DE102018101407A1

DE102018101407A1 - Werkzeugmaschine und Verfahren zur Vorbereitung einer Bearbeitung eines spanabtragenden Rotationswerkzeugs

Info

Publication number: DE102018101407A1
Application number: DE102018101407.4A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Hegele
Original assignee: Walter Maschinenbau GmbH
Current assignee: Walter Maschinenbau GmbH
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: WO2019145146A1; DE102018101407B4; AU2019211984B2; TW201932235A; US20210364997A1; AU2019211984A1

Abstract

Mittels einer Erfassungseinrichtung (27) kann wenigstens ein Koordinatenwert (z1, z2, α1, α2) eines Schneidkörpers (35) erfasst und an die Steuereinrichtung (25) übermittelt werden. Dieser wenigstens eine Koordinatenwert (z1, z2, α1, α2) jedes Schneidkörpers (35) kann in der Steuereinrichtung (25) für das weitere Verfahren verwendet werden. Dieser auf Basis des wenigstens einen Bildes (B) ermittelte wenigstens eine Koordinatenwert (z1, z2, α1, α2) kann unmittelbar bei der Bearbeitung des Rotationswerkzeugs (13) berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dieser auf Basis des wenigstens einen Bildes (B) ermittelte wenigstens eine Koordinatenwert (z1, z2, α1, α2) verwendet werden, um wenigstens einen weiteren Koordinatenwert zu ermitteln, insbesondere unter Verwendung einer Tasteinrichtung (29).

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung - Herstellung oder Nachbearbeitung - eines spanabtragenden Rotationswerkzeugs sowie ein dazu verwendbares Verfahren.
Rotationswerkzeuge können einen Werkzeugkörper aufweisen, an dem mehrere Schneidkörper angeordnet sind. Die Schneidkörper können bei einem ersten Werkzeugtyp als Einsätze im bzw. am Werkzeugkörper ausgebildet sein, so dass ihre Ränder im Wesentlichen stufenlos in den Werkzeugkörper übergehen. Solche Einsätze können an der Stirnseite und/oder entlang des Schafts des Werkzeugkörpers vorhanden sein. Die Schneidkörper können bei einem zweiten Werkzeugtyp auf Trägerflächen insbesondere im Bereich des Außenumfangs angeordnet sein und Schneidplatten bilden.
Der Werkzeugkörper besteht aus einem anderen Material als der wenigstens eine Schneidkörper. Das Material des wenigstens einen Schneidkörpers weist insbesondere eine größere Härte auf als das Material des Werkzeugkörpers. Beispielsweise kann der Werkzeugkörper im Wesentlichen aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehen. Der Schneidkörper kann beispielsweise aus PKD (polykristalliner Diamant) bestehen.
Das zu bearbeitende Rotationswerkzeug kann ein Rohling sein, bei dem die Schneidkanten an dem Schneidkörper freigelegt bzw. entsprechend einer Sollgeometrie hergestellt werden sollen. Insbesondere bei Rotationswerkzeugen des ersten Werkzeugtyps handelt es sich um fertigzustellende Rohlinge. Bei Rotationswerkzeugen des zweiten Werkzeugtyps kann es sich insbesondere um fertigzustellende Rohlinge oder nachzubearbeitende, gebrauchte Rotationswerkzeuge handeln. Bei der Herstellung des Rotationswerkzeugs werden die Schneidkörper durch Sintern oder Löten oder Kleben oder anderweitig stoffschlüssig am Werkzeugkörper befestigt. Aufgrund der Toleranzen beim Anordnen der Schneidkörper auf Trägerflächen des Werkzeugkörpers, insbesondere beim zweiten Werkzeugtyp, ist die nachfolgende Bearbeitung erschwert. Zunächst muss die exakte Position bzw. Ausrichtung der Schneidkörper relativ zu einem Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine ermittelt werden. Bei Rotationswerkzeugrohlingen des ersten Werkzeugtyps gehen die Schneidkörper in den Werkzeugkörper über. Für die darauffolgende Bearbeitung ist es notwendig, den Kantenverlauf der Schneidkörper zu kennen, um den Werkzeugkörper und die Schneidkörper mit unterschiedlichen Maschinenwerkzeugen und/oder mit unterschiedlichen Abtragverfahren bearbeiten zu können.
Ausgehend davon kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine einfache Ermittlung der Position der Schneidkörper zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
Die Werkzeugmaschine kann als Laserbearbeitungsmaschine, als Schleifmaschine, als Erodiermaschine oder als eine Kombination von mehreren dieser Maschinenarten ausgeführt sein, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als kombinierte Schleif- und Erodiermaschine. Die Werkzeugmaschine ist dazu eingerichtet, ein spanabtragendes Rotationswerkzeug zu bearbeiten, beispielsweise im Rahmen der Herstellung des Rotationswerkzeugs oder bei dessen Nachbearbeitung. Das Rotationswerkzeug, das mittels eines Maschinenwerkzeugs der Werkzeugmaschine bearbeitet werden soll, hat einen sich entlang einer Werkzeuglängsachse erstreckenden Werkzeugkörper, an und/oder in dem wenigstens ein und vorzugsweise mehrere Schneidkörper angeordnet sind. Der wenigstens eine Schneidkörper kann beispielsweise durch Sintern am Werkzeugkörper befestigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der wenigstens eine Schneidkörper durch Löten am Werkzeugkörper befestigt werden.
Die Werkzeugmaschine hat eine Steuereinrichtung und eine mit der Steuereinrichtung kommunikationsverbundene, berührungslos arbeitende Erfassungseinrichtung, insbesondere eine optische Erfassungseinrichtung wie einen Scanner und/oder eine Kamera. Die Erfassungseinrichtung dient zur Aufnahme von Erfassungsdaten, z.B. wenigstens eines Bildes, die das Rotationswerkzeug charakterisieren und die eine Unterscheidung des wenigstens einen Schneidkörpers von dem Werkzeugkörper ermöglichen, so dass die Erkennung bzw. Ermittlung einer oder mehrerer Übergangsstellen zwischen dem Werkzeugkörper und dem wenigstens einen Schneidkörper in der Steuereinrichtung möglich ist. Diese Unterscheidbarkeit kann beispielsweise aufgrund eines Kontrasts in einem Bild oder verschiedener Absorptions- und/oder Reflexionseigenschaften des wenigstens einen Schneidkörpers verglichen mit dem Werkzeugkörpers möglich sein. Die Hauptachse bzw. optische Achse der Erfassungseinrichtung bzw. der Kamera kann abhängig von der Anordnung des wenigstens einen Schneidkörpers am Werkzeugkörper im Wesentlichen parallel oder rechtwinklig zur Werkzeuglängsachse ausgerichtet sein.
Die Werkzeugmaschine hat außerdem eine Achsanordnung. Durch Ansteuern der Achsanordnung mittels der Steuereinrichtung können das Maschinenwerkzeug und das Rotationswerkzeug relativ zueinander bewegt bzw. positioniert werden, insbesondere während der Bearbeitung des Rotationswerkzeugs.
Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Koordinatenwert jedes am Werkzeugkörper angebrachten Schneidkörpers auf Basis der Erfassungsdaten bzw. des wenigstens einen Bildes zu bestimmen. Der wenigstens eine Koordinatenwert beschreibt eine Kantenposition einer Kante des wenigstens einen Schneidkörpers in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem. Das Referenzkoordinatensystem ist durch die Erfassungseinrichtung definiert und kann ein Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine sein. Das hängt davon ab, ob die Erfassungseinrichtung ortsfest gegenüber dem Maschinenkoordinatensystem angeordnet ist und Positionen in den Erfassungsdaten bzw. im Bild somit direkt dem Maschinenkoordinatensystem zugeordnet werden können.
Anhand dieses wenigstens einen Koordinatenwertes kann in der Steuereinrichtung die Position eines oder mehrerer Schneidkörper in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem ermittelt werden, optional unter Verwendung weiterer Daten, beispielsweise Konstruktionsdaten des zu bearbeitenden Rotationswerkzeugs.
Bei einem Rotationswerkzeug des ersten Werkzeugtyps ist wenigstens ein Schneidkörper an der Stirnseite des Werkzeugkörpers angeordnet. Es werden vorzugsweise Erfassungsdaten - z.B. mindestens ein oder genau ein Bild - von der Stirnseite des Werkzeugkörpers aufgenommen und wenigstens ein Winkelkoordinatenwert von zumindest einer Kante des wenigstens einen Schneidkörpers in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem ermittelt. Das Rotationswerkzeug wird in einer Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine derart positioniert, dass die Relativausrichtung des Rotationswerkzeugs gegenüber dem Referenzkoordinatensystem bekannt ist, so dass sich dadurch die Lage der wenigstens einen Kante des wenigstens einen Schneidkörpers im Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine ergibt.
Es ist ausreichend die Lage einer einzigen Kante oder nicht aller Kanten des wenigstens einen Schneidkörpers in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine zu kennen, wenn in der Steuereinrichtung Werkzeugmaschine die Relativlage und/oder Dimensionierung der vorhandenen Schneidkörper abgespeichert bzw. bekannt ist.
Die nachfolgende Bearbeitung kann gezielt den Werkzeugkörper und den wenigstens einen Schneidkörper separat bzw. individuell bearbeiten, beispielsweise mit unterschiedlichen Werkzeugen und/oder unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren. Bei einem Ausführungsbeispiel kann zunächst der Werkzeugkörper durch Schleifen mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet werden, um ein großes Abtragsvolumen pro Zeiteinheit zu erreichen. Anschließend kann der Werkzeugkörper und/oder der wenigstens eine Schneidkörper durch Erodieren mit einem Erodierwerkzeug bearbeitet werden, um die Sollgeometrie zu erreichen. Die Steuereinrichtung kann zur Durchführung dieses Verfahrensablaufs eingerichtet sein.
Bei dem Rotationswerkzeug des zweiten Werkzeugtyps wird mittels der Erfassungsdaten bzw. des wenigstens einen Bildes zumindest die ungefähre Position jedes Schneidkörpers ermittelt, da diese Position abhängig vom Verfahren, mit dem der wenigstens eine Schneidkörper an dem Werkzeugkörper angebracht wird, von der Sollposition abweichen kann. Die tatsächliche Istposition des wenigstens einen Schneidkörpers kann durch Auswerten der Erfassungsdaten und das Ermitteln wenigstens eines Koordinatenwertes in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem einfach und schnell erfasst werden. Insbesondere kann ein Längskoordinatenwert parallel zu der Werkzeuglängsachse und/oder ein Radialkoordinatenwert rechtwinkelig zu der Werkzeuglängsachse bestimmt werden. Die derart ermittelte Position kann in der Steuereinrichtung zur Bearbeitung des wenigstens einen Schneidkörpers verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die ermittelte (ungefähre) Position jedes vorhandenen Schneidkörpers dazu verwendet werden, mittels einer berührend oder berührungslos arbeitenden Tasteinrichtung wenigstens einen weiteren Koordinatenwert und/oder wenigstens einen genaueren Koordinatenwert jedes Schneidkörpers zu ermitteln. Bei diesem weiteren Koordinatenwert kann es sich beispielsweise um einen Winkelkoordinatenwert bezogen auf die Längsachse des Werkzeugs handeln. Alternativ oder zusätzlich kann eine genauere Bestimmung des wenigstens einen Koordinatenwertes durch das Antasten ermittelt werden, der bereits durch Auswertung der Erfassungsdaten (wenigstens ein Kamerabild) zumindest näherungsweise ermittelt wurde. Nach diesem Ermitteln des wenigstens einen weiteren Koordinatenwertes kann die Bearbeitung des wenigstens einen Schneidkörpers mittels des Maschinenwerkzeuges ausgeführt werden.
Mittels der Erfindung ist eine schnelle Ermittlung der Lage jedes vorhandenen Schneidkörpers möglich. Dadurch kann die Erfindung bei der Neuherstellung von Rotationswerkzeugen verwendet werden, bei der der wenigstens eine Schneidkörper und/oder der Werkzeugkörper erstmalig seine Sollgeometrie durch Erodieren bzw. Schleifen erhält. Das Verfahren eignet sich auch für gebrauchte Werkzeuge, die einem gewissen Verschleiß unterworfen sind, um den oder die Schneidkörper nachzubearbeiten und möglichst wieder in die gewünschte Form zu bringen. Mittels der Erfassungseinrichtung lässt sich zumindest eine ungefähre Position jedes Schneidkörpers auf Basis der Erfassungsdaten ermitteln. Dieses Wissen kann anschließend unmittelbar für die Bearbeitung und/oder für die Ermittlung weiterer oder genauerer Koordinatenwerte verwendet werden.
Während der Aufnahme der Erfassungsdaten wird das Rotationswerkzeug in einem Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung positioniert. Hierzu kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Greifeinrichtung, wie etwa ein Roboterarm oder eine andere Transfereinrichtung verwendet werden. Die Greifeinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, das Rotationswerkzeug in der Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine anzuordnen. In der Spanneinrichtung wird das Rotationswerkzeug während der Bearbeitung eingespannt gehalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Erfassungsbereich außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine. Die Greifeinrichtung kann bei dieser Ausführung dazu eingerichtet sein, das Rotationswerkzeug zunächst im Erfassungsbereich zu positionieren und nach dem Aufnehmen der Erfassungsdaten in der Spanneinrichtung anzuordnen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Greifeinrichtung dazu eingerichtet sein, die Erfassungseinrichtung zu bewegen und zu positionieren. Bei dieser Ausführung ist es möglich, das Rotationswerkzeug zum Beispiel in der Spanneinrichtung anzuordnen und die Erfassungseinrichtung derart zu positionieren, dass die Erfassungsdaten des eingespannten Rotationswerkzeugs aufgenommen werden. Nach dem Aufnehmen der Erfassungsdaten - z.B. wenigstens eines Bildes - kann die Erfassungseinrichtung mittels der Greifeinrichtung wieder aus dem Arbeitsbereich heraus bewegt werden.
Es ist weiterhin möglich, eine Greifeinrichtung zum Bewegen und Positionieren des Rotationswerkzeugs und eine separate Transfereinrichtung zum Bewegen der Erfassungseinrichtung vorzusehen.
Es ist bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen ersten Koordinatenwert und einen zweiten Koordinatenwert für jeden vorhandenen Schneidkörper auf Basis der Erfassungsdaten insbesondere wenigstens eines Bildes zu bestimmen. Der erste Koordinatenwert beschreibt eine Kantenposition einer ersten Kante einer Schneidkörper und der zweite Koordinatenwert beschreibt eine Kantenposition einer zweiten Kante desselben Schneidkörpers. Damit ist ein Bereich zwischen dem ersten Koordinatenwert und dem zweiten Koordinatenwert definiert, innerhalb dem sich der betreffende Schneidkörper befindet.
Außerdem können die Erfassungsdaten dazu verwendet werden, die Anzahl der vorhandenen Schneidkörper und/oder die Anzahl der vorhandenen Teilungen und/oder die ungefähre Relativlage der Schneidkörpern zu ermitteln. Diese Daten können für das weitere Verfahren zur Bearbeitung des Rotationswerkzeugs und/oder zur Ermittlung weiterer Koordinatenwerte verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Werkzeugmaschine eine relativ zum Rotationswerkzeug bewegbare Tasteinrichtung aufweisen. Die Tasteinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Kante und/oder eine Fläche eines Schneidkörpers bzw. jedes Schneidkörpers an wenigstens einer Antaststelle anzutasten. Das Antasten kann berührend mit einem mechanischen Taster oder berührungslos beispielsweise einer optisch arbeitenden Tasteinrichtung erfolgen. Auf Basis des Tastsignals der Tasteinrichtung kann die Position der Antaststelle am jeweiligen Schneidkörper ermittelt werden. Dieses Antasten wird insbesondere bei Rotationswerkzeugen des zweiten Werkzeugtyps eingesetzt.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, den anhand der Auswertung der Erfassungsdaten ermittelten wenigstens einen Koordinatenwert dazu zu verwenden, mehrere Antaststellen an jedem vorhandenen Schneidkörper zu bestimmen. Die Antaststellen befinden sich vorzugsweise zwischen dem ersten Koordinatenwert und dem zweiten Koordinatenwert. Ist lediglich ein einziger Koordinatenwert bekannt, kann die bekannte, ungefähre Größe des wenigstens einen Schneidkörpers berücksichtigt werden, um in Kombination mit dem einen Koordinatenwert Antaststellen zu definieren, die an bzw. auf dem Schneidkörper liegen. Die zumindest näherungsweise Größe des wenigstens einen Schneidkörpers kann entweder durch eine Bedienperson eingegeben oder durch Auswertung der Erfassungsdaten ermittelt werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Achsanordnung derart anzusteuern, dass die Tasteinrichtung jeden vorhandenen Schneidkörper nacheinander an den ermittelten Antaststellen antastet. Die Steuereinrichtung ist insbesondere auch dazu eingerichtet, für jede Antaststelle einen oder mehrere Antastmesswerte zu ermitteln, der bzw. die die Position der Antaststelle in dem Referenzkoordinatensystem beschreibt. Auf Basis dieser Antastmesswerte ist die Steuereinrichtung in der Lage, die Position und Ausrichtung jedes Schneidkörpers derart genau zu ermitteln, dass eine genaue Bearbeitung der Schneidkörper mittels des Maschinenwerkzeugs möglich ist. Dabei kann jede Schneidkörper eine Geometrie erhalten, die einer in der Steuereinrichtung vorgegebenen Sollgeometrie entspricht.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, auf Basis der Antastmesswerte für jeden Schneidkörper wenigstens einen Winkelkoordinatenwert und/oder wenigstens einen Radialkoordinatenwert bezüglich des Referenzkoordinatensystems zu ermitteln.
Es ist bevorzugt, wenn mehrere oder alle Antaststellen, an denen jeder Schneidkörper angetastet wird, auf einer gemeinsamen ebenen Fläche des jeweiligen Schneidkörpers liegen. Durch das Antasten von drei oder mehr Antaststellen auf einer gemeinsamen ebenen Fläche, kann die Ausrichtung bzw. Lage des Schneidkörpers im Raum bezüglich des Referenzkoordinatensystems ermittelt werden.
Eine oder mehrere Antaststellen können auch an der ersten Kante und/oder der zweiten Kante gewählt werden. Auf diese Weise kann durch das Antasten, eine genauere Bestimmung der Position der ersten Kante und/oder der zweiten Kante erfolgen. Es kann sozusagen ein genauerer erster Koordinatenwert und/oder ein genauerer zweiter Koordinatenwert ermittelt werden. Diese Ermittlung ist dann vorteilhaft, wenn die Bestimmung des ersten Koordinatenwertes und/oder des zweiten Koordinatenwertes auf Basis der Erfassungsdaten für die Bearbeitung des wenigstens einen Schneidkörpers keine ausreichende Genauigkeit liefert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf:
Zunächst wird das Rotationswerkzeug im Erfassungsbereich einer Erfassungseinrichtung positioniert. Anschließend werden Erfassungsdaten, wenigstens ein Bild, vom Rotationswerkzeug aufgenommen. Auf Basis der Erfassungsdaten wird zumindest ein Koordinatenwert des wenigstens einen Schneidkörpers ermittelt, die am Werkzeugkörper des Rotationswerkzeugs angeordnet ist. Der wenigstens eine Koordinatenwert beschreibt eine Kantenposition einer Kante des jeweiligen Schneidkörpers in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem, das beispielsweise in einer festen Relativposition zu einem Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine stehen kann.
Auf Basis dieses wenigstens einen Koordinatenwertes kann anschließend ein Bearbeiten des wenigstens einen Schneidkörpers erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann auf Basis des derart bestimmten wenigstens einen Koordinatenwertes wenigstens ein weiterer Koordinatenwert für jede Schneidkörper ermittelt werden, beispielsweise ein Winkelkoordinatenwert oder ein Radialkoordinatenwert einer Fläche und/oder einer Kante des jeweiligen Schneidkörpers in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem.
Das Aufnehmen der Erfassungsdaten erfolgt bei Rotationswerkzeugen des ersten Werkzeugtyps vorzugsweise derart, dass die Hauptachse bzw. optische Achse der Erfassungseinrichtung im Wesentlichen parallel zur Werkzeuglängsachse des Rotationswerkzeugs ausgerichtet ist, um die Stirnseite des Rotationswerkzeugs aufzunehmen. Unter einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung ist zu verstehen, dass der Winkel zwischen der Hauptachse bzw. optischen Achse der Erfassungseinrichtung und der Längsachse des Rotationswerkzeugs vorzugsweise um maximal 15 Grad oder maximal 10 Grad oder maximal 5 Grad von der parallelen Ausrichtung abweicht.
Das Aufnehmen der Erfassungsdaten erfolgt bei Rotationswerkzeugen des zweiten Werkzeugtyps vorzugsweise derart, dass die Hauptachse bzw. optische Achse der Erfassungseinrichtung im Wesentlichen rechtwinklig zur Werkzeuglängsachse des Rotationswerkzeugs ausgerichtet ist. Unter einer im Wesentlichen rechtwinkligen Ausrichtung ist zu verstehen, dass der Winkel zwischen der Hauptachse bzw. optischen Achse der Erfassungseinrichtung und der Längsachse des Rotationswerkzeugs vorzugsweise um maximal 15 Grad oder maximal 10 Grad oder maximal 5 Grad vom rechten Winkel abweicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und die Zeichnungen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, sowie ein Rotationswerkzeug eines ersten Werkzeugtyps,
1a eine schematische Darstellung eines Rotationswerkzeugs eines zweiten Werkzeugtyps und dessen Positionierung beim Aufnahmen von Erfassungsdaten ,
2 eine schematische Darstellung eines Schneidkörpers und dessen Position mit Ausrichtung bezüglich eines Referenzkoordinatensystems und
3 eine beispielhafte Ausführungsform eines zu bearbeitenden Rotationswerkzeugs in einer perspektivischen Darstellung,
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Rotationswerkzeugs eines ersten Werkzeugtyps in einer Seitenansicht und
5 eine Draufsicht auf eine Stirnfläche des Rotationswerkzeugs aus 4.

In 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes stark vereinfacht veranschaulicht, wobei es sich beispielsgemäß um eine kombinierte Schleif- und Erodiermaschine handelt. Die Werkzeugmaschine 10 weist eine Achsanordnung 11 auf, die wenigstens eine und vorzugsweise mehrere translatorische und/oder rotatorische Maschinenachsen aufweist. Mittels der Achsanordnung 11 können ein Maschinenwerkzeug 12 und ein zu bearbeitendes Rotationswerkzeug 13 relativ zueinander bewegt und/oder positioniert werden, um das Rotationswerkzeug 13 mittels des Maschinenwerkzeugs 12 zu bearbeiten. Die Werkzeugmaschine 10 weist eine Spanneinrichtung 14 auf, um das Rotationswerkzeug einzuspannen. Während der Bearbeitung bleibt das Rotationswerkzeug 13 in der Spanneinrichtung 14 eingespannt.
Das Maschinenwerkzeug 12 weist beim Ausführungsbeispiel ein Schleifwerkzeug 16 oder ein Erodierwerkzeug 17 auf. Die Art des Werkzeugs hängt davon ab, ob es sich bei der Maschine um eine Schleifmaschine, eine Erodiermaschine oder eine kombinierte Schleif- und Erodiermaschine handelt. Das Maschinenwerkzeug 12 und beispielsgemäß das Schleifwerkzeug 16 bzw. das Erodierwerkzeug 17, kann durch eine Maschinenspindel 18 um eine Spindelachse S antreibbar sein. Ein Erodierwerkzeug 17 kann während der Bearbeitung des Rotationswerkzeugs 13 um die Spindelachse S rotierend angetrieben werden oder alternativ stillstehen.
Die Achsanordnung 11 weist beispielsgemäß mehrere translatorische und rotatorische Achsen auf, so dass eine Relativbewegung zwischen der Spanneinrichtung 14 bzw. einem darin eingespannten Rotationswerkzeug 13 und dem Maschinenwerkzeug 12 in bis zu drei linearen Freiheitsgraden x, y, z und bis zu drei rotatorischen Freiheitsgraden rx, ry, rz möglich ist. Welche der Maschinenachsen bzw. der translatorischen oder rotatorischen Freiheitsgrade dabei für die Bewegung der Spanneinrichtung 14 oder des Maschinenwerkzeugs 12 eingerichtet ist, hängt von der konkreten Bauform der Werkzeugmaschine 10 ab und kann variieren.
Zur Ansteuerung der Achsanordnung 11 weist die Werkzeugmaschine 10 eine Steuereinrichtung 25 auf. Die Steuereinrichtung 25 ist mit der Achsanordnung 11 sowie einer Bedienschnittstelle 26 kommunikationsverbunden. Die Bedienschnittstelle 26 ist dazu eingerichtet, Eingaben einer Bedienperson an die Steuereinrichtung 25 zu übermitteln und der Bedienperson Informationen über den Status der Werkzeugmaschine 10 anzuzeigen. Bei solchen Informationen kann es sich beispielsweise um aktuelle Einstellungen, den aktuellen Betriebszustand der Maschine, den Ablauf eines Maschinenprogramms, etwaige Fehler, usw. handeln.
Die Werkzeugmaschine 10 weist außerdem eine berührungslos arbeitende Erfassungseinrichtung 27 auf, die beispielsgemäß von einer Kamera 27a gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungseinrichtung 27 auch einen Scanner oder eine andere berührungslos arbeitende Erfassungseinheit aufweisen.
Die Erfassungseinrichtung 27 und beispielsgemäß Kamera 27a ist dazu eingerichtet, Erfassungsdaten, beispielsgemäß wenigstes ein Bild B des in einem Erfassungsbereich 28 der Erfassungseinrichtung 27 bzw. der Kamera 27a angeordneten Rotationswerkzeugs 13 aufzunehmen und an die Steuereinrichtung 25 zu übermitteln. Dazu ist die Kamera 27a mit der Steuereinrichtung 25 kommunikationsverbunden. Die Steuereinrichtung 25 ist dazu eingerichtet, die Kamera 27a zur Aufnahme wenigstens eines Bildes B anzusteuern und die Bilddaten eines empfangenen Bildes B auszuwerten. Hierzu führt die Steuereinrichtung 25 entsprechende Bildauswerteverfahren durch, beispielsweise um Kanten oder Flächen des Rotationswerkzeugs 13 im aufgenommenen Bild B zu identifizieren. Das aufgenommene Rotationswerkzeug 13 wird im Bild in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem K dargestellt, das durch die Kamera 27a definiert ist.
Die Kamera 27a ist vorzugsweise außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine 10 angeordnet. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Kamera 27a fest angeordnet, beispielsweise außen an einer Verkleidung oder einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine 10 oder an einem Gestell eines Roboters oder einer Transfereinrichtung. Die Kamera 27a kann auch an anderen Stellen außerhalb des Arbeitsbereichs beweglich oder unbeweglich angeordnet sein.
Die Werkzeugmaschine 10 kann optional außerdem eine Tasteinrichtung 29 aufweisen. Die Tasteinrichtung 29 ist dazu eingerichtet, das Rotationswerkzeug 13 an einer oder mehreren Antaststellen berührend oder berührungslos anzutasten, um die exakte Position der Antaststelle bezüglich eines Maschinenkoordinatensystems M der Werkzeugmaschine zu ermitteln (2 und 3). Die Tasteinrichtung 29 kann bei der Bearbeitung von Rotationswerkzeugen eines bestimmten Werkzeugtyps vorteilhaft sein und wird für andere Werkzeugtypen des Rotationswerkzeugs nicht benötigt.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Tasteinrichtung 29 ist ein Tastelement 30, beispielsweise ein Taststift, vorhanden, an dessen freiem Ende ein Tastkörper 31 angeordnet ist. Der Tastkörper 31 kann beispielsweise durch eine Tastkugel gebildet sein. Wenn der Tastkörper 31 in Kontakt mit einem Objekt, beispielsweise dem Rotationswerkzeug 13 gelangt, wird dieser Kontakt durch die Tasteinrichtung 29 erfasst und ein entsprechendes Tastsignal T, das den Kontakt anzeigt, an die Steuereinrichtung 25 übermittelt. Dazu ist die Tasteinrichtung 29 mit der Steuereinrichtung 25 kommunikationsverbunden.
Alternativ zu der dargestellten Tasteinrichtung 29 kann auch eine berührungslos arbeitende Tasteinrichtung verwendet werden. Die Tasteinrichtung 29 kann beispielsweise optisch arbeiten und Objekte in einem Erfassungsbereich der Tasteinrichtung detektieren, um deren Position zu bestimmen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Tasteinrichtung 29 die Annäherung an ein Objekt erfasst, ohne dies tatsächlich zu berühren und dadurch die Position des Objekts zu bestimmen.
Wie es in 1 schematisch veranschaulicht ist, befindet sich die Tasteinrichtung 29 beim Ausführungsbeispiel an der Maschinenspindel 18 und kann über eine Maschinenachse der Achsanordnung 11 gemeinsam mit der Maschinenspindel 18 und dem Maschinenwerkzeug 12 relativ zur Spanneinrichtung 14 bewegt und positioniert werden. Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es auch möglich, die Tasteinrichtung 29 relativ zu einem Maschinengestell oder einem Maschinenbett feststehend anzuordnen und die Spanneinrichtung 14 zum Antasten des Rotationswerkzeugs 13 relativ zur Tasteinrichtung 29 zu bewegen.
Das Rotationswerkzeug 13 hat einen Werkzeugkörper 34, der sich entlang einer Werkzeuglängsachse L erstreckt. Die Werkzeuglängsachse L bildet die Rotationsachse des Rotationswerkzeugs 13, wenn dieses zur Bearbeitung eines Werkstücks rotierend angetrieben wird. Am oder integriert im Werkzeugkörper 34 sind einer oder, wie bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen, mehrere Schneidkörper 35 angeordnet. An den Schneidkörpern 35 sind Schneidkanten vorhanden oder sollen Schneidkanten freigelegt bzw. bearbeitet werden.
In den 4 und 5 ist ein Rotationswerkzeug 13 eines ersten Werkzeugtyps 13a veranschaulicht. Bei diesem ersten Werkzeugtyp 13a ist der wenigstens eine Schneidkörper 35 als Einsatz 50 in den Werkzeugkörper 34 derart integriert, dass die Ränder und Kanten des wenigstens einen Schneidkörpers 35 keine mit der Tasteinrichtung 29 durch Berührung antastbare Kante bilden, solange das Rotationswerkzeug 13 noch einen unbearbeiteter Rohling darstellt und nicht fertig hergestellt ist. Die 4 und 5 zeigen den Rohling (Rotationswerkzeug 13 des ersten Werkzeugtyps 13a), bei dem die Schneidkanten mittels der Werkzeugmaschine 10 freigelegt bzw. entsprechend der gewünschten Sollgeometrie bearbeitet werden müssen.
Der Rohling des Rotationswerkzeugs 13 des ersten Werkzeugtyps 13a weist an der Stirnseite 13a wenigstens einen und beispielsgemäß zwei Schneidkörper 35 auf, die sozusagen stirnseitige Schneidkörper 35s bilden Bei dem noch nicht fertig bearbeiteten Rohling sind diese stirnseitigen Schneidkörper 35s derart in den Werkzeugkörper 34 integriert, dass sie mit der berührend arbeitenden Tasteinrichtung 29 nicht angetastet werden können.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Rotationswerkzeugs 13 eines zweiten Werkzeugtyps 13b ( 1a und 3), sind die Schneidkörper 35 als Schneidplatten ausgebildet und an entsprechenden Trägerflächen außen am Werkzeugkörper 34 befestigt, beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Lötverbindung. Die Positionierung der Schneidkörper 35 an dem Werkzeugkörper 34 kann deswegen einer verhältnismäßig großen Toleranz unterworfen sein, so dass die tatsächlichen Positionen und Ausrichtungen der Schneidkörpern 35 nicht exakt mit Sollpositionen und Sollausrichtungen übereinstimmen. Diese Toleranz erschwert die Bearbeitung der Schneidkörpern 35 durch das Maschinenwerkzeug 12, um an den Schneidkörpern 35 eine vorgegebene Sollgeometrie zu erzeugen. Die herzustellende Sollgeometrie ist in der Steuereinrichtung 25 oder einem damit verbundenen Speicher abgelegt.
Die Werkzeugmaschine 10 weist außerdem eine Greifeinrichtung 36 auf. Die Greifeinrichtung 36 ist dazu eingerichtet, das Rotationswerkzeug 13 zu bewegen und/oder zu Positionieren. Die Ausgestaltung der Greifeinrichtung 36 kann auf viele verschiedene Arten erfolgen. Bei dem in 1 schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat die Greifeinrichtung 36 einen Greifarm 37 mit einem oder mehreren Gelenken und/oder rotatorischen Achsen. An einem Ende ist der Greifarm 37 befestigt, beispielsweise am Maschinengestell oder am Untergrund, auf dem die Werkzeugmaschine 10 aufgestellt ist oder an einer Basis oder einem Sockel der Greifeinrichtung 26. Das entgegengesetzte freie Ende des Greifarms 37 weist einen Greifer 38 auf, mittels dem die Greifeinrichtung 26 ein Objekt greifen, aufnehmen und bewegen kann. Beispielsgemäß kann der Greifer 38 dazu eingerichtet sein, den Werkzeugkörper 34 zu ergreifen, um das Rotationswerkzeug 13 zu bewegen und zu positionieren.
Beispielsgemäß ist die Greifeinrichtung 36 dazu eingerichtet, das Rotationswerkzeug 13 im Erfassungsbereich 28 der Erfassungseinrichtung 27 bzw. der Kamera 27a zu positionieren, so dass die Hauptachse der Erfassungseinrichtung 27 bzw. die optische Achse H der Kamera 27a im Wesentlichen parallel oder rechtwinklig zur Werkzeuglängsachse L des Rotationswerkzeugs 13 ausgerichtet ist. Der Winkel zwischen der optischen Achse H der Kamera 27a und der Werkzeuglängsachse L kann bis zu 15 Grad oder bis zu 10 Grad oder bis zu 5 Grad vom von der parallelen oder rechtwinkeligen Ausrichtung abweichen. Es ist dabei zu beachten, dass sich die optische Achse H und die Längsachse L nicht deckungsgleich sein müssen bzw. sich nicht schneiden müssen, sondern auch versetzt zueinander angeordnet sein können. Der Versatz sollte möglichst klein gehalten werden.
Bei dem Rotationswerkzeug 13 des ersten Werkzeugtyps 13a, der wenigstens einen in die Stirnfläche 13a integrierten Schneidkörper 35 aufweist, wird zumindest ein Bild B oder genau ein Bild B mit Blick auf die Stirnseite 13a aufgenommen (1). Das zu dem Rotationswerkzeug 13 gehörende Werkzeugkoordinatensystem W hat dabei eine vorgegebene Ausrichtung gegenüber dem Referenzkoordinatensystem K, das durch die Kamera 27a definiert wird. Das Rotationswerkzeug 13 kann anschließend in die Spanneinrichtung 14 eingesetzt werden. Dabei wird eine vorgegebene Relativausrichtung zwischen dem Werkzeugkoordinatensystem W und dem Referenzkoordinatensystem K eingehalten. Bei dem in 1 schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das Rotationswerkzeug 13 nach dem Aufnehmen eines Bildes B um 90 Grad gekippt, so dass anschließend die Werkzeuglängsachse L entlang der Drehachse D der Spanneinrichtung 14 angeordnet ist. Nach dem Aufnehmen des Bildes B bis zum Einspannen des Rotationswerkzeugs 13 wird das Rotationswerkzeug 13 jedenfalls nicht um seine Werkzeuglängsachse L gedreht oder mit einem vorgegebenen, bekannten Drehwinkel um seine Werkzeuglängsachse L gedreht. Somit ist der Steuereinrichtung 25 ein Zusammenhang zwischen dem Referenzkoordinatensystem K und dem Werkzeugkoordinatensystem W bekannt. Beispielsgemäß ist die Kamera 27a gegenüber dem Maschinenkoordinatensystem M ortsfest angeordnet, so dass die Zuordnung vom Referenzkoordinatensystem K und dem Maschinenkoordinatensystem M bekannt ist. Das Maschinenkoordinatensystem M kann bei einem Ausführungsbeispiel auch identisch sein mit dem Referenzkoordinatensystem K.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die Kamera 27a durch die Greifeinrichtung 36 bewegt werden. Es ist dann zum Beispiel möglich, das Rotationswerkzeug 13 zunächst in der Spanneinrichtung 14 einzuspannen und mittels der Kamera 27a in der eingespannten Position ein Bild B aufzunehmen. Dazu wird die Kamera 27a in einer vorgegebenen Relativausrichtung gegenüber dem Maschinenkoordinatensystem M positioniert, so dass anschließend anhand der Bildauswertung die Position des wenigstens einen Schneidkörpers 35 ermittelt werden kann.
Anhand des wenigstens einen Bildes B wird die Lage des wenigstens einen Schneidkörpers 35 durch ein Bildverarbeitungsverfahren ermittelt. Bei der nachfolgenden Bearbeitung bzw. Fertigstellung des Rotationswerkzeugs 13 des ersten Werkzeugtyps 13a kann die Position und Ausrichtung des wenigstens einen Schneidkörpers 35 berücksichtigt werden.
Wird alternativ zu der Kamera 27a eine andere Erfassungseinrichtung 27 verwendet müssen die aufgenommenen Erfassungsdaten eine Erkennung oder Ermittlung einer oder mehrerer Übergangsstellen zwischen dem wenigstens einen Schneidkörper 35 und dem Werkzeugkörper 36 ermöglichen. Wird z.B. ein Licht oder eine andere Welle abstrahlende Erfassungseinrichtung 27 verwendet, können die unterschiedlichen Reflexions- bzw. Absorptionseigenschaften des wenigstens einen Schneidkörpers 35 und des Werkzeugkörper 36 zur Ermittlung der Übergangsstellen verwendet werden.
Sind in der Steuereinrichtung 25 Konstruktionsdaten des Rotationswerkzeugs 13 vorhanden, beispielsweise weil das Rotationswerkzeug 13 mittels der Werkzeugmaschine 10 im Rahmen dessen Herstellung bearbeitet werden soll, genügt das Ermitteln der Lage einer Kante und/oder Fläche und/oder Ecke eines Schneidkörpers 35. Zumindest müssen nicht sämtliche Schneidkörperpositionen ermittelt werden. Die Konstruktionsdaten können als A-priori-Wissen verwendet werden, um anhand der bekannten Position eines oder auch mehrerer der Schneidkörper 35 die Positionen der anderen Schneidkörper 35 zu berechnen.
Bei dem in den 1a und 3 veranschaulichten zweiten Werkzeugtyp 13b sind die Schneidkörper 35 durch Schneidplatten gebildet, die zugänglich und berührend antastbar am Werkzeugkörper 34 angeordnet sind. Beispielsweise kann der Werkzeugkörper 34 in seinem Umfangsbereich Trägerflächen aufweisen, auf denen die als Schneidplatten ausgeführte Schneidkörper 35 befestigt sind.
Die Aufnahme des wenigstens einen Bildes B erfolgt bei dem Rotationswerkzeug 13 des zweiten Werkzeugtyps 13b rechtwinklig zur Werkzeuglängsachse L. Idealerweise schneiden sich die Werkzeuglängsachse L und die optische Achse H der Kamera 27a bei der Aufnahme des wenigstens einen Bildes B rechtwinklig. Es ist möglich, eine Reihe von Bildern B aufzunehmen und das Rotationswerkzeug 13 dabei in der Ebene rechtwinklig zur optischen Achse der Kamera 27a zu bewegen und/oder die Werkzeuglängsachse L relativ zur optischen Achse H der Kamera 27a zu kippen. Aus einer solchen Bildfolge kann durch Bilderkennungsverfahren das Bild B ausgewählt werden, bei dem der Versatz zwischen der Werkzeuglängsachse L und der optischen Achse H am geringsten ist und der Winkel zwischen der Längsachse L und der optischen Achse H (projiziert in eine gemeinsame Ebene) die geringste Abweichung gegenüber einem rechten Winkel hat. Wenigstens ein Bild oder eine Bildfolge kann bei unterschiedlichen Drehlagen des Rotationswerkzeugs 13 um die Werkzeuglängsachse L aufgenommen werden. Vorzugsweise werden zumindest so viele Bilder B aufgenommen, dass jeder Schneidkörper 35 des Rotationswerkzeugs 13 in zumindest einem Bild B aufgenommen ist.
Parallel zur Werkzeuglängsachse L (hier: z-Richtung) hat jeder Schneidkörper 35 beim zweiten Werkzeugtyp 13b zwei mit Abstand zueinander angeordnete Kanten, nämlich eine erste Kante 45 und auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite Kante 46. Zwischen der ersten Kante 45 und der zweiten Kante 46 erstreckt sich eine Fläche 47 der Schneidkörper 35, die vorzugsweise eine ebene Fläche darstellt. Die erste Kante 45 und die zweite Kante 46 sind jeweils über eine Außenkante 48 und eine Innenkante 49 miteinander verbunden. Die Fläche 47 wird durch die erste Kante 45, die zweite Kante 46, die Außenkante 48 und die Innenkante 49 begrenzt. Die Fläche 47 weist von einer Trägerfläche des Werkzeugkörpers 34 weg, auf der die Schneidkörper 35 durch Löten oder eine andere stoffschlüssige Verbindung befestigt ist. Bei dem in 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Rotationswerkzeugs 13 kann durch Auswertung der Bilder ein erster Koordinatenwert z1 und ein zweiter Koordinatenwert z2 für jeden Schneidkörper 35 ermittelt werden. Der erste Koordinatenwert z1 beschreibt die Position der ersten Kante 45 in einer z-Richtung parallel zur Werkzeuglängsachse L und der zweite Koordinatenwert z2 beschreibt die Position der zweiten Kante 46 in z-Richtung parallel zur Werkzeuglängsachse L in Bezug auf das Referenzkoordinatensystems K. Somit ist durch die Erfassung des wenigstens einen Bildes B die ungefähre Position der ersten Kante 45 und der zweiten Kante 46 bekannt.
Das Rotationswerkzeug 13 wird nach den Aufnahmen des wenigstens einen Bildes B in die Spanneinrichtung 14 eingesetzt. Anschließend können die Schneidkörper 35 eingesetzt werden.
Unter Verwendung des ersten Koordinatenwertes z1 und des zweiten Koordinatenwertes z2, die durch die Bildauswertung ermittelt wurden, kann die Steuereinrichtung 25 mehrere Antaststellen A1 bis A3 innerhalb der Fläche 47 ermitteln. Beispielsgemäß können in der Fläche 47 drei Antaststellen A1, A2, A3 vorgesehen sein, um die Ausrichtung der Fläche 47 relativ zum Maschinenkoordinatensystem M bestimmen zu können (2). Zusätzlich ist es auch möglich, eine vierte Antaststelle A4 an der ersten Kante 45 und/oder eine fünfte Antaststelle A5 an der zweiten Kante 46 und/oder eine sechste Antaststelle A6 an der Außenkante 48 anzutasten, um die Positionen der betreffenden Kanten 45 bzw. 46 bzw. 48 mit einer höheren Genauigkeit zu ermitteln. Anhand des Antastens an der vierten Antaststelle A4 kann ein genauerer erster Koordinatenwert z1^* und durch das Antasten an der fünften Antaststelle A5 ein genauerer zweiter Koordinatenwert z2^* ermittelt werden.
Anhand einer oder mehrerer Antaststellen A1-A5 kann außerdem ein erster Winkelkoordinatenwert α1 und optional ein zweiter Winkelkoordinatenwert α2 ermittelt werden, der den Drehwinkel der Fläche 47 oder der ersten Kante 45 oder der zweiten Kante 46 um eine Bezugsebene angibt, die sich entlang der Werkzeuglängsachse L erstreckt und die beispielsweise durch die x-Achse und die z-Achse des Referenzkoordinatensystems K aufgespannt ist. Wenn die Fläche 47 parallel zu dieser Bezugsebene ausgerichtet ist, genügt das Ermitteln eines Winkelkoordinatenwertes. Die Fläche 47 kann gegenüber dieser Bezugsebene auch geneigt sein, so dass zur Beschreibung der Lage der Fläche 47 zwei Winkelkoordinatenwerte α1, α2 ermittelt werden können.
Außerdem wird zumindest ein Radialkoordinatenwert r ermittelt, der den Abstand zumindest einer Stelle auf der Außenachse 48 von der Werkzeuglängsachse L beschreibt. Dies kann beispielsweise die Stelle sein, an der die Außenkante 48 und die erste Kante 45 einen Eckpunkt bilden.
Das in den 4 und 5 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel des ersten Werkzeugtyps 13a des Rotationswerkzeugs 13, hat zwei Schneidkörper an der Stirnseite 13s des Rotationswerkzeugs 13, die in entsprechenden Aussparungen des Werkzeugkörpers 34 angeordnet sind und als stirnseitige Schneidkörper 35s bezeichnet werden können. Außerdem weist das Rotationswerkzeug 13 Einsätze 50 auf, die durch spiralförmig verlaufend in den Werkzeugkörper 34 integrierte Schneidkörper 35 gebildet sind und als Venen bezeichnet werden. Bei dem in den 4 und 5 veranschaulichten Rohling des Rotationswerkzeugs 13 schließen die Einsätze 50 mit der Mantelfläche des Werkzeugkörpers 34 ab, so dass sie nicht durch Antasten erfassbar sind. Gleichermaßen schließen die stirnseitigen Schneidkörper 35s mit der Stirnseite und/oder der Mantelfläche des Werkzeugkörpers 34 ab, dass ein berührendes Antasten nicht möglich ist.
Das in den 4 und 5 gezeigte Rotationswerkzeug 13 soll durch Schleifen und/oder Erodieren mit Spannuten, Freiräumen, Schneidkanten, usw. versehen werden, beispielsweise um einen Spiralbohrer mit stirnseitigen Schneidkörpern 35s und umfangsseitigen Schneidkörpern herzustellen. Vorzugsweise wird dabei der Werkzeugkörper 34 zunächst durch Schleifen bearbeitet und die Sollgeometrie anschließend in derselben Aufspannung durch Erodieren fertig bearbeitet. Dies hat den Vorteil, dass ein sehr effizientes Herstellen erreicht wird. Beim Schleifen kann im Vergleich zum Erodieren in derselben Zeit ein größerer Materialabtrag erfolgen. Allerdings muss sichergestellt sein, dass das Schleifwerkzeug 16 nicht in Kontakt mit den Schneidkörpern 35 gelangt, da ansonsten eine Beschädigung des Schleifwerkzeugs 16 erfolgt. Daher ist es wichtig, die Position der Schneidkörper 35 zu kennen.
Der Spiralwinkel, der die Einsätze 50 bildenden Schneidkörper 35 und deren Relativposition zu den stirnseitigen Schneidkörpern 35s ist in der Steuereinrichtung 25 bekannt, da diese Daten für die Bearbeitung des Rotationswerkzeugs 13 bei dessen Herstellung erforderlich sind. Die stirnseitigen Schneidkörper 35s haben jeweils eine erste Kante 45 und in Umfangsrichtung um die Werkzeuglängsachse L mit Abstand dazu eine zweite Kante 46. Gegenüber einer Bezugsebene, die sich entlang der Werkzeuglängsachse L erstreckt und beispielsgemäß durch die z-Achse und die y-Achse des Werkzeugkoordinatensystems W aufgespannt ist, kann anhand des wenigstens einen Bildes B ein erster Winkelkoordinatenwert α1 ermittelt werden, der die Winkellage der ersten Kante 45 relativ zur Bezugsebene angibt ( 5). Zusätzlich oder alternativ kann ein zweiter Winkelkoordinatenwert α2 ermittelt werden, der die Winkellage der zweiten Kante 46 desselben stirnseitigen Schneidkörpers 35s relativ zur Bezugsebene angibt. Der erste und/oder der zweite Winkelkoordinatenwert α1, α2 kann für eine oder mehrere oder alle stirnseitigen Schneidkörper 35s ermittelt werden
Zur Bestimmung der Winkelkoordinatenwerte α1, α2 der stirnseitigen Schneidkörper 35s genügt vorzugsweise das Aufnehmen eines einzigen Bildes B auf die Stirnseite 13s des Rotationswerkzeugs 13.
Vorzugsweise wird das Rotationswerkzeug 13 mittels der Greifeinrichtung 36 im Erfassungsbereich 28 der Kamera 27a positioniert und wenigstens oder genau ein Bild aufgenommen (1). Dadurch ergibt sich zunächst die Lage des wenigstens einen Schneidkörpers relativ zu dem durch die Kamera 27a definierten Referenzkoordinatensystem K. Anschließend wird das Rotationswerkzeug 13 des ersten Werkzeugtyps 13a unter Einhaltung einer vorgegebenen Relativausrichtung zwischen dem Referenzkoordinatensystem K, dem Werkzeugkoordinatensystem W und dem Maschinenkoordinatensystem M in die Spanneinrichtung 14 eingesetzt. Somit ist der Steuereinrichtung die aktuelle Drehlage zumindest einer der Kanten 45, 46 von wenigstens einer der stirnseitigen Schneidkörper 35s in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem M bekannt. Daraus ergibt sich auch die Lage der beispielsgemäß vorhandenen Venen bzw. Einsätze 50 und/oder anderer Schneidkörper 35, beispielsweise aus Konstruktionsdaten zur Herstellung des Rotationswerkzeugs 13, die in der Steuereinrichtung vorliegen. Die Steuereinrichtung 25 kann die Spanneinrichtung 14 ansteuern, um das eingespannte Rotationswerkzeug 13 in eine Ausgangsdrehlage für die Bearbeitung mit dem Schleifwerkzeug 16 zu bringen. Die Spanneinrichtung 14 kann vorzugsweise über eine rotatorische Achse rz der Achsanordnung 11 rotatorisch angetrieben werden, wobei die Werkzeuglängsachse L des eingespannten Rotationswerkzeugs 13 mit einer Drehachse D der Spanneinrichtung 14 zusammenfällt (1).
Durch das Ansteuern der Drehlage der Spanneinrichtung 14 um die Drehachse D vor und/oder während der Bearbeitung des Rotationswerkzeugs 13 kann sichergestellt werden, dass das Schleifwerkzeug 16 nicht in Kontakt mit harten stirnseitigen Schneidkörpern 35s bzw. umfangsseitigen Schneidkörpern (Einsätze 50) gelangt. Vorzugsweise wird das Material des Werkzeugkörpers 34 zur Bildung von Spannuten zunächst soweit wie möglich durch das Schleifwerkzeug 16 entfernt. Anschließend wird in derselben Aufspannung mittels des Erodierwerkzeugs 17 das Rotationswerkzeug 13 weiter bearbeitet, um die gewünschte Sollgeometrie zu erreichen. Die die Einsätze 50 bildenden Schneidkörper 35 werden im Umfangsbereich durch das Erodierwerkzeug 17 freigelegt und/oder bearbeitet. Auch die stirnseitigen Schneidkörper 35s können mittels des Erodierwerkzeugs 17 zur Herstellung der Sollgeometrie bearbeitet werden.
Mit Hilfe der Erfindung können unterschiedliche Werkzeugtypen 13a, 13b von Rotationswerkzeugen 13 hergestellt bzw. nachbearbeitet werden. Die Schneidkörper 35, 35s können auf Trägerflächen des Werkzeugkörpers 34 angeordnet oder durch Sintern oder ein anderes geeignetes Verfahren im Werkzeugkörper 34 integriert sein.
Mittels einer Kamera 27a kann wenigstens ein Koordinatenwert z1, z2, α1, α2 eines Schneidkörpers 35, 35s erfasst und an die Steuereinrichtung 25 übermittelt werden. Dieser wenigstens eine Koordinatenwert z1, z2, α1, α2 kann in der Steuereinrichtung 25 für das weitere Verfahren verwendet werden. Entweder kann dieser auf Basis des wenigstens einen Bildes B ermittelte Koordinatenwert unmittelbar bei der Bearbeitung des Rotationswerkzeugs 13 berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dieser auf Basis des wenigstens einen Bildes B ermittelte, wenigstens eine Koordinatenwert z1, z2, α1, α2 verwendet werden, um wenigstens einen weiteren Koordinatenwert zu ermitteln, insbesondere unter Verwendung einer Tasteinrichtung 29. Das Antasten von Schneidkörpern 35 kann nur bei solchen Rotationswerkzeugen 13 erfolgen, bei denen die Schneidkörper 35 Kanten haben, die mittels der Tasteinrichtung 29 ausreichend genau angetastet werden können.
Bezugszeichenliste

10: Werkzeugmaschine
11: Achsanordnung
12: Maschinenwerkzeug
13: Rotationswerkzeug
13a: erster Werkzeugtyp
13b: zweiter Werkzeugtyp
13s: Stirnseite des Rotationswerkzeugs
14: Spanneinrichtung
16: Schleifwerkzeug
17: Erodierwerkzeug
18: Maschinenspindel
25: Steuereinrichtung
26: Bedienschnittstelle
27: Erfassungseinrichtung
27a: Kamera
28: Erfassungsbereich
29: Tasteinrichtung
30: Tastelement
31: Tastkörper
34: Werkzeugkörper
35: Schneidkörper
35s: stirnseitiger Schneidkörper
36: Greifeinrichtung
37: Greifarm
38: Greifer
45: erste Kante
46: zweite Kante
47: Fläche
48: Außenkante
49: Innenkante
50: Einsatz
α1: erster Winkelwert
α2: zweiter Winkelwert
A1: erste Antaststelle
A2: zweite Antaststelle
A3: dritte Antaststelle
A4: vierte Antaststelle
A5: fünfte Antaststelle
H: optische Achse
K: Referenzkoordinatensystem
L: Werkzeuglängsachse
M: Maschinenkoordinatensystem
r: Radialkoordinatenwert
S: Spindelachse
T: Tastsignal
W: Werkzeugkoordinatensystem
z1: erster Koordinatenwert
z1^*: genauerer erster Koordinatenwert
z2: zweiter Koordinatenwert
z2^*: genauerer zweiter Koordinatenwert

Claims

Werkzeugmaschine (10), die dazu eingerichtet ist ein spanabtragendes Rotationswerkzeugs (13) unter Verwendung wenigstens eines Maschinenwerkzeugs (12) zu bearbeiten, das einen sich entlang einer Werkzeuglängsachse (L) erstreckenden Werkzeugkörper (34) und wenigstens einen Schneidkörper (35) aufweist, die an dem Werkzeugkörper (34) befestigt ist, mit einer mit einer Steuereinrichtung (25) verbundenen Erfassungseinrichtung (27) zum Aufnehmen von Erfassungsdaten des Rotationswerkzeugs (13), die eine Erkennung der Übergangsstelle zwischen dem Werkzeugkörper (34) und dem wenigstens einen Schneidkörper (35) ermöglichen, mit einer Spanneinrichtung (14), die zum Einspannen des Rotationswerkzeugs (13) zur Bearbeitung mit dem wenigstens einen Maschinenwerkzeug (12) eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, eine Achsanordnung (11) der Werkzeugmaschine (10) anzusteuern, um das wenigstens eine Maschinenwerkzeug (12) der Werkzeugmaschine (10) und die Spanneinrichtung (14) für das zu bearbeitende Rotationswerkzeugs (13) relativ zueinander zu bewegen und relativ zu einem Maschinenkoordinatensystem (M) der Werkzeugmaschine (10) zu positionieren, und wobei die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Koordinatenwert (z1, z2, α1, α2) für jeden am Werkzeugkörper (34) angeordneten Schneidkörper (35) auf Basis der Erfassungsdaten zu ermitteln, wobei der wenigstens eine Koordinatenwert (z1, z2, α1, α2) jeweils eine Kantenposition einer Kante (45, 46) eines jeweiligen Schneidkörpers (35) in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem (K) des Rotationswerkzeuges (13) beschreibt, wobei die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, die Bearbeitung des wenigstens einen Schneidkörpers (35) mittels des wenigstens einen Maschinenwerkzeugs (12) unter Berücksichtigung des wenigstens einen Koordinatenwerts (α1, α2) auszuführen und/oder wenigstens einen weiteren oder genaueren Koordinatenwert (r, α1, α2, z1^*, z2^*) des wenigstens einen Schneidkörpers (35) unter Berücksichtigung des durch die Auswertung der Erfassungsdaten erhaltenen wenigstens einen Koordinatenwerts (z1, z2) zu ermitteln.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse der Erfassungseinrichtung (27) während der Aufnahme der Erfassungsdaten auf die Stirnseite des Rotationswerkzeugs (13) ausgerichtet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Greifeinrichtung (36) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, das Rotationswerkzeug (13) zu greifen und zu positionieren.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (36) dazu eingerichtet ist, das Rotationswerkzeug (13) in einer oder mehreren Ausrichtungen in einem Erfassungsbereich (28) der Erfassungseinrichtung (27) zu positionieren.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (36) dazu eingerichtet ist, das Rotationswerkzeug (13) nach dem Aufnehmen der Erfassungsdaten in der Spanneinrichtung (14) anzuordnen, derart, dass ein vorgegebener Zusammenhang zwischen dem Referenzkoordinatensystem (K) und dem Maschinenkoordinatensystem (M) eingehalten wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, die Spanneinrichtung (14) mit dem eingespannten Rotationswerkzeug (13) zu Beginn der Bearbeitung durch das Maschinenwerkzeug (12) in eine vorgegebene Drehausgangslage um die Werkzeuglängsachse (L) zu bringen.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels der Achsanordnung (11) relativ zu dem Rotationswerkzeug (13) bewegbare Tasteinrichtung (29) vorhanden ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasteinrichtung (29) dazu eingerichtet ist eine Kante (45, 46, 48, 49) und/oder einer Fläche (47) eines Schneidkörpers (35) an wenigstens einer Antaststelle (A1, A2, A3, A4, A5) berührungslos oder berührend anzutasten.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, auf Basis des anhand der Erfassungsdaten ermittelten wenigstens einen Koordinatenwerts (z1, z2) mehrere Antaststellen (A1, A2, A3, A4, A5) an dem wenigstens einen Schneidkörper (35) zu ermitteln.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, die Achsanordnung (11) anzusteuern, so dass die Tasteinrichtung (29) den wenigstens einen Schneidkörper (35) nacheinander an den Antaststellen (A1, A2, A3, A4, A5) antastet, wobei die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, für jede Antaststelle (A1, A2, A3, A4, A5) einen oder mehrere Antastmesswerte zu ermitteln, die die Istposition des Schneidkörpers (35) an der Antaststelle (A1, A2, A3, A4, A5) in einem Referenzkoordinatensystem (K) beschreiben.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Koordinatenwerts (z1, z2), der anhand der Erfassungsdaten ermittelt wurde, einen genaueren Koordinatenwert (z1^*, z2^*) zu ermitteln.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (27) eine Kamera (27a) aufweist.
Verfahren zur Vorbereitung einer Bearbeitung eines spanabtragenden Rotationswerkzeugs (13), das einen sich entlang einer Werkzeuglängsachse (L) erstreckenden Werkzeugkörper (34) und wenigstens einen Schneidkörper (35) aufweist, die an dem Werkzeugkörper (34) angeordnet sind, mit folgenden Schritten: - Positionieren des Rotationswerkzeugs (13) im Erfassungsbereich (28) einer Erfassungseinrichtung (27), - Aufnehmen von Erfassungsdaten des Rotationswerkzeugs (13), die eine Erkennung der Übergangsstelle zwischen dem Werkzeugkörper (34) und dem wenigstens einen Schneidkörper (35) ermöglichen, - Bestimmen wenigstens eines Koordinatenwerts (z1, z2, α1, α2) jedes am Werkzeugkörper (34) angeordneten Schneidkörpers (35) auf Basis der Erfassungsdaten, wobei der wenigstens eine Koordinatenwert (z1, z2) jeweils eine Kantenposition einer Kante (45, 46) des wenigstens einen Schneidkörpers (35) in Bezug auf ein Maschinenkoordinatensystem (M) einer Werkzeugmaschine (10) beschreibt, - Bearbeiten des wenigstens einen Schneidkörpers (35) mittels eines Maschinenwerkzeugs (12) und/oder Ermitteln wenigstens eines weiteren Koordinatenwertes (r, α1, α2, z1^*, z2^*) des wenigstens einen Schneidkörper (25) unter Verwendung des wenigstens einen, anhand der Erfassungsdaten ermittelten Koordinatenwerts (z1, z2, α1, α2).