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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen einer Mittelposition einer Drehwelle mit einer Drehplatte, die an einer mehrachsigen Werkzeugmaschine wie etwa einem Bearbeitungszentrum angebracht ist, und ein Verfahren zum Messen der Mittelposition der Drehwelle unter Verwendung der Einrichtung.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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In den letzten Jahren sind mehrachsige Werkzeugmaschinen, die eine Drehwelle mit einer Drehplatte aufweisen, verbreitet in Verwendung gelangt, um Kundenanforderungen wie eine Prozessintegration und eine Verringerung der Arbeitsstunden für den Aufbau, eine Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und einen vielseitigen Prozess zu erfüllen. Beispielweise wird eine wie in 5A bis 5D veranschaulichte mehrachsige Werkzeugmaschine, die eine Drehwelle 11 aufweist, welche mit einer Drehplatte 12 und einer hinteren Abstützung 13 versehen ist, verwendet.
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Bei der mehrachsigen Werkzeugmaschine mit der Drehwelle, die mit der Drehplatte und der hinteren Abstützung versehen ist, muss die Rotationsmittelposition einer solchen Drehwelle bestimmt werden, damit die Genauigkeit der Bearbeitung eines Werkstücks aufrechterhalten wird.
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Nachstehend werden ein erstes Verfahren und ein zweites Verfahren zum Bestimmen einer Rotationsmittelposition einer Drehwelle, die mit einer Drehplatte und einer hinteren Abstützung versehen ist, beschrieben.
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Zuerst wird unter Bezugnahme auf 5A bis 5D das erste Verfahren, bei dem es sich um ein Verfahren zum Messen der Mittelposition der Drehwelle ohne Verwendung einer Messeinrichtung handelt, beschrieben werden.
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Ein Ende (das obere Ende) der Drehplatte 12 ist mit der Drehwelle 11 eines Drehtischs verbunden, und ihr anderes Ende (das untere Ende) ist mit der hinteren Abstützung 13 verbunden. Die Position in der Y-Richtung (erste Messposition) der Drehplatte 12, wenn sich die Drehwelle 11 in einem Winkel von 90 Grad befindet (5A), und die Position in der Y-Richtung (zweite Messposition) der Drehplatte 12, wenn sich die Drehwelle 11 in einem Winkel von 270 Grad befindet (5B), werden unter Verwendung einer Berührungssonde 25 gemessen, und die Rotationsmittelposition der Drehwelle 11 in der Y-Richtung wird aus der ersten und der zweiten Messposition bestimmt.
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Die Berührungssonde 25 bewegt sich in der Richtung der Pfeile 26 in 5A und 5B (d. h., in der Messrichtung oder Y-Richtung). Die Rotationsmittelposition der Drehwelle 11 in der Z-Richtung wird unter Verwendung der Zentrumshöhe 24 (5C und 5D), d. h., eines Abstands in der Z-Richtung von der Oberfläche einer Basisplatte 17, die an einem Tisch 27 angebracht ist, zu dem Drehzentrum der Drehwelle 11, gemessen, wobei die Zentrumshöhe 24 durch einen Hersteller der Drehwelle oder einen Hersteller der Werkzeugmaschine bereitgestellt wird.
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Als nächstes wird bei dem zweiten Verfahren die Rotationsmittelposition der Drehwelle 11 in der Y-Richtung auf die gleiche Weise wie bei dem oben beschriebenen ersten Verfahren gemessen (5A und 5B). Andererseits wird die Rotationsmittelposition der Drehwelle 11 in der Z-Richtung erhalten, indem eine Position Z1 in der Z-Richtung der Drehplatte 12, wenn sich die Drehposition der Drehwelle 11 in einem Winkel von 0 Grad befindet, gemessen wird, ein Abstand Z2 von der Mittelposition zu der Drehplatte 12, wenn die Rotationsmittelposition der Drehwelle 11 in der Y-Richtung gemessen wird, bestimmt wird, und die Rotationsmittelposition der Drehwelle 11 in der Z-Richtung aus Z1–Z2 bestimmt wird.
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JP 2007-44802 A offenbart ein anderes Verfahren zum Bestimmen einer Mittelposition einer Drehwelle. Dieses Verfahren umfasst eine Bezugskugel, die an einer vorherbestimmten Position an einem Tisch angebracht ist; und eine Drehwellenmitte einer Achse A wird als A(y0, z0) bezeichnet. Der Tisch wird zuerst um einen beliebigen Drehwinkel β um die Achse A gedreht, und die Mittelposition c1(cy1, cz1) der Bezugskugel wird bestimmt, während der Tisch um einen Drehwinkel β geneigt ist. Danach wird der Tisch ferner um einen vorherbestimmten Winkel α um die Achse A gedreht, um einen Drehwinkel γ (d. h., γ = α + β) zu erreichen, und die Mittelposition c2(cy2, cz2) der Bezugskugel wird bestimmt, während der Tisch um den Drehwinkel γ geneigt ist. Da eine Linie, die durch Drehen eines Vektors AC1 um einen Winkel α erhalten wird, ein Vektor AC2 ist, wird die Drehwellenmitte A(y0, z0) berechnet.
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Da es bei den beiden oben beschriebenen Verfahren beinahe unmöglich ist, die Drehwelle und die hintere Abstützung unter genauer Ausrichtung ihrer Mittelpositionen einzurichten, wird die Drehplatte bei der Montage der Drehplatte wahrscheinlich verdreht werden, so dass die Mittelposition einer Drehwelle unter Verwendung dieser Verfahren nicht genau gemessen werden kann. Obwohl die Mittelposition der Drehwelle 11 bestimmt werden kann, indem die Drehplatte 12 wie in 5A und 5B veranschaulicht gedreht wird und die Drehplatte 12 direkt gemessen wird, kann keine genaue Position berechnet werden, wenn die Drehplatte 12 verdreht ist.
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Wenn wie in dem oben beschriebenen Dokument
JP 20047-44802 A gezeigt eine kugelförmige Einrichtung verwendet wird, kann sich eine Mittelposition der Drehwelle an einer X-Achsen-Position, an der die tatsächliche Bearbeitung durchgeführt wird, von jener an einer X-Achsen-Position, an der die Messung vorgenommen wird, unterscheiden, da eine Drehwelle und eine hintere Abstützung nicht notwendigerweise vollständig parallel zu der X-Achse montiert sind. Das heißt, obwohl die Verwendung der kugelförmigen Einrichtung wie in
JP 2007-44802 A offenbart gestattet, dass die Mittelposition der Drehwelle genau gemessen wird, kann die Mittelposition der Drehwelle dann, wenn die Drehwelle nicht vollständig parallel zu irgendeiner der Achsen einer mehrachsigen Werkzeugmaschine montiert ist, nur an der Stelle, an der die Einrichtung angebracht ist, genau gemessen werden. Zur Behandlung dieses Problems würde eine Verwendung von zwei kugelförmigen Einrichtungen gestatten, dass der Neigungswinkel der Drehwelle bestimmt wird, und könnte eine genaue Mittelposition der Drehwelle erhalten werden, doch ist dies mühsam.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die die Probleme des obigen Stands der Technik löst, eine Einrichtung zum Messen einer Mittelposition einer Drehwelle und ein Verfahren zum Messen der Mittelposition der Drehwelle unter Verwendung der Einrichtung bereitzustellen, wodurch eine Mittelposition einer Drehwelle selbst dann genau gemessen werden kann, wenn die Drehwelle nicht vollständig parallel zu irgendeiner der Achsen einer mehrachsigen Werkzeugmaschine montiert ist.
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Die Einrichtung der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um eine Mittelposition einer Drehwelle eines Drehtischs zu messen, der an einem Tisch einer Werkzeugmaschine angebracht ist und eine Drehplatte, worauf ein Werkstück angeordnet wird, einen Drehantrieb zum Drehen der Drehplatte; und eine Drehwellen-Stützvorrichtung, die zu dem Drehantrieb entgegengesetzt angeordnet ist und die Drehplatte stützt, umfasst. Die Einrichtung umfasst ein stabartiges Element, das an der Drehplatte des Drehtischs angeordnet ist und an beiden Enden mit einem kugelförmigen Referenzkörper versehen ist.
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Ein Verfahren zum Messen einer Mittelposition einer Drehwelle nach der vorliegenden Erfindung dient zum Messen einer Mittelposition der Drehwelle eines Drehtischs, der an einem Tisch einer Werkzeugmaschine angebracht ist und eine Drehplatte, worauf ein Werkstück angeordnet wird, einen Drehantrieb zum Drehen der Drehplatte; und eine Drehwellen-Stützvorrichtung, die zu dem Drehantrieb entgegengesetzt angeordnet ist und die Drehplatte stützt, umfasst. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Anbringens einer Einrichtung zum Messen der Mittelposition der Drehwelle des Drehtischs an dem Drehtisch, wobei die Einrichtung ein stabartiges Element mit kugelförmigen Referenzkörpern an beiden Enden umfasst; einen Schritt des Messens sowohl einer Mittelposition des Referenzkörpers an einem Ende als auch einer Mittelposition des Referenzkörpers an dem anderen Ende des stabartigen Elements der Einrichtung an mehreren Drehwellenpositionen unter Verwendung einer Sonde, die an der Werkzeugmaschine angebracht ist; und einen Schritt des Bestimmens eines Neigungswinkels und einer Mittelposition der Drehwelle aus den gemessenen Mittelpositionen der Referenzkörper.
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Die vorliegende Erfindung kann eine Einrichtung zum Messen der Mittelposition der Drehwelle und ein Verfahren zum Messen der Mittelposition der Drehwelle unter Verwendung der Einrichtung bereitstellen, wodurch die Mittelposition der Drehwelle selbst dann genau gemessen werden kann, wenn die Drehwelle nicht vollständig parallel zur irgendeiner der Achsen einer mehrachsigen Werkzeugmaschine montiert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben beschriebene und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich werden, wobei
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1 eine mehrachsige Werkzeugmaschine veranschaulicht, die mit einer Drehwelle mit einer Drehplatte und einer hinteren Abstützung ausgestattet ist;
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2 eine Einrichtung zum Messen einer Mittelposition der Drehwelle nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die an der Drehplatte angeordnet ist;
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3A bis 3C Messungen an vier Punkten für einen kugelförmigen Abschnitt der Einrichtung in jeder von drei Ausrichtungen unter Verwendung der Einrichtung, die in 2 dargestellt ist, veranschaulicht;
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4 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuerung einer Werkzeugmaschine veranschaulicht, die dazu ausgebildet ist, die Mittelposition der Drehwelle eines Drehtischs unter Verwendung der Einrichtung, die in 2 dargestellt ist, zu messen; und
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5 ein herkömmliches Verfahren zum Messen einer Mittelposition einer Drehwelle ohne Verwendung einer Messeinrichtung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 veranschaulicht eine mehrachsige Werkzeugmaschine, die mit einer Drehwelle mit einer Drehplatte und einer hinteren Abstützung ausgestattet ist.
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Ein Sattelbewegungsmechanismus, der an einem durch Beine 22 gestützten Bett 21 angebracht ist, stützt einen Y-Achsen-Sattel 19 und treibt ihn in der Y-Richtung an. Der Y-Achsen-Sattel 19 wird durch einen Y-Achsen-Motor (nicht gezeigt) in der Y-Richtung bewegt. Ein Tischbewegungsmechanismus, der an dem Y-Achsen-Sattel 19 angebracht ist, trägt einen Tisch 27. Der Tisch 27 wird durch einen X-Achsen-Motor 18 in der X-Richtung bewegt. Die X-Richtung verläuft in 1 von links nach rechts, und die Y-Richtung verläuft senkrecht zu der Ebene der Zeichnung von 1.
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Eine Säule 23 ist an der Rückseite des Tischs 27 an dem Bett 21 aufgestellt. Die Oberseite der Säule 23 ist mit einem Spindelkopf versehen. Der Spindelkopf wird durch einen Z-Achsen-Sattel 20, der an der Säule 23 angebracht ist, in der Achsenrichtung einer Spindel (d. h., in der Z-Richtung) beweglich gehalten. Der Spindelkopf umfasst eine Spindeleinheit. Die Spindeleinheit ist mit einem Spindelmotor 14 zum Antrieb der Spindel ausgestattet. Die Spindel der Spindeleinheit wird mit verschiedenen Werkzeugen (z. B. einem Schneidwerkzeug 15) versehen, die durch ein Werkzeugmagazin 16 als Werkzeugwechsler ausgetauscht werden Ein Werkzeug (Schneidwerkzeug 15), das an der Spindel angebracht ist, ist dazu ausgebildet, sich mit verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten zusammen mit der Spindel zu drehen.
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Der Tisch 27 wird in zwei Richtungen (der X-Richtung und der Y-Richtung), die zu der Achse der Spindel (d. h., einer Richtung, in der sich eine Z-Achsen-Führung erstreckt) orthogonal verlaufen und zueinander orthogonal verlaufen, beweglich gehalten. Auf dem Tisch 27 ist ein Drehtisch 10 angebracht. Der Drehtisch 10 umfasst eine Drehplatte 12 zur Fixierung eines Werkstücks, eine Drehwelle 11 zum Drehen der Drehplatte 12, eine hintere Abstützung 13, die zu der Drehwelle 11 entgegengesetzt angeordnet ist und die Drehplatte 12 stützt, und eine Basisplatte 17, Die Drehwelle 11 und die hintere Abstützung 17 sind wie in 2 veranschaulicht an der Basisplatte 17 befestigt. Die Basisplatte 17 ist wie in 2 veranschaulicht an dem Tisch 27 befestigt. Die Drehwelle 11 und die hintere Abstützung 13 können ohne Verwendung der Basisplatte 17 des Drehtischs 10 direkt an dem Tisch 27 befestigt sein.
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Nun werden unter Bezugnahme auf 2 und 3A bis 3C eine Einrichtung zum Messen einer Mittelposition einer Drehwelle, die eine Mittelposition einer Drehwelle genau messen kann, und ein Verfahren zum Messen der Mittelposition der Drehwelle unter Verwendung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Wie in 2 veranschaulicht ist eine Einrichtung 30 zum Messen einer Mittelposition einer Drehwelle so ausgebildet, dass sie ein stabartiges Element 33 mit kugelförmigen Elementen (einem ersten kugelförmigen Bereich 31 und einem zweiten kugelförmigen Bereich 32) an beiden Enden aufweist. Nachstehend wird beschrieben, dass die Einrichtung 30, die an der Drehplatte 12 des Drehtischs 10 angebracht ist, die Mittelposition der Drehwelle 11 genau bestimmen kann.
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Die Einrichtung 30 ist wie in 2 veranschaulicht an dem oberen Abschnitt eines Stützelements 34, das auf der Drehplatte 12 aufgestellt ist, angebracht. Die Einrichtung 30 kann ohne Verwendung des Stützelements 34 durch Schrauben oder dergleichen (nicht gezeigt) direkt an der Drehplatte 12 befestigt sein. Die Einrichtung 30 umfasst das stabartige Element 33 und den ersten kugelförmigen Abschnitt 31 und den zweiten kugelförmigen Abschnitt 32, die an dem einen Ende bzw. dem anderen Ende des stabartigen Abschnitts 33 bereitgestellt sind. Der erste und der zweite kugelförmige Abschnitt 31, 32 können einstückig mit dem stabartigen Element 33 ausgeführt sein. Alternativ können der erste und der zweite kugelförmige Abschnitt 31, 32 durch Befestigungsmittel wie etwa Schrauben an dem stabartigen Element 33 angebracht sein.
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3A bis 3C veranschaulichen Messungen an vier Punkten für jeden aus dem ersten und dem zweiten kugelförmigen Abschnitt 31, 32, die an den beiden Enden des stabartigen Elements 33 bereitgestellt sind, in jeder von drei nachstehend beschriebenen Ausrichtungen unter Verwendung der Einrichtung 30.
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Wie in 3C veranschaulicht werden die Mittelpositionen des ersten und des zweiten kugelförmigen Abschnitts 31, 32 an jeder von drei Positionen (drei Ausrichtungen) der Drehwelle 11 – 0, 90 und 180 Grad – unter Verwendung einer Berührungssonde 25 gemessen.
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Die Messungen werden wie in 3A und 3B veranschaulicht an zwei Messpositionen, die in der Richtung der X-Achse voneinander beabstandet sind, d. h., an einer ”Messposition 1” und einer ”Messposition 2”, jeweils in den drei Ausrichtungen und an vier Punkten pro Ausrichtung vorgenommen. Dies gestattet, dass die Mittelpositionen des ersten und des zweiten kugelförmigen Abschnitts 31, 32 in jeder der Ausrichtungen bestimmt werden.
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Das heißt, wie in 3C veranschaulicht
- (I) werden dann, wenn sich die Drehwelle 11 an einer Position von 0 Grad befindet, für jeden aus dem ersten kugelförmigen Abschnitt 31 (Messposition 1) und dem zweiten kugelförmigen Abschnitt 32 (Messposition 2) vier Punkte P1, P2, P3 und P4 gemessen.
- (II) Wenn sich die Drehwelle 11 an einer Position von 90 Grad befindet, werden für jeden aus dem ersten kugelförmigen Abschnitt 31 (Messposition 1) und dem zweiten kugelförmigen Abschnitt 32 (Messposition 2) vier Punkte P5, P6, P7 und P8 gemessen.
- (III) Wenn sich die Drehwelle 11 an einer Position von 180 Grad befindet, werden für jeden aus dem ersten kugelförmigen Abschnitt 31 (Messposition 1) und dem zweiten kugelförmigen Abschnitt 32 (Messposition 2) vier Punkte P9, P10, P11 und P12 gemessen.
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Die folgende Gleichung (1) kann verwendet werden, um aus den Koordinatenwerten von drei unterschiedlichen Positionen die Mittelposition eines Kreises zu berechnen. Entsprechend wird unter Verwendung der Gleichung (1) aus drei Koordinatenwerten in der X-Y-Ebene unter den Koordinatenwerten der vier Punkte, die durch jede der oben beschriebenen Messungen (I) bis (III) erhalten wurden, eine Mittelposition Y eines Kreises in der X-Y-Ebene berechnet, und aus drei Koordinatenwerten in der Y-Z-Ebene unter Verwendung der Gleichung (1) eine Mittelposition Z eines Kreises in der Y-Z-Ebene berechnet. Dadurch kann aus den Mittelpositionen Y und Z dieser beiden Kreise die Mittelposition einer Kugel (kugelförmiger Abschnitt 31 oder 32) bestimmt werden. Y = {[P1(Z) – P2(Z)] × (b – c) – [P1(Z) – P3(Z)] × d}/a
Z = –{[P1(Y) – P2(Y)] × (b – c) – [P1(Y) – P2(Y)] × d}/a (1), wobei a = 2 × {[P1(Y) – P2(Y)] × [P1(Z) – P3(Z)] – [P1(Y) – P3(Y)] × [P1(Z) – P2(Z)]} b = P3(Y) × P3(Y) + P3(Z) × P3(Z) c = P1(Y) × P1(Y) + P1(Z) × P1(Z) d = P2(Y) × P2(Y) + P2(Z) × P2(Z) – c
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Die Mittelposition der Drehwelle 11 kann aus den erhaltenen Mittelpositionen des ersten und des zweiten kugelförmigen Abschnitts 31, 32 in jeder der drei Ausrichtungen (0, 90, 180 Grad) genau bestimmt werden.
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Zudem kann aus der Mittelposition des ersten kugelförmigen Abschnitts 31, die durch Messen an der ”Messposition 1” erhalten wurde, und der Mittelposition des zweiten kugelförmigen Abschnitts 32, die durch Messen an der ”Messposition 2” erhalten wurde, die Neigung der Drehwelle 11 (in Bezug auf die X-Y-Ebene und die Z-X-Ebene) bestimmt werden. Wenn die Neigung der Drehwelle 11 (d. h., die Neigung eines Drehzentrums 28 (3C)) bekannt ist, können auch die Rotationszentrumspositionen (Y, Z) an jeder beliebigen X-Achsen-Position berechnet werden.
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Ein automatisches Durchführen dieser Berechnungen durch eine numerische Steuerung gestattet, dass die Mittelposition einer Drehwelle mit einer Drehplatte leicht bestimmt wird.
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4 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerung einer Werkzeugmaschine veranschaulicht, die zur Messung der Mittelposition der Drehwelle des Drehtischs unter Verwendung der in 2 veranschaulichten Einrichtung zum Messen der Mittelposition der Drehwelle ausgebildet ist.
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Eine numerische Steuerung 40 umfasst eine Messsteuereinheit 41 zur Durchführung einer Steuerung zum Messen einer Position an der Oberfläche der Kugeln (der kugelförmigen Abschnitte 31 und 32) in den drei Ausrichtungen an jeder der Messpositionen 1 und 2 und eine Berechnungseinheit 42 zum Berechnen einer Mittelposition einer Drehwelle auf Basis von Positionsdaten der Oberfläche der Kugeln, die durch die Messsteuereinheit 41 gemessen wurden, unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichung (1).
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Das Anbringen sowohl der Drehwelle als auch der Drehplatte an einer mehrachsigen Werkzeugmaschine macht es schwierig, eine Bezugsstange oder dergleichen anzubringen, weshalb es schwierig ist, die Mittelposition der Drehwelle einfach und genau zu bestimmen. Da die vorliegende Erfindung die Einrichtung zum Mittelposition der Drehwelle, die das stabartige Element mit den kugelförmigen Referenzkörpern an beiden Enden umfasst, verwendet, kann die Mittelposition der Drehwelle des Drehtischs genau bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-44802 A [0009, 0011]
- JP 20047-44802 A [0011]
