DE102018206488A1

DE102018206488A1 - Verfahren zum ausgleich einer temperaturbedingten längenänderung eines werkzeugs bzw. einer werkzeugeinheit an einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102018206488A1
Application number: DE102018206488.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Marczinek; Rainer Abele
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs, das in einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine eingespannt ist, umfassend: Ermitteln eines Temperaturwerts mittels eines an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensors; Bestimmen zumindest eines Kompensationswerts in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts; und Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs in Abhängigkeit des zumindest einen bestimmten Kompensationswerts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs bzw. einer das Werkzeug aufweisenden Werkzeugeinheit, das bzw. die an einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine eingespannt ist.
Weiterhin betriff die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugspindel, eine Spindelvorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine, die eine Spindelvorrichtung und eine Steuervorrichtung umfasst, und ein Computerprogrammprodukt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einer spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine erhitzt sich typischerweise ein spanend abgetrennter Span des Werkstücks an dessen Abtrennstelle durch innere Reibung. Das Werkzeug erhitzt sich dann reibungsbedingt typischerweise ebenfalls durch Wärmeleitung vom Span her und durch Reibung am Werkstück an Schneiden des Werkzeugs. Ein Teil der entstehenden Wärme kann im Span abgeführt werden. Der Teil der entstehenden Wärme, der nicht über den Span abgeführt werden kann, tritt jedoch über in das Werkzeug, wodurch dessen Temperatur ansteigt.
Die Temperaturänderung im Werkzeug bewirkt eine Längenänderung des eingespannten Werkzeugs durch thermische Ausdehnung. Ein derartiges Verhalten kann zu Abweichungen am Werkzeugbezugspunkt führen, weshalb es gewünscht ist, temperaturbedingte Längenänderungen des Werkzeugs bzw. der das Werkzeug umfassenden Werkzeugeinheit auszugleichen.
Beispielsweise kann eine gezielte Beeinflussung des temperaturbedingten Verhaltens des Bearbeitungsprozesses durch eine geregelte Kühlung erreicht werden. Diesbezüglich offenbart die europäische Patentschrift EP 0 855 946 B1 ein Verfahren zur Kühlung und Schmierung eines spanend arbeitenden, rotierenden Werkzeuges mit geometrisch definierter Schneide und gegebenenfalls des Werkstückes im Bearbeitu ngsbereich.
Darüber hinaus kann durch ein kompensierendes Nachstellen des Werkzeugs in Abhängigkeit von bestimmten Parametern das temperaturbedingte Verhalten des Bearbeitungsprozesses beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang ist aus der EP 349 783 B1 bekannt, dass Temperaturen an dem Maschinenbett und an Achsschlitten an Werkzeugmaschinen ermittelt werden können, um temperaturabhängige Ausdehnungen bzw. thermische Verformungen der Bauteile der Werkzeugmaschine zu ermitteln und zu kompensieren. Für die temperaturabhängige Ausdehnung ist dabei jeweils der gesamte Temperaturverlauf über dem sich ausdehnenden Maschinenteil zu erfassen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein Widerstand benutzt wird, der sich in der Ausdehnungsrichtung des Maschinenteils erstreckt und der einen intensiven thermischen Kontakt zum Maschinenteil aufweist. Der verwendete Widerstand weist dabei ein zur mittleren Temperatur und damit zur Gesamtausdehnung proportionales Ausgangssignal auf. Zur Kontaktierung sind an den beiden Enden des Widerstands entsprechende Kontaktelemente vorgesehen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es jedoch nicht bekannt, eine temperaturbedingte Längenänderung von Werkzeugen bzw. Werkzeuge umfassenden Werkzeugeinheiten (z.B. eine Werkzeugeinheit, aufweisend das Werkzeug und einen das Werkzeug haltenden Werkzeughalter) zu bestimmen bzw. Kompensieren.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Längenänderungen an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung wird erfindungsgemäß wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben gelöst durch ein Verfahren zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs bzw. einer Werkzeugeinheit gemäß Anspruch 1, eine Steuervorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 17, eine Spindelvorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 18, eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 19, und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 20. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kompensieren einer temperaturabhängigen Lageveränderung an einer Werkzeugmaschine mit bevorzugt zumindest einer ersten Linearachse einen oder mehrere der Schritte: Ermitteln eines Temperaturwerts mittels eines an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensors, Bestimmen zumindest eines Kompensationswerts in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts, und Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des an der Spindel eingespannten Werkzeugs bzw. der an der Spindel eingespannten Werkzeugeinheit in Abhängigkeit bzw. auf Grundlage des zumindest einen bestimmten Kompensationswerts.
Somit wird erfindungsgemäß das Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderungen des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit in Abhängigkeit bzw. auf Grundlage des zumindest einen bestimmten Kompensationswerts durchgeführt. Im Gegensatz zum Stand der Technik geht hierbei also die Temperatur des eingespannten Werkzeugs in die Berechnung von Kompensationswerten zum Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs ein. Dies hat insbesondere den Vorteil, nicht mehr auf wartungsaufwändige Längenmesssysteme angewiesen zu sein, d.h. das Ausgleichen einer temperaturabhängigen Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit ist nunmehr möglich, ohne Längenmesssysteme im Vorfeld zu kalibrieren oder anderweitig umständlich im Vorfeld einer Werkstückbearbeitung einzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die weiterhin bevorzugt den Schritt Übertragen von den ermittelten Temperaturwert angebenden Sensordaten von dem an der Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor zu einer numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine vorsieht, kann das Bestimmen des Kompensationswerts und/oder das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit vorteilhaft in der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine durchgeführt werden.
Vorzugsweise kann hierbei die numerische Steuerung dazu eingerichtet sein, zum Steuern einer Relativbewegung der Werkzeugspindel relativ zu einem an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Basis von Sollpositionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine jeweilige Steuersignale an Antriebe der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine auszugeben. Hierdurch kann das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung das Anpassen zumindest einer der Sollpositionen der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine umfassen. Somit können Längenänderungen des Werkzeugs aufgrund von thermischer Ausdehnung dadurch kompensiert werden, dass Sollpositionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit des berechneten Kompensationswerts korrigiert bzw. angepasst werden.
Weiterhin kann die numerische Steuerung dazu eingerichtet sein, zum Steuern einer Relativbewegung der Werkzeugspindel relativ zu einem an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Basis von Soll- und Ist-Positionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine jeweilige Steuersignale an Antriebe der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine auszugeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass eine temperaturbedingte Längenänderung des an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit dadurch kompensiert werden kann, dass Ist-Positionen der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit des berechneten Kompensationswerts korrigiert bzw. angepasst werden. Dadurch kann eine temperaturbedingte Längenänderung verbessert ausgeglichen werden.
Vorzugsweise kann das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs in der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine in Richtung der Spindelachse der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren bei einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommen kann, bei der das Werkzeug in einer Richtung linear verfahrbar ist.
Weiterhin kann das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung das Anpassen zumindest einer Ist- und/oder Sollposition einer oder mehrerer Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine in Richtung der Spindelachse der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine umfassen. Dies ermöglicht, dass das Verfahren auch bei einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommen kann, bei der das Werkzeug in drei Richtungen linear verfahrbar und um eine oder mehrere Rundachsen verschwenkbar ist.
Vorzugsweise wird im Schritt Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs zunächst eine momentane Winkelorientierung der Spindelachse der Werkzeugspindel im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine ermittelt. Im Anschluss daran werden von mehreren, jeweils einer Koordinatenachse im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine zugeordneten Kompensationswerte in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts und der ermittelten momentanen Winkelorientierung der Spindelachse bestimmt, wobei das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit für die jeweiligen Koordinatenachsen im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine jeweils in Abhängigkeit des der jeweiligen Koordinatenachse zugeordneten Kompensationswerts durchgeführt wird. Somit wird hierbei der Vorteil erzielt, dass die thermische Ausdehnung und Verformung eines Werkzeugs besonders präzise kompensiert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Schritte Ermitteln des Temperaturwerts, Bestimmen des zumindest einen Kompensationswerts, und Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit wiederholt während der Bearbeitung eines Werkstücks an der Werkzeugmaschine durchgeführt werden. Dies ermöglicht, dass das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs während der Bearbeitung des Werkstücks festgestellt und ausgeglichen werden kann.
Vorzugsweise kann das Bestimmen des zumindest einen Kompensationswerts auf Grundlage eines Temperaturkompensations-Berechnungsmodells durchgeführt werden, wobei das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell zur Berechnung der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts verwendet werden kann. Die Berechnung eines Kompensationswerts bzw. mehrerer Kompensationswerte erfolgt somit vorteilhaft mit einem möglichst schnellen Zeittakt in einer Kontrolleinheit, z.B. der sogenannten Maschinen-NC (NC für „Numerical Control“), oder der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), auch Maschinen-LC oder Maschinen-PLC (PLC für „Programmable-Logic-Controller“) genannt. Temperaturabhängig berechnete Kompensationswerte können dann durch die Kontrolleinheit, die sogenannte Maschinen-NC der einen oder der mehreren Achs-Sollwerte der Linearachsen der Werkzeugmaschine überlagert werden.
Es wird somit ein bevorzugtes Verfahren vorgeschlagen, bei dem die temperaturbedingte Längenänderung eines Werkzeugs bzw. einer Werkzeugeinheit vorzugsweise durch Bestimmen einer oder mehrerer Temperaturen an der Werkzeugmaschine und durch die Berechnung eines oder mehrerer zur bestimmten Temperatur ermittelten Kompensationswerte in der Maschinensteuerung durch Überlagerung der Achs-Sollpositionen in der Maschinensteuerung ausgeglichen werden können. Der oder die berechneten Kompensationswerte werden vorzugsweise dazu verwendet, Achs-Sollpositionen der einen oder mehreren Linearachsen der Werkzeugmaschine zu korrigieren, um die temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs jeweils in der Richtung der Achsen zu kompensieren.
Weiterhin kann das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell werkzeugspezifisch bereitgestellt werden. Alternativ kann das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell auch werkzeugunabhängig bereitgestellt werden, wobei ein werkzeugspezifischer Temperaturkoeffizient und/oder eine werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs bei einer Referenztemperatur in das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingeht.
Vorzugsweise wird bei einem Werkzeugwechsel an der Werkzeugmaschine an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine das bei der Bestimmung des zumindest einen Kompensationswerts angewendete werkzeugspezifische Temperaturkompensations-Berechnungsmodell entsprechend des eingewechselten Werkzeugs gewechselt wird oder der bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Temperaturkoeffizient und/oder die bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs geändert wird/werden, wenn das eingewechselte Werkzeug ein von dem bisher verwendeten Werkzeug unterschiedliches Werkzeug ist.
Weiterhin kann bei einem Werkzeugwechsel an der Werkzeugmaschine an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine das bei der Bestimmung des zumindest einen Kompensationswerts angewendete werkzeugspezifische Temperaturkompensations-Berechnungsmodell weiterverwendet werden oder der bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Temperaturkoeffizient und/oder die bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs weiterverwendet werden, wenn das eingewechselte Werkzeug ein typgleiches Schwesterwerkzeug des bisher verwendeten Werkzeugs ist. Dies ermöglicht, dass nicht nur die temperaturbedingte Längenänderung des in der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeugs ausgeglichen werden kann. Das Verfahren kann zusätzlich die temperaturbedingte Längenänderung eines Werkzeugs nach einem beliebigen Werkzeugwechsel ausgleichen, insbesondere nach dem ein typgleiches Schwesterwerkzeug des bisher verwendeten Werkzeugs eingewechselt wurde.
Vorzugsweise können ein oder mehrere werkzeugspezifische Temperaturkompensations-Berechnungsmodelle an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine vorgespeichert werden. Alternativ dazu kann ein werkzeugunabhängiges Temperaturkompensations-Berechnungsmodell und ein oder mehrere werkzeugspezifische Parametersätze vorgespeichert sein, die jeweils den werkzeugspezifischen Temperaturkoeffizient und/oder die werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs umfassen. Ein Vorspeichern der Temperaturkompensations-Berechnungsmodelle an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine ermöglicht ein besonders schnelles Ermitteln der Kompensationswerte zum Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs. Somit wird der Datenträger der Steuervorrichtung der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine nicht mit Daten beschrieben, die das Ausführen des Verfahrens verlangsamen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise ein oder mehrere werkzeugspezifische Kompensationsdatensätze an der Steuerung der Werkzeugmaschine vorgespeichert sein, wobei jeder werkzeugspezifische Kompensationsdatensatz für ein entsprechendes Werkzeug für eine Vielzahl von Temperaturwerten jeweilige zugeordnete Kompensationswerte angibt, wobei das Bestimmen des zumindest einen Kompensationswerts auf Grundlage eines der vorgespeicherten Kompensationsdatensätze durchgeführt wird.
Weiterhin kann der Temperatursensor zum Bestimmen des Temperaturwerts an einer Werkzeugspindellagerung der Werkzeugspindel integriert oder benachbart zu der Werkzeugspindellagerung der Werkzeugspindel angeordnet sein. Somit werden für das erfindungsgemäße Verfahren keine zusätzlichen Messkomponenten benötigt, die an oder im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine vorgesehen werden müssen. Durch das Integrieren des Temperatursensors in der Werkzeugspindellagerung der Werkzeugspindel oder alternativ durch das Anordnen des Temperatursensors benachbart zu der Werkzeugspindellagerung der Werkzeugspindel kann vorteilhaft eine kompakte Bauweise der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine gewährleistet werden.
Vorzugsweise können auch mehrere Temperatursensoren an der Werkzeugspindel angeordnet sein und der zumindest eine Kompensationswert in Abhängigkeit von mehreren ermittelten Temperaturwerten bestimmt werden.
Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung noch eine Steuervorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugspindel mit einem an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor bereitgestellt, wobei die Steuervorrichtung eine numerische Steuerung aufweist, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines mittels des Temperatursensors ermittelten Temperaturwerts ein Verfahren zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs bzw. einer Werkzeugeinheit, das bzw. die in der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine eingespannt ist, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
Weiterhin umfasst vorliegenden Erfindung auch die Spindelvorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine eine Werkzeugspindel mit einem an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor, und eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von den ermittelten Temperaturwert angebenden Sensordaten von dem an der Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor zu einer numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine.
Vorzugsweise wird gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, die wie eingangs beschrieben eine Spindelvorrichtung und eine Steuervorrichtung umfasst.
Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmmitteln bereitgestellt, die auf einem Datenträger gespeichert sind, und die dazu eingerichtet sind, auf einer Steuervorrichtung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine umfassend eine Werkzeugspindel zum Aufnehmen eines Werkzeugs ausgeführt zu werden, derart, dass ein Verfahren der vorliegenden Erfindung an der Werkzeugmaschine ausgeführt werden kann.
Figurenliste

1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine, an der das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführbar ist.
2 zeigt beispielhaft einen Vergleich zwischen einem in einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeug, das eine temperaturbedingte Längenänderung erfahren hat und einem neu eingewechselten, kalten, typgleichen Schwesterwerkzeug.
3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung.
4 illustriert beispielhaft ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt beispielhaft ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt beispielhaft ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs, wenn ein Werkzeugwechsel durchgeführt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist durch den Umfang der Patentansprüche definiert. Gleiche bzw. ähnliche Merkmale der Ausführungsbeispiele werden in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 100. In diesem Fall betrifft die Ausführung gemäß 1 eine Werkzeugmaschine 100 mit werkzeugtragender Spindel 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die dargestellte Werkzeugmaschine 100 dient zur Durchführung von Fräs- und Bohrarbeiten an Werkstücken 106 mit Hilfe von Werkzeugen 104, die in die Werkzeugspindel 102 eingespannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch gleichwohl auch bei Werkzeugmaschinen mit angewendet werden, die für andere Fertigungsverfahren ausgelegt sind.
Die Werkzeugmaschine 100 gemäß 1 umfasst zudem ein Längsbett 108, auf dem ein Maschinentisch mit Einspannmittel 110 in X-Richtung verfahrbar angeordnet ist, und ein Querbett 112, an dem ein Spindelträger 114 in Y-Richtung verfahrbar angeordnet ist.
Zusätzlich zu den beiden Linearachsen in X- und Z-Richtung können noch weitere Linearachsen und Rundachsen vorgesehen sein (nicht gezeigt). Das Einspannmittel 110 ist dazu eingerichtet, ein Werkstück 106 einzuspannen. Der Spindelträger 114 trägt eine werkzeugtragende Spindel 102, in der ein Werkzeug 104 (zum Beispiel ein Fräs- bzw. Bohrwerkzeug) bzw. ein das Werkzeug 104 haltender Werkzeughalter aufgenommen ist. Die Kombination von Werkzeug und Werkzeughalter kann im Folgenden auch als Werkzeugeinheit verstanden werden, die an der Spindel einspannbar ist.
Weiterhin umfasst die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 100 eine Maschinensteuerung (z.B. PLC und/oder CNC-Steuerungseinrichtungen) zum Steuern der Linearachsen (und ggf. Rundachsen) der Werkzeugmaschine 100 (siehe z.B. Steuerungsvorrichtung 200 in 3).
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Werkzeugspindellagerung des Spindelträgers 114 der Werkzeugspindel 102 einen Temperatursensor 116 auf. Beispielhaft ist der Temperatursensor 116 dazu eingerichtet, wenigstens einen Temperaturwert (oder mehrere Temperaturwerte) zu bestimmen.
Beispielhaft ist der Temperatursensor 116 an der Werkzeugspindellagerung benachbart zu der Werkzeugspindellagerung angeordnet und kann bevorzugt in diese integriert werden. Verschmutzungen, beispielsweise Späne oder Kühlmittelreste, die insbesondere bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken entstehen, können sich somit vorteilhafterweise nicht mehr an dem Temperatursensor absetzen und seine Funktion beeinträchtigen. Damit ist es möglich die Nachteile von außenliegenden Temperatursensoren zu umgehen.
Weiterhin ist es möglich, dass mehrere Temperatursensoren an bzw. in dem Spindelaufbau, z.B. an/in den Spindellagern, an/in einer Spindelwelle und/oder an einem Spindelgehäuse angeordnet sein können.
2 zeigt beispielhaft einen Vergleich zwischen einem in einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeug, das eine temperaturbedingte Längenänderung erfahren hat und einem neu eingewechselten, kalten, typgleichen Schwesterwerkzeug.
Bei der oberen Abbildung der 2 wird ein Werkzeughalter 118 dargestellt, der ein schematisch angedeutetes Werkzeug 104 trägt, das auf nicht näher dargestellte Weise an einem Halteschaftabschnitt des Werkzeughalters 118 befestigt ist. Werkzeughalter 118 und Werkzeug 104 bilden beispielhaft eine Werkzeugeinheit aus, die an der Spindel einspannbar ist.
An dem Werkzeughalter 118 ist beispielhaft eine Greifernut 120 vorgesehen. An dieser Greifernut 120 wird der Werkzeughalter 118 von einem Greifer eines Werkzeugwechslers ergriffen und zwischen einer Magazinposition und einer Position an der Werkzeugmaschine transferiert.
An den Werkzeughalter 118 schließt sich beispielhaft nach rechts ein an sich bekannter Hohlschaftkegel (als lediglich beispielhafte Ausführung einer Werkzeugschnittstelle, z.B. Hohlschaftkegel, Steilkegel, Morsekegel, etc.) an, in dessen Öffnung ein Zugkegel eines Spannsystems eingreift, um den Werkzeughalter 118 mit seinem Hohlschaftkegel in eine Werkzeugaufnahme einer schematisch dargestellten Spindel 102 einzuziehen und dort zu verspannen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Hohlschaftkegel-Aufnahmen beschränkt, so dass weitere Werkzeugaufnahmen denkbar sind.
Weiterhin ist eine Werkzeugspindellagerung 122 dargestellt, dessen Lagerungskonzept im Folgenden jedoch nicht näher erläutert wird. An der Werkzeugspindellagerung 122 ist ein Temperatursensor 116 integriert. Der Temperatursensor 116 kann an der Werkzeugspindellagerung 122 integriert sein, ist darauf aber nicht beschränkt. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass der Temperatursensor 116 benachbart zu der Werkzeugspindellagerung 122 angeordnet sein kann.
Derartige Sensoren sind besonders anfällig gegenüber Verschmutzungen, die die Signalqualität oder Funktion reduzieren können. Weiterhin können im Extremfall Verschmutzungen (beispielsweise umherfliegende Späne oder Kühlmittel) sogar zur Zerstörung des Sensors oder von Teilen des Sensors führen. Um den Temperatursensor 116 zu schützen und um dessen Funktionalität zu gewähren leisten, wurde der Temperatursensor von den Anmeldern bewusst an der Werkzeugspindellagerung integriert beziehungsweise benachbart zu der Werkzeugspindellagerung angeordnet.
Der Temperatursensor 116 ist dazu eingerichtet, während der Bearbeitung wiederholt eine aktuelle Temperatur des eingespannten Werkzeugs zu messen. Die auf diese Weise gemessenen Temperaturwerte dienen als Eingangsgröße für das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell, das im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert wird.
Die untere Abbildung der 2 zeigt grundsätzlich dasselbe wie die obere Abbildung. Bei der unteren Abbildung wurde im Zuge der Bearbeitung jedoch ein typgleiches Schwesterwerkzeug des bisher verwendeten Werkzeugs eingewechselt. Das typgleiche Schwesterwerkzeug wurde direkt aus dem Werkzeugmagazin eingewechselt.
Im Vergleich zum Werkzeug, das in der oberen Abbildung eingespannt ist, und dass in Folge der Reibung während der Werkstückbearbeitung, eine temperaturbedingte Längenänderung erfahren hat, ist zu sehen, dass bei dem eingewechselten, kalten, typgleichen Schwesterwerkzeug, das in der unteren Abbildung eingespannt ist, noch keine temperaturbedingte Längenänderung erfolgt ist.
3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung 200 zum Bestimmen zumindest eines Kompensationswerts an der Werkzeugmaschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Steuervorrichtung 200 kann als externe Steuervorrichtung ausgebildet sein, die an die Werkzeugmaschine 100 angeschlossen wird. Ferner kann die Steuervorrichtung 200 in der internen Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine 100 integriert sein bzw. die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine 100 ausbilden.
Die Steuervorrichtung 200 zum Einsatz an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 100 umfasst ein Werkzeugwechsel-Steuermittel 202 zum Steuern eines Aufnehmens des Werkzeugs 104 an der Werkzeugspindel 102 der Werkzeugmaschine 100 und zum Steuern eines Einwechselns eines neuen Werkzeugs 104 an der Werkzeugspindel 102.
Das Werkzeugwechsel-Steuermittel 202 ist zudem dazu eingerichtet, ein typgleiches Schwesterwerkzeug des bisher verwendeten Werkzeugs einzuwechseln. Die Steuervorrichtung 200 umfasst ferner ein Messmittel 204 zum Ermitteln von Sollpositionen und/oder Soll- und Ist-Positionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine in Richtung der Spindelachse.
Die Steuervorrichtung 200 umfasst weiterhin ein Relativbewegungs-Steuermittel 206 zum Steuern einer Relativbewegung der Werkzeugspindel relativ zu einem an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Basis von Sollpositionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine 100.
Das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung umfasst zudem das Anpassen einer der Sollpositionen der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine 100.
Das Relativbewegungs-Steuermittel 206 kann weiterhin dazu eingerichtet sein, zum Steuern einer Relativbewegung der Werkzeugspindel relativ zu einem an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Basis von Soll- und Ist-Positionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine 100 jeweilige Steuersignale an Antriebe der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung das Anpassen einer der Ist-Positionen der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine 100 umfasst.
Schließlich umfasst die Steuervorrichtung 200 ein Kompensationsmittel 208 zum Ermitteln zumindest eines Kompensationswerts in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts.
Das Werkzeugwechsel-Steuermittel 202, das Messmittel 204, das Relativbewegungs-Steuermittel 206 und das Kompensationsmittel 208 sind über eine Datenverbindung 210 miteinander verbunden.
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 200 mit der Werkzeugmaschine 100 über die Daten-Schnittstelle 212 (z.B. direkt mit Aktoren und Antrieben der Werkzeugmaschine 100 zum Ansteuern der Aktoren und Antriebe oder indirekt mit der Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine 100) verbunden.
4 zeigt beispielhaft ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das erfindungsgemäße Verfahren an einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommt, die eine Linearachse aufweist.
Zu Beginn des Bearbeitungsprozesses wird ein in der Steuervorrichtung 200 hinterlegtes Temperaturkompensations-Berechnungsmodell gemäß dem Schritt S401 geladen, wobei das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell werkzeugspezifisch oder werkzeugunabhängig bereitgestellt sein kann.
Die nachfolgend beschriebenen Schritte S402 bis S406 werden während der Bearbeitung eines Werkstücks 106 an der Werkzeugmaschine 100 beispielhaft wiederholt durchgeführt, insbesondere bevorzugt bis der Bearbeitungsprozess abgeschlossen ist. Solange kein Werkzeugwechsel durchgeführt wird, wird bevorzugt kein neues Temperaturkompensations-Berechnungsmodell geladen.
Mit dem Beginn der Werkstückbearbeitung wird beispielhaft kontinuierlich in einem Schritt S402 ein Temperaturwert mittels eines an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel 102 angeordneten Temperatursensors 116 ermittelt.
Als nächstes wird beispielhaft der Schritt S403 durchgeführt, wodurch der ermittelte Temperaturwert bzw. die ermittelten Temperaturwerte in Sensordaten umgewandelt und an die numerische Steuervorrichtung 200 der Werkzeugmaschine 100 übertragen werden.
Der ermittelte Temperaturwert bzw. die ermittelten Temperaturwerte werden verwendet, um den Kompensationswert zu bestimmen. Dieser wird im Schritt S404 beispielhaft auf Grundlage des im Schritt S401 geladenen Temperaturkompensations-Berechnungsmodells bestimmt.
Das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell ist beispielhaft in der Steuervorrichtung 200 hinterlegt und wird beispielhaft vor Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 106 geladen. Für den Fall eines Werkzeugwechsels, erkennt die Steuervorrichtung 200 beispielhaft das neu eingewechselte Werkzeug (beispielsweise anhand der Werkzeugnummer oder über die Position des Werkzeugs im Werkzeugmagazin) und lädt zeitgleich mit dem Einwechseln des Werkzeugs 104 ein entsprechendes Temperaturkompensations-Berechnungsmodell vor. Der beispielhafte Ablauf des Verfahrens, bei dem ein Werkzeugwechsel durchgeführt wird, wird im weiteren Verlauf der Beschreibung detailliert beschrieben.
Ein werkzeugspezifisches Temperaturkompensations-Berechnungsmodell kann zum Beispiel als Look-Up-Tabelle bereitgestellt sein, wobei die Look-Up-Tabelle durch Versuche im Vorfeld erstellt werden kann.
In der Tabelle kann für mehrere vorgegebene Temperaturwerte die entsprechende temperaturbedingte Längenänderung und/oder der entsprechende Kompensationswert vorgespeichert werden. Für zwischen vorgegebenen Temperaturwerten liegende Temperaturwerte können die entsprechenden temperaturbedingten Längenänderungen und/oder die entsprechenden Kompensationswerte auf einfache Weise während der Bearbeitung durch Interpolation ermittelt werden.
Zum Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung im Schritt S405 kann der ermittelte Temperaturwert mit Temperaturwerten in der Look-Up-Tabelle verglichen werden. Bei einer Übereinstimmung wird der jeweilige Kompensationswert an die Steuervorrichtung 200 übergeben, so dass die temperaturbedingte Längenänderung ausgeglichen werden kann. Andernfalls (bei keiner Übereinstimmung) erfolgt wie oben beschrieben eine Interpolation, um den entsprechenden Kompensationswert zu bestimmen.
Ein werkzeugunabhängiges Temperaturkompensations-Berechnungsmodell kann zum Beispiel als numerische Berechnungsformel bereitgestellt sein.
Bei dieser Variante geht ein werkzeugspezifischer Temperaturkoeffizient und/oder eine werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs bei einer Referenztemperatur in das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell ein.
Die Herleitung der numerischen Berechnungsformel soll im Folgenden nicht näher behandelt werden. Sie kann aber grundsätzlich in der einfachsten Form auf den folgenden Formeln basieren. $Δ T = Δ T_{x} - Δ T_{y}$
$Δ L = α \cdot I_{o} \cdot Δ T$
In der Formel (1) entspricht die Temperatur mit dem Index X stets der aktuell ermittelten Temperatur, wohingegen die Temperatur mit dem Index Y einer Temperatur entspricht, die vor der Temperatur T_x ermittelt wurde, z.B. eine Referenztemperatur.
In der Formel (2) entspricht α einem werkzeugspezifischen Temperaturkoeffizienten, I₀ einer werkzeugspezifischen Referenzlänge des eingespannten Werkzeugs und ΔT einer Temperaturänderung des eingespannten Werkzeugs während der Bearbeitung zwischen zwei Temperaturmesspositionen.
Die werkzeugspezifischen Referenzlängen und die werkzeugspezifischen Temperaturkoeffizienten sind für jedes Werkzeug bzw. für jede Werkzeugeinheit, die im Werkzeugmagazin bereitgestellt sind, bekannt und können von der Steuervorrichtung 200, je nach dem welches Werkzeug eingespannt ist bzw. eingewechselt wird, vorgeladen werden.
Zum Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs gemäß dem Schritt S405 in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts wird somit zunächst ein Kompensationswert auf Grundlage des werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodells bestimmt.
In beiden Fällen (werkzeugspezifisch und werkzeugunabhängig) wird der bestimmte Kompensationswert in Sensordaten umgewandelt und an das Relativbewegungs-Steuermittel 206 der Steuervorrichtung 200 gesendet, um dadurch eine Korrektur der Relativbewegung der Werkzeugspindel 102 relativ zu einem an der Werkzeugmaschine 100 eingespannten Werkstück 106 auf Basis der Sollpositionen durchzuführen.
Auf diese Weise kann das Relativbewegungs-Steuermittel 206 die Sollpositionen der Werkzeugspindel 102 durch das Anpassen zumindest einer Sollposition der Linearachse der Werkzeugmaschine 100 ausgleichen, z.B. indem es ein Bewegungsbefehlssignal erzeugt.
5 zeigt beispielhaft ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung, für den Fall, dass das erfindungsgemäße Verfahren an einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommt, die mehrere Linear- und/oder Rundachsen aufweist.
Analog zum erfindungsgemäßen Verfahren, das an einer Werkzeugmaschine mit einer Linearachse ausgeführt wird, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren an einer Werkzeugmaschine mit mehreren Linear- und/oder Rundachsen zu Beginn des Bearbeitungsprozesses ebenfalls ein in der Steuervorrichtung 200 hinterlegtes Temperaturkompensations-Berechnungsmodell gemäß dem Schritt S501 geladen, wobei auch dieses Temperaturkompensations-Berechnungsmodell werkzeugspezifisch oder werkzeugunabhängig bereitgestellt sein kann.
Grundsätzlich können die nachfolgend beschriebenen Schritte auch wiederholt während der Bearbeitung eines Werkstücks 106 an der Werkzeugmaschine 100 durchgeführt werden bis der Bearbeitungsprozess abgeschlossen ist. Die Schritte S502 und S503 erfolgen beispielhaft analog zum erfindungsgemäßen Verfahren, das an einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommt, die eine Linearachse aufweist.
Aufgrund der mehreren Linear- und/oder Rundachsen ist zum Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung wurde der Schritt S504 vorgesehen, wonach eine momentane Winkelorientierung der Spindelachse der Werkzeugspindel 102 im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine 100 ermittelt wird. Dieser Schritt ist vorteilhaft, da die Werkzeugspindel 102 durch die mehreren Linear- und/oder Rundachsen nahezu beliebig verfahrbar ist.
Im Anschluss daran wird der Schritt S505 durchgeführt, bei dem mehrere jeweils von einer Koordinatenachse im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine zugeordnete Kompensationswerte in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturwerte und der ermittelten momentanen Winkelorientierung der Spindelachse bestimmt werden. Das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell, das für diesen Schritt benötigt wird, kann analog zum oben beschrieben Ausführungsbespiel werkzeugspezifisch oder werkzeugunabhängig bereitgestellt sein
Schließlich wird der in Abhängigkeit der Temperaturwerte des Werkzeugs und der Winkelorientierung der Spindelachse ermittelte Kompensationswert auch in Sensordaten umgewandelt und an das Relativbewegungs-Steuermittel 206 der Steuervorrichtung 200 gesendet, um dadurch eine Korrektur der Relativbewegung der Werkzeugspindel 102 relativ zu einem an der Werkzeugmaschine 100 eingespannten Werkstück 106 auf Basis der Ist- und/oder Sollpositionen durchzuführen.
So gleicht im Schritt S506 das Relativbewegungs-Steuermittel 206 eine temperaturbedingte Längenänderung eines Werkzeugs durch das Anpassen zumindest einer Ist- und/oder Sollposition der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine 100 aus, indem es ein Bewegungsbefehlssignal erzeugt.
Mit Hilfe der 6 soll ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren eines weiteren Ausführungsbeispiels für den Fall beschrieben werden, wenn während der Bearbeitung des Werkstücks an einer Werkzeugmaschine mit einer Linearachse ein Werkzeugwechsel durchgeführt wird.
Grundsätzlich können die Schritte S601 bis S606 analog zu den Schritten S401 bis S406 durchgeführt werden.
Das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung wird beispielhaft wiederholt durchgeführt bis entweder die Bearbeitung des Werkstücks abgeschlossen ist oder bis ein Werkzeugwechsel erfolgt.
Bei einem Werkzeugwechsel im Schritt S607 prüft die Steuervorrichtung 200 beispielhaft, ob es sich um ein typgleiches Schwesterwerkzeug handelt oder nicht. Für den Fall, dass es sich bei dem neueingewechselten Werkzeug um ein typgleiches Schwesterwerkzeug handelt, wird das beispielhafte Verfahren gemäß der Schritte S602 bis S605 wiederholt durchgeführt bis die Bearbeitung des Werkstücks abgeschlossen ist oder bis ein weiterer Werkzeugwechsel erfolgt.
Wenn es sich jedoch bei dem Werkzeugwechsel nicht um ein typgleiches Schwesterwerkzeug, sondern um ein gänzlich anderes Werkzeug handelt, wird dieser Zustand von der Steuervorrichtung erkannt. In diesem Fall wird vor dem Ermitteln des Temperaturwerts beispielhaft ein neues Temperaturkompensations-Berechnungsmodell für das eingewechselte neue Werkzeug geladen.
Somit können auch die temperaturbedingten Temperaturänderungen ausgeglichen werden, wenn es während der Bearbeitung des Werkstücks zu einem Werkzeugwechsel kommt. Insbesondere auch dann, wenn es sich bei dem neu eingewechselten Werkzeug um ein nicht typgleiches Schwesterwerkzeug handelt.
Zusammenfassend ermöglicht es die vorliegende Erfindung, ein Verfahren zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik bekannten Verfahren einfachere, kostensparende Mittel verwendet werden können.
Des Weiteren ermöglicht es die vorliegende Erfindung, dass das Verfahren leichter in die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine integrierbar ist und von der Maschinensteuerung vollautomatisch gesteuert werden kann, ohne zusätzliche Verwendung eines angeschlossenen Auswertungscomputers.
Schließlich ermöglicht es die vorliegende Erfindung, dass das Verfahren in einer Serienproduktion effizient angewendet werden kann und auch direkt bei Besitzern der Werkzeugmaschine vor Ort ohne aufwendige Anreise von Spezialpersonal des Maschinenherstellers durchgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0855946 B1 [0005]
EP 349783 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs bzw. einer das Werkzeug aufweisenden Werkzeugeinheit, das bzw. die an einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine eingespannt ist, umfassend: - Ermitteln eines Temperaturwerts mittels eines an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensors; - Bestimmen zumindest eines Kompensationswerts in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts; und - Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit auf Grundlage des zumindest einen bestimmten Kompensationswerts.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch: - Übertragen von den ermittelten Temperaturwert angebenden Sensordaten von dem an der Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor zu einer numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine, wobei das Bestimmen des Kompensationswerts und/oder das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit in der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die numerische Steuerung dazu eingerichtet ist, zum Steuern einer Relativbewegung der Werkzeugspindel relativ zu einem an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Basis von Sollpositionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine jeweilige Steuersignale an Antriebe der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung das Anpassen zumindest einer der Sollpositionen der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die numerische Steuerung dazu eingerichtet ist, zum Steuern einer Relativbewegung der Werkzeugspindel relativ zu einem an der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Basis von Soll- und Ist-Positionen von Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine jeweilige Steuersignale an Antriebe der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung das Anpassen zumindest einer der Ist-Positionen der Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit in der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine in Richtung der Spindelachse der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass: das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung das Anpassen zumindest einer Ist- und/oder Sollposition einer oder mehrerer Linear- und/oder Rundachsen der Werkzeugmaschine in Richtung der Spindelachse der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch: - Ermitteln einer momentanen Winkelorientierung der Spindelachse der Werkzeugspindel im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine, und - Bestimmen von mehreren, jeweils einer Koordinatenachse im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine zugeordneten Kompensationswerte in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts und der ermittelten momentanen Winkelorientierung der Spindelachse, wobei das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs für die jeweiligen Koordinatenachsen im Koordinatensystem der Werkzeugmaschine jeweils in Abhängigkeit des der jeweiligen Koordinatenachse zugeordneten Kompensationswerts durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Temperaturwerts, das Bestimmen des zumindest einen Kompensationswerts, und das Ausgleichen der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs wiederholt während der Bearbeitung eines Werkstücks an der Werkzeugmaschine durchgeführt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des zumindest einen Kompensationswerts auf Grundlage eines Temperaturkompensations-Berechnungsmodells durchgeführt wird, zur Berechnung der temperaturbedingten Längenänderung des Werkzeugs in Abhängigkeit des ermittelten Temperaturwerts.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell werkzeugspezifisch bereitgestellt ist; oder das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell werkzeugunabhängig bereitgestellt ist, wobei ein werkzeugspezifischer Temperaturkoeffizient und/oder eine werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs bei einer Referenztemperatur in das Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingeht.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Werkzeugwechsel an der Werkzeugmaschine an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine das bei der Bestimmung des zumindest einen Kompensationswerts angewendete werkzeugspezifische Temperaturkompensations-Berechnungsmodell entsprechend des eingewechselten Werkzeugs gewechselt wird oder der bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Temperaturkoeffizient und/oder die bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs geändert wird/werden, wenn das eingewechselte Werkzeug ein von dem bisher verwendeten Werkzeug unterschiedliches Werkzeug ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Werkzeugwechsel an der Werkzeugmaschine an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine das bei der Bestimmung des zumindest einen Kompensationswerts angewendete werkzeugspezifische Temperaturkompensations-Berechnungsmodell weiterverwendet wird oder der bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Temperaturkoeffizient und/oder die bei dem werkzeugunabhängigen Temperaturkompensations-Berechnungsmodell eingehende werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs weiterverwendet wird/werden, wenn das eingewechselte Werkzeug ein typgleiches Schwesterwerkzeug des bisher verwendeten Werkzeugs ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere werkzeugspezifische Temperaturkompensations-Berechnungsmodelle an der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine vorgespeichert sind, und/oder ein werkzeugunabhängiges Temperaturkompensations-Berechnungsmodell und ein oder mehrere werkzeugspezifische Parametersätze, die jeweils den werkzeugspezifischen Temperaturkoeffizient und/oder die werkzeugspezifische Referenzlänge des Werkzeugs bzw. der Werkzeugeinheit umfassen, vorgespeichert sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere werkzeugspezifische Kompensationsdatensätze an der Steuerung der Werkzeugmaschine vorgespeichert sind, wobei jeder werkzeugspezifische Kompensationsdatensatz für ein entsprechendes Werkzeug für eine Vielzahl von Temperaturwerten jeweilige zugeordnete Kompensationswerte angibt, wobei das Bestimmen des zumindest einen Kompensationswerts auf Grundlage eines der vorgespeicherten Kompensationsdatensätze durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor zum Bestimmen des Temperaturwerts an einer Werkzeugspindellagerung der Werkzeugspindel integriert ist oder benachbart zu der Werkzeugspindellagerung der Werkzeugspindel angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Temperatursensoren an der Werkzeugspindel angeordnet sind und der zumindest eine Kompensationswert in Abhängigkeit der mehreren ermittelten Temperaturwerte bestimmt wird.
Steuervorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugspindel mit einem an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor, wobei die Steuervorrichtung eine numerische Steuerung aufweist, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines mittels des Temperatursensors ermittelten Temperaturwerts ein Verfahren zum Ausgleichen einer temperaturbedingten Längenänderung eines Werkzeugs bzw. einer Werkzeugeinheit, das bzw. die in der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine eingespannt ist, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
Spindelvorrichtung zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine, umfassend: - eine Werkzeugspindel mit einem an einer Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor, und - eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von den ermittelten Temperaturwert angebenden Sensordaten von dem an der Temperaturmessposition der Werkzeugspindel angeordneten Temperatursensor zu einer numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine.
Werkzeugmaschine, umfassend eine Spindelvorrichtung gemäß Anspruch 17 und eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 18.
Computerprogrammprodukt mit Programmmitteln, die auf einem Datenträger gespeichert sind, und die dazu eingerichtet sind, auf einer Steuervorrichtung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine umfassend eine Werkzeugspindel zum Aufnehmen eines Werkzeugs bzw. einer Werkzeugeinheit ausgeführt zu werden, derart, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 an der Werkzeugmaschine ausgeführt wird.