftkegel 31 vorgesehen ist.
Auf diese an sich bekannte Weise wird der HSK-Werkzeughalter 14 in die Werkzeugaufnahme 26 eingezogen und dort drehfest mit der Werkzeugspindel 12 verbunden, so dass die Längsachse 29 mit einer Spindelachse 45 zusammenfällt, um die die Werkzeugspindel 12 drehbar in dem Spindelgehäuse 11 gelagert ist. Wegen weiterer Details des insoweit beschriebenen Spannsystems und Spannvorganges wird auf die DE 100 31 027 A1 verwiesen.
In 3 ist noch zu erkennen, dass die Stirnseite 13 um einen Abstand V über die Frontseite 25 vorsteht. Wenn sich die Werkzeugspindel 12 im Betrieb infolge thermischer Effekte und/oder mechanischer Belastung längt, wird der Abstand V größer, die Werkzeugspindel 13 wächst dabei sozusagen aus dem Spindelgehäuse 11 heraus.
Eine Veränderung des Abstandes V kann in noch zu beschreibender Weise genauso mit dem Messsystem 27 erkannt werden, wie eine Abweichung von der Plananlage zwischen Stirnseite 13 und Planfläche 33. Dies wird jetzt anhand von 4 beschrieben.
4 zeigt in schematischer geschnittener Seitenansicht eine Vergrößerung des vorderen Bereiches eines ersten Ausführungsbeispiels der Werkzeugspindel 12 und zwar im Bereich unterhalb eines vorderen Spindellagers 46, über das die Werkzeugspindel 12 drehbar in dem Spindelgehäuse 12 gelagert ist.
In 4 unterhalb des Spindellagers, also in Richtung der Frontseite 25 ist in dem Spindelgehäuse 11 ein zur Werkzeugspindel 12 offener, um die Spindelachse 45 umlaufender Ringraum 47 vorgesehen, der mit einem die Werkzeugspindel 12 umgebenden Spalt 48 verbunden ist, der ebenfalls in dem Spindelgehäuse 11 vorgesehen ist.
Der Spalt 48 ist in 4 nach unten offen und wird von der Frontseite 25 umgeben. In noch zu beschreibender Weise ist an der Werkzeugspindel 12 ein Spritzschutzring 49 angeordnet, der den Spalt 48 abdeckt, so dass bei der Bearbeitung von Werkstücken weder Späne noch Kühlwasser in Spalt 48 und den Ringraum 47 eindringen kann.
Zwischen dem Spritzschutzring 49 und der Werkzeugspindel 12 ist ein Übertragungselement 51 vorgesehen, das konzentrisch um die Spindelachse 45 herumläuft. In 4 ist rechts der Spindelachse 45 das Übertragungselement 51 nicht gezeigt, damit der Ringraum 47 sowie der Spalt 48 besser erkennbar sind.
Zwischen dem Übertragungselement 51 und der Werkzeugspindel 12 ist ein Rückstellelement 52 angeordnet, das im vorliegenden Fall ein ringförmiges Rückstellelement ist, das ebenfalls vollständig um die Spindelachse 45 herumläuft, jedoch in der rechten Seite der 4 nicht zu erkennen ist.
In dem Ringraum 47 ist oberhalb des Übertragungselements 51 ein Sensor 53 angeordnet, der in noch zu beschreibender Weise mit dem Übertragungselement 51 zusammen wirkt, der im vorliegenden Fall als Signalring 54 ausgebildet ist, der eine im Querschnitt z-förmige Wand aufweist.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Werkzeugspindel 12 eine gegenüber ihrer Stirnseite 13 in Richtung der Spindelachse 45 zurückgesetzte und zu der Stirnseite 13 parallel verlaufende Schulter 55 aufweist, die die Spindelachse 45 umgibt und an der das Rückstellelement 52 anliegt, das in 4 den Signalring 54 in Richtung der Spindelachse 45 nach unten drückt.
Die Werkzeugspindel 12 weist somit im Bereich der Stirnseite 13 einen geringeren Durchmesser auf als im Bereich des Ringraumes 47. Weil der Werkzeughalter 14 mit seiner Planfläche 33 radial nach außen über die Stirnseite 13 übersteht, gelangt die Planfläche 33 beim Einziehen des Werkzeughalters 14 in die Werkzeugaufnahme 26 in Anlage mit einer unteren Ringfläche 56 des Signalringes 54.
Durch den gestuften Verlauf des Signalringes 54 wirkt dessen obere Ringfläche 57 dennoch mit dem Sensor 53 zusammen, der radial einen größeren Abstand zu der Spindelachse 45 aufweist als die untere Ringfläche 56.
In dem in 4 gezeigten Betriebszustand ist der Hohlschaftkegel 31 noch nicht sehr weit in die Werkzeugaufnahme 26 eingezogen worden, so dass zwischen der Planfläche 33 und der Stirnseite 13 noch ein großer Abstand vorherrscht.
Der Signalring 54 wird durch das Rückstellelement 52 parallel zur Spindelachse 45 in 4 nach unten gedrückt, so dass die untere Ringfläche 56 über die Stirnseite 13 vorsteht, so dass sie beim weiteren Einschieben des Werkzeughalters 14 in die Werkzeugaufnahme 26 mit der Planfläche 33 in Anlage gelangt.
Beim endgültigen Einziehen des Werkzeughalters 14 in die Werkzeugaufnahme 26 wird dann der Signalring in 4 parallel zur Spindelachse 45 nach oben geschoben, was sich durch eine Änderung des Messwertes erfassen lässt, den der Sensor 53 abgibt. Der Signalring 54 wird dabei gegenüber dem Spindelgehäuse 11 um einen Spalt S angehoben, der in 5 angedeutet ist.
Bei diesem Verschieben des Signalringes 54 wirkt das Rückstellelement 52 derart, dass bei einem auf der Planfläche 33 abgelagerten Span der Signalring 54 sich so verwindet, dass der Sensor 53 ein oszillierendes Messsignal abgibt, weil der Abstand zwischen Stirnseite 13 und Planfläche 33 im Bereich des Spanes nicht gleich null ist.
Anhand eines oszillierenden Messsignals des Sensors 53 wird also erkannt, dass die Planfläche 33 nicht in Plananlage mit der Stirnseite 13 ist.
Dies führt zu einem Fehlersignal, so dass der Werkzeughalter 14 wieder aus der Werkzeugaufnahme 26 herausbewegt wird und entsprechende Reinigungsmaßnahmen erfolgen.
Wenn der Werkzeughalter 14 jedoch korrekt in die Werkzeugaufnahme 26 eingezogen wurde, so ergibt sich zwischen der Planfläche 33 und der Stirnseite 13 eine Plananlage, so dass der Sensor 53 in jeder umfänglichen Ausrichtung des Signalringes 54, der mit der Werkzeugspindel 12 mit rotiert, einen konstanten Messwert abgibt.
Aufgrund von Bauteilgenauigkeiten kann bei bestimmten Anwendungsfällen der vorliegenden Erfindung nicht immer ausgeschlossen werden, dass auch bei korrekt in die Werkzeugaufnahme 26 eingespanntem Werkzeughalter 14 das Messsignal leicht oszilliert. Dieser leicht oszillierende Verlauf des Messsignals über einer vollständigen Umdrehung der Werkzeugspindel 12 im Spindelgehäuse 11 wird für eine fehlerfreie Betriebssituation bestimmt und als Basislinie gespeichert.
Die Basislinie dient während des Betriebes der Werkzeugmaschine 10 dann als Bezugslinie, gegenüber der der Verlauf des Messsignals während der Umdrehung der Werkzeugspindel 12 bewertet wird. Entspricht der Verlauf des Messsignals über einer Umdrehung der Basislinie, so ist der Werkzeughalter 14 korrekt eingespannt. Oszilliert das Messsignal dagegen gegenüber der Basislinie, so ist der Werkzeughalter 14 nicht korrekt eingespannt, was zu den oben erwähnten Maßnahmen führt.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Messsignals M über einer Umdrehung der Werkzeugspindel 12, was in 5 in Bogenmaß angegeben ist. Die Basislinie ist mit B bezeichnet und als durchgezogene Linie dargestellt. Gestrichelt ist in 5 eine Störung X auf der Basislinie B gezeigt. Diese Störung X ergibt sich durch einen Span, der zwischen Planfläche 33 und Stirnseite 13 liegt.
Der Kurvenverlauf der 5 wiederholt sich über 2 π, also über 360°, so dass in der vorliegenden Anmeldung bei einer Fehlanlage von einem oszillierenden Messwert M gesprochen wird.
Wenn der Werkzeughalter 14 dagegen korrekt in die Werkzeugspindel 12 eingespannt wurde, so kann aus dem Messsignal eine Aussage über eine möglicherweise erfolgte Längung der Werkzeugspindel 12 abgeleitet werden.
Diese Situation wird jetzt anhand der 6 weiter erörtert.
In 6 ist zunächst zu erkennen, dass der Signalring 54 eine obere Messfläche 58 aufweist, die kontinuierlich mit dem Sensor 53 zusammen wirkt.
Diese Messfläche 58 entspricht der oberen Ringfläche 57.
Ferner weist der Signalring 54 eine Auflagefläche 59 auf, die plan auf der Planfläche 33 aufliegt und durch einen Teil der unteren Ringfläche 56 gebildet wird.
Der gestufte Signalring 54 weist einen oberen Ringbereich 61 mit einem inneren Durchmesser 62 sowie einen unteren Ringbereich 63 mit einem inneren Durchmesser 64 auf, der kleiner ist als der Durchmesser 62.
Der obere Ringbereich 61 sowie der untere Ringbereich 63 sind durch einen Ringboden 65 miteinander verbunden, der unter Zwischenlage des Rückstellelementes 52 an der Schulter 55 anliegt.
In 6 ist zu erkennen, dass der Spritzschutzring 49 über eine Schraube 66 mit der Schulter 55 der Werkzeugspindel 12 verschraubt ist, wobei diese Schraube 66 auch durch den Ringboden 65 und durch das Rückstellelement 52 hindurchragt.
Auf diese Weise sind Rückstellelemente 52, Signalring 54 und Spritzschutzring 59 mit der Werkzeugspindel 12 so verschraubt, dass sie sich mit dieser zusammen gegenüber dem Spindelgehäuse 11 verdrehen.
In 6 sind jetzt die geometrischen Beziehungen für einen korrekt in die Werkzeugaufnahme 26 eingespannten Werkzeughalter 14 dargestellt.
Mit D ist der Abstand zwischen der Frontseite 25 des Spindelgehäuses 11 und einem Referenzpunkt dargestellt, der im vorliegenden Fall der Messfläche des Sensors 53 entspricht.
Der Abstand D wird also durch die Lage des Sensors 53 in dem Spindelgehäuse 11 bestimmt und ist im Rahmen der vorliegenden Betrachtung als konstant anzunehmen.
Mit L ist in 6 der Abstand zwischen der Messfläche 58 und der Auflagefläche 59 bezeichnet, der der Höhe des Signalringes 54 in Richtung der Spindelachse 45 entspricht, der im Rahmen der vorliegenden Betrachtung ebenfalls als konstant angenommen werden kann.
Der Sensor 53 gibt jetzt einen Messwert M aus, der dem Abstand zwischen dem Referenzpunkt R und der Messfläche 58 entspricht. Die Summe aus dem Messwert M und dem Abstand L entspricht bei korrekt eingespanntem Werkzeughalter 14, wenn also Stirnseite 13 und Auflagefläche 59 auf gleicher Höhe liegen, dem Abstand A zwischen dem Referenzpunkt und der Stirnseite 13.
Nachdem auch der Abstand D bekannt ist, kann daraus der Abstand V berechnet werden, der zwischen der Frontseite 25 und der Stirnseite 13 vorhanden ist.
Anhand des Messwertes M kann also mit Hilfe der konstanten Abstände D und L der jeweils aktuelle Abstand V zwischen der Stirnseite 13 und der Frontseite 25 bestimmt werden.
Der Messwert M ist somit nicht nur kennzeichnend für die Qualität der Plananlage zwischen der Planfläche 33 und der Stirnseite 13 sondern auch für den Abstand V zwischen der Frontseite 25 und der Stirnseite 13; er kann also auch dazu verwendet werden, bei korrekt in die Werkzeugspindel 12 eingespanntem Werkzeughalter 14 die Längung der Werkzeugspindel 12 gegenüber dem Spindelgehäuse 11, also das thermisch bedingte Herauswachsen zu bestimmen.
Es sei noch erwähnt, dass der Sensor 53 ein Abstandssensor ist, der berührungslos den Abstand zu der Messfläche 58 erfasst und als Messwert M ausgibt.
In 6 ist mit 67 der Durchmesser des Bundes 32 des Werkzeughalters 14, also der Durchmesser der Planfläche 33, und mit 68 der Durchmesser der Werkzeugspindel 12 im Bereich ihrer Stirnseite 13 bezeichnet. Der Durchmesser 68 ist etwas geringer als der Durchmesser 67, so dass – wie oben beschrieben – die Planfläche 33 radial nach außen über die Stirnseite 13 übersteht und in Anlage mit der Auflagefläche 59 des Signalrings 54 gelangen kann.
Für die Plananlage zwischen Werkzeugspindel 12 und Werkzeughalter 14 steht damit nicht die gesamte Planfläche 33 zur Verfügung, da diese mit einem Ringbereich, der sich zwischen den Durchmessern 67 und 68 erstreckt, seitlich, also radial über die Stirnseite 13 übersteht.
Da die Differenz zwischen den Durchmessern 67 und 68 gering gewählt werden kann, stört dies die Qualität der Plananlage in den praktisch wichtigen Anwendungsfällen nicht.
Wenn dagegen die Planfläche 33 nahezu vollständig in Anlage mit der Stirnseite 13 gebracht werden soll, wird das jetzt unter Bezug auf 7 beschriebene weitere Ausführungsbeispiel der Werkzeugspindel 12 aus 3 gewählt.
7 zeigt eine Ansicht der Werkzeugspindel 12 von ihrer Stirnseite 13 her, also in 4 längs der Linie VI-VI. Aufbau und Anordnung von Signalring 54, Sensor 53, Spritzschutzring 49 und Spindelgehäuse 11 entsprechen im Prinzip der Konstruktion aus 4. Abweichungen ergeben sich in den Durchmessern 67 und 68, die jetzt identisch oder zumindest nahezu identisch sind.
Damit die Auflagefläche 59 nach wie vor in Anlage mit der Planfläche 33 gelangen kann, ist die Werkzeugspindel 12 an ihrer äußeren Umfangsfläche 69 mit vier umfänglich gleichverteilten Nuten 71 versehen, die zur Stirnseite 13 hin offen sind.
In diese Nuten 71 hinein erstrecken sich Vorsprünge 72, die an einer inneren Umfangsfläche 73 des Signalringes 54 angeordnet sind. Wenn der Signalring 54 ansonsten so ausgestaltet ist wie in 4 und 6 gezeigt, ist die Umfangsfläche 73 innen in dem zweiten Ringbereich 63 angeordnet und weist den Durchmesser 64 auf.
Die Nuten 71 und die Vorsprünge 72 sind im Querschnitt, also in der Ebene der Stirnseite 13 halbkreisförmig,
Der Durchmesser 64 kann auch bei dem Ausführungsbeispiel der 6 größer sein als der Durchmesser 68, der in 7 dem Durchmesser 67 entspricht, dies ist jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in 7 nicht gezeigt.
Die Auflagefläche 59 wird jetzt durch die Stirnseiten der Vorsprünge 72 gebildet, die im Bereich der Nuten 71 über die Stirnseite 13 vorstehen, wenn der Werkzeughalter 14 noch nicht in die Werkzeugaufnahme 26 eingesetzt wurde.
Im Übrigen entsprechen Aufbau und Funktion des Messsystems der oben unter Bezugnahme auf die 4 und 6. erfolgten Beschreibung.
In 8 ist in einer Darstellung wie 4, jedoch in einem noch größeren Ausschnitt, ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein Übertragungselement 74 eingesetzt ist, das auch als Spritzschutzring wirkt.
Verglichen mit den 4 und 6 ist das Übertragungselement 51 sozusagen mit dem Spitzschutzring 49 zu dem Übertragungselement 74 verbunden worden. In der konkret gezeigten Ausführung sind Übertragungselement 51 und Spritzschutzring 49 einstückig miteinander ausgebildet, um das Übertragungselement 74 zu bilden. Die Anordnung ist ansonsten wie in 4, 6 und 7 gewählt. Insbesondere sind auch hier Vorsprünge 72 an dem Übertragungselement 74 vorgesehene, die in die Nuten 71 in der Werkzeugspindel 12 hineinragen.
Das Übertragungselement 74 umfasst wieder den Signalring 54 und ist hier zudem fest mit dem Rückstellelement 52 verbunden, das eine Verschiebung des Übertragungselementes 74 gegenüber dem Spindelgehäuse 11 um den Spalt S ermöglicht, der auch in 6 gezeigt ist.
Diese Verschiebbarkeit des Übertragungselementes 74 wird durch umfänglich verteilte Schrauben 75 erreicht, von denen in 8 eine gezeigt ist. Die Schraube 75 ragt mit ihrem Gewindeschaft 76 durch eine Bohrung 77 in dem Rückstellelement 52 und eine größere Bohrung 78 in dem Übertragungselement 74 hindurch und ist mit der Werkzeugspindel 12 verschraubt.
Die Schraube 75 weist einen in der Bohrung 78 liegenden Kopf 79 auf, der auf einer Unterlegscheibe 81 aufliegt, die auf der kleineren Bohrung 77 aufliegt. Gegen die Rückstellkraft des Rückstellelementes 52 kann das Übertragungselement 74 so auf dem Schaft 76 der Schraube 75 gegenüber der Werkzeugspindel 12 verschoben werden.
An dem Übertragungselement 73 ist auch hier die Messfläche 58 angeordnet, die mit dem Sensor 53 zusammenwirkt. Aus Platzgründen ragt der Sensor 53 schräg in den Ringraum 47 hinein.
Die Auflagefläche 59 ist auch hier unten an dem Übertragungselement 74 ausgebildet.
Wegen der einstückigen Ausbildung, kann das Übertragungselement 74 sehr präzise zu der Werkzeugspindel 12 angeordnet werden und zudem effektiv verhindern, dass Späne oder Kühlwasser in den Ringraum 47 eindringen.

Claims

Werkzeugmaschine mit einem Spindelgehäuse (11), das eine Frontseite (25) aufweist, und mit einer um eine Spindelachse (45) drehbar in dem Spindelgehäuse (11) gelagerten Werkzeugspindel (12), die mit ihrer Stirnseite (13) über die Frontseite (25) vorsteht, wobei in der Stirnseite (13) eine Werkzeugaufnahme (26) zum Einspannen zumindest eines mit einem Bearbeitungswerkzeug (15) bestückten Werkzeughalters (14) vorgesehen ist, der mit einer Planfläche (33) versehen ist, die bei in die Werkzeugaufnahme (26) eingespanntem Werkzeughalter (14) an der Stirnseite (13) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Messsystem (27) aufweist, das einen Messwert (M) bestimmt, der für den Abstand (A) zwischen der Planfläche (33) eines in die Werkzeugaufnahme (26) eingespannten Werkzeughalters (14) und einem Referenzpunkt (R) an dem Spindelgehäuse (11) kennzeichnend ist, unddass das Messsystem (27) ein an der Werkzeugspindel (12) in Richtung der Spindelachse (45) verschiebbar angeordnetes, mit der Planfläche (33) zusammenwirkendes Übertragungselement (51; 74) und einen in dem Spindelgehäuse (12) angeordneten Sensor (53) aufweist, der die Lage (M) des Übertragungselements (51; 74) zu dem Referenzpunkt (R) bestimmt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (51, 74) eine Auflagefläche (59) aufweist, die in Richtung der Spindelachse (45) über die Stirnseite (13) vorsteht, wenn kein Werkzeughalter (14) in die Werkzeugaufnahme (26) eingespannt ist, und die beim Einspannen eines Werkzeughalters (14) in die Werkzeugaufnahme (26) mit dessen Planfläche (33) in Anlage gelangt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (51; 74) eine dem Sensor (53) zugewandte Messfläche (58) aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (53) ein Abstandssensor ist, der längs der Spindelachse (45) den Abstand (M) zwischen der Messfläche (58) und dem Sensor (53) bestimmt.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Übertragungselement (51; 74) und der Werkzeugspindel (12) ein Rückstellelement (52) angeordnet ist, das das Übertragungselement (51; 74) in Richtung der Spindelachse (45) von der Stirnseite (13) weg drückt.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (51) einen konzentrisch zu der Spindelachse (45) angeordneten Signalring (54) umfasst, dessen obere Ringfläche (57) die Messfläche (58) und dessen untere Ringfläche (56) die Auflagefläche (59) bildet.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalring (54) zwischen der Werkzeugspindel (12) und einem an der Werkzeugspindel (12) festgelegten Spritzschutzring (49) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (74) als Spritzschutzring wirkt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (12) eine die Stirnseite (13) umgebende und gegenüber dieser zurückgesetzte Schulter (55) aufweist, und der Signalring (54) zwischen der Schulter (55) und dem Spritzschutzring (49) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (52) als zwischen der Schulter (55) und dem Signalring (54) angeordnetes ringförmiges Federelement ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalring (54) einen ersten Ringbereich (61) mit einem ersten Durchmesser (62), einen zweiten Ringbereich (63) mit einem zweiten Durchmesser (64) und einen den ersten und den zweiten Ringbereich (61, 63) verbindenden Ringboden (65) aufweist, wobei der erste Durchmesser (62) größer ist als der zweiten Durchmesser (64), der Ringboden (65) parallel zu der Schulter (55) verläuft, die obere Ringfläche (57) an dem ersten Ringbereich (61) und die untere Ringfläche (56) an dem zweiten Ringbereich (63) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalring (54) an einer inneren Umfangsfläche (73) zumindest zwei Vorsprünge (72) aufweist, die sich in zur Stirnseite (13) der Werkzeugspindel (12) offene Nuten (71) in einer äußeren Umfangsfläche (69) der Werkzeugspindel (12) hinein erstrecken.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (53) in einem in dem Spindelgehäuse (11) unterhalb eines vorderen Spindellagers (46) um die Spindelachse (45) umlaufenden, zu der Werkzeugspindel (12) offenen Ringraum (47) angeordnet ist, der mit einem die Werkzeugspindel (12) umgebenden Spalt (48) verbunden ist, in dem das Übertragungselement (51; 74) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine (10) mit einem Spindelgehäuse (11), das eine Frontseite (25) aufweist, und mit einer um eine Spindelachse (45) drehbar in dem Spindelgehäuse (11) gelagerten Werkzeugspindel (12), die mit ihrer Stirnseite (13) über die Frontseite (25) vorsteht, wobei in der Stirnseite (13) eine Werkzeugaufnahme (26) zum Einspannen zumindest eines mit einem Bearbeitungswerkzeug (15) bestückten Werkzeughalters (14) vorgesehen ist, der mit einer Planfläche (33) versehen ist, die bei in die Werkzeugaufnahme (26) eingespanntem Werkzeughalter (14) an der Stirnseite (33) anliegt, bei dem ein Messwert (M) bestimmt wird, der für den Abstand (A) zwischen der Planfläche (33) eines in die Werkzeugaufnahme (26) eingespannten Werkzeughalters (14) und einem Referenzpunkt (R) an dem Spindelgehäuse (11) kennzeichnend ist, bei dem der Messwert (M) zur Überwachung der Anlage zwischen der Planfläche (33) und der Stirnseite (13) verwendet wird, und bei dem der Messwert (M) während der Drehung der Werkzeugspindel (12) wiederholt bestimmt wird, und aus dem zeitlichen Verlauf des Messwertes (M) während der Drehung eine Aussage über die Anlage getroffen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine zyklische Veränderung des Messwertes (M) als fehlerbehaftete Anlage gewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein während der Drehung konstant bleibender Messwert (M) als fehlerfreie Anlage gewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem eine Basislinie (B) aufgenommen wird, die den zeitlichen Verlauf des Messwertes für einen fehlerfrei in die Werkzeugaufnahme (26) eingespannten Werkzeughalter (14) repräsentiert, wobei im Betrieb der zeitliche Verlauf des Messwertes (M) mit der Basislinie (B) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem aus dem Messwert (M) eine Aussage über den Abstand (V) zwischen der Stirnseite (13) der Werkzeugspindel (12) und der Frontseite (25) des Spindelgehäuses (11) abgeleitet wird.