DE102019006502A1 - Method for aligning machine axes of a CNC machine tool - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausrichten von Maschinenachsen einer CNC-Werkzeugmaschine, das die folgenden Schritte aufweist: Ausrichten der Maschinenachsen in Abhängigkeit von Achsengeometrie-Solldaten; Erfassen von Achsengeometrie-Istdaten, welche die tatsächliche Ausrichtung der Maschinenachsen charakterisieren mittels einer Erfassungsvorrichtung; Fertigen eines Prüfwerkstückes gemäß vordefinierten technischen Solldaten mittels der Werkzeugmaschine, wobei die technischen Solldaten die zu erzielende Form des zu fertigenden Prüfwerkstückes charakterisieren; Erfassen von technischen Istdaten des Prüfwerkstückes nach erfolgter Fertigung des Prüfwerkstückes mittels einer Erfassungsvorrichtung, wobei die technischen Istdaten die erzielte Form des gefertigten Prüfwerkstückes charakterisieren; Vergleichen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes mit den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes mittels einer Recheneinrichtung; und Korrigieren der Achsengeometrie-Solldaten in Abhängigkeit von dem Vergleich und den Achsengeometrie-Istdaten.The invention relates to a method for aligning machine axes of a CNC machine tool, which method has the following steps: aligning the machine axes as a function of axis geometry target data; Acquisition of actual axis geometry data which characterize the actual alignment of the machine axes by means of a detection device; Production of a test workpiece according to predefined technical target data by means of the machine tool, the technical target data characterizing the shape to be achieved of the test workpiece to be produced; Acquisition of actual technical data of the test workpiece after the test workpiece has been manufactured by means of a recording device, the technical actual data characterizing the shape of the manufactured test workpiece; Comparing the actual technical data of the test workpiece with the technical target data of the test workpiece by means of a computing device; and correcting the nominal axis geometry data as a function of the comparison and the actual axis geometry data.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft CNC-Werkzeugmaschinen. Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten von Maschinenachsen einer CNC-Werkzeugmaschine.The invention relates to CNC machine tools. Specifically, the invention relates to a method for aligning machine axes of a CNC machine tool.
Stand der TechnikState of the art
Werkzeugmaschinen sind Maschinen zur Fertigung von Werkstücken mit Werkzeugen, deren Bewegung zueinander durch die Maschine vorgegeben wird. Zu den wichtigsten Vertretern zählen Dreh- und Fräsmaschinen, Erodiermaschinen sowie mechanische Pressen und Maschinenhämmer zum Schmieden. Moderne Werkzeugmaschinen sind meist modular aufgebaut. Zu den wichtigsten Baugruppen zählen das Gestell, der Antrieb, die Führungen und die Steuerung. Als weitere Baugruppen gibt es Fundamente, Werkzeugspeicher und - wechsler, Werkzeugaufnahmen, Werkstückwechsler, Messsysteme sowie Ver- und Entsorg u ngseinrichtungen.Machine tools are machines for the production of workpieces with tools, the movement of which in relation to one another is specified by the machine. The most important representatives include lathes and milling machines, eroding machines as well as mechanical presses and machine hammers for forging. Modern machine tools usually have a modular structure. The most important assemblies include the frame, the drive, the guides and the control. Other assemblies include foundations, tool storage and changers, tool holders, workpiece changers, measuring systems and supply and disposal facilities.
CNC-Werkzeugmaschinen („Computerized Numerical Control“-Maschinen) sind durch den Einsatz moderner Steuerungstechnik in der Lage, Werkstücke zunehmend komplexer Formen mit hoher Präzision automatisch herzustellen. Bei Verwendung eines CAM (Computer-aided manufacturing, dt. rechnerunterstützte Fertigungssystems können die Daten aus dem CAD-Programm, mit dem in der Regel die Bauteile konstruiert werden, unter Berücksichtigung einiger weiterer Faktoren wie Geometrie der Werkzeuge, Drehzahlen, Vorschüben usw. mit Hilfe eines Postprozessors in ein CNC-Programm umgewandelt werden.Thanks to the use of modern control technology, CNC machine tools (“Computerized Numerical Control” machines) are able to automatically manufacture workpieces of increasingly complex shapes with high precision. When using a CAM (computer-aided manufacturing system), the data from the CAD program, with which the components are usually designed, can be used, taking into account a number of other factors such as the geometry of the tools, speeds, feed rates, etc. a postprocessor can be converted into a CNC program.
Zu den Bauteilen und Baugruppen von CNC-Werkzeugmaschinen zählen auch die Maschinenachsen, die als Linearachse, Drehachse oder Schwenkachse ausgebildet sein können. Die exakte Ausrichtung der Maschinenachsen während der Montage der Werkzeugmaschine ist dabei eine Voraussetzung für das spätere präzise Arbeiten der Werkzeugmaschine nach Auslieferung. Der Zusammenbau einer CNC-Werkzeugmaschine, das genaue Ausrichten der Maschinenachsen, die Fertigung und Prüfung eines Prüfbauteiles und gegebenenfalls die Justierung der Achsen ist dabei ein sich oft über mehrere Tage erstreckender Vorgang, bei dem die Achsen anhand von Erfahrungswissen durch technische Fachkräfte entsprechend Montagevorgaben montiert und eingestellt werden. Die Ausrichtung bzw. die relative Lage der Achsen zueinander wird dabei mithilfe von Präzisionsmessinstrumenten ermittelt. Entspricht die gemessene Ausrichtung der Achsen den Vorgaben mit der geforderten Genauigkeit, werden anschließend die Kinematik-Daten der Werkzeugmaschine ermittelt und ein Prüfwerkstück wird hergestellt. Entspricht dieses Prüfwerkstück wiederum den vordefinierten technischen Solldaten innerhalb vorgegebener Genauigkeit, so wird die Werkzeugmaschine an einen Kunden ausgeliefert bzw. übergeben.The components and assemblies of CNC machine tools also include the machine axes, which can be designed as linear axes, rotary axes or swivel axes. The exact alignment of the machine axes during the assembly of the machine tool is a prerequisite for the subsequent precise operation of the machine tool after delivery. The assembly of a CNC machine tool, the precise alignment of the machine axes, the production and testing of a test component and, if necessary, the adjustment of the axes is a process that often extends over several days, in which the axes are assembled and installed according to assembly specifications by technical specialists based on experience can be set. The alignment or the relative position of the axes to one another is determined with the aid of precision measuring instruments. If the measured alignment of the axes corresponds to the specifications with the required accuracy, the kinematics data of the machine tool are then determined and a test workpiece is produced. If this test workpiece in turn corresponds to the predefined technical target data within the specified accuracy, the machine tool is delivered or handed over to a customer.
Trotzdem hat es sich herausgestellt, dass Werkzeugmaschinen Bauteile mit unterschiedlicher Präzision fertigen und auch Maschinen, die über die herstellerseitig geforderte Präzision verfügen und die entsprechenden herstellerseitigen Tests bestanden haben, in der laufenden Fertigung dennoch bei der Fertigung, insbesondere von anspruchsvollen Bauteilen mit kleinen erlaubten Toleranzen, Defizite aufweisen können. Die zulässig definierten Toleranzen eines gefertigten Bauteils werden in IT-Toleranzklassen (IT bedeutet ISO Toleranz) gegliedert werden und häufig sind die Toleranzen im kleinen Mikrometerbereich - beispielsweise IT8 oder kleiner.Nevertheless, it has been found that machine tools produce components with different levels of precision and that machines that have the precision required by the manufacturer and have passed the corresponding manufacturer tests are still being manufactured during production, especially of demanding components with small permitted tolerances, Can show deficits. The permissible defined tolerances of a manufactured component are divided into IT tolerance classes (IT means ISO tolerance) and the tolerances are often in the small micrometer range - for example IT8 or smaller.
Grundsätzlich gilt: Je anspruchsvoller das herzustellende Werkstück, desto höher sind auch die Anforderungen an die notwendige Präzision während der Fertigung. Im Stand der Technik sind zur Präzisionssteigerung mehrere Verfahren bekannt, die an einer präzisieren Steuerung der Werkzeugmaschine ansetzen. Ein Aspekt hierbei sind die zur Maschinensteuerung eingesetzte Kinematik-Daten. Mithilfe der Kinematik-Daten wird durch eine Numerische Steuerung eine in Werkzeugkoordinaten vorgegebene Sollposition eines Werkzeuges in Sollpositionen der Maschinenachsen umrechenbar. Die ermittelten Kinematik-Daten werden an die Numerische Steuerung übertragen und ermöglichen so die automatische Fertigung des Werkstückes.Basically, the more demanding the workpiece to be manufactured, the higher the requirements for the necessary precision during production. In the prior art, several methods are known for increasing precision, which are based on a more precise control of the machine tool. One aspect here is the kinematics data used for machine control. With the aid of the kinematics data, a numerical control can convert a target position of a tool, which is specified in tool coordinates, into target positions of the machine axes. The determined kinematics data are transferred to the numerical control and thus enable the automatic production of the workpiece.
Die
Dennoch gibt es weiteren Bedarf an einer Präzisionssteigerung bei der Fertigung von Werkstücken. Eine erhöhte Fertigungspräzision wiederum erlaubt die Reduzierung des Anteils an Ausschussteilen, die Einsparung von Ressourcen und letztlich auch eine kürzere Bearbeitungszeit für eine Charge von Werkstücken insgesamt.Nevertheless, there is still a need for an increase in precision in the manufacture of workpieces. Increased manufacturing precision, in turn, enables the proportion of rejects to be reduced, resources are saved and, ultimately, a shorter processing time for a batch of workpieces as a whole.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Fertigungspräzision für eine CNC-Werkzeugmaschine bereitzustellen.It is therefore the object of the invention to provide a method for improving the manufacturing precision for a CNC machine tool.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention emerge from the dependent claims.
Die Erfindung setzt - anders als der zitierte Stand der Technik - nicht primär bei der Ansteuerung bzw. dem Betrieb der Werkzeugmaschine an, sondern fokussiert sich auf die Herstellung und Montage der CNC-Werkzeugmaschine. Hier gelingt es dank des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine größere Genauigkeit zu erzielen, und zwar im Prinzip ohne den Einsatz anderer Montage- oder Messverfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb nicht nur präziser als bekannte Verfahren, sondern auch leicht umsetzbar.In contrast to the prior art cited, the invention does not primarily start with the control or operation of the machine tool, but rather focuses on the manufacture and assembly of the CNC machine tool. Here, thanks to the method according to the invention, it is possible to achieve greater accuracy, in principle without the use of other assembly or measurement methods. The method according to the invention is therefore not only more precise than known methods, but also easy to implement.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Verfahren zum Ausrichten von Maschinenachsen einer CNC-Werkzeugmaschine, das die folgenden Schritte aufweist:
- - Ausrichten der Maschinenachsen in Abhängigkeit von Achsengeometrie-Solldaten;
- - Erfassen von Achsengeometrie-Istdaten, welche die tatsächliche Ausrichtung der Maschinenachsen charakterisieren, mittels einer Erfassungsvorrichtung;
- - Fertigen eines Prüfwerkstückes gemäß vordefinierten technischen Solldaten mittels der Werkzeugmaschine, wobei die technischen Solldaten die zu erzielende Form des zu fertigenden Prüfwerkstückes charakterisieren;
- - Erfassen von technischen Istdaten des Prüfwerkstückes nach erfolgter Fertigung des Prüfwerkstückes mittels einer Erfassungsvorrichtung, wobei die technischen Istdaten die erzielte Form des gefertigten Prüfwerkstückes charakterisieren;
- - Vergleichen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes mit den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes mittels einer Recheneinrichtung; und
- - Korrigieren der Achsengeometrie-Solldaten in Abhängigkeit von dem Vergleich und den Achsengeometrie-Istdaten mittels der Recheneinrichtung.
- - Alignment of the machine axes as a function of axis geometry target data;
- Acquisition of actual axis geometry data, which characterize the actual alignment of the machine axes, by means of a detection device;
- - Production of a test workpiece according to predefined technical target data by means of the machine tool, the technical target data characterizing the shape to be achieved of the test workpiece to be produced;
- Acquisition of actual technical data of the test workpiece after the test workpiece has been manufactured by means of a recording device, the technical actual data characterizing the shape of the manufactured test workpiece;
- - Comparing the actual technical data of the test workpiece with the technical target data of the test workpiece by means of a computing device; and
- Correcting the nominal axis geometry data as a function of the comparison and the actual axis geometry data by means of the computing device.
Die Erfindung umfasst dabei CNC-Werkzeugmaschinen jeden Typs, die mindestens zwei Maschinenachsen aufweisen, da es erfindungsgemäß um das Ausrichten vom Maschinenachsen zueinander geht. Im Folgenden wird anstelle des Begriffs CNC-Werkzeugmaschine auch der Begriff Werkzeugmaschine synonym verwendet. Bei der Werkzeugmaschine kann es sich um eine umformende oder trennende, insbesondere zerteilende, spanende oder abtragende, sowie um eine fügende Werkzeugmaschine handeln. Insbesondere kann es sich um eine Drehmaschine oder Fräsmaschine oder eine Kombination aus Dreh- und Fräsmaschine handeln. Andere Kombinationen sind ebenfalls möglich.The invention encompasses CNC machine tools of any type that have at least two machine axes, since according to the invention the aim is to align the machine axes with one another. In the following, the term machine tool is used synonymously instead of the term CNC machine tool. The machine tool can be a forming or separating, in particular dividing, cutting or removing machine tool, as well as a joining machine tool. In particular, it can be a lathe or milling machine or a combination of a lathe and milling machine. Other combinations are also possible.
Bei den Maschinenachsen kann es sich um Linearachsen, Drehachsen und/ oder Schwenkachsen handeln, die zueinander ausgerichtet werden. Das Ausrichten der Maschinenachsen wird dabei normalerweise von entsprechend ausgebildeten Fachkräften vorgenommen. Das Ausrichten der Maschinenachsen erfolgt in Abhängigkeit von Achsengeometrie-Solldaten. Diese Achsengeometire-Solldaten beschreiben dabei die geforderte optimale Achsengeometrie mit entsprechend zulässigen Abweichungen. Normalerweise werden Maschinenachsen entweder parallel zueinander oder senkrecht zueinander ausgerichtet. Diese Ausrichtung ist jedoch praktisch niemals exakt, sondern beinhaltet kleine zulässige Fehler innerhalb eines vordefinierten Fehlerintervalls. Typischerweise liegen erlaubte Abweichungen vom optimalen Wert im Bereich von wenigen Hundertstel bis einigen Zehnteln bei 100mm Messlänge. Die Achsengeometrie-Solldaten umfassen dabei also beispielsweise jeweils einen optimalen Wert und das Fehlerintervall oder die tolerierten Abweichungen um den optimalen Wert. Es ist möglich, die Achsengeometrie-Solldaten für jede Maschinenachse in Form von absoluten Daten, in Raumkoordinaten, anzugeben; die Angabe von Relativbeziehungen zwischen den einzelnen Maschinenachsen, beispielsweise mittels einer Messuhr, hat sich jedoch als praktikabler erwiesen. Bevorzugt werden Abweichungen von der optimalen Achsenposition und damit die Achsenausrichtungen durch Winkelangaben jeweils in zwei zueinander im Raum orthogonalen Ebenen angegeben. Es ist möglich, neben den reinen Richtungsangaben (Winkeln) auch eine absolute Position im Raum bezogen auf ein vordefiniertes räumliches Koordinatensystem mit in die Achsengeometrie-Solldaten einzubeziehen.The machine axes can be linear axes, rotary axes and / or swivel axes that are aligned with one another. The alignment of the machine axes is usually carried out by appropriately trained specialists. The alignment of the machine axes takes place depending on the axis geometry target data. These nominal axis geometry data describe the required optimal axis geometry with correspondingly permissible deviations. Normally, machine axes are aligned either parallel to one another or perpendicular to one another. However, this alignment is practically never exact, but contains small permissible errors within a predefined error interval. Typically, permitted deviations from the optimal value are in the range of a few hundredths to a few tenths for a 100mm measuring length. The nominal axis geometry data thus each include, for example, an optimal value and the error interval or the tolerated deviations from the optimal value. It is possible to specify the nominal axis geometry data for each machine axis in the form of absolute data, in spatial coordinates; however, specifying relative relationships between the individual machine axes, for example by means of a dial gauge, has proven to be more practicable. Deviations from the optimal axis position and thus the axis orientations are preferably indicated by angle specifications in two planes that are orthogonal to one another in space. In addition to the pure direction information (angles), it is also possible to include an absolute position in space in relation to a predefined spatial coordinate system in the nominal axis geometry data.
Nach dem Ausrichten der Maschinenachsen in Abhängigkeit von Achsengeometrie-Solldaten erfolgt das Erfassen von Achsengeometrie-Istdaten, welche die tatsächliche Ausrichtung der Maschinenachsen charakterisieren, mittels einer Erfassungsvorrichtung. Bei diesem Verfahrensschritt erfolgt also eine Messung der Achsengeometrie-Istdaten oder solchen Größen, die darauf rückschließen lassen. Während es sich bei den Achsengeometrie-Solldaten um die vorgegebenen Daten, die auch als Best-Fit-Solldaten bezeichnet werden können, handelt, handelt es sich bei den Achsengeometrie-Istdaten also um die tatsächlich gemessenen Daten, die die tatsächliche Ausrichtung der Maschinenachsen zueinander charakterisieren. Dabei ist es möglich, dass die Daten direkt die Achsengeometrie bezeichnen, es ist aber auch möglich, dass aus den gemessenen Daten auf die tatsächliche Achsengeometrie rückgeschlossen werden kann. Das konkrete Vorgehen ist hier abhängig von der Art der verwendeten Erfassungsvorrichtung bzw. Messeinrichtung. Die Achsengeometrie-Istdaten beschreiben die tatsächlichen Lagen der Maschinenachsen, die innerhalb der Sollvorgaben bzw. innerhalb des vorgegebenen Fehlerintervalls der vordefinierten Achsengeometrie-Solldaten liegen. Der Datentyp der Achsengeometrie-Solldaten und der Achsengeometrie-Istdaten ist bevorzugt identisch.After the machine axes have been aligned as a function of nominal axis geometry data, actual axis geometry data, which characterize the actual alignment of the machine axes, are recorded by means of a recording device. In this process step, the actual axis geometry data or such variables are measured that allow conclusions to be drawn. While the nominal axis geometry data is the specified data, which can also be referred to as the best-fit nominal data, the actual axis geometry data is therefore the actually measured data that characterize the actual alignment of the machine axes to one another. It is possible that the data directly designate the axis geometry, but it is also possible that the actual axis geometry can be inferred from the measured data. The specific procedure here depends on the type of detection device or measuring device used. The actual axis geometry data describe the actual positions of the machine axes that lie within the target specifications or within the specified error interval of the predefined axis geometry target data. The data type of the nominal axis geometry data and the actual axis geometry data is preferably identical.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Fertigen eines Prüfwerkstückes gemäß vordefinierten technischen Solldaten mittels der Werkzeugmaschine, wobei die technischen Solldaten die zu erzielende Form des zu fertigenden Werkstückes charakterisieren. Hierfür kann beispielsweise beim Fünfachs-Fräsen das von der NC Gesellschaft (NCG) empfohlene Prüfwerkstück verwendet werden welches in kurzer Zeit integrale Bestandteile testet.In a further process step, a test workpiece is manufactured according to predefined technical target data by means of the machine tool, the technical target data characterizing the shape to be achieved of the workpiece to be manufactured. For example, with five-axis milling, the test workpiece recommended by the NC Gesellschaft (NCG) can be used, which tests integral components in a short time.
Die technischen Solldaten eines Werkstückes liegen dabei bevorzugt in Form von CAD-Daten vor, welche im DXF oder im HPGL-Format von einem CAM-System eingelesen und maschinenlesbar verarbeitet werden. CAM-Programme stellen heutzutage dann automatisch einen maschinenlesbare G-Code. Eine manuelle Erstellung eines G-Codes findet nur noch selten statt.The technical target data of a workpiece are preferably available in the form of CAD data, which are read in in DXF or in HPGL format by a CAM system and processed in a machine-readable manner. Nowadays, CAM programs automatically generate a machine-readable G-code. A manual creation of a G-code is seldom done.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Erfassen von technischen Istdaten des Prüfwerkstückes - nach erfolgter Fertigung des Prüfwerkstückes - mittels einer Erfassungsvorrichtung, wobei die technischen Istdaten die erzielte Form des gefertigten Prüfwerkstückes charakterisieren. Es ist möglich, dass dabei die gesamte Form des Prüfwerkstückes erfasst wird. Es ist aber auch möglich, das besondere, insbesondere charakteristische Punkte und/ oder Bereiche des Prüfwerkstückes ausgemessen werden. Dieser charakteristischen Punkte und/ oder Bereiche des Prüfwerkstückes haben hinsichtlich der erzielten Fertigungspräzision eine besonders hohe Aussagekraft.In a further process step, technical actual data of the test workpiece is recorded - after the test workpiece has been manufactured - by means of a recording device, the technical actual data characterizing the shape of the manufactured test workpiece. It is possible that the entire shape of the test workpiece is recorded. However, it is also possible that special, in particular characteristic points and / or areas of the test workpiece are measured. These characteristic points and / or areas of the test workpiece are particularly meaningful with regard to the manufacturing precision achieved.
Prüfwerkstücke sind im Rahmen von Maschinenabnahmen weit verbreitet, jedoch noch wenig standardisiert. Maschinenhersteller und -nutzer verwenden in der Regel individuelle Prüfwerkstücke, die auf Basis der jeweiligen technischen Anforderungen und Erfahrungen entwickelt wurden. Es gibt aber bereits Vorschläge zum Zweck der Standardisierung und des Transfers. Z.B. hat die NC-Gesellschaft e.V. einen Vorschlag für ein Prüfwerkstück speziell für fünfachsige Werkzeugmaschinen veröffentlicht. Auch die Aerospace Industries Association (AIA) definiert Prüfwerkstücke, die insbesondere die Standards in der Luft- und Raumfahrtindustrie erfüllen sollen. Bevorzugt verfügt das Prüfwerksstück über zahlreiche geometrische Elemente, anhand derer einzelne Aspekte des geometrischen und dynamischen Maschinenverhaltens sowie fehlerhafte Prozessparameter analysiert werden können.Test workpieces are widespread in the context of machine acceptance tests, but are still not standardized. Machine manufacturers and users usually use individual test workpieces that have been developed on the basis of the respective technical requirements and experience. However, there are already proposals for the purpose of standardization and transfer. For example, the NC-Gesellschaft e.V. has published a proposal for a test workpiece especially for five-axis machine tools. The Aerospace Industries Association (AIA) also defines test workpieces that are intended to meet the standards of the aerospace industry in particular. The test workpiece preferably has numerous geometric elements, on the basis of which individual aspects of the geometric and dynamic machine behavior as well as faulty process parameters can be analyzed.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Vergleichen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes mit den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes mittels einer Recheneinrichtung. Bei diesem Verfahrensschritt werden also Abweichungen des tatsächlich gefertigten Prüfwerkstückes von der Idealform bzw. der vorgegebenen Form des Prüfwerkstückes ermittelt. Dabei kann das Vergleichen für sämtliche verfügbaren Koordinatenpunkte in einem dreidimensionalen Raum vorgenommen werden. Es ist aber auch möglich, nur einen Teil der zur Verfügung stehenden technischen Istdaten und der technischen Solldaten für den Vergleich heranzuziehen. Bevorzugt ist es so, dass charakteristische Punkte und/ oder Bereiche des Prüfwerkstückes bzw. die diesen jeweils zugeordneten technischen Istdaten und die technischen Solldaten für den Vergleich herangezogen werden. Für den Vergleich können dafür in der Recheneinrichtung entsprechende Programmcodes bzw. Rechenvorschriften hinterlegt sein. Das Vergleichen kann dabei rein numerisch erfolgen, es ist aber auch möglich, dass der Vergleich nach dem Durchführen des Vergleichens mittels der Recheneinrichtung visualisiert und insbesondere auf einer Ausgabeeinheit angezeigt wird. Der Vergleich gibt dadurch Auskunft über die erzielte Fertigungspräzision beim Fertigen des Prüfwerksstückes.In a further process step, the actual technical data of the test workpiece is compared with the technical target data of the test workpiece by means of a computing device. In this method step, deviations of the test workpiece actually produced from the ideal shape or the specified shape of the test workpiece are determined. The comparison can be made for all available coordinate points in a three-dimensional space. However, it is also possible to use only part of the available technical actual data and the technical target data for the comparison. It is preferred that characteristic points and / or areas of the test workpiece or the technical actual data assigned to them and the technical target data are used for the comparison. For the comparison, corresponding program codes or arithmetic rules can be stored in the computing device. The comparison can be carried out purely numerically, but it is also possible for the comparison to be visualized by means of the computing device after the comparison has been carried out and, in particular, to be displayed on an output unit. The comparison thus provides information about the manufacturing precision achieved when manufacturing the test workpiece.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Korrigieren der Achsengeometrie-Solldaten in Abhängigkeit von dem Vergleich und in Abhängigkeit von den Achsengeometrie-Istdaten mittels der Recheneinrichtung. Für diese Korrektur kann wiederum in der Recheneinrichtung ein entsprechender Programmcode hinterlegt sein. Erfindungsgemäß werden also die Achsengeometrie-Solldaten, anhand welcher die Maschinenachsen anfänglich ausgerichtet worden sind, in Abhängigkeit von dem Vergleich - und somit einer Abweichung zwischen den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes und den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes - sowie den Achsengeometrie-Istdaten -angepasst. Mittels des Verfahrens können die Achsengeometrie-Solldaten vorteilhafterweise bei einer Abweichung der technischen Istdaten des technischen Prüfwerkstückes zu den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes und somit einer fehlerbehafteten Fertigung des Prüfwerkstückes nach der Fertigung des Prüfwerkstückes korrigiert werden. Es kann insbesondere ermittelt werden, inwieweit die optimale Form des Prüfwerkstückes nach der erfolgten Fertigung mit der gegebenen Ausrichtung der Maschinenachsen tatsächlich verfehlt wird. Es ist natürlich auch möglich, dass die Abweichung der technischen Istdaten von den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes so gering ist, dass die Abweichung eher klein oder sogar unterhalb einer Messgenauigkeitsgrenze zur Charakterisierung der tatsächlich erzielten Form des gefertigten Prüfwerkstückes liegt. Das erfindungsgemäße Korrigieren der Achsengeometrie-Solldaten in Abhängigkeit von dem Vergleich und den Achsengeometrie-Istdaten mittels der Recheneinrichtung umfasst somit explizit auch einen Nullfall, bei dem also eine Null-Korrektur der Achsengeometrie-Solldaten erfolgt. Die Korrektur der Achsengeometrie-Solldaten kann mittels der Recheneinrichtung visualisiert und insbesondere auf einer Ausgabeeinheit angezeigt werden. Die korrigierten Achsengeometrie-Solldaten können in einem Verfahren zum Ausrichten von Maschinenachsen einer weiteren CNC-Werkzeugmaschine herangezogen werden. Diese korrigierten Achsengeometrie-Solldaten sind verbessert. Sie können z. B. für einige Parameter kleinere oder auch größere Fehlerintervalle und/ oder andere Absolutwerte aufweisen. Auf diese Weise kann folglich eine schrittweise Optimierung der Achsengeometrie-Solldaten bei einer mehrfachen Umsetzung des Verfahrens erreicht werden. Dies führt vorteilhafterweise insgesamt zu besseren Fertigungsergebnissen auf der Werkzeugmaschine.In a further method step, the nominal axis geometry data is corrected as a function of the comparison and as a function of the actual axis geometry data by means of the computing device. A corresponding program code can in turn be stored in the computing device for this correction. According to the invention, the target axis geometry data, on the basis of which the machine axes were initially aligned, are adapted as a function of the comparison - and thus a deviation between the actual technical data of the test workpiece and the target technical data of the test workpiece - as well as the actual axis geometry data. By means of the method, the nominal axis geometry data can advantageously be corrected in the event of a discrepancy between the actual technical data of the technical test workpiece and the technical nominal data of the test workpiece and thus faulty production of the test workpiece after the production of the test workpiece. In particular, it can be determined to what extent the optimal shape of the Test workpiece is actually missed after production with the given alignment of the machine axes. It is of course also possible that the deviation of the technical actual data from the technical target data of the test workpiece is so small that the deviation is rather small or even below a measurement accuracy limit for characterizing the actually achieved shape of the test workpiece. Correcting the nominal axis geometry data according to the invention as a function of the comparison and the actual axis geometry data by means of the computing device thus explicitly also includes a zero case, in which a zero correction of the nominal axis geometry data takes place. The correction of the nominal axis geometry data can be visualized by means of the computing device and, in particular, displayed on an output unit. The corrected nominal axis geometry data can be used in a method for aligning machine axes of another CNC machine tool. These corrected nominal axis geometry data are improved. You can e.g. B. have smaller or larger error intervals and / or other absolute values for some parameters. In this way, a step-by-step optimization of the nominal axis geometry data can be achieved when the method is implemented several times. This advantageously leads overall to better production results on the machine tool.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die technischen Istdaten des Prüfwerkstückes mit den zugeordneten technischen Solldaten des Prüfwerkstückes mittels der Recheneinrichtung gespeichert werden. Mit anderen Worten werden die technischen Istdaten des Prüfwerkstückes nach der Fertigung des Prüfwerkstückes den technischen Solldaten desselben Prüfwerkstückes zugeordnet und mittels der Recheneinrichtung gespeichert. Hierdurch kann besonders vorteilhaft eine Änderung und/ oder Abweichung des gefertigten Prüfwerkstückes von dem vorab definierten idealen Prüfwerkstück nachvollzogen werden.In this context, it has proven to be advantageous if the technical actual data of the test workpiece with the assigned technical target data of the test workpiece are stored by means of the computing device. In other words, the technical actual data of the test workpiece after the production of the test workpiece is assigned to the technical target data of the same test workpiece and is stored by means of the computing device. In this way, a change and / or deviation of the manufactured test workpiece from the previously defined ideal test workpiece can be tracked in a particularly advantageous manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Achsengeometrie-Solldaten vor der Korrektur der Achsengeometrie-Solldaten den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes zugeordnet, wobei die technischen Istdaten des Prüfwerkstückes mit den zugeordneten Achsengeometrie-Solldaten mittels der Recheneinrichtung gespeichert werden. Das bedeutet also, dass die Achsengeometrie-Solldaten den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes zugeordnet werden und die Achsengeometrie-Solldaten den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes zugeordnet in der Recheneinrichtung gespeichert werden.According to a preferred embodiment of the invention, the axis geometry target data are assigned to the actual technical data of the test workpiece before the correction of the axis geometry target data, the technical actual data of the test workpiece with the assigned axis geometry target data being stored by the computing device. This means that the nominal axis geometry data are assigned to the actual technical data of the test workpiece and the nominal axis geometry data are assigned to the actual technical data of the test workpiece and stored in the computing device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mittels der Recheneinrichtung die Achsengeometrie-Solldaten vor deren Korrektur mit den Achsengeometrie-Istdaten verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich werden die Achsengeometrie-Istdaten korrigiert. Dabei wird aus dem Vergleich ermittelt, ob mit der aktuellen Achsengeometrie das Prüfwerkstück in einem nachfolgenden Verfahrensschritt mit der geforderten Präzision herstellbar ist. Ist das nicht oder zumindest voraussichtlich nicht der Fall, so können die Maschinenachsen vor der Fertigung des Prüfwerkstückes noch einmal genauer eingestellt werden, wodurch korrigierte Achsengeometrie-Istdaten erhalten werden.In a further embodiment of the invention, the arithmetic unit compares the nominal axis geometry data with the actual axis geometry data before they are corrected, and the actual axis geometry data are corrected as a function of the comparison. The comparison is used to determine whether the test workpiece can be manufactured with the required precision in a subsequent process step with the current axis geometry. If this is not the case, or at least probably not the case, the machine axes can be set more precisely again before the test workpiece is manufactured, as a result of which corrected actual axis geometry data are obtained.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Achsengeometrie-Istdaten in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen den Achsengeometrie-Istdaten und den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes und/ oder es werden die Achsengeometrie-Istdaten in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen den Achsengeometrie-Solldaten und den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes korrigiert. Basierend auf dem Vergleich/ den Vergleichen kann also nach der Fertigung des Prüfwerkstückes eine erneute Korrektur der Achsengeometrie-Istdaten erfolgen. Auch hier werden dann also bei Bedarf die Maschinenachsen noch einmal genauer eingestellt.According to a preferred embodiment of the invention, the actual axis geometry data are dependent on a comparison between the actual axis geometry data and the actual technical data of the test workpiece and / or the actual axis geometry data are dependent on a comparison between the nominal axis geometry data and the actual technical data of the test workpiece corrected. Based on the comparison (s), the actual axis geometry data can be corrected again after the test workpiece has been manufactured. Here, too, the machine axes are set again more precisely if necessary.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung charakterisieren die Achsengeometrie-Solldaten und die Achsengeometrie-Istdaten jeweils eine relative Ausrichtung der Maschinenarten zueinander, insbesondere deren Parallelität und/ oder Orthogonalität. Die Hauptmaschinenachsen einer CNC-Werkzeugmaschine sind normalerweise zueinander orthogonal ausgerichtet, die weiteren Achsen sind dann zu einer dieser Hauptachsen wiederum entweder parallel oder orthogonal ausgerichtet. Im Prinzip sind aber auch andere Ausrichtungen der Maschinenachsen zueinander, z.B. in einem Winkel von 45°, möglich. Die Achsengeometrie-Solldaten sowie die Achsengeometrie-Istdaten können dabei z.B. Winkelangaben von zwei Achsen relativ zueinander aufweisen, bevorzugt weisen sie Winkelangaben hinsichtlich einer Ebene auf, die durch zwei zueinander insbesondere orthogonal ausgerichtete Maschinenachsen aufgespannt wird. Alternativ ist es möglich, die Achsengeometrie-Solldaten und die Achsengeometrie-Istdaten in Form von absoluten Raumkoordinaten bezogen auf einen vorab definierten Koordinatenursprung anzugeben. Hierzu eignen sich kartesische Koordinaten, Zylinderkoordinaten sowie alternativ auch Kugelkoordinaten.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the nominal axis geometry data and the actual axis geometry data each characterize a relative alignment of the machine types to one another, in particular their parallelism and / or orthogonality. The main machine axes of a CNC machine tool are normally aligned orthogonally to one another, the other axes are then either parallel or orthogonal to one of these main axes. In principle, however, other orientations of the machine axes to one another, e.g. at an angle of 45 °, are also possible. The nominal axis geometry data as well as the actual axis geometry data can, for example, have angle specifications of two axes relative to one another; they preferably have angle specifications with regard to a plane that is spanned by two machine axes, in particular orthogonally oriented to one another. Alternatively, it is possible to specify the nominal axis geometry data and the actual axis geometry data in the form of absolute spatial coordinates based on a previously defined coordinate origin. Cartesian coordinates, cylindrical coordinates and, alternatively, spherical coordinates are suitable for this.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschreiben die Achsengeometrie-Solldaten und die Achsengeometrie-Istdaten jeweils mindestens eine der folgenden Eigenschaften einer Achsenrotation: Nicken, Rollen und/ oder Gieren. Dadurch kann nicht nur die Position der Achse in Ruhe beschrieben werden, sondern auch dynamische Eigenschaften der Achse können berücksichtigt werden. Bei einer Achsenrotation ist es beispielsweise möglich, dass die Ausrichtung der Achse gemittelt über die Dauer der Rotationsbewegung exakt den Vorgaben entspricht, jedoch während der Achsenrotation Bewegungen beschrieben werden, die von den Vorgaben der Achsengeometrie abweichen. Dies schlägt sich wiederum in der mithilfe der Werkzeugmaschine zu erreichenden Präzision bei der Werkstückfertigung nieder. Die Eigenschaften hinsichtlich Nicken, Rollen und/ Gieren können beispielsweise mithilfe der Euler-Winkel beschrieben werden.According to a preferred embodiment of the invention, the nominal axis geometry data and the actual axis geometry data each describe at least one of the following properties an axis rotation: pitch, roll and / or yaw. This means that not only can the position of the axis be described at rest, but dynamic properties of the axis can also be taken into account. In the case of an axis rotation, it is possible, for example, that the alignment of the axis, averaged over the duration of the rotational movement, corresponds exactly to the specifications, but movements that deviate from the specifications of the axis geometry are described during the axis rotation. This in turn is reflected in the precision that can be achieved with the aid of the machine tool in workpiece production. The properties with regard to pitch, roll and / yaw can be described using the Euler angles, for example.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Achsengeometrie-Istdaten eine Weg- und/ oder Winkelmessung, insbesondere eine Messuhr, ein Neigungsmessgerät, ein Laserinterferometer und/ oder einen Autokollimator auf. Bei den letzteren genannten Messgeräten bzw. Messverfahren handelt es sich um sehr präzise Geräte und Verfahren, die eine besonders genaue Erfassung der Achsengeometrie-Istdaten ermöglichen. Bei einem hochpräzisen digitalen Neigungsmessgerät wird beispielsweise ein Pendel an drei Archimedes-Spiralen aufgehängt und zwischen zwei Elektroden gelagert. Je nach Lage des Messgerätes wird das Pendel aus seiner Grundstellung ausgelenkt und verändert dadurch die Kapazität zwischen dem Pendel einerseits und den beiden Elektroden andererseits. Diese Kapazitäten bzw. deren Änderungen werden von einem RC-Oszillator in Frequenzen umgeformt. Die Frequenzen bzw. die Differenz oder das Verhältnis der beiden Frequenzen bilden das primäre Signal für den Neigungswinkel. Mithilfe von Neigungsmessgeräten können sowohl die stationäre Lage der Maschinenachsen als auch Nick- und/ oder Rollbewegungen der entsprechend rotierenden Maschinenachsen erfasst werden. Gier-Bewegungen können mit Laserinterferometer oder Autokollimatoren erfasst werden.According to a preferred embodiment of the invention, the acquisition device for acquiring the actual axis geometry data has a path and / or angle measurement, in particular a dial gauge, an inclinometer, a laser interferometer and / or an autocollimator. The latter-mentioned measuring devices or measuring methods are very precise devices and methods which enable the actual axis geometry data to be recorded particularly precisely. In a high-precision digital inclinometer, for example, a pendulum is suspended from three Archimedes' spirals and positioned between two electrodes. Depending on the position of the measuring device, the pendulum is deflected from its basic position and thereby changes the capacitance between the pendulum on the one hand and the two electrodes on the other. These capacities or their changes are converted into frequencies by an RC oscillator. The frequencies or the difference or the ratio of the two frequencies form the primary signal for the angle of inclination. With the help of inclination measuring devices, both the stationary position of the machine axes and pitching and / or rolling movements of the corresponding rotating machine axes can be recorded. Yaw movements can be recorded with laser interferometers or autocollimators.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Prüfwerkstück einen oder mehrere charakteristische Punkte und/ oder Bereiche auf. Diese charakteristischen Punkte und/ oder Bereiche spiegeln sich auch in den technischen Solldaten und den technischen Istdaten des Prüfwerkstückes wider. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die technischen Solldaten und die technischen Istdaten des Prüfwerkstückes als charakteristische Punkte und/ oder Bereiche mindestens eine der folgenden Form- und/ oder Lagedaten auf: Bohrungen, Vorsprünge, Abschrägungen, Maxima, Minima, Kurven, Linien, Geraden, Flächen, Ebenen. Die genannten charakteristischen Punkte und/ oder Bereiche sind besonders gut für eine Charakterisierung des Prüfwerkstückes und somit für die Fertigungsqualität, mit der das Prüfwerksstück gefertigt wurde geeignet. Abweichungen in den charakteristischen Punkten und/ oder Bereichen geben besonders gut Aufschluss über Fertigungsfehler. Durch die geschickte Auswahl eines Prüfwerkstückes bzw. charakteristische Form lassen sich auf besonders einfache Weise Fertigungscharakteristika der Werkzeugmaschine ableiten.According to a further preferred embodiment of the invention, the test workpiece has one or more characteristic points and / or areas. These characteristic points and / or areas are also reflected in the technical target data and the technical actual data of the test workpiece. According to a preferred embodiment of the invention, the technical target data and the technical actual data of the test workpiece have at least one of the following shape and / or position data as characteristic points and / or areas: bores, protrusions, bevels, maxima, minima, curves, lines, straight lines , Surfaces, planes. The named characteristic points and / or areas are particularly suitable for characterizing the test workpiece and thus for the manufacturing quality with which the test workpiece was manufactured. Deviations in the characteristic points and / or areas provide particularly good information about manufacturing errors. Through the skillful selection of a test workpiece or characteristic shape, manufacturing characteristics of the machine tool can be derived in a particularly simple manner.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann den charakteristischen Punkten und/ oder Bereichen mindestens einer der folgenden Parameter zugeordnet werden: Seitenlänge, Kantenlänge, Durchmesser einer Bohrung (ggf. in einer vordefinierten Richtung innerhalb einer vordefinierten Ebene), Position und / oder Tiefe einer Bohrung (insbesondere in einer vordefinierten Richtung), sowie Symmetrie zweier Bohrungen bezogen auf einen vorab definierten Referenzpunkt und/oder eine Referenzrichtung, Rundheit eines Kreises, einer Scheibe, eines Zylinders oder eines Konus, Geradheit einer Linie oder Achse, Parallelität einer Line (Achse) in Bezug auf eine Basisgerade, oder Parallelität einer Fläche in Bezug auf eine Basisebene, Orientierung zweier Flächen zueinander, die Flächen können also einen bestimmten Winkel zueinander einschließen, sie können auch rechtwinklig oder parallel zueinander orientiert sein und/ oder sie können eine symmetrisch zueinander bezüglich einer Fläche oder Gerade sein. Laufdaten wie Rundlauf und/ oder Planlauf können ebenfalls verwendet werden.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one of the following parameters can be assigned to the characteristic points and / or areas: side length, edge length, diameter of a bore (possibly in a predefined direction within a predefined plane), position and / or depth of a bore (especially in a predefined direction), as well as symmetry of two bores related to a previously defined reference point and / or a reference direction, roundness of a circle, a disk, a cylinder or a cone, straightness of a line or axis, parallelism of a line (axis) in In relation to a basic straight line, or parallelism of a surface in relation to a base plane, orientation of two surfaces to one another, the surfaces can therefore enclose a certain angle to one another, they can also be oriented at right angles or parallel to one another and / or they can be symmetrical to one another with regard to a surface O be the straight line. Running data such as concentricity and / or axial runout can also be used.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von technischen Istdaten des Prüfwerksstückes einen optischen Sensor, einen taktilen Sensor und/ oder eine industrielle CT-Vorrichtung auf. Optische Sensoren arbeiten berührungslos und eignen sich aufgrund ihrer hohen Auflösung hervorragend für die präzise Messung von Abstand, Weg und Position. Insbesondere werden hier Lasersensoren eingesetzt. Die Elektronik eines Lasersensors kann z.B. mittels Triangulation oder Phasenverschiebung den exakten Abstand zum Messobjekt ermitteln. Das Funktionsprinzip aller taktilen Sensoren beruht auf dem mechanischen Berühren des Messobjektes. Hieraus werden die Signale zur Weiterverarbeitung abgeleitet. Es gibt schaltende taktile Sensoren, die nach dem Dreibeinprinzip arbeiten und ein Triggersignal erzeugen. Des Weiteren gibt es messende taktile Sensoren, die über Wegmesssysteme verfügen. Dabei kann z.B. eine Tastkugel eines messenden Tastsystems durch Kontakt mit dem Messobjekt in eine beliebige Richtung ausgelenkt werden, wobei die Größe dieser Auslenkung durch Ablesen der Wegmesssysteme ermittelt werden kann. Daneben gibt es taktil-optische Sensoren, bei der die eigentliche Messung einer Position durch einen in das System integrierten Bildverarbeitungssensor erfolgt.According to a preferred embodiment of the invention, the acquisition device for acquiring actual technical data of the test workpiece has an optical sensor, a tactile sensor and / or an industrial CT device. Optical sensors work without contact and, due to their high resolution, are ideally suited for the precise measurement of distance, path and position. In particular, laser sensors are used here. The electronics of a laser sensor can, for example, determine the exact distance to the measurement object by means of triangulation or phase shift. The functional principle of all tactile sensors is based on mechanical contact with the measuring object. The signals for further processing are derived from this. There are switching tactile sensors that work on the tripod principle and generate a trigger signal. There are also measuring tactile sensors that have displacement measurement systems. For example, a probe ball of a measuring probe system can be deflected in any direction through contact with the measuring object, whereby the size of this deflection can be determined by reading the position measuring system. There are also tactile-optical sensors in which the actual measurement of a position is carried out by an image processing sensor integrated into the system.
Industrielle CT-Vorrichtungen sind dreidimensionale Röntgenvorrichtungen, die sich gerade im Bereich der industriellen Fertigung immer mehr durchsetzen. Sie erlauben Rückschlüsse nicht nur auf die äußere Formgebung eines Werkstückes, sondern auch über dessen inneren Aufbau.Industrial CT devices are three-dimensional X-ray devices that are becoming increasingly popular, especially in the field of industrial production. They allow conclusions not only to be drawn about the external shape of a workpiece, but also about its internal structure.
Zum Erfassen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes können im Prinzip auch andere Erfassungsvorrichtungen als die vorstehend genannten verwendet werden. Wegen der unterschiedlichen Anforderungen an das Messen der Achsengeometrie-Istdaten einerseits und an das Messen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes andererseits sind die zum jeweiligen Erfassen verwendeten Erfassungsvorrichtungen bevorzugt verschieden. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, dass mit derselben, insbesondere einer kombinierten, Erfassungsvorrichtung gearbeitet wird.In principle, other acquisition devices than those mentioned above can also be used to acquire the actual technical data of the test workpiece. Because of the different requirements for measuring the actual axis geometry data, on the one hand, and for measuring the actual technical data of the test workpiece, on the other hand, the detection devices used for the respective detection are preferably different. In principle, however, it is also conceivable to work with the same, in particular a combined, detection device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Achsengeometrie-Solldaten, die Achsengeometrie-Istdaten, die technischen Solldaten und die technischen Istdaten in derselben Einheit angegeben, insbesondere in einer Längeneinheit. Dabei ist anzumerken, dass auch Winkel bzw. Neigungen von Achsen gegenüber anderen Achsen bzw. Flächen durch die Angabe eines Längenmaßes charakterisiert werden können. Die Verwendung derselben Einheit für die vorgenannten Daten erleichtert die Verarbeitung dieser Daten innerhalb der Recheneinrichtung. Es ist alternativ natürlich auch möglich, die Daten in verschiedenen Einheiten in die Recheneinrichtung einzugeben/ einzulesen und sie innerhalb der Recheneinrichtung entsprechend in andere Einheiten umzurechnen.According to a further preferred embodiment of the invention, the nominal axis geometry data, the actual axis geometry data, the nominal technical data and the actual technical data are specified in the same unit, in particular in a unit of length. It should be noted that angles or inclinations of axes with respect to other axes or surfaces can also be characterized by specifying a length dimension. The use of the same unit for the aforementioned data facilitates the processing of these data within the computing device. Alternatively, of course, it is also possible to input / read the data into the computing device in different units and to convert them accordingly into other units within the computing device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann einer charakteristischen Abweichung der technischen Istdaten von den technischen Solldaten ein Fehlercode zugeordnet werden oder ein solcher Fehlercode wird zugeordnet. Unter einer charakteristischen Abweichung wird hierbei eine derartige Abweichung verstanden, die das Ziehen von Rückschlüssen und/ oder Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge erlaubt. Es ist beispielsweise möglich, dass eine charakteristische Abweichung einen Shift oder eine bestimmte Drift in Richtung einer Raumkoordinate (oder Maschinenachsen-Richtung) aufweist. Es ist auch denkbar, dass sich bei einem Vergleich der technischen Istdaten mit den technischen Solldaten gehäuft ein bestimmter Symmetriefehler zeigt. Andere charakteristische Abweichungen sind möglich. Das Einteilen von charakteristischen Abweichungen in Gruppen, die hier als Fehlercodes benannt werden, erleichtert die Analyse von Fehlerquellen und das Aufdecken von kausalen Zusammenhängen bei der Fehlerentstehung. Diese Vergleiche wiederum erlauben im Rahmen der Korrektur der Achsengeometrie-Solldaten eine besonders brauchbare Ausrichtung von Maschinenachsen, die insgesamt zu besseren Fertigungsergebnissen führtAccording to a further preferred embodiment of the invention, an error code can be assigned to a characteristic deviation of the actual technical data from the nominal technical data, or such an error code is assigned. A characteristic deviation is understood here to be such a deviation that allows conclusions and / or cause-effect relationships to be drawn. It is possible, for example, for a characteristic deviation to have a shift or a specific drift in the direction of a spatial coordinate (or machine axis direction). It is also conceivable that when comparing the actual technical data with the nominal technical data, a certain symmetry error occurs more frequently. Other characteristic deviations are possible. The division of characteristic deviations into groups, which are referred to here as error codes, facilitates the analysis of error sources and the detection of causal relationships when the error arises. These comparisons, in turn, allow a particularly useful alignment of machine axes within the framework of the correction of the nominal axis geometry data, which overall leads to better production results
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Abhängigkeit des Fehlercodes von der Recheneinrichtung eine Handlungsempfehlung ermittelt und insbesondere von einer Ausgabeeinheit, z.B. einem Display, angezeigt. Bestimmte Gruppen von Fehlern haben also bestimmte Konsequenzen und entsprechend kann eine Handlungsempfehlung ermittelt werden.According to a preferred embodiment of the invention, a recommendation for action is determined by the computing device as a function of the error code and is displayed in particular by an output unit, e.g. a display. Certain groups of errors therefore have certain consequences and a recommendation for action can be determined accordingly.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Handlungsempfehlung ein Neuausrichten der Maschinenachsen und/ oder eine Neukalibrierung der Werkzeugmaschine. Bei einer Neuausrichtung der Maschinenachsen handelt es sich also um eine Neuausrichtung der Maschinenachsen an derselben Werkzeugmaschine. In Zusammenhang mit der Frage, ob eine Neuausrichtung der Maschinenachsen angeraten ist, wird vorteilhaft ein Gütekriterium für eine erforderliche Neuausrichtung der Maschinenachse definiert. Ist das Gütekriterium erfüllt, erfolgt keine Neuausrichtung der Maschinenachsen. Ist das Gütekriterium nicht erfüllt, erfolgt eine Neuausrichtung der Maschinenachsen in Abhängigkeit von den korrigierten Achsengeometrie-Solldaten.According to a preferred embodiment of the invention, the recommended action includes realigning the machine axes and / or recalibrating the machine tool. A realignment of the machine axes is therefore a realignment of the machine axes on the same machine tool. In connection with the question of whether a realignment of the machine axes is advisable, a quality criterion for a necessary realignment of the machine axis is advantageously defined. If the quality criterion is met, the machine axes are not realigned. If the quality criterion is not met, the machine axes are realigned depending on the corrected nominal axis geometry data.
Die Handlungsempfehlung, eine Neukalibrierung der Werkzeugmaschine durchzuführen, kann auch in Fällen auftreten, in denen die Maschinenachsen der Werkzeugmaschine exakt genug zueinander orientiert sind. Eine Neukalibrierung einer Werkzeugmaschine steht oftmals in Zusammenhang mit veränderten Umgebungsparametern der Werkzeugmaschine. Es ist beispielsweise möglich, dass bei einer Werkzeugmaschine, die gemeinhin in ein Werkzeugsystem und ein Werkstücksystem untergliedert ist, Referenzpunkte der jeweiligen Subsysteme nicht mehr exakt genaue zueinander ausgerichtet sind. Hierzu können z.B. thermische, dynamische, reibungs- oder verschleißbedingte Effekte beitragen.The recommended action to recalibrate the machine tool can also occur in cases in which the machine axes of the machine tool are oriented precisely enough to one another. A new calibration of a machine tool is often related to changed environmental parameters of the machine tool. It is possible, for example, that in a machine tool, which is generally subdivided into a tool system and a workpiece system, reference points of the respective subsystems are no longer precisely aligned with one another. For example, thermal, dynamic, friction or wear-related effects can contribute to this.
Wie bereits eingangs erwähnt, werden standardmäßig nach einer Montage einer CNC-Werkzeugmaschine Kinematik-Daten für die CNC-Werkzeugmaschine ermittelt und diese Kinematik-Daten werden an die Steuerung der Werkzeugmaschine übermittelt. Im Rahmen einer Neukalibrierung der Werkzeugmaschine ist es möglich, auch die Kinematik-Daten erneut zu ermitteln und die veränderten Kinematik-Daten an die Steuerung der Werkzeugmaschine zu übermitteln. Dies erhöht wiederum die Fertigungspräzision, die prinzipiell mit der Werkzeugmaschine erreichbar ist.As already mentioned at the beginning, kinematics data for the CNC machine tool are determined as standard after a CNC machine tool has been installed, and these kinematics data are transmitted to the control of the machine tool. As part of a recalibration of the machine tool, it is also possible to determine the kinematics data again and to transmit the changed kinematics data to the control of the machine tool. This in turn increases the manufacturing precision, which can in principle be achieved with the machine tool.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach ausgeführt. Ganz konkret bedeutet dies, dass das Verfahren zum Ausrichten von Maschinenachsen einer CNC-Werkzeugmaschine nicht nur anhand einer einzigen Werkzeugmaschine, sondern anhand einer Vielzahl von CNC-Werkzeugmaschinen durchgeführt wird. Es kann folglich eine schrittweise Optimierung der Achsengeometrie-Solldaten durch die mehrfache Umsetzung des Verfahrens erreicht werden. Bei einer mehrfachen Ausführung des Verfahrens können die jeweiligen technischen Istdaten mit den jeweiligen zugeordneten Achsengeometrie-Solldaten vor deren Korrektur und/ oder den jeweiligen zugeordneten Achsengeometrie-Istdaten in der Recheneinrichtung gespeichert werden und bei einer nächsten Durchführung des Verfahrens bei der Korrektur der nächsten Achsengeometrie-Solldaten mit einbezogen werden. Somit werden mittels der Recheneinrichtung die Achsengeometrie-Solldaten in Abhängigkeit zu weiteren gespeicherten technischen Istdaten und zugeordneten weiteren Achsengeometrie-Istdaten und/ oder zugeordneten Achsengeometrie-Solldaten korrigiert. Durch das mehrmalige Durchführen des Verfahrens an einer Vielzahl von CNC-Werkzeugmaschinen und der Fertigung einer Vielzahl von Prüfwerkstücken kann eine Vielzahl von technischen Istdaten, welche jeweiligen Achsengeometrie-Solldaten sowie Achsengeometrie-Istdaten der Maschinenachsen zugeordnet werden können, ermittelt werden. Es wird somit eine große Menge an Daten, welche auch als Big Data bezeichnet wird, insbesondere an technischen Istdaten mit den zugeordneten Achsengeometrie-Solldaten und/ oder Achsengeometrie-Istdaten geschaffen, anhand welcher die Achsengeometrie-Solldaten besonders vorteilhaft korrigiert werden können. Weitere Anwendungen basierend auf den erzeugten und/ oder gespeicherten Daten sind ebenfalls möglich, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the method is carried out in whole or in part several times. Quite specifically this means that the method for aligning machine axes of a CNC machine tool is carried out not only on the basis of a single machine tool, but rather on the basis of a large number of CNC machine tools. A step-by-step optimization of the nominal axis geometry data can consequently be achieved by implementing the method several times. In the case of multiple execution of the method, the respective technical actual data with the respective assigned axis geometry target data can be stored in the computing device before their correction and / or the respective assigned axis geometry actual data and when the method is next carried out during the correction of the next axis geometry target data be included. Thus, by means of the computing device, the axis geometry target data are corrected as a function of further stored technical actual data and assigned further axis geometry actual data and / or assigned axis geometry target data. By performing the method several times on a large number of CNC machine tools and producing a large number of test workpieces, a large number of actual technical data can be determined, which can be assigned to the respective nominal axis geometry data and actual axis geometry data of the machine axes. A large amount of data, also referred to as big data, is thus created, in particular technical actual data with the assigned axis geometry target data and / or axis geometry actual data, on the basis of which the axis geometry target data can be corrected particularly advantageously. Further applications based on the generated and / or stored data are also possible, which will be discussed in more detail below.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Werkzeugmaschine eine fünfachsige CNC-Maschine, insbesondere ein fünfachsiges Bearbeitungszentrum. Eine fünfachsige CNC-Maschine verfügt also über fünf insbesondere simultan ansteuerbare Achsen. Normalerweise handelt es sich dabei um drei Linearhauptachsen (
Bei dem angesprochenen fünfachsigen Bearbeitungszentrum handelt es sich um eine CNC-Werkzeugmaschine, die Funktionen einer Drehmaschine, Fräsmaschine und/ oder Bohrmaschine umfasst. Sie verfügt bevorzugt über einen Mechanismus für einen automatischen Werkzeugwechsel. Verfügt sie auch über einen zusätzlichen automatischen Werkstückwechsel wird sie auch als flexible Fertigungszelle bezeichnet. Weitere spezielle Formen von Bearbeitungszentren existieren. Für fünfachsige Bearbeitungszentren ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausrichten von Maschinenachsen besonders gut geeignet wegen der großen Komplexität der Bearbeitungszentren.The five-axis machining center mentioned is a CNC machine tool that includes the functions of a lathe, milling machine and / or drilling machine. It preferably has a mechanism for an automatic tool change. If it also has an additional automatic workpiece change, it is also referred to as a flexible production cell. Other special forms of machining centers exist. The method according to the invention for aligning machine axes is particularly well suited for five-axis machining centers because of the great complexity of the machining centers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Recheneinrichtung ein Modell hinterlegt, das die Abweichungen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes von den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes beschreibt. Die möglichen Ursachen von Abweichungen der Soll- von den Ist-Eigenschaften eines Werkstücks sind vielfältig: thermische, dynamische, kinematische, reibungsbedingte, verschleißbedingte und zeitliche Einflüsse, Lage der Achsen der Werkzeugmaschine, Kalibiergenauigkeit, Wiederhol- oder auch Positioniergenauigkeit einer CNC-Maschine. Letzteres hängt unter anderem von der Steigerungsgeschwindigkeit der Vorschubspindeln oder der Präzision des Schrittmotors ab. Das hinterlegte Modell bildet also die physikalische Welt in ein digitales Modell ab. Dabei kann dieses Modell über verschiedene Modelltypen oder Module verfügen, die z.B. unterschiedliche Aspekte einer Modellierung widerspiegeln.According to a further embodiment of the invention, a model is stored in the computing device which describes the deviations of the technical actual data of the test workpiece from the technical target data of the test workpiece. The possible causes of deviations between the target and the actual properties of a workpiece are diverse: thermal, dynamic, kinematic, friction-related, wear-related and temporal influences, position of the axes of the machine tool, calibration accuracy, repeatability or positioning accuracy of a CNC machine. The latter depends, among other things, on the speed at which the feed spindles increase or the precision of the stepper motor. The stored model therefore maps the physical world in a digital model. This model can have different model types or modules that, for example, reflect different aspects of a modeling.
Bevorzugt umfasst das Modell mindestens einen der folgenden Modelltypen: ein geometrisches Modell; ein kinematisches Modell; ein thermodynamisches Modell; ein maschinendynamisches Modell; ein Reibungsmodell; ein Blackbox-Modell mit einer Mehrzahl von Parametern, wobei die Zusammenhänge zwischen den Parametern nicht explizit bekannt sind, noch nicht explizit formuliert sind und/ oder nicht explizit in das Blackbox-Model eingebunden sind.The model preferably comprises at least one of the following model types: a geometric model; a kinematic model; a thermodynamic model; a machine dynamic model; a friction model; a black box model with a plurality of parameters, the relationships between the parameters not being explicitly known, not yet explicitly formulated and / or not being explicitly included in the black box model.
Das geometrische Modell beschreibt beispielsweise Abweichungen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes von den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes aufgrund geometrischer Zusammenhänge. Es ist beispielsweise bekannt und mathematisch berechenbar, welchen geometrischen Effekt eine Abweichung in der Maschinenachsen-Geometrie auf das zu fertigende Prüfwerkstück oder aber allgemein auf ein zu fertigendes Bauteil besitzt. Das entsprechende mathematische Modell berücksichtigt dabei Translationen, Rotationen, Kippungen, etc. gemäß mathematischen Standardverfahren.The geometric model describes, for example, deviations of the technical actual data of the test workpiece from the technical target data of the test workpiece due to geometric relationships. For example, it is known and can be mathematically calculated which geometric effect a deviation in the machine axis geometry has on the test workpiece to be manufactured or, in general, on a component to be manufactured. The corresponding mathematical model takes into account translations, rotations, tilts, etc. in accordance with standard mathematical procedures.
Zusätzlich oder alternativ kann das in der Recheneinrichtung hinterlegte Modell einen kinematischen Modelltyp umfassen. Das kinematische Modell berücksichtigt die Ermittlung von Kinematikdaten und deren Übertragung an die Steuerung der Werkzeugmaschine. Fehler in der Kalibrierung der Werkzeugmaschine können ebenfalls gut mithilfe eines kinematischen Modelles berücksichtigt werden.Additionally or alternatively, the model stored in the computing device can include a kinematic model type. The kinematic model takes into account the determination of kinematic data and their transfer to the control of the machine tool. Errors in the calibration of the machine tool can also be taken into account well with the aid of a kinematic model.
Ein thermodynamisches Modell berücksichtigt Änderungen in der Fertigungspräzision, die sich aufgrund thermodynamischer Veränderungen ergeben. Es ist beispielsweise möglich, dass sich die Werkzeugmaschine und/ oder das Werkstück bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur ausdehnt oder zusammenzieht. Die zugrunde liegenden Zusammenhänge lassen sich entsprechend modellieren und in dem Modell abbilden. Abweichungen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes von den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes aufgrund thermischer Effekte können so berücksichtigt werden.A thermodynamic model takes into account changes in manufacturing precision that result from thermodynamic changes. It is possible, for example, for the machine tool and / or the workpiece to expand or contract when the ambient temperature changes. The underlying relationships can be modeled accordingly and mapped in the model. Deviations of the technical actual data of the test workpiece from the technical target data of the test workpiece due to thermal effects can thus be taken into account.
Bei einem maschinendynamischen Modell werden dynamische Effekte der Werkzeugmaschine berücksichtigt. Hierzu zählen beispielsweise Vibrationen und/ oder Oszillationen des Werkzeuges, von Bauteilen oder Baugruppen der Werkzeugmaschine. Auch eine Bearbeitungsgeschwindigkeit oder eine Rotationsgeschwindigkeit von Werkzeugen lassen sich in einem maschinendynamischen Modell berücksichtigen.In a machine dynamic model, dynamic effects of the machine tool are taken into account. These include, for example, vibrations and / or oscillations of the tool, of components or assemblies of the machine tool. A processing speed or a rotation speed of tools can also be taken into account in a machine dynamic model.
Bei einem Reibungsmodell werden Reib- und Schmiereffekte berücksichtigt. Reibung und Schmierung können in Grenzschichtschmierung/-reibung, Teilschmierung/-reibung und Vollschmierung/-reibung unterteilt werden. Die Modellierung von Reib- und Schmiereffekten kann auch zeitliche und verschleißspezifische Effekte beinhalten. Schmierung ist die Verringerung von Reibung und Verschleiß zwischen zwei Maschinenelementen („Reibpartnern“), beispielsweise Schlitten, die sich relativ zueinander bewegen. Dies geschieht durch den Einsatz eines geeigneten Schmierstoffes und Schmierverfahrens in der Tribologie.In a friction model, friction and smear effects are taken into account. Friction and lubrication can be divided into boundary layer lubrication / friction, partial lubrication / friction and full lubrication / friction. The modeling of friction and lubrication effects can also include temporal and wear-specific effects. Lubrication is the reduction of friction and wear between two machine elements ("friction partners"), for example slides that move relative to one another. This is done through the use of a suitable lubricant and lubrication process in tribology.
Ein Blackbox-Modell unterscheidet sich hingegen recht grundlegend von den oben beschriebenen geometrischen, kinematischen, thermodynamischen und maschinendynamischen Modellen. Die geometrischen, kinematischen, thermodynamischen und maschinendynamischen Modelle sind im Prinzip exakt. Ein Blackbox-Modell hingegen berücksichtigt unbekannte Zusammenhänge von Parametern und somit beispielsweise auch Umgebungseinflüsse auf Abweichungen der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes von den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes, die entweder nicht eindeutig bestimmbar sind oder nicht bestimmt werden. Es ist also z.B. möglich, mit einem Blackbox-Modell alle Zusammenhänge zu beschreiben, also beispielsweise inklusive von geometrischen Zusammenhängen, oder auch ein geometrisches Modell mit einem Blackbox-Modell zu kombinieren, wobei dieses Blackbox-Modell kinematische, thermodynamische, maschinendynamische, reibungsbasierte und ggf. weitere Effekte zusammenfasst. Die Verwendung eines Blackbox-Modells erlaubt also eine Vereinfachung des Modells insgesamt, ohne nicht explizit beschriebene oder beschreibbare Einflüsse gänzlich zu vernachlässigen. Dabei ist es bevorzugt so, dass die Parameter des Blackbox-Modelles durch statistische Methoden und/ oder maschinelles Lernen bestimmt sind. Wird beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren für mehrere Werkzeugmaschinen durchgeführt und werden die dabei erzeugten Daten verwendet, so können neben den bekannten geometrischen Zusammenhängen, die die Abweichung der technischen Istdaten des Prüfwerkstückes von den technischen Solldaten des Prüfwerkstückes beschreiben und erklären, auch unbekannte Einflussparameter oder zumindest nicht im Detail berücksichtigte Einflussparameter in dem Modell mitgelernt werden. Je größer die Menge der Datensätze bzw. die Anzahl der Werkzeugmaschinen ist, für die entsprechende Daten vorliegen, desto genauer lässt sich das Blackbox-Modell trainieren.A black box model, on the other hand, differs quite fundamentally from the geometric, kinematic, thermodynamic and machine dynamic models described above. The geometric, kinematic, thermodynamic and machine dynamic models are in principle exact. A black box model, on the other hand, takes into account unknown relationships between parameters and thus, for example, environmental influences on deviations of the technical actual data of the test workpiece from the technical target data of the test workpiece, which either cannot be clearly determined or cannot be determined. It is therefore possible, for example, to describe all relationships with a black box model, i.e., for example, including geometric relationships, or to combine a geometric model with a black box model, with this black box model kinematic, thermodynamic, machine-dynamic, friction-based and, if necessary, . summarizes further effects. The use of a black box model therefore allows the model as a whole to be simplified without completely neglecting influences that are not explicitly described or describable. It is preferred that the parameters of the black box model are determined by statistical methods and / or machine learning. For example, if the method according to the invention is carried out for several machine tools and the data generated are used, then in addition to the known geometric relationships that describe and explain the deviation of the actual technical data of the test workpiece from the technical target data of the test workpiece, unknown influencing parameters or at least not in the Influence parameters taken into account in detail are also learned in the model. The greater the amount of data records or the number of machine tools for which the corresponding data is available, the more precisely the black box model can be trained.
Die Recheneinrichtung kann, aus einer Analyse des Modells, Handlungsempfehlungen und Vorhersagen ableiten. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird das beschriebene Verfahren bzw. werden mithilfe des beschriebenen Verfahrens erzeugte Datensätze in Kombination mit dem in der Recheneinrichtung hinterlegten Modell für eine Vorhersage zumindest eines der folgenden Aspekte verwendet: Verschleiß der Maschinenachsen; und/ oder Fertigungsqualität von zu fertigenden Werkstücken. Auch andere Vorhersagen sind grundsätzlich denkbar. Wird ein Verschleiß der Maschinenachsen vorhergesagt, so kann daraus abgeleitet werden, wann ggf. ein Austausch der Maschinenachsen erforderlich ist. Außerdem können Aussagen darüber getroffen werden, wie ein Verschleiß der Maschinenachsen vermeidbar ist, z.B. durch eine bestimmte Prozessführung/ Ansteuerung der Maschine oder durch eine Neuausrichtung der Maschinenachse. Erfolgt eine Vorhersage zur Fertigungsqualität von zu fertigenden Werkstücken, so kann dadurch z.B. verhindert werden, dass versucht wird komplexe Werkstücke zu fertigen, die in der gewünschten Qualität mit der verwendeten CNC-Werkzeugmaschine überhaupt nicht oder nur mit zahlreichen Ausschussteilen zu fertigen sind. Es kann ggf. auf andere, sogar auf andere nominell baugleiche Werkzeugmaschinen, ausgewichen werden. Außerdem kann mithilfe des Modells bei einer Veränderung von darin enthaltenen Parametern eine Fertigungsqualität von zu fertigenden Werkstücken auch optimiert werden. Dies wiederum erlaubt die Reduzierung des Anteiles an Ausschussteilen, die Einsparung von Ressourcen und letztlich auch eine kürzere Bearbeitungszeit bei der Herstellung einer Charge von Werkstücken insgesamt.The computing device can derive recommendations for action and predictions from an analysis of the model. According to a second aspect of the invention, the method described or data records generated using the method described are used in combination with the model stored in the computing device for a prediction of at least one of the following aspects: wear of the machine axes; and / or manufacturing quality of workpieces to be manufactured. In principle, other predictions are also conceivable. If wear of the machine axes is predicted, it can be derived from this when the machine axes may need to be replaced. In addition, statements can be made about how wear and tear on the machine axes can be avoided, for example through specific process control / control of the machine or through realignment of the machine axis. If a prediction is made about the manufacturing quality of workpieces to be manufactured, this can for example prevent attempts to manufacture complex workpieces that cannot be manufactured at all in the desired quality with the CNC machine tool used or can only be manufactured with numerous rejects. If necessary, it is possible to switch to other machine tools, even to other nominally identical machine tools. In addition, the model can be used for a Change of parameters contained therein a manufacturing quality of workpieces to be manufactured can also be optimized. This in turn allows the proportion of rejects to be reduced, resources to be saved and ultimately also a shorter processing time in the production of a batch of workpieces as a whole.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. werden die mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Datensätze in Kombination mit dem in der Recheneinrichtung hinterlegten Modell für eine Fertigung von Werkstücken mittels der CNC-Werkzeugmaschine verwendet, wobei ein Fertigungsprogramm zum Betreiben der CNC-Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von den Achsengeometrie-Istdaten der CNC-Werkzeugmaschine angepasst wird. Auf diese Weise kann nicht nur bei der Montage der Maschinenachsen, sondern auch danach bei normalem Betrieb der CNC-Werkzeugmaschine eine höhere Fertigungsgenauigkeit erzielt werden.According to a third aspect of the invention, the method according to the invention or the data records generated using the method according to the invention are used in combination with the model stored in the computing device for manufacturing workpieces using the CNC machine tool, with a manufacturing program for operating the CNC machine tool is adjusted depending on the actual axis geometry data of the CNC machine tool. In this way, a higher manufacturing accuracy can be achieved not only during the assembly of the machine axes, but also afterwards during normal operation of the CNC machine tool.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens wie vorstehend beschrieben. Der Programmcode kann dabei in einen oder mehrere Teilcodes untergliedert sein. Der Programmcode kann dabei in allen gängigen Programmiersprachen geschrieben sein. Bevorzugt werden folgende Programmiersprachen verwendet: Fortran, C, C++, C#, Python.According to a fourth aspect of the invention, this relates to a computer program product with a program code for carrying out the method as described above. The program code can be subdivided into one or more partial codes. The program code can be written in all common programming languages. The following programming languages are preferred: Fortran, C, C ++, C #, Python.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern sich dadurch keine technischen Widersprüche ergeben.The embodiments and aspects of the invention described above can be combined with one another in whole or in part, provided that this does not result in any technical contradictions.
De Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 : zeigt schematisch den Aufbau einer fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschine; -
2 : zeigt schematisch einen Winkelfehler der A-Achse zur X-Achse in der X-Y-Ebene; -
3 : zeigt schematisch Messarten bei einer Neigungsmessung; -
4 : zeigt beispielhaft Prüfwerkstücke; -
5 : zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
6 : illustriert die Datenverarbeitung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; und -
7 : zeigt beispielhaft einen Datensatz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 : shows schematically the structure of a five-axis CNC machine tool; -
2 : shows schematically an angular error of the A-axis to the X-axis in the XY plane; -
3 : shows schematically types of measurement for an inclination measurement; -
4th : shows examples of test workpieces; -
5 : shows a flow chart of the method according to the invention; -
6th : illustrates the data processing according to the method according to the invention; and -
7th : shows an example of a data record of the method according to the invention.
Das Werkzeugsystem
Das Werkstücksystem
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können nun einige oder auch alle Achsen
In einem Schritt S2 erfolgt das Erfassen der Achsengeometrie-Istdaten
In einem (optionalen) Verfahrensschritt S3 erfolgt nun das Ermitteln von Kinematik-Daten für die CNC-Werkzeugmaschine
In Schritt S5 erfolgt das Fertigen eines Prüfwerkstückes gemäß vordefinierten technischen Solldaten
Im Verfahrensschritt S6 erfolgt das Erfassen von technischen Istdaten
Entsprechend erfolgt im Verfahrensschritt S7 ein Vergleichen der technischen Istdaten
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S8 erfolgt ein Korrigieren der Achsengeometrie-Solldaten
Zusätzlich sind in der Recheneinrichtung
Mithilfe der Werkzeugmaschine
In der Recheneinrichtung
Zusätzlich gelingen mithilfe der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Datensätze in Kombination mit dem in der Recheneinrichtung hinterlegten Modell Vorhersagen z.B. hinsichtlich des Verschleißes von Maschinenachsen und hinsichtlich der Fertigungsqualität von zu fertigenden Werkstücken insbesondere in der späteren Serienfertigung. Weitergehende Analysen der Datensätze sind denkbar.In addition, using the data records generated by the method according to the invention in combination with the model stored in the computing device, predictions can be made, e.g. with regard to the wear of machine axes and with regard to the manufacturing quality of workpieces to be manufactured, especially in subsequent series production. Further analyzes of the data sets are conceivable.
Möglicher Outputparameter eines Datensatzes sind z.B. Symmetrien von Referenzbohrungen R1 und R2 sowie Seitenlängen L1 und L2. Typischerweise werden sowohl die Inputparameter als auch die Outputparameter zahlreicher sein. Der gezeigte Datensatz dient nur zur Illustration.Possible output parameters of a data set are, for example, symmetries of reference bores R1 and R2 as well as side lengths L1 and L2. Typically, both the input parameters and the output parameters will be more numerous. The data set shown is for illustration purposes only.
Insgesamt sind die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen, sondern dienen lediglich zum besseren Verständnis.Overall, the described embodiments of the invention are not to be understood as limiting the invention, but merely serve for better understanding.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- WerkzeugmaschineMachine tool
- 22
- WerkzeugsystemTool system
- 33
- WerkstücksystemWorkpiece system
- 44th
- Sockelbase
- 55
- Komponente verfahrbar in YComponent can be moved in Y
- 66th
- Komponente verfahrbar in XComponent can be moved in X
- 77th
- Komponente verfahrbar in YComponent can be moved in Y
- 88th
- FräskopfMilling head
- 99
- WerkzeugTool
- 1010
- SchwenktischSwivel table
- 1111
- PlanscheibeFaceplate
- 1212th
- RecheneinrichtungComputing device
- 1313th
- Achsengeometrie-IstdatenActual axis geometry data
- 1414th
- Erfassungseinrichtung für Achsengeometrie-IstdatenAcquisition device for actual axis geometry data
- 1515th
- Technische Istdaten des PrüfwerkstückesActual technical data of the test workpiece
- 1616
- Erfassungseinrichtung für technische Istdaten des PrüfwerkstückesAcquisition device for actual technical data of the test workpiece
- 1717th
- Technische Solldaten des PrüfwerkstückesTechnical target data of the test workpiece
- 1818th
- Achsengeometrie-SolldatenAxis geometry target data
- 2525th
- Schienen zum Verfahren in Richtung YRails for moving in the Y direction
- 2626th
- Schienen zum Verfahren in Richtung XRails for moving in direction X
- 3030th
- PrüfwerkstückTest workpiece
- XX
- LinearachseLinear axis
- YY
- LinearachseLinear axis
- ZZ
- LinearachseLinear axis
- AA.
- SchwenkachseSwivel axis
- CC.
- DrehachseAxis of rotation
- αα
- WinkelabweichungAngular deviation
- ββ
- NeigungswinkelInclination angle
- hH
- Höhe zur Angabe des NeigungswinkelsHeight to indicate the angle of inclination
- LL.
- LängennormalLength standard
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 2006048684 A1 [0007]DE 2006048684 A1 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- DIN ISO 230-1 [0062]DIN ISO 230-1 [0062]
- DIN ISO 6545 [0062]DIN ISO 6545 [0062]
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CN115309105A (en) * | 2022-06-29 | 2022-11-08 | 中航西安飞机工业集团股份有限公司 | Hole making normal adjustment method based on machine learning |
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-
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- 2019-09-16 DE DE102019006502.6A patent/DE102019006502B4/en active Active
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Norm DIN ISO 230-1 1999-07-00. Werkzeugmaschinen - Prüfregeln für Werkzeugmaschinen - Teil 1: Geometrische Genauigkeit von Maschinen, die ohne Last oder unter Schlichtbedingungen arbeiten (ISO 230-1:1996). S. 1-53. URL: http://perinorm/Perinorm-Volltexte/Grundbestand/CD210319DEH_01/8010375/8010375.pdf? [abgerufen am 2019-11-14] * |
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