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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung zur Ausrichtung einer Werkzeugachse eines Rotationswerkzeugs relativ zu einer Rotationsachse einer Werkzeugmaschine aufweisend einem Halter, der sich entlang der Rotationsachse von einem maschinenseitigen Ende zu einem aufnahmeseitigen Ende erstreckt und der an seinem aufnahmeseitigen Ende eine Aufnahme für einen auszurichtenden und sich entlang der Werkzeugachse erstreckenden Schaft aufweist, wobei im Halter erste Einstellelemente zum Ausrichten der Werkzeugachse angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Einstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Für eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung, also insbesondere der spanenden Bearbeitung, von Werkstücken mittels eines Rotationswerkzeugs, beispielsweise eines Bohrers oder einer Reibahle, ist es unter anderem notwendig, einen guten Rundlauf oder eine hohe Rundlaufgenauigkeit für das Rotationswerkzeug zu realisieren. Dazu ist typischerweise eine Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zu einer Rotationsachse einer Werkzeugmaschine auszurichten, sodass die Werkzeugachse innerhalb sehr enger Toleranzen mit der Rotationsachse zusammenfällt.
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Ein entsprechendes Ausrichten erfolgt dabei typischerweise mithilfe eines Verstellmechanismus oder Einstellmechanismus, bei dem mehrere Stellschrauben genutzt werden, um einen in einer Aufnahme einliegenden Schaft relativ zur Aufnahme zu positionieren und nachfolgend zu fixieren, wobei durch die Ausrichtung oder Positionierung des Schaftes auch die Werkzeugachse zur Rotationsachse ausgerichtet wird.
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Eine mögliche Ausführung eines entsprechenden Einstellmechanismus ist beispielsweise in der
DE 10 2010 024 793 A1 beschrieben. Hier ist der Einstellmechanismus Teil eines Spannfutters, welches eine Aufnahme für einen Schaft eines Rotationswerkzeugs aufweist. Liegt ein solcher Schaft in der Aufnahme des Spannfutters ein, so lässt sich die Lage des Schaftes innerhalb der Aufnahme mithilfe mehrere Stellschrauben ausrichten, wodurch auch die Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs zu einer durch das Spannfutter vorgegebenen Rotationsachse ausgerichtet wird.
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Eine alternative Ausgestaltung eines entsprechenden Einstellmechanismus ist in der
DE 10 2011 104 982 A1 beschrieben. Hier ist der Einstellenmechanismus Teil eines Halters für einen Werkzeugadapter, der seinerseits ein Rotationswerkzeug trägt. Hier wird dann der Schaft des Werkzeugadapters innerhalb einer Aufnahme relativ zur Aufnahme ausgerichtet und hierdurch dann auch wiederum die Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zur einer Rotationsachse. Die Ausrichtung erfolgt auch hier mithilfe von Stellschrauben.
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Ein weiterer Typ von Spannfuttern für Werkzeugmaschinen ist in der
DE 10 2007 020 633 A1 beschrieben. Bei diesem Typ dient das Spannfutter als eine Art Halter für ein zu bearbeitendes Werkstück. Das beschriebene Spannfutter weist dabei einen Einstellmechanismus auf mit Exzenter-Piezoaktoren zum Verschieben eines Antriebskörpers senkrecht zu einer Längsachse relativ zu einem Grundkörper.
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Ein weiterer Einstellmechanismus mit Piezoaktoren ist in der
DE 10 2004 015 299 A1 beschrieben. Hier dient Einstellmechanismus dem Einstellen einer Reibschweißanlage.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eine vorteilhaft ausgebildete Einstellvorrichtung sowie ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Einstellvorrichtung anzugeben.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten. Die im Hinblick auf die Einstellvorrichtung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt.
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Eine entsprechende Einstellvorrichtung dient dabei zur Ausrichtung einer Werkzeugachse eines Rotationswerkzeugs, insbesondere eines auswechselbaren Rotationswerkzeugs, relativ zur Rotationsachse einer Werkzeugmaschine oder einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine und hierzu weist die Einstellvorrichtung einen Halter auf, der sich entlang der Rotationsachse von einem maschinenseitige Ende zu einem aufnahmeseitigen Ende erstreckt und der an seinem aufnahmeseitigen Ende eine Aufnahme für einen durch die Einstellvorrichtung ausrichtbaren Schaft aufweist, der sich entlang der Werkzeugachse erstreckt. Zur Ausrichtung des Schafts, der beispielsweise Teil eines Werkzeugadapters oder Werkzeughalters für ein Rotationswerkzeug oder Teil eines Rotationswerkzeugs ist, und somit letzten Endes auch zur Ausrichtung der Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zur Rotationsachse der Werkzeugmaschine sind hierbei im Halter erste Einstellelemente angeordnet, wobei diese ersten Einstellelemente erste Piezoelemente aufweisen.
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Diese ersten Piezoelemente werden zur Realisierung der Einstellvorrichtung und insbesondere auch zur Realisierung eines Einstellmechanismus der eingangs genannten Art als Aktoren genutzt und dienen bevorzugt dazu, die radiale Position oder die radiale Lage des Schafts und somit der Werkzeugachse innerhalb der Aufnahme insoweit anzupassen, dass die Werkzeugachse möglichst genau mit der Rotationsachse zusammenfällt oder dass die beiden Achsen möglichst genau in einer fluchtenden Anordnung vorliegen.
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Dabei wird weiter bevorzugt mithilfe der ersten Piezoelemente nicht nur eine Ausrichtung des Schaftes und somit der Werkzeugachse vorgenommen, stattdessen wird darüber hinaus der Schaft nach Ausrichtung in seiner ausgerichteten Position mithilfe der ersten Piezoelemente auch fixiert. D. h., dass die ersten Piezoelemente vorzugsweise die Stellschrauben eines Einstellmechanismus der eingangs genannten Art ersetzen.
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Je nach Ausführungsvariante werden die ersten Piezoelemente dabei durch Hilfselemente, wie zum Beispiel Stößel, ergänzt wobei in diesem Falle die ersten Piezoelemente zusammen mit den Hilfselementen die Stellschrauben ersetzen. Entsprechende Hilfselemente dienen dabei bevorzugt zum Schutz der ersten Piezoelemente und sind ebenfalls Teil der ersten Einstellelemente. Hierbei wirken die ersten Piezoelemente dann bevorzugt nicht direkt auf den Schaft ein, sondern indirekt über die Hilfselemente.
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Zweckdienlich ist weiter eine Ausgestaltung der Einstellvorrichtung, bei der diese zumindest drei und bevorzugt vier oder fünf erste Einstellelemente aufweist. Diese sind dann typischerweise in einer Umfangsrichtung um die Aufnahme und somit auch um die Rotationsachse herum angeordnet, insbesondere nach Art einer Gleichteilung.
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Einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante entsprechend weist die Einstellvorrichtung weiterhin einen Werkzeughalter oder (Werkzeug)Adapter mit einem Schaft auf, welcher in der Aufnahme angeordnet werden kann und in zumindest einem Zustand, typischerweise dem Betriebszustand, der Einstellvorrichtung auch angeordnet ist. In diesem Fall ist der Schaft dann Teil des Werkzeughalters und der Werkzeughalter wiederum weist eine Aufnahme für ein Rotationswerkzeug auf. Der Werkzeughalter ist dabei typischerweise derart ausgestaltet, dass dessen Mittellängsachse mit der Werkzeugachse eines aufgenommenen Rotationswerkzeugs in guter Näherung zusammenfällt, sodass die Ausrichtung des Schaftes des Werkzeughalter in der Aufnahme des Halters zwangsläufig auch eine Ausrichtung der Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zur Rotationsachse bedingt, die durch den Halter vorgegeben wird. Daher wird hier typischerweise nicht zwischen der Mittellängsachse des Werkzeughalters und der Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs differenziert, wenn der Halter mit einem Werkzeughalter kombiniert wird, wenn also der Schaft des Werkzeughalters in der Aufnahme des Halters einliegt.
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Einer alternativen Ausgestaltung entsprechend ist der Halter als ein Spannfutter für ein Rotationswerkzeug ausgebildet und in diesem Fall ist die Aufnahme des Halters dann zur Aufnahme eines Schaftes des Rotationswerkzeugs ausgebildet. D. h., dass der Halter in diesem Fall ein Werkzeughalter ist. Auch hier bedingt die Ausrichtung des Schaftes des Rotationswerkzeugs zwangsläufig eine Ausrichtung der Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zur Rotationsachse, die durch den Halter vorgegeben wird.
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D. h., dass unabhängig davon, ob der auszurichtende Schaft zu einem Rotationswerkzeug oder zu einem Werkzeughalter für ein Rotationswerkzeug gehört, die Ausrichtung des Schaft relativ zur Aufnahme und somit relativ zur Rotationsachse oder zur Mittellängsachse des Halters auch eine Ausrichtung der Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zur Rotationsachse oder Mittellängsachse des Halters bedingt, weswegen hier nicht immer streng unterschieden wird, zwischen der Ausrichtung des Schaft relativ zur Aufnahme und der Ausrichtung der Werkzeugachse relativ zur Rotationsachse.
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So oder so ist es das Ziel, einen möglichst guter Rundlauf für das Rotationswerkzeug zu realisieren, wofür die Werkzeugachse möglichst genau relativ zur Rotationsachse einer Werkzeugmaschine oder einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine und somit zur Rotationsachse einer Rotationsbewegung des Rotationswerkzeugs im Betrieb ausgerichtet sein sollte. Die Ausrichtung sollte hierbei derart erfolgen, dass die Werkzeugachse und die Rotationsachse im Idealfall zusammenfallen oder Fluchten.
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Die ersten Einstellelemente erlauben hierbei ein radiales versetzen oder verschieben der Werkzeugachse relativ zur Rotationsachse. Eine Verkippung der Werkzeugachse relativ zur Rotationsachse wird dagegen durch die ersten Einstellelemente typischerweise nicht korrigiert und nicht verändert. Sind die Werkzeugachse und die Rotationsachse also zum Beispiel parallel ausgerichtet, so erlauben die ersten Einstellelemente bevorzugt lediglich eine Variation des Abstandes zwischen den beiden parallel zueinander ausgerichteten Achsen, aber keine Verkippung aus der parallelen Lage heraus.
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Zweckdienlich ist weiter eine Ausgestaltung der Einstellvorrichtung, bei der das maschinenseitige Ende als Kupplung zur Befestigung des Halters an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine ausgebildet ist. Die Kupplung ist dabei bevorzugt als standardisierte Kupplung ausgestaltet, wobei nach einer Befestigung des Halters an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine die Mittellängsachse des Halters typischerweise in guter Näherung mit der Rotationsachse der Maschinenspindel der Werkzeugmaschine zusammenfällt. Infolgedessen bedingt die Ausrichtung eines Schaftes in der Aufnahme des Halters relativ zur Aufnahme und somit relativ zur Mittellängsachse des Halters auch eine Ausrichtung des Schaftes relativ zur Rotationsachse der Maschinenspindel der Werkzeugmaschine, weswegen hier der Einfachheit halber typischerweise nicht zwischen der Mittellängsachse des Halters und der Rotationsachse einer Werkzeugmaschine differenziert wird.
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Weiter weist die Einstellvorrichtung eine Steuereinheit, gemäß dem Funktionsumfang typischerweise eher eine Steuer- und Auswerteeinheit, auf. Diese ist dabei eingerichtet zur individuellen Ansteuerung der ersten Piezoelemente. D. h., dass ein jedes der ersten Piezoelemente unabhängig von den übrigen angesteuert werden kann und im Bedarfsfall auch angesteuert wird.
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Außerdem weist die Einstellvorrichtung eine Sensoreinheit auf. Jene Sensoreinheit dient dabei zum Überprüfen eines Rundlaufes und ist ausgebildet zur Übermittelung von Sensordaten an die Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dann weiter eingerichtet, basierend auf den Sensordaten der Sensoreinheit eine Abweichung vom idealen Rundlauf zu ermitteln und somit typischerweise eine Art Fehllage des Schafts in der Aufnahme oder der Werkzeugachse relativ zur Rotationsachse. In einigen Fällen ist die Sensoreinheit ergänzend ausgebildet ein Taumeln zu ermitteln, also eine unerwünschte Verkippung der Werkzeugachse gegen die Rotationsachse.
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Zudem ist die Steuereinheit vorzugsweise ein gerichtet, eine ermittelte Abweichung oder eine ermittelte Fehllage der Werkzeugachse auszugeben und beispielsweise über eine optische Anzeige oder einen Anzeigebildschirm anzuzeigen. Dementsprechend weist die Steuereinheit dann eine geeignete Anzeigeeinheit, also beispielsweise einen Anzeigebildschirm, auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinheit zur automatischen Ansteuerung der ersten Piezoelemente in Abhängigkeit der Sensordaten eingerichtet, insbesondere um hierdurch ein automatisiertes Ausrichten einer Werkzeugachse eines Rotationswerkzeugs relativ zu einer Rotationsachse einer Werkzeugmaschine zu realisieren. Je nach Ausführungsvariante erfolgt die Ausrichtung dabei vor Beginn eines spanenden Betriebs oder eines Spanvorgangs, also vor einer Nutzung des Rotationswerkzeugs, und/oder es erfolgt eine Ausrichtung der Werkzeugachse des Rotationswerkzeugs relativ zur Rotationsachse der Werkzeugmaschine während des spanenden Betriebs oder des Spanvorgangs. Bevorzugt ist in diesen Fällen dann die Steuereinheit auch eingerichtet zur Realisierung eines Regelkreises für ein automatisches Ausrichten der Werkzeugachse hin zu einer Lage, in der die Werkzeugachse in möglichst guter Näherung mit der Rotationsachse zusammenfällt.
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Von Vorteil ist weiter eine Ausführung der Einstellvorrichtung, bei der die ersten Piezoelemente im Betrieb der Einstellvorrichtung nicht nur als Aktoren genutzt werden, sondern auch als Sensoren, bei der die ersten Piezoelemente also ergänzend auch Teil der Sensoreinheit sind. Die ersten Piezoelemente werden dann weiter bevorzugt im Wechsel als Sensoren und als Aktoren genutzt und dementsprechend ist die Steuereinheit dann typischerweise eingerichtet, um die ersten Piezoelemente im Wechsel als Sensoren und als Aktoren zu nutzen und entsprechend anzusteuern.
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Die ersten Piezoelemente werden dabei zweckdienlicherweise stets allesamt entweder als Sensoren oder als Aktoren genutzt. Hierbei wird dann insbesondere eine Art Pulsbetrieb realisiert, bei dem die ersten Piezoelemente beispielsweise 10 Sekunden als Sensoren genutzt werden, dann 3 Sekunden als Aktoren, dann wieder 10 Sekunden als Sensoren, dann wieder 3 Sekunden als Aktoren usw.
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In jedem Fall aber weist die Einstellvorrichtung weiterhin Sensor-Piezoelemente als reine Sensoren oder Sensorelemente auf. D. h., dass diese Sensor-Piezoelemente ausschließlich als Sensoren genutzt werden und nicht als Aktoren. Die Sensor-Piezoelemente sind dann Teil der Sensoreinheit oder bilden die Sensoreinheit aus. Weiter sind die Sensor-Piezoelemente dann in Richtung der Rotationsachse versetzt zu den ersten Piezoelementen angeordnet oder aber die Sensor-Piezoelemente und die ersten Piezoelemente sind quasi alle in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse angeordnet, sodass die Sensor-Piezoelemente und die ersten Piezoelemente quasi in einer ringförmigen Anordnung um die Rotationsachse herum angeordnet sind. Dabei ist dann ein Sensor-Piezoelemente in Umfangsrichtung um die Rotationsachse herum gesehen zwischen zwei ersten Piezoelementen angeordnet oder es sind mehrere Sensor-Piezoelemente zwischen zwei ersten Piezoelementen angeordnet.
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Wie bereits zuvor dargelegt wird mithilfe der ersten Piezoelemente bevorzugt lediglich die radialen Lage der Werkzeugachse relativ zur Rotationsachse variiert und eingestellt, sodass beispielsweise bei einer parallelen Ausrichtung der Werkzeugachse zur Rotationsachse über die ersten Piezoelemente lediglich der Abstand zwischen der Werkzeugachse und der Rotationsachse variiert wird mit dem Ziel den Abstand soweit möglich zu verringern. Eine Verkippung der Werkzeugachse gegen die Rotationsachse, die dafür sorgt, dass bei einer Projektion der beiden Achsen auf eine Ebene diese einen Winkel einschließen, wird dagegen weiter bevorzugt durch zweite Einstellelemente mit zweiten Piezoelementen bewerkstelligt. Diese zweiten Piezoelemente wirken bei entsprechender Ansteuerung typischerweise in Richtung der Rotationsachse und dienen zur Korrektur einer Verkippung der Werkzeugachse gegenüber der Rotationsachse. Eine entsprechende Verkippung ist dabei verantwortlich für das sogenannte Taumeln eines Rotationswerkzeugs.
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Ist die Einstellvorrichtung auch für eine Korrektur der Verkippung ausgebildet, so ist die Steuereinheit bevorzugt auch zur individuellen Ansteuerung der zweiten Piezoelemente eingerichtet. Darüber hinaus ist dann die Sensoreinheit oder eine weitere Sensoreinheit zur Überprüfung der Verkippung ausgebildet und in vorteilhafter Weiterbildung ist dann die Steuereinheit zur automatischen Ansteuerung der zweiten Piezoelementen in Abhängigkeit der die Verkippung anzeigenden Sensordaten eingerichtet, sodass auch eine automatische Korrektur der Verkippung realisiert ist.
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Bevorzugt ist weiter eine Ausführung der Einstellvorrichtung, bei der keine Schrauben zur Fixierung eines zuvor genannten Schaftes in der Aufnahme oder zur Befestigung eines zuvor genannten Rotationswerkzeuges oder eines zuvor genannten Werkzeughalters am Halter vorgesehen sind oder verwendet werden und bei der diese dementsprechend auch keine Schrauben hierfür aufweist. Die Fixierung eines zuvor genannten Schaftes in der Aufnahme bzw. die Befestigung eines zuvor genannten Rotationswerkzeuges oder eines zuvor genannten Werkzeughalters am Halter erfolgt stattdessen vorzugsweise ausschließlich mit Hilfe der ersten Piezoelemente und/ oder der zweiten Piezoelemente.
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Von Vorteil ist außerdem eine Ausführung der Einstellvorrichtung, bei der eine Energieversorgungseinheit und insbesondere eine autarke Energieversorgungseinheit innerhalb des Halters angeordnet ist. Die Energieversorgungseinheit ist dabei ausgebildet, um im Betrieb elektrische Energie nach einem bekannten Energy-Harvesting-Prinzip zu generieren, beispielsweise durch Ausnutzung von Rotationsenergie. Die so generierte elektrische Energie dient dann zumindest zur Versorgung der ersten Piezoelemente und weiter bevorzugt zur Versorgung aller Piezoelemente im Halter.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Einstellvorrichtung ist alternativ oder ergänzend hierzu die Steuereinheit innerhalb des Halters positioniert und somit in den Halter integriert.
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In den meisten Fällen ist die Steuereinheit jedoch außerhalb des Halters angeordnet und zwischen Steuereinheit und Halter ist typischerweise eine Schnittstelle zur Daten-und/oder zur Energieübertragung ausgebildet. Die Schnittstelle ist hierbei zum Beispiel als drahtlose Schnittstelle ausgestaltet, bei der die Daten-und/oder Energieübertragung beispielsweise mittels einer kapazitiven und/oder einer induktiven Koppelung erfolgt.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht eine Werkzeugmaschine mit einer ersten Ausführung einer Einstellvorrichtung in vereinfachter Darstellung ohne Steuereinheit und ohne Sensoreinheit,
- 2 in einer teiltransparenten Seitenansicht die erste Ausführung der Einstellvorrichtung sowie
- 3 in einer teiltransparenten Seitenansicht eine zweite Ausführung der Einstellvorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene und in 2 schematisch dargestellte Einstellvorrichtung 2 weist einen Halter 4 auf, der sich entlang einer Rotationsachse 6 von einem maschinenseitigen Ende 8 hin zu einem aufnahmeseitigen Ende 10 erstreckt.
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Dabei weist das aufnahmeseitigen Ende 10 eine Aufnahme 12 auf, die sich von einer endseitigen Öffnung ausgehend in Richtung des maschinenseitigen Endes 8 in das aufnahmeseitige Ende 10 hinein erstreckt und im Ausführungsbeispiel eine Zylinderform aufweist. Die Geometrie der Aufnahme 12 ist dabei typischerweise an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst und weist dementsprechend je nach Anwendungsfall unterschiedliche Geometrien auf, also zum Beispiel auch eine Geometrie mit einer Zylinderform, die auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite in eine Kegelform übergeht. Unabhängig von der Geometrie der Aufnahme 12 ist diese dazu ausgebildet, einen Schaft 14 aufzunehmen, der im Ausführungsbeispiel gemäß 2 Teil eines Werkzeughalters 16 ist. Alternativ ist das aufnahmeseitige Ende 10 des Halters 4 ausgebildet für die Aufnahme eines Schaftes 14 eines Rotationswerkzeugs 20. So wie im Ausführungsbeispiel gemäß 3
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Das maschinenseitige Ende 8 des Halters 4 ist ausgebildet als Kupplung zur Befestigung des Halters 4 an einer Werkzeugspindel 48 einer Werkzeugmaschine 50. In 1 ist eine Situation dargestellt, in der der Halter 4 an einer Werkzeugspindel 48 einer Werkzeugmaschine 50 befestigt ist. Die Kupplung oder Kopplung ist hierbei typischerweise als standardisierte Kupplung ausgebildet, von denen verschiedene aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Weiter ist durch den Halter 4 die zuvor genannte Rotationsachse 6 vorgegeben, die nach Befestigung des Halters 4 an der Werkzeugmaschine 50 mittels der Kupplung in guter Näherung mit der Rotationsachse 6 einer Drehbewegung der Maschinenspindel 48 der Werkzeugmaschine 50 zusammenfällt. Durch den Werkzeughalter 16 wiederum ist eine Werkzeugachse 18 vorgegeben, die in guter Näherung mit einer Werkzeugachse 18 eines Rotationswerkzeugs 20 zusammenfällt, sobald das entsprechende Rotationswerkzeugs 20, wie in 1 und 2 dargestellt, am Werkzeughalter 16 befestigt ist.
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Für eine hochgenaue Bearbeitung von Werkstücken mittels des Rotationswerkzeugs 20, das als austauschbares Rotationswerkzeug 20 ausgebildet ist und beispielsweise als Bohrer oder als Reibahle, also als Rotationswerkzeug 20 für eine spanende Bearbeitung von Werkstücken, ist nun eine möglichst genaue Ausrichtung der Werkzeugachse 18 relativ zur Rotationsachse 6 notwendig, wobei das Ziel darin besteht, dass die Werkzeugachse 18 derart zur Rotationsachse 6 ausgerichtet wird, dass diese in guter Näherung fluchtend angeordnet sind oder dass diese in guter Näherung zusammenfallen. Die Ausrichtung erfolgt dabei zweckdienlicherweise in einer Situation wie sie in 1 dargestellt ist, in der der Halter 4 an einer Werkzeugspindel 48 einer Werkzeugmaschine 50 befestigt ist und in der der Schaft 14 eines Werkzeughalters 16 oder eines Rotationswerkzeugs 20 in der Aufnahme 12 einliegt.
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Um dies zu erreichen, wird der Schaft 14 in der Aufnahme 12 mithilfe erster Einstellelemente 22 und mithilfe zweiter Einstellelemente 24 innerhalb der Aufnahme 12 und relativ zur Aufnahme 12 und somit relativ zur Rotationsachse 6 ausgerichtet, wodurch auch die Werkzeugachse 18 relativ zur Rotationsachse 6 ausgerichtet wird. Die ersten Einstellelemente 22 dienen dabei zur Einstellung der radialen Lage des Schaftes 14 in der Aufnahme 12, also zur radialen Verschiebung des Schaftes oder zur Verschiebung in radialer Richtung 26. Ergänzend werden die zweiten Einstellelemente 24 genutzt, um eine Verkippung der Werkzeugachse 18 relativ zur Rotationsachse 6 zu korrigieren. Also insbesondere eine Verdrehung des Schaftes 14 und somit der Werkzeugachse 18 um eine Drehachse senkrecht zur Rotationsachse 6.
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Die ersten Einstellelemente 22 weiter sind im Ausführungsbeispiel quasi in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 6 angeordnet und dabei in einer Umfangsrichtung um die Aufnahme 12 herum und somit auch um die Rotationsachse 6 herum. Dabei sind je nach Ausführungsvariante bevorzugt drei, vier oder fünf erste Einstellelemente 22 vorgesehen, die insbesondere nach Art einer Gleichteilung um die Aufnahme 12 herum angeordnet sind. Ein jedes erstes Einstellelemente 22 weist weiter im Ausführungsbeispiel ein erstes Piezoelement 28 sowie einen ersten Stößel 30 auf und ist in einem sich in radialer Richtung 26 erstreckenden Kanal positioniert, der das aufnahmeseitigen Ende 10 von der Aufnahme 12 ausgehend nach außen hin zumindest teilweise durchsetzt. Wird dann ein erstes Piezoelemente 28 eines ersten Einstellelements 22 geeignet angesteuert, so verändert sich die Ausdehnung des ersten Piezoelements 28 in Richtung des Kanals, wodurch der zugehörige Stößel 30 auf den in der Aufnahme 12 einliegenden Schaft 14 zu oder vom Schaft 14 wegbewegt wird.
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Analog weist auch ein jedes zweite Einstellelement 24 ein zweites Piezoelement 32 und einen zweiten Stößel 34 auf, jedoch wirken die zweiten Einstellelemente 24 im Gegensatz zu den ersten Einstellelemente 22 nicht in radialer Richtung 26 sondern in Richtung der Rotationsachse 6 und dementsprechend sind diese zweiten Einstellelemente 24 in Kanälen positioniert, die sich in Richtung der Rotationsachse 6 erstrecken. Dabei weist das aufnahmeseitigen Ende 10 des Halters 4 im Ausführungsbeispiel endseitig einen Kragen 36 auf, der in radialer Richtung 26 absteht und in dem die Kanäle für die zweiten Einstellelemente 24 angeordnet sind.
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Weiterhin weist die Einstellvorrichtung 2 eine Steuereinheit 38 auf, die eingerichtet ist zur individuellen Ansteuerung eines jeden ersten Piezoelements 28 sowie eines jeden zweiten Piezoelements 32. Hierzu ist die Steuereinheit 38 über eine Schnittstelle 46 mit den ersten Piezoelementen 28 sowie mit den zweiten Piezoelementen 32 verbunden. Ergänzt wird diese Steuereinheit 38 im Ausführungsbeispiel gemäß 2 durch eine Sensoreinheit 40, mit deren Hilfe einerseits der Rundlauf des Rotationswerkzeugs 20 und andererseits ein Taumeln des Rotationswerkzeugs 20 ermittelbar ist. Der Rundlauf ist dabei umso besser, je weniger die Werkzeugachse 18 radial zur Rotationsachse 6 versetzt ist und dass Taumeln ist umso geringer ausgeprägt, je weniger stark die Werkzeugachse 18 gegen die Rotationsachse 6 verkippt ist.
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Gemäß einer Ausführungsvariante wird dann mithilfe der Sensoreinheit 40 und der Steuereinheit 38, welche die Sensordaten der Sensoreinheit 40 auswertet, ein Maß für den Rundlauf und ein Maß für das Taumeln ermittelt und beispielsweise über ein nicht gezeigtes Anzeigeelement optisch dargestellt. Über ein ebenfalls nicht dargestelltes Eingabefeld an der Steuereinheit 38 lassen sich dann quasi manuell Korrekturen vornehmen. Dabei werden zur Verbesserung des Rundlauf die ersten Piezoelemente 28 angesteuert und zur Korrektur der Verkippung die zweiten Piezoelemente 32, beispielsweise über einfache Tasten, also zum Beispiel „+“ und „-„ Tasten zum Erhöhen bzw. Verringern der Ausdehnung der Piezoelemente 28,32 , mit denen jedes einzelne Piezoelement 28,32 ansteuerbar ist, um dessen Ausdehnung zu variieren. Die Variation der Ausdehnung erfolgt dabei typischerweise in Stufen von beispielsweise 0,01 mm oder in Stufen von einigen Mikrometern.
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Alternativ ist die Steuereinheit 38 eingerichtet zur automatischen Ausrichtung der Werkzeugachse 18 relativ zur Rotationsachse 6 und somit zur automatischen Optimierung des Rundlaufs einerseits und zur automatischen Korrektur einer Verkippung andererseits. Die automatische Ausrichtung der Werkzeugachse 18 erfolgt dabei typischerweise mittels eines Regelkreises, bei dem üblicherweise immer wieder Sensordaten der Sensoreinheit 40 ausgewertet werden und nachfolgend eine Regelung oder Nachregelung der Lage des Schaftes 14 in der Aufnahme 12 erfolgt. Die Variation der Ausdehnung erfolgt auch hier typischerweise in Stufen von beispielsweise 0,01 mm oder in Stufen von einigen Mikrometern.
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Die Ausrichtung der Werkzeugachse 18 wird weiter bevorzugt je nach Anwendungsfall vor und/oder während einem spanenden Betrieb oder eines Spanvorgangs vorgenommen und zwar unabhängig davon, ob die Ausrichtung der Werkzeugachse quasi manuell oder vollautomatisch erfolgt.
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Eine etwas abgewandelte Ausführungsvariante der Einstellvorrichtung 2 ist in 3 dargestellt. Hier ist der Halter 4 als Spannfutter oder Werkzeughalter ausgebildet und die Aufnahme 12 des Halters 4 zur direkten Aufnahme des Rotationswerkzeugs 20. Somit wird die Werkzeugachse 18 nicht indirekt durch Ausrichtung des Werkzeughalters 16 relativ zur Rotationsachse 6 ausgerichtet sondern direkt durch Ausrichtung des Schaftes 14 des Rotationswerkzeugs 20.
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Desweiteren unterscheidet sich diese Ausführungsvariante von der Einstellvorrichtung 2 gemäß 2 dadurch, dass mehrere Sensor-Piezoelemente 42 die Sensoreinheit 40 ausbilden. Diese Sensor-Piezoelemente 42 werden dabei ausschließlich als Sensoren und nicht als Aktoren genutzt und dienen zur Ermittlung des Rundlaufs des Rotationswerkzeugs 20. Dabei sind die Sensor-Piezoelemente 42 in Kanäle eingelassen, die sich in radialer Richtung 26 erstreckenden und zudem sind die Sensor-Piezoelemente 42 in Richtung der Rotationsachse 6 versetzt zu den ersten Piezoelementen 28 angeordnet.
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Im Falle einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsvariante wird zudem auch eine Verkippung der Werkzeugachse 18 mithilfe weiterer Sensor-Piezoelemente erfasst, die dann vorzugsweise so wie die zweiten Piezoelemente 32 im Kragen 36 angeordnet sind und in Kanälen positioniert sind, die sich in Richtung der Rotationsachse 6 erstrecken.
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Darüber hinaus unterscheidet sich die Ausführungsvariante der Einstellvorrichtung 2 gemäß 3 von der Ausführungsvariante gemäß 2 durch eine Energieversorgungseinheit 44, welche in den Halter 4 integriert ist. Diese ist für ein sogenanntes „Energy Harvesting“ ausgebildet und dient zur Versorgung der ersten Piezoelemente 28, der zweiten Piezoelemente 32 sowie der Sensor-Piezoelemente 42. Somit muss diese Aufgabe bei dieser Ausführungsvariante nicht von der Steuereinheit 38 übernommen werden und dementsprechend ist die Steuereinheit 38 hier lediglich zum Austausch von Daten- und/oder Steuersignalen mit den ersten Piezoelementen 28, den zweiten Piezoelementen 32 und den Sensor-Piezoelemente 42 über die Schnittstelle 46 verbunden.
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Einer weiteren alternativen Ausgestaltung entsprechend ist alternativ oder zusätzlich auch die Steuereinheit 38 mit in den Halter 4 integriert.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
