DE10225839A1

DE10225839A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Maschinenwerkzeugs

Info

Publication number: DE10225839A1
Application number: DE2002125839
Authority: DE
Inventors: Guenter Schmaderer
Original assignee: Kelch GmbH and Co Werkzeugmaschinenfabrik
Current assignee: Harbin Measuring and Cutting Tool Group Co Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: DE10262278B4; DE10225839B4

Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (11) zur Herstellung eines Maschinenwerkzeuges (21) zu schaffen. Dabei wird über eine Messeinrichtung (27) während eines Referenz-Spannverfahrens die Längenänderung (DELTAZ¶ref¶) des Werkzeugs (23) erfasst und als zeitabhängige Dimensionsfunktion (DELTAZ) abgespeichert. Bei einem weiteren Spannverfahren an diesem Maschinenwerkzeug (21) können die abgespeicherten Werte der Dimensionsfunktion (DELTAZ) herangezogen werden zur Korrektur der tatsächlich gemessenen, durch einen zeitlich veränderlichen Erwärmungsvorgang mit einer entsprechenden Längenänderung verfälschten Messwerte (Z¶ist¶). So ist es möglich, zu jedem Zeitpunkt während eines Spannverfahrens bzw. zeitunabhängig eine thermische Längenänderung (DELTAZ¶ref¶) des Maschinenwerkzeugs (21) zu berücksichtigen und bei der Längeneinstellung mittels Stellmittel (41) zu beseitigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Maschinenwerkzeugs, das einen Werkzeughalter mit einer Werkzeughalteröffnung und ein in die Werkzeughalteröffnung durch ein Herstellungs-Spannverfahren eingespanntes Werkzeug umfasst.

Derartige Verfahren sowie Vorrichtungen zur Herstellung eines Maschinenwerkzeuges sind beispielsweise in der DE 100 25 007.6 oder der DE 101 24 275.1 beschrieben. Es geht dabei um ein Herstellungsverfahren für ein Maschinenwerkzeug, das beispielsweise aus einem Werkzeughalter mit einem Aufnahmekonus und dem eigentlichen Werkzeug, beispielsweise einem Fräser oder Bohrer, besteht. Das Werkzeug wird in einer Werkzeughalteröffnung befestigt, beispielsweise thermisch eingeschrumpft.

Ziel des Herstellungsverfahrens ist es, ein Maschinenwerkzeug zum einen herzustellen. Zum anderen soll beispielsweise für Bearbeitungsmaschinen, mit denen eine Längsposition der Maschinenwerkzeuge nicht korrigiert werden kann, z. B. bei Mehrspindelmaschinen, ein Maschinenwerkzeug auf ein definiertes Sollmaß gebracht werden.

Bisher ist es nicht genau reproduzierbar, beispielsweise thermisch eingeschrumpfte Maschinenwerkzeuge mit ausreichender Genauigkeit auf ein definiertes Sollmaß zu bringen. Das Problem hierbei ist die Wärmeausdehnung des Werkzeughalters sowie des Werkzeugs. Bei einer Vermessung der Maschinenwerkzeuglänge während des Einschrumpfens wird in der Regel im heißen Zustand gemessen, wenn das Maschinenwerkzeug thermisch ausgedehnt ist. Nach der Abkühlung, also für den späteren Bearbeitungsvorgang, zieht sich das Maschinenwerkzeug wieder zusammen und wird dadurch kürzer.

Des weiteren sind kombinierte Mess- und Einschrumpfgeräte bekannt, bei denen eine einzige Werkzeugaufnahme für das herzustellende Maschinenwerkzeug sowohl eine optoelektronische Messeinrichtung mit Beleuchtungsquelle, Videokamera und angeschlossener Bildverarbeitung als auch ein induktives Einschrumpfgerät aufweist. Ähnliche Gräte sind beispielsweise aus der DE 100 15 322 bekannt.

Es ist des weiteren bekannt, empirisch ermittelte Korrekturwerte zu benutzen, in denen die bei bestimmten Kombinationen aus Werkzeug und Werkzeughalter beobachteten Längenausdehnungen und entsprechenden Längenfehler, in der Regel als ein einziger Korrekturwert, auf Papier aufgezeichnet sind. Diese Korrekturwerte können beim Einschrumpfen eines Maschinenwerkzeuges berücksichtigt werden, um das Maschinenwerkzeug auf ein gewünschtes Sollmaß zu bringen. Diese Technik führt jedoch auf Grund von zeitlichen Änderungen sowohl des Einschrumpfens als auch des Ausdehnungsverhaltens des Maschinenwerkzeuges nicht zu reproduzierbaren Ergebnissen mit der geforderten Genauigkeit.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine eingangs genannte Vorrichtung zu schaffen, mit denen die Probleme des Standes der Technik beseitig werden können, insbesondere eine Längeneinstellung eines Maschinenwerkzeuges wiederholbar mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf.

Es wird ein Referenz-Maschinenwerkzeug ausgewählt, das entweder identisch mit dem herzustellenden Maschinenwerkzeug ist. Alternativ kann es auch ähnlich sein oder baugleich bzw. typgleich. So kann entweder für genau bestimmte Kombinationen von Werkzeug oder Werkzeughalter oder für bestimmte Typen oder Baugruppen ein Referenz- Spannverfahren durchgeführt werden.

Anschließend wird das Referenz-Spannverfahren an dem Referenz- Maschinenwerkzeug durchgeführt. Dazu wird mindestens ein vorgebbarer Referenz-Spannverfahrensparameter, beispielsweise Zeit oder Temperatur oder Temperaturverlauf, vorgegeben.

Während des Referenz-Spannverfahrens wird eine an dem Referenz- Maschinenwerkzeug auftretende oder bewirkte Dimensionsänderung, die zeitabhängig ist, erfasst. Daraus wird eine den Zeitverlauf der Dimensionsänderung repräsentierende und daraus erzeugte zeitabhängige Dimensionsfunktion erzeugt. Vorteilhaft ist diese zeitabhängige Dimensionsfunktion eine Kurve. Anschließend wird die Dimensionsfunktion bzw. die Kurve gespeichert. So erhält man eine Dimensionsfunktion, mit der weitere Herstellungs-Spannverfahren, die insbesondere mit denselben Referenz-Spannverfahrensparametern durchgeführt werden, beeinflusst oder korrigiert werden können. So kann ein Herstellungs- Spannverfahren, entweder für dieselbe Kombination des Maschinenwerkzeugs oder für typen- oder baugruppengleiche Maschinenwerkzeuge, nach Maßgabe der zeitabhängigen Dimensionsfunktion gesteuert werden. Ein solches Erfassen und Speichern kann auch als "recorden" bezeichnet werden.

Der große Vorteil der Erfassung einer zeitabhängigen Dimensionsänderung und einer daraus resultierenden zeitabhängigen Dimensionsfunktion ist der, dass dadurch eine Dimensionsänderung zu jedem Zeitpunkt vorliegt. Somit ist man beim Herstellungs-Spannverfahren von zeitlichen Vorgaben oder Einschränkungen im wesentlichen frei.

Referenz-Daten, die die Referenz-Spannverfahrensparameter sowie das Referenz-Maschinenwerkzeug repräsentieren, werden vorteilhaft gespeichert. Dies kann in einem Referenz-Datenspeicher erfolgen. Besonders vorteilhaft werden entsprechende Referenz-Daten für eine Vielzahl von unterschiedlichen Kombinationen von Referenz-Spannverfahrensparametern und Referenz-Maschinenwerkzeugen gespeichert. Insbesondere sind für verschiedene Referenz-Maschinenwerkzeuge unterschiedliche Typen die Referenz-Spannverfahrensparameter, beispielsweise Dauer oder Temperatur bei einem thermischen Einschrumpfen unterschiedlich. Des weiteren können als Referenz-Maschinenwerkzeuge zuvor genannte unterschiedliche Kombinationen von identischen, ähnlichen sowie typen- oder baugruppengleichen Werkzeugen sowie Werkzeughaltern herangezogen werden.

Als zeitabhängige Dimension eines Maschinenwerkzeugs wird vorteilhaft eine Raumkoordinate herangezogen, insbesondere die Position eines bestimmten Punkts des Maschinenwerkzeugs entlang einer Achse eines Raumkoordinatensystems. Vorteilhaft wird eine Ecke oder Kante herangezogen, beispielsweise die Spitze des Maschinenwerkzeugs bei einem Bohrer oder eine Kante des Werkzeugs bei einem Fräser. Bevorzugt wird die Länge des Maschinenwerkzeuges überwacht oder eingestellt, beispielsweise bis zur Spitze eines Bohrers. Es kann auch eine seitliche Abweichung, beispielsweise bedingt durch Art oder Aufbau des Werkzeugs oder des Werkzeughalters, überwacht und später korrigiert werden.

Ein Herstellungs-Spannverfahren, das nach der Vornahme eines Referenz-Spannverfahrens durchgeführt wird, kann folgende Schritte aufweisen.

Ein herzustellendes Maschinenwerkzeug wird während des Herstellungs-Spannverfahrens vermessen. Dabei wird ein zeitabhängiger aktueller Messwert M_ist einer Dimension, vorteilhaft einer Raumkoordinate, ermittelt. Diese Dimension entspricht der Dimension oder der Raumkoordinate, die für das für dieses Maschinenwerkzeug heranzuziehende Referenz-Spannverfahren verwendet worden ist.

Der aktuelle Messwert M_ist wird mit entsprechenden Werten M_ref der zeitabhängigen Dimensionsfunktion aus dem Speicher korrigiert, wobei die Korrektur zeitrichtig erfolgt, also in Echtzeit bzw. laufend. Dadurch werden kompensierte Messwerte M_komp erzeugt. Die kompensierten Messwerte M_komp werden angezeigt.

So ist es möglich, einen Bezug zwischen einem Referenz-Spannverfahren und dem im einzelnen durchgeführten Herstellungs-Spannverfahren herzustellen. Dazu wird beispielsweise sowohl die Dimensionsfunktion als auch eine tatsächlich gemessene Kurve der aktuellen Messwerte M_ist zeitgleich, also synchron, abgespielt. Eine Möglichkeit einer zeitrichtigen Korrektur der aktuellen Messwerte M_ist ist eine Substraktion mit M_komp = M_ist - M_ref. Dies bedeutet, dass der kompensierte und angezeigte Messwert M_komp bei diesem Ausführungsbeispiel dem Wert entspricht, auf den infolge der Zeitrichtigkeit das Maschinenwerkzeug zu jeweils genau diesem Zeitpunkt eingestellt werden muss. Nach Abschluss des Herstellungs-Spannverfahrens wird ein einzustellender Sollwert M_soll für das Maschinenwerkzeug erhalten.

Eine Einstellung des Maschinenwerkzeugs während des Herstellungs- Spannverfahrens kann derart erfolgen, dass Stellmittel vorgesehen sind, die an dem Werkzeug angreifen und dieses relativ zu dem Werkzeughalter bewegen oder einstellen. Wie zuvor ausgeführt, kann über die Stellmittel eingestellt werden, dass der kompensierte Messwert M_komp einem einzustellenden Sollwert M_soll für das Maschinenwerkzeug entspricht.

Die Stellmittel können grundsätzlich in vielfältiger Form ausgeführt sein. Vorteilhaft sind sie für eine Fixierung des Werkzeugs in einer eingestellten Position ausgebildet. Dazu können sie beispielsweise das Werkzeug direkt festhalten oder abstützen. In den Referenz-Spannverfahrensparametern können Angaben über die Stellmittel enthalten sein. Ebenso kann der Einfluss einer Erwärmung der Stellmittel in die Dimensionsfunktion vorgsehen sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Stellmittel elektromechanisch auszubilden. Dadurch ist es möglich, eine automatische Einstellung des Messwerts M_ist bzw. des kompensierten Messwerts M_komp auf den Sollwert M_soll vorzunehmen, der ohne Eingriff des Bedieners auskommt. Dies weist den Vorteil auf, dass eine Einstellung zum einen schnell und mit geringem Aufwand, und zum anderen ohne menschliche Fehlereinflüsse vorgenommen werden kann. Vorteilhaft ist der Sollwert M_soll vorgegeben, beispielsweise als Gesamtlänge des Maschinenwerkzeugs. Mittels der Stellmittel wird von Hand oder automatisch der Messwert M_ist darauf eingestellt, wobei die Einstellung über den angezeigten Wert M_komp mit der entsprechenden Berechnungsformel erfolgt.

Als Herstellungs-Spannverfahren wird vorteilhaft ein Einschrumpfen des Werkzeugs in der Werkzeughalteröffnung des Werkzeughalters durchgeführt. Besonders bevorzugt wird ein thermisches Schrumpfen mit einem Erwärmungsvorgang. Dabei wird der Werkzeughalter bzw. ein Futter des Werkzeughalters, in welchem das Werkzeug steckt, erwärmt. Besonders vorteilhaft erfolgt die Erwärmung beim thermischen Schrumpfen durch induktive Einkopplung von Energie.

Mechanisches Schrumpfen, beispielsweise mit hydraulischen Ausdehnungsfuttern oder thermisches Schrumpfen, kann ebenso angewandt werden. Es ist dem Fachmann an sich bekannt und braucht hier nicht näher erläutert werden.

Wenn die zeitabhängige Dimensionsfunktion während des Referenz- Spannverfahrens erfasst wird, können bei der Erfassung Störungen auftreten. Diese können beispielsweise Sprünge der Dimension bzw. eines Messwerts sein, welche durch plötzliches Lösen eines Kraftschlusses zwischen Werkzeug und Werkzeughalter mit einem Herunterfallen des Werkzeugs in dem Werkzeughalter entstehen können. Sie sind zu korrigieren. Diese Korrektur kann einerseits vor oder während des Speicherns, andererseits erst nach dem Speichern vorgenommen werden.

Für die Korrektur wird vorteilhaft eine Störung erkannt, beispielsweise als unerwartete und/oder einen bestimmten Grenzwert überschreitende Änderung der Dimensionsfunktion oder ihrer Steigung. Beispielsweise kann bei einem plötzlichen Abfall der Dimensionsfunktion oder ihrer Kurve um einen bestimmten Wert dieser Abfall erkannt und ausgewertet werden. Anschließend wird ab dem Zeitpunkt der Störung der darauffolgende Abschnitt der Dimensionsfunktion oder ihrer Kurve um eben den Wert des Abfalls korrigiert bzw. angehoben. Dies ist vorteilhaft eine absolute Veränderung der Dimensionsfunktion. Hier ist es möglich, bestimmte Eckpunkte vorzugeben, die für die zu erfassende Dimensionsfunktion gelten müssen. Beispielsweise kann dies eine grobe Vorbestimmung des zu erwartenden Verlaufs sein oder eben die Vorgabe, dass keine plötzlichen Sprünge auftreten dürfen. Diese Vorgaben können bei einer Korrektur der Dimensionsfunktion verwendet werden.

Eine Erfassung der Dimension oder eines Messwerts beim Referenz- Spannverfahren sowie des aktuellen Messwerts M_ist erfolgt vorteilhaft auf optischem Wege, indem ein bestimmter Punkt des Werkzeugs optisch erfasst und vermessen wird. Dies kann beispielsweise mit einer seitlichen Projektion des Schattenrisses des Werkzeugs auf eine Bildaufnahmeeinrichtung erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, mehrere Dimensionen oder mehrere Messwerte M_ist zu erfassen und zur Einstellung bei einem Herstellungs-Spannverfahren zu verwenden. Dies kann beispielsweise sowohl Länge als auch seitliche Abweichung eines Maschinenwerkzeuges sein.

Vorteilhaft erfolgt die Erfassung der Dimension oder des Messwerts Mist in Zeitintervallen, welche unter einer Sekunde liegen, vorzugsweise betragen sie ungefähr 0,2 Sekunden. So ist eine ausreichend genaue Erfassung über der Zeit gewährleistet. Ebenso ist es möglich, die Zeitintervalle noch kleiner oder enger zu wählen für eine Echtzeitbetrachtung.

Es ist möglich, mehrere zeitabhängige Dimensionsfunktionen für verschiedene Kombinationen von Referenz-Maschinenwerkzeugen zu speichern. Bei Bedarf kann dann jeweils eine passende Dimensionsfunktion herangezogen werden. Dieses Speichern kann einerseits beim Benutzer einer entsprechend eingerichteten Vorrichtung für konkret vorhandenen Maschinenwerkzeuge oder Kombinationen von Werkzeugen mit Werkzeughaltern erfolgen. Alternativ ist es möglich, bereits werksseitig beim Einrichten der Vorrichtung eine Vielzahl von Dimensionsfunktionen für vorgegebene Maschinenwerkzeuge oder Kombinationen bestimmter Werkzeuge mit bestimmten Werkzeughaltern vorgegebener Typen oder Baugruppen vorzunehmen. Solche Sätze von Dimensionsfunktionen können nach einmaligem Erfassen für eine Vielzahl von Vorrichtungen verwendet werden und ersparen dem Bediener den großen Aufwand eigener Messungen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Messeinrichtung auf zum Erfassen einer durch ein Referenz-Spannverfahren unter Vorgabe mindestens eines vorgebbaren Referenz-Spannverfahrensparameters an einem Referenz-Maschinenwerkzeug bewirkten zeitabhängigen Dimensionsänderung. Die Vorgabe des Referenz-Spannverfahrensparameters dient dazu, sicherzustellen, dass ein Herstellungs-Spannverfahren von den Verfahrensparametern her genau dem Referenz-Spannverfahren entspricht.

Des weiteren ist eine Steuerung vorgesehen, in der eine den Zeitverlauf der Dimensionsänderung repräsentierende zeitabhängige Dimensionsfunktion erzeugt wird.

In einem Datenspeicher, der speziell dafür ausgebildet sein kann, wird die zeitabhängige Dimensionsfunktion gespeichert. So steht sie für weitere Vorgänge zur Verfügung.

Des weiteren ist eine Aufnahme für ein Maschinenwerkzeug vorgesehen sowie eine Spanneinrichtung, mit der das Werkzeug in den Werkzeughalter mit dem Herstellungs-Spannverfahren ein- sowie ausgespannt werden kann.

Diese Vorrichtung ist vorteilhaft zum Durchführen eines Verfahrens mit einem oder mehreren der vorher genannten Merkmale geeignet. Insofern wird auf die vorstehenden Ausführungen ergänzend verwiesen, die auch Merkmale sowie die Verwendung der Vorrichtung beschreiben. Die Vorrichtung kann einen Referenz-Datenspeicher aufweisen, in dem Referenz-Daten gespeichert werden. Die Referenz-Daten können die Referenz-Spannverfahrensparameter, das Referenz-Maschinenwerkzeug oder Angaben über die Stellmittel repräsentieren. Es ist möglich, den Referenz-Datenspeicher auch als Datenspeicher zum Speichern der zeitabhängigen Dimensionsfunktion zu verwenden. So wird nur ein Datenspeicher benötigt.

Vorteilhaft ist eine Steuerung vorgesehen, mit der das Herstellungs- Spannverfahren nach Maßgabe von ausgewählten, zuvor genannten Referenz-Daten gesteuert wird. Als Referenz-Daten können beispielsweise Temperatur und Zeit oder zeitlicher Temperaturverlauf sowie Maschinenwerkzeugdaten verwendet werden.

Des weiteren kann die Steuerung zur Korrektur der zeitabhängigen Dimensionsfunktion während des Referenz-Spannverfahrens von Störungen, wie beispielsweise Sprüngen der Dimension oder des Messwerts, ausgebildet sein. Diese Korrektur kann, wie zuvor angesprochen, vor, während oder nach dem Speichern erfolgen. Dabei kann die Steuerung einen störenden Einfluss oder eine Störung direkt, welche durch eine unerwartete Änderung der Dimensionsfunktion bemerkbar wird, erkennen. Durch Korrigieren der Dimensionsfunktion, beispielsweise Verschieben eines Abschnitts der Dimensionsfunktion, kann die Störung beseitigt und die Dimensionsfunktion sozusagen aufbereitet werden.

Die Steuerung kann so ausgebildet sein, dass sie die aktuellen Messwerte M_ist mit entsprechenden Werten M_ref der zeitabhängigen Dimensionsfunktion korrigiert. Durch die Korrektur können kompensierte Messwerte M_komp erzeugt werden. Eine einfache Art einer solchen zeitrichtigen Korrektur ist, wie zuvor bereits beschrieben, eine Substraktion mit M_komp = M_ist - M_ref. Der kompensierte Messwert M_komp kann angezeigt werden, beispielsweise mit einem entsprechenden Bildschirm oder einem Display.

Die Messeinrichtung erfasst über mindestens einen Messwert M_ist eine Dimensionsänderung des Maschinenwerkzeugs. Dies erfolgt vorteilhaft über eine optische Erfassung, wie zuvor beschrieben worden ist. Als Bildaufnahmeeinrichtung, auf die ein seitlicher Schattenriss des Werkzeugs projiziert wird, kann ein CCD-Chip oder eine Videokamera verwendet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die bereits zuvor beschriebenen Stellmittel vorgesehen. Durch sie kann das Werkzeug relativ zu dem Werkzeughalter so eingestellt werden, dass über den kompensierten Messwert M_komp das Maschinenwerkzeug entsprechend dem einzustellenden Sollwert M_soll eingestellt wird. Bevorzugt fixieren die Stellmittel das Werkzeug in einer bestimmten Stellung in dem Werkzeughalter, und zwar vorteilhaft in der Stellung, in der M_komp = M_soll gilt. Diese Fixierung sollte zumindest so lange aufrecht erhalten werden bis im Verlauf des Herstellungs-Spannverfahrens wieder ein Kraftschluss zwischen Werkzeug und Werkzeughalter besteht. Somit kann sich keine Verstellung des Werkzeugs mehr ergeben.

Die Stellmittel sind vorteilhaft elektromechanisch ausgebildet. Sie können beispielsweise ein Elektromotor und ein Getriebe mit einer linear bewegbaren Schubstange aufweisen. Beispielsweise nehmen die Stellmittel die zuvor erwähnte Einstellung M_komp = M_soll automatisch und ohne Eingriff eines Bedieners vor. Alternativ kann ein Bediener die Stellmittel derart betätigen, dass M_komp = M_soll eingestellt wird. Anstelle aufwendiger elektromechanischer Stellmittel können auch bekannte Stellmittel mit Feinschrauben oder dergleichen vorgesehen sein.

Die Stellmittel können beispielsweise von der Rückseite des Maschinenwerkzeugs durch den Werkzeughalter an die Unterseite, also beispielsweise an einen Bohrerschaft des Werkzeugs, reichen. Durch Verschieben des Werkzeugs in dem Werkzeughalter kann die Länge des gesamten Maschinenwerkzeugs eingestellt werden.

Wird als Herstellungs-Spannverfahren thermisches Schrumpfen eingesetzt, so ist eine Heizeinrichtung für den Erwärmungsvorgang des Werkzeughalters vorgesehen. Diese kann eine Induktionsspule aufweisen. Die Heizeinrichtung ist vorteilhaft derart bewegbar gelagert, dass sie nach dem Einbringen eines Maschinenwerkszeugs oder Werkzeughalters in die Vorrichtung darüber bewegbar ist. Induktionsspulen für einen Erwärmungsvorgang haben den Vorteil, dass sie berührungsfrei arbeiten und sich eine Erwärmung der Umgebung in Grenzen hält.

Für eine Aufnahme eines Werkzeughalters an der Vorrichtung kann ein Einsatzmodul vorgesehen sein, an oder in welchem der Werkzeughalter eingesetzt ist. Dies kann beispielsweise mit einem Befestigungskonus an der Unterseite des Werkzeughalters erfolgen, wobei das Einsatzmodul eine entsprechend ausgebildete Konusaufnahme aufweist. An der Vorrichtung selbst kann ein Grundmodul vorgesehen sein, in welches das Einsatzmodul einsetzbar ist. So kann mittels verschiedener Einsatzmodule ein im wesentlichen beliebig ausgebildeter Werkzeughalter an einem Grundmodul befestigt werden. Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass sich der Werkzeughalter oder ein Referenzpunkt des Werkzeughalters, beispielsweise eine Unterseite oder ein Flansch, in einer bekannten Position zu der Vorrichtung befinden. So kann sichergestellt werden, dass von der Vorrichtung oder dem Grundmodul aus berechnete Sollwerte stimmen.

Ein Einsatzmodul für den Werkzeughalter kann einerseits aus Metall gefertigt sein, insbesondere massiv. Dies weist den Vorteil auf, dass die Fertigungspräzision sehr hoch gewählt werden kann und somit eine erreichte Einstellungsgenauigkeit sehr hoch ist. Ein solches Einsatzmodul kann beispielsweise an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch nur zum Vermessen eines Maschinenwerkzeuges ohne thermisches Ein- oder Ausspannen verwendet werden. Ein Nachteil solcher Einsatzmodule aus massivem Metall besteht darin, dass eine Wärmeeinkopplung von dem Werkzeughalter in die Vorrichtung zu Messwertverfälschungen führen kann.

Gemäß einer an sich unabhängigen, weiteren Erfindung, die vorteilhaft mit der vorliegenden Vorrichtung kombiniert werden kann, kann ein Einsatzmodul einen thermisch isolierenden Aufbau aufweisen. Eine thermische Isolierung oder Dämmung sollte zwischen einem in das Einsatzmodul eingesetzten Werkzeughalter und dem Grundmodul vorgesehen sein. Möglich ist dies beispielsweise durch einen Schichtaufbau aus mehreren, abwechselnd vorgesehenen Schichten aus Metall sowie thermisch dämmendem Material, beispielsweise Keramik oder Kunststoff. Das thermisch dämmende Material sollte vorteilhaft gewissen Anforderungen an die Festigkeit sowie die thermische Dämmung entsprechen. Ein solcher Aufbau zur thermischen Dämmung bedingt zwar gewisse Abstriche bei der Präzision des Einsatzmoduls. Dafür können aber vor allem für das Herstellen von Maschinenwerkzeugen störende thermische Einflüsse von dem Grundmodul und der Vorrichtung ferngehalten werden.

Typische Kurven einer Dimensionsfunktion haben einen relativ steilen Anstieg, der auf der aktiven Aufheizung des Werkzeughalters basiert. Daran schließlich sich ein immer flacher werdender weiterer Anstieg bis zu einem Maximalwert an, der vor allem aus Nachwärmeeffekten im Maschinenwerkzeug resultiert. Diese Referenzkurve wird also abgespeichert und entspricht dem Verlauf einer Längenänderung bei genau definierten Bedingungen des Spannverfahrens, wie sie in den Referenz- Daten festgelegt werden können.

Referenz-Daten sind beispielsweise Angaben über die Art des Werkzeughalters, beispielsweise Hohlschaftkegel, Morsekegel oder andere Spannkegeltypen oder über das Material des Werkzeughalters, beispielsweise Metall oder eine Kombination aus Metall und Kunststoff, den Verlauf der Leistung einer Heizeinrichtung über der Zeit oder das Material, den Typ oder Abmessungen des Werkzeuges. Diese Referenz- Daten bilden also, wie zuvor beschrieben worden ist, Aussagen über Bedingungen und Ablauf eines Referenz-Spannverfahrens mit einem bestimmten Maschinenwerkzeug. Diese Bedingungen oder Referenz- Daten müssen den Bedingungen entsprechen, die später beim richtigen Herstellungs-Spannverfahren eines Maschinenwerkzeuges vorliegen werden. Hier wird insbesondere erneut auf die DE 101 24 275.1 verwiesen.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüche auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmals jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen könne, für die hier Schutz beansprucht wird.

Die Unterteilung der Anmeldung in Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Maschinenwerkzeugs mit eingesetztem Maschinenwerkzeug,
Fig. 2 Kurven von verschiedenen Dimensionsfunktionen und
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführung eines Einsatzmoduls, mit dem ein Maschinenwerkzeug in die Vorrichtung aus Fig. 1 eingesetzt werden kann.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 11 zur Herstellung eines Maschinenwerkzeuges 21 dargestellt. Dabei ist das Maschinenwerkzeug 21 in ein Einsatzmodul 19 eingesetzt. Das Einsatzmodul 19 wiederum sitzt in einem Grundmodul 17 der Vorrichtung 11. Dabei besteht bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Grundmodul 17 im wesentlichen aus einer Aufnahme. Es kann jedoch auch als auswechselbares Teil ausgebildet sein.
Während das Einsatzmodul 19 Außenabmessungen aufweist, die zu dem unveränderbaren Grundmodul 17 passen, ist eine innere Konusaufnahme auf einen Befestigungskonus 24 des Maschinenwerkzeugs 21 abgestimmt. So können verschieden ausgebildete Maschinenwerkzeuge 21 mit jeweils abgestimmten Einsatzmodulen 19 in dasselbe Grundmodul 17 eingesetzt werden. Dabei ist jeweils gewährleistet, dass ein bestimmter Punkt des Maschinenwerkzeugs 21, beispielsweise die umlaufende Ringschulter des Werkzeughalters 22, in einem bekannten, eventuell immer gleichen, Abstand zu der Vorrichtung 11 oder dem Grundmodul 17 steht. Dies ist notwendig für eine genaue Vermessung oder Einstellung des Maschinenwerkzeugs 21.
Beispielsweise kann für eine andere Form des Befestigungskonus 24 ein anderes Einsatzmodul 19 entsprechend ausgebildet sein.
Des weiteren weist die Vorrichtung 11 eine Induktionsspule 13 auf, die mittels eines Haltearms 14 höhenverstellbar, insbesondere auch schwenkbar, an einem Spulenhalter 15 gelagert ist. Es ist auch möglich, eine in Umfangsrichtung geteilte Induktionsspule zu verwenden. Die Spulenwindungen können beim Zusammenfügen der Spulenteile kontaktieren und umlaufende Spulenwindungen ergeben.
Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, umgibt die Induktionsspule 13 das Futter 25 des Werkzeughalters 22. Auf bekannte Art und Weise kann mit der Induktionsspule 13 das Futter 25 erwärmt werden, um durch den daraus folgenden Ausdehnungsvorgang den eingespannten Bohrer 23 freizugeben. Nach dem Einsatz des Maschinenwerkzeugs 21 in die Vorrichtung 11 wird die Induktionsspule 13 aus einer Ruheposition, die von der dargestellten Arbeitsposition unterschiedlich ist, über den Bohrer 23 geschwenkt. Somit befindet sie sich in etwa zentrisch zu der gestrichelt dargestellten Z-Achse, die der Längsmittelachse des Bohrers 23 entspricht. Anschließend kann die Induktionsspule 13 nach unten über das Futter 25 geführt werden. Eine Verstellung der Induktionsspule 13 an dem Spulenhalter 15 kann manuell oder elektromotorisch erfolgen.
Des weiteren ist eine Messeinrichtung 27 vorgesehen. Diese besteht aus einer symbolisch dargestellten Bildaufnahmeeinrichtung 28, vorzugsweise mit einem CCD-Chip. Mittels einer nicht dargestellten Beleuchtung wird ein Schattenriss des Bohrers 23 bzw. seiner Spitze in Richtung in die Zeichenebene hinein auf die Bildaufnahmeeinrichtung 28 projiziert. Der Schattenriss wird von der Bildaufnahmeeinrichtung 28 ausgewertet und die Position eines bestimmten Punktes, beispielsweise der Spitze des Bohrer 23 in dem Schattenriss, relativ zu einem Messkreuz 29 festgestellt.
Die Messeinrichtung 27 ist an einem zweiten Haltearm 31 schwenkbar oder höhenverschiebbar angeordnet. Über entsprechende Messaufnehmer, die dem Fachmann ohne weiteres bekannt sind, kann jeweils die genaue Position der Messeinrichtung 27 im Verhältnis zu der Vorrichtung 11 ermittelt werden. Daraus kann über die bekannte Position des Messkreuzes 29 die genaue Position beispielsweise der Projektion des Schattenrisses und somit der Spitze des Bohrer 23 selber festgestellt werden. Eine derartige Messeinrichtung 27 sowie das zugehörige Messverfahren sind beispielsweise aus der DE 100 25 007 bekannt, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Des weiteren weist die Vorrichtung 11 eine Steuerung 34 auf, vorteilhaft mit einem oder mehreren Mikroprozessoren. Die Steuerung 34 ist zum einen sowohl mit der Induktionsspule 13 als auch mit der Messeinrichtung 27 verbunden und kann diese ansteuern sowie deren Signale auswerten.
Des weiteren ist die Steuerung 34 mit einem Datenspeicher 35 sowie einem Referenz-Datenspeicher 36 verbunden. Die getrennte Darstellung von Datenspeicher 35 und Referenz-Datenspeicher 36 dient zur besseren Anschaulichkeit der Erfindung. Es ist durchaus möglich, diese beiden Datenspeicher in einem einzigen Datenspeicher vorzusehen.
Wie zu erkennen ist, sind in dem Datenspeicher 35 Kurven bzw. zugehörige Funktionen oder Werte abgespeichert. Diese entsprechen im wesentlichen den in Fig. 2 dargestellten. Auf diese wird nachfolgend noch genauer eingegangen.
In dem Referenz-Datenspeicher 36 werden die zuvor erwähnten Referenz-Daten gespeichert, welche vor allem Parametervorgaben für ein Spannverfahren sind. Dies sind beispielsweise Leistung, Betriebsdauer sowie genaue Position der Induktionsspule 13, Art und Abmessungen von Bohrer 23, Werkzeughalter 22 und Einsatzmodul 19, sowie unter Umständen weitere Parameter.
An einer Anzeige 38, die unter Umständen gleichzeitig als Bedieneinrichtung für die Vorrichtung 11 ausgebildet sein kann, kann mittels eines Bildschirms 39 beispielsweise ein bestimmter Messwert der Vorrichtung 11, insbesondere die Position der Spitze des Bohrers 23 in Richtung der Z-Achse, angezeigt werden. Insbesondere können an der Anzeige 38 die zuvor erwähnten Messwerte M_komp angezeigt werden. Angesteuert wird die Anzeige 38 über die Steuerung 34.
Des weiteren weist die Vorrichtung 11 Stellmittel 41 auf. Diese bestehen aus einem Elektromotor 42 und einem mit dem Elektromotor 42 verbundenen Gebtriebe 43. Von dem Gebtriebe 43, das hier als Lineargetriebe ausgeführt ist, geht eine Schubstange 44 nach oben. Die Schubstange kann entlang der Z-Achse nach oben und unten bewegt werden. Sie greift durch Grundmodul 17, Einsatzmodul 19 sowie Werkzeughalter 22 von unten an den Bohrer 23 an. Somit kann durch Bewegen der Schubstange 44 der Bohrer 23 entlang der Z-Achse verschoben und jeweils gleichzeitig in dieser Position gehalten werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass durch die Schubstange 44 ausschließlich eine Bewegung des Bohrers 23 entlang der Z-Achse stattfindet. Ein Verdrehen des Bohrers 23 ist zu vermeiden, beispielsweise durch ein entsprechendes Ausgleichslager in der Schubstange 44 selber. Dieses Ausgleichslager sorgt dafür, dass sich die Schubstange nur linear, nicht aber radial bewegen lässt. Das Ausgleichslager kann auch die Funktion der Umwandlung einer rotatorischen Bewegung eines Elektromotors in eine lineare Bewegung der Schubstange übernehmen. Ähnliche Stellmittel sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und brauchen nicht näher erläutert zu werden. Gemäß einer weiteren Möglichkeit der Erfindung kann anstelle der mechanischen Schubstange eine veränderbare Flüssigkeits- oder Luftsäule eingesetzt werden. Es kann Druckluft oder auch Hydrauliköl verwendet werden.
Die Stellmittel 41 bzw. der Elektromotor 42 sind mit der Steuerung 34 verbunden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Steuerung 34 den Elektromotor 42 und somit die Stellmittel 41 beeinflusst bzw. steuert.
Im folgenden werden die Kurven in Fig. 2 näher erläutert. Dabei wird gleichzeitig deren Zustandekommen sowie eine Korrektur oder Veränderung der Kurven beschrieben.
Dargestellt ist in Fig. 2 ΔZ, welches der vorerwähnten Dimension bzw. dem Messwert M entspricht, über der Zeit. Die Maßeinheiten entlang der ΔZ-Achse sind mm, wobei dies lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Entlang der Zeitachse sind keine Einteilungen vorgesehen, die Maßeinheit kann Sekunden sein.
Die durchgezogene Kurve ΔZ_ist stellt die Veränderung der Spitze des Bohrers 23 aus Fig. 1 entlang der Z-Achse während eines Erwärmungsvorgangs des Maschinenwerkzeugs 21 zum Aus- und anschließenden Einspannen dar. Wie zu erkennen ist, wandert die Spitze des Bohrers 23 zuerst nach oben, dargestellt durch das Ansteigen von ΔZ. Dieser Effekt ist bis zu dem Abfall der Kurve vor allem mit einer Ausdehnung des Werkzeughalters 22 bzw. des Futters 25 zu erklären. Da die von der Induktionsspule 13 in dem Futter 25 erzeugte Wärme nur langsam und mit Verzögerung in den Bohrer 23 selbst wandert und dessen Länge verändert, trägt der Bohrer 23 selber hier noch kaum zu einer Veränderung von ΔZ_ist bei.
Dann folgt nach dem steilen Anstieg der Kurve ein noch steilerer Abfall. Dies liegt daran, dass zu diesem Zeitpunkt infolge Ausdehnung durch Erwärmung das Futter 25 den Bohrer 23 freigibt, also den Kraftschluss löst. Daraufhin fällt der Bohrer 23 in dem Futter 25 nach unten, wenn er nicht gerade direkt von der Schubstange 44 der Stellmittel 41 gestützt wird. Es kann auch daher kommen, dass beim Ausdehnen das Futter 25 den Bohrer 23 mit nach oben von den Stellmitteln weg nimmt und anhebt, bis es ihn durch Aufweitung fallen lässt.
Dieser Abfall der Kurve und somit auch der Spitze des Bohrers 23 liegt in der Kurve in Fig. 2 noch über der horizontalen Achse. Es wäre ebenso möglich, dass die Spitze des Bohrers 23 noch tiefer fällt, also ΔZ in einen negative Bereich geht. Dies ändert jedoch nichts am grundsätzlichen Verlauf der Kurve.
Nach dem steilen Abfall der Kurve ΔZ_ist steigt diese wieder an, und zwar in etwa asymptotisch mit langsam abnehmender Steigung. Hier kann im wesentlichen gesagt werden, dass dieser Anstieg vor allem auf eine Längenausdehnung des Bohrers 23 zurückzuführen ist. Es ist möglich, bereits hier die Induktionsspule wieder abzuschalten. Schließlich ist das Ziel der Erwärmung des Werkzeughalters 22, nämlich die Freigabe des Bohrers 23, erreicht.
Wie gesagt, läuft die durchgezogene Kurve nach rechts auf eine Art Sättigung zu. Im weiteren Verlauf, der hier jedoch nicht dargestellt ist und die Abkühlung von Bohrer 23 und Werkzeughalter 22 darstellt, fällt die Kurve wieder ab. Der Endwert ΔZ, auf den die Kurve nach langer Zeit bzw. vollständiger Abkühlung des gesamten Maschinenwerkzeugs 21 wieder abfällt, ist um die Differenz von ΔZ bei dem steilen Abfall am Anfang der Kurve niedriger als der Anfangswert der Kurve. Er liegt also um die Differenz von ΔZ während des steilen Abfalls unter der horizontalen Achse.
Von dem steilen Abfall der durchgezogenen Kurve aus verläuft eine gepunktete Kurve. Diese setzt an dem durchgezogen dargestellten aufsteigenden Ast an und fällt dann langsam ab. Diese gepunktet dargestellte Kurve stellt die Längenänderung ΔZ lediglich des Werkzeughalters 21 bzw. der Oberseite des Futters 25 dar. Daraus wird klar, dass beispielsweise zu dem Zeitpunkt, zu dem die durchgezogene Kurve stark abfällt infolge Herunterfallen des Bohrers 23, die Induktionsspule 13 und somit die Erwärmung des Werkzeughalters 22 abgeschaltet wird. Dieser kühlt also wieder aus und zieht sich infolgedessen in seiner Länge wieder zusammen. Die gepunktete Kurve verläuft auf ΔZ = 0 zu. Schließlich muss sich der Werkzeughalter 22 nach seiner Ausdehnung infolge der Erwärmung beim Abkühlen wieder auf seine ursprüngliche Länge zurückziehen.
Wie zuvor beschrieben worden ist, soll eine zeitabhängige Dimensionsfunktion von ΔZ erzeugt werden, die für ein bestimmtes Maschinenwerkzeug 21 gilt, bei dem störende Einflüsse wie beispielsweise ein Herunterfallen des Bohrers 23, welche bei einem tatsächlichen Herstellungs- Spannverfahren aufgrund der Stellmittel 41 nicht auftauchen, ausgeschaltet sind.
Aus diesem Grund wird der Ast der durchgezogenen Kurve nach dem Abfall um den ΔZ-Wert des Abfalls angehoben, so dass sich die gestrichelt dargestellte Kurve ΔZ_ref ergibt. Wie zu erkennen ist, setzt diese nahtlos an dem ansteigenden Teil der durchgezogen dargestellten Kurve ΔZ_ist an. Es braucht also von der Steuerung 34 lediglich der Abfall der tatsächlich gemessenen Kurve von ΔZ_ist ermittelt werden, insbesondere bezüglich des Wertes von ΔZ. Anschließend wird die durchgezogene Kurve ΔZ_ist nach dem Abfall um eben diesen Wert von ΔZ angehoben. Ein solches Korrigieren, insbesondere zur Erkennung des Abfalls der Kurve von ΔZ_ist sowie der anschließenden Verschiebung eines Abschnitts der Kurve, sind dem Fachmann in allgemeiner Form aus dem Stand der Technik bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.
Zu der gestrichelt dargestellten Kurve ΔZ_ref ist noch zu sagen, dass sie für lange Zeit bzw. nach dem vollständigen Abkühlen des Maschinenwerkzeugs 21 wieder genau auf ΔZ_ref = 0 zurückläuft. Hier wurde zum einen der Abfall der durchgezogen dargestellten Kurve herauskorrigiert, zum anderen entspricht die gestrichelt dargestellte Kurve ΔZ_ref beispielsweise einem Maschinenwerkzeug, bei dem ein Bohrer bereits auf dem Grund des Futters 25 aufsitzt und deswegen nicht herunterfallen kann. Es ist einleuchtend, dass jegliche Ausdehnung des Maschinenwerkzeugs in Z-Richtung aufgrund von Erwärmung nach vollständigen Abkühlen wieder verschwinden muss, wenn nicht gerade irreversible Prozesse in der Materialstruktur des Maschinenwerkzeugs durch die Erwärmung hervorgerufen worden sind. Derartige Prozesse sind jedoch durch Begrenzung der Erwärmungstemperatur auf alle Fälle zu vermeiden.
Somit ist die gestrichelt dargestellte Kurve ΔZ_ref, die in ihrem Anfangsabschnitt durchgezogen dargestellt ist, genau jene Dimensionsfunktion, die das Verhalten von ΔZ, also die Ausdehnung in Längsrichtung über der Zeit, darstellt.
Des weiteren ist noch eine strichpunktierte Kurve für ΔZ dargestellt. Diese erhält man durch Verschieben der gestrichelt dargestellten Kurve um einen bestimmten Absolutwert. Ein solches Verschieben wird teilweise vorgenommen bei bestimmten Maschinenwerkzeugen, bei denen entweder am Anfang oder am Ende eines Erwärmungsvorgangs Sprünge auftauchen. Durch die strichpunktierte Kurve soll veranschaulicht werden, dass auf individuelle Maschinenwerkzeuge abgestimmt eine Verschiebung der gestrichelten Kurve insgesamt, und nicht nur in Abschnitten, erfolgen kann.
Eine gestrichelt dargestellte Kurve ΔZ_ref wird, wie aus dem Vorhergehenden deutlich ist, dadurch gewonnen, dass ein nach bestimmten Referenz-Daten charakterisierter Erwärmungsvorgang des eingesetzten Maschinenwerkzeugs 21 durchgeführt wird. Die Referenz-Daten dieses Erwärmungsvorgangs bzw. Spannverfahrens werden in dem Datenspeicher 36 abgelegt. Die daraus gewonnene Dimensionsfunktion bzw. ihre Kurve entsprechend der gestrichelt dargestellten Kurve aus Fig. 2 wird mit der Zuordnung zu genau diesem Referenz-Datensatz in dem Datenspeicher 35 abgespeichert. Dies entspricht dem zuvor erwähnten "recorden".
Wie ebenfalls zuvor beschrieben worden ist, können Dimensionsfunktionen bzw. deren Kurven entsprechend Fig. 2 für genau ein Maschinenwerkzeug mit einer Kombination aus Werkzeughalter und Werkzeug oder aus genau einem Werkzeughalter und verschiedenen, typgleichen Werkzeugen oder genau einem Werkzeug und verschiedenen, typgleichen Werkzeughaltern, aufgenommen werden.
Soll nun beispielsweise in einem bestimmten Werkzeughalter 22 ein abgenutzter Bohrer 23 durch einen typgleichen Bohrer ersetzt werden, so wird das Maschinenwerkzeug 22 mittels eines passenden Einsatzmoduls 19 in das Grundmodul 17 der Vorrichtung 11 eingesetzt. Es wird sowohl die Induktionsspule 13 als auch die Messeinrichtung 27 in die in Fig. 1 dargestellte Position gebracht. Über einen entsprechenden Befehl an die Steuerung 34 wird die Induktionsspule 13 in Gang gesetzt, erwärmt das Futter 25, wodurch der abgenutzte Bohrer 23 gelöst wird und entnommen werden kann.
Um nun genau definierte Startbedingungen zu haben, die denjenigen des Referenz-Datensatzes und der Dimensionsfunktion für genau diese Kombination von Werkzeughalter 22 und typgleichem Bohrer 23 entsprechen, kann der Bohrer 23 gemäß einer ersten Variante aufgewärmt werden. So hat er, wie bei der Aufnahme der Dimensionsfunktion auch, eine gewisse Längenausdehnung infolge Erwärmung.
Zur Erwärmung kann der Bohrer einerseits auf beliebige Art und Wiese erwärmt werden. Andererseits kann er vorteilhaft in den Werkzeughalter 22 eingesetzt und in etwa auf ein bestimmtes, für das Maschinenwerkzeug 21 vorgegebenes Sollmaß Z_soll eingestellt werden. Zum Einstellen können die Stellmittel 41 verwendet werden, welche über Bedientasten 46 und 47 gesteuert werden können.
Nun ist hier das Maschinenwerkzeug mit dem annähernd richtig eingesetzten Bohrer 23 wieder abzukühlen, beispielsweise in einer separaten Abkühlstation. Dieses Abkühlen hat den Vorteil, dass nun das Maschinenwerkzeug erneut in die Vorrichtung 11 eingesetzt werden kann und sowohl Werkzeughalter als auch Bohrer 23 eine definierte Anfangstemperatur und somit definierte Längen aufweisen, wie sie in dem Referenz- Datensatz sowie der entsprechenden Dimensionsfunktion zugrundegelegt sind. Dann kann, wie für die zweite Variante beschrieben, der eigentliche Einstellvorgang beginnen.
Ebenso wäre es möglich, eine Dimensionsfunktion für genau einen Werkzeughalter und einen typgleichen Bohrer aufzuzeichnen, entsprechend Fig. 2, bei denen der kalte Bohrer 23 in das bereits erwärmte und aufgeweitete Futter 25 des Werkzeughalters 22 eingesetzt wird. Da allerdings der Einsatzvorgang in der Regel manuell erfolgt und deswegen vom zeitlichen Ablauf nicht genau bekannt ist, ergeben sich bei dieser Methode wieder Ungenauigkeiten, die eigentlich vermieden werden sollten.
Gemäß einer zweiten Variante kann zum Ersetzen eines alten und Einsetzen eines neuen Bohrers 23 für ein genau einzustellenden Maschinenwerkzeugs ein Erwärmungsvorgang entsprechend den Parametervorgaben aus dem Referenz-Datensatz beginnen. Über die Messeinrichtung 27 wird die Spitze des Bohrers 23 entlang der Z-Achse als Z_ist erfasst, und zwar kontinuierlich. Die Steuerung 34 subtrahiert von dem erfassten Z_ist den von der Zeit her entsprechenden Wert ΔZ_ref, welchen die Steuerung 34 aus der entsprechenden Dimensionsfunktion bzw. Kurve entsprechend Fig. 2 entnimmt. Hierbei entspricht ΔZ_ref dem zuvor erwähnten M_ref.
Dieses ΔZ_ref wird also von der Steuerung 34 von Z_ist subtrahiert, so dass sich Z_komp ergibt. Dieser Wert Z_komp wird in der Anzeige 38 angezeigt. So wird dem Bediener über die Anzeige 38 ein Wert vorgespielt, der tatsächlich nicht vorhanden ist. Die tatsächliche Längenausdehnung Z_ist ist nämlich eben um den Wert ΔZ_ref, abhängig von jeweils der Zeit, zu groß.
Nun stellt entweder ein Bediener manuell über die Bedientasten 46 und 47, oder alternativ die Steuerung 34 automatisch, den Wert Z_komp auf ein bestimmtes Sollmaß Z_soll ein. Bei einer automatischen Einstellung kann der Wert 4011 in die Vorrichtung eingegeben werden. Hierfür sowie für weitere Funktionen der Einstellung oder Bedienung der gesamten Vorrichtung 11 kann eine Menüführung vorgesehen sein mit einzelnen Eingabe- und Anzeigefenstern.
Über die Stellmittel 41 bzw. die Schubstange 44 wird für diese Einstellung der Bohrer 23 in Z-Richtung so verschoben, dass seine Spitze an der gewünschten Stelle ist, so dass Z_komp dem vorgegebenen Z_sollentspricht. Damit ist der Einstellvorgang, der in der Regel in wenigen Sekunden erfolgen kann, abgeschlossen. Die Stellmittel halten dabei den Bohrer 23 genau in dieser Position. Nun wird so lange abgewartet, bis sich das Futter 25 durch Abkühlen wieder soweit zusammengezogen hat, dass ein ausreichender Kraftschluss mit dem Bohrer 23 hergestellt ist. Danach kann das Maschinenwerkzeug aus der Vorrichtung 11 entnommen werden und in einer Abkühlstation oder dergleichen vollständig abgekühlt werden.
Dadurch, dass, wie Fig. 2 entnommen werden kann und vorstehend erläutert worden ist, ΔZ_ref für eine vorgegebene Kombination aus Werkzeughalter und Bohrer, und zwar während des Erwärmungsvorgangs, ansteigt, für große Zeiten bzw. das Ende des Abkühlens aber wieder zu Null wird, ist nach dem Abkühlen der Einfluss von ΔZ_ref verschwunden. Die Längenveränderung aufgrund der Erwärmung, die jedoch während des Ein- und Ausspannens vorherrscht, wird über das Einrechnen bzw. Subtrahieren in dem angezeigten Messwert Z_komp berücksichtigt.
Die Steuerung 34 oder ein Benutzer stellen durch die zeitabhängige und jeweils zeitrichtige Kompensation des Messwerts Z_ist zu Z_komp immer eine Länge des Maschinenwerkzeugs ein, die über Z_soll liegt. Diese zu große Länge beträgt immer genau das jeweils zeitabhängige ΔZ_ref Eben dieses ΔZ_ref verschwindet nach dem Abkühlen des Maschinenwerkzeuges wieder, so dass das Maschinenwerkzeug an sich die geforderte Länge Z_soll aufweist.
Selbstverständlich ist für den Fachmann offensichtlich, dass die Einrichtung 11 auch lediglich zum Ausmessen eines Maschinenwerkzeuges oder Nachjustieren eines Maschinenwerkzeuges verwendet werden kann. Das zuvor beschriebene Aufzeichnen der Dimensionsfunktion bzw. Kurve nach Fig. 2 kann werkseitig vorgenommen werden und in die Vorrichtung 11 bzw. in den Datenspeicher 35 eingespeichert werden.
Ebenso kann dies in einem Betrieb selber individuell für eine Vorrichtung 11 sowie vorhandene Kombinationen aus Werkzeughaltern und Werkzeugen vorgenommen werden.
Der in Fig. 3 dargestellte Aufbau von Maschinenwerkzeug 21 mit dem Werkzeughalter 22 stellt einen alternativen Aufbau eines Einsatzmoduls 119 dar. Das Einsatzmodul 119 weist, anders als das aus massivem Metall gefertigte Einsatzmodul 19 aus Fig. 1, einen Schichtaufbau auf. Es besteht zum einen aus einem inneren Einsatz 121, der im wesentlichen samt Unterseite vollständig mit dem Befestigungskonus 24 des Werkzeughalter 22 schließt. Des weiteren weist das Einsatzmodul 119 eine äußere Hülle 123 auf, in welcher bündig der innere Einsatz 121 sitzt. Die äußere Hülle 123 schließt mit dem Grundmodul 17.
Das Einsatzmodul 119 weist den dargestellten Schichtaufbau auf für eine verbesserte thermische Dämmung zwischen Werkzeughalter 22 und Grundmodul 17. Dazu besteht der innere Einsatz 121 aus einem Kunststoff, die äußere Hülle 123 dagegen aus Metall. Der Kunststoff sollte sowohl hohen Anforderungen an Herstellungspräzision sowie Formstabilität, als auch an geringe Wärmeleitung erfüllen. Durch die thermischen Dämmeigenschaften der innere Hülle 121 aus Kunststoff wird der Werkzeughalter 22 besser gegenüber dem Grundmodul 17 isoliert. Die Wärme kann also von dem Werkzeughalter 22 nur zu einem geringeren Teil in das Grundmodul 17 eindringen und so die Messwerte verfälschen.
Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist der innere Einsatz 121 im Bereich der umlaufenden Ringschulter außen die äußere Hülle 123 überlappend und bis an die Oberseite des Grundmoduls 17 reichend ausgeführt. So wird eine direkte oder wärmeleitende Verbindung zwischen Befestigungskonus 24 und Grundmodul 17 verhindert.
Anstelle des zweischichtigen Aufbaus nach Fig. 3 ist es auch möglich, einen Aufbau mit noch mehr Schichten zu wählen. Des weiteren können auch Luftkammern zwischen Metallschichten und Kunststoffschichten vorgesehen sein, welche eine noch bessere Dämmwirkung ermöglichen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es somit möglich, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung 11 zu Herstellung eines Maschinenwerkzeuges 21 zu schaffen. Dabei wird über eine Messeinrichtung 27 während eines Referenz-Spannverfahrens die Längenänderung ΔZ_ref des Werkzeugs 23 erfasst und als zeitabhängige Dimensionsfunktion ΔZ abgespeichert. Bei einem weiteren Spannverfahren an diesem Maschinenwerkzeug 21 können die abgespeicherten Werte der Dimensionsfunktion ΔZ herangezogen werden zur Korrektur der tatsächlich gemessenen, durch einen zeitlich veränderlichen Erwärmungsvorgang mit einer entsprechenden Längenänderung verfälschen Messwerte Z_ist. So ist es möglich, zu jedem Zeitpunkt während eines Spannverfahrens bzw. zeitunabhängig eine thermische Längenänderungen ΔZ_ref des Maschinenwerkzeugs 21 zu berücksichtigen und bei der Längeneinstellung mittels Stellmittel 41 zu beseitigen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenwerkzeuges (21), das einen Werkzeughalter (22) mit einer Werkzeughalteröffnung und ein in die Werkzeughalteröffnung durch ein Herstellungs-Spannverfahren eingespanntes Werkzeug (23) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Auswahl eines Referenz-Maschinenwerkzeuges, das im wesentlichen gleich oder identisch ist mit dem herzustellenden Maschinenwerkzeug (21);

- Durchführung eines Referenz-Spannverfahrens an dem Referenz-Maschinenwerkzeug (21) nach Vorgabe mindestens eines vorgebbaren Referenz-Spannverfahrensparameters;

- Erfassen und Speichern einer durch das Referenz-Spannverfahren an dem Referenz-Maschinenwerkzeug (21) bewirkten zeitabhängigen Dimensionsänderung zur Erzeugung einer den Zeitverlauf der Dimensionsänderung repräsentierenden zeitabhängigen Dimensionsfunktion (ΔZ);

- Steuerung des Herstellungs-Spannverfahrens nach Maßgabe der zeitabhängigen Dimensionsfunktion.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Speicherung von Referenz-Daten, die die Referenz-Spannverfahrensparameter und die das Referenz-Maschinenwerkzeug repräsentieren, in einem Referenz-Datenspeicher (36), wobei vorzugsweise für eine Vielzahl von unterschiedlichen Kombinationen von Referenz- Spannverfahrensparametern und Referenz-Maschinenwerkzeugen entsprechende Referenz-Daten gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitabhängige Dimension (Z) eine Raumkoordinate ist und sich auf einen bestimmten Punkt des Werkzeugs (23) bezieht, insbesondere auf eine Ecke oder Kante, vorzugsweise auf die Spitze, des Maschinenwerkzeugs (21).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungs-Spannverfahren folgende Schritte umfasst:

- Vermessen des herzustellenden Maschinenwerkzeuges (21) während des Herstellungs-Spannverfahrens zur Ermittlung von zeitabhängigen aktuellen Messwerten M_ist einer Dimension, welche der Dimension des Referenz-Spannverfahrens entspricht;

- zeitrichtige Korrektur der aktuellen Messwerte M_ist mit entsprechenden Werten M_ref der zeitabhängigen Dimensionsfunktion zur Erzeugung von kompensierten Messwerten M_komp;

- Anzeige der kompensierten Messwerte M_komp.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitrichtige Korrektur der aktuellen Messwerte M_ist eine Subtraktion ist mit M_ist - M_ref, wobei diese Subtraktion den kompensierten Messwert M_komp ergibt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über an das Werkzeug (23) angreifende Stellmittel (41) das Werkzeug relativ zu dem Werkzeughalter (22) so eingestellt wird, dass der kompensierte Messwert M_komp einem einzustellenden Sollwert M_soll für das Maschinenwerkzeug (21) entspricht, wobei vorzugsweise die Stellmittel eine Fixierung des Werkzeugs in der eingestellten Stellung umfassen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (41) elektromechanisch sind, wobei sie vorzugsweise automatisch ohne Eingriff eines Bedieners den kompensierten Messwert M_komp auf den Sollwert M_soll einstellen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Messwerts M_soll vorgegeben wird und über die Stellmittel (41) der Messwert M_ist darauf eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungs-Spannverfahren ein Schrumpfen ist, insbesondere thermisches Schrumpfen mit einem Erwärmungsvorgang.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwärmungsvorgang durch induktive Einkopplung von Energie erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitabhängige Dimensionsfunktion (ΔZ) für das Speichern während des Referenz-Spannverfahrens von Störungen, insbesondere Sprüngen der Dimension beispielsweise durch plötzliches Lösen eines Kraftschlusses zwischen Werkzeug (23) und Werkzeughalter (22), korrigiert wird, wobei vorzugsweise ein störender Einfluss infolge einer unerwarteten Änderung der Dimensionsfunktion (ΔZ) erkannt und durch Verschieben eines Dimensionsfunktionsabschnitts beseitigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionsfunktion (ΔZ) insgesamt um einen bestimmten Wert absolut verändert wird, insbesondere angehoben wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Dimension sowie des aktuellen Messwerts M_ist eine optische Erfassung eines bestimmten Punkts des Werkzeugs (23) ist, vorzugsweise mit einer Projektion des Schattenrisses des Werkzeugs auf eine Bildaufnahmeeinrichtung (28).

14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messwerte M_nist verschiedener Raumkoordinaten des Maschinenwerkzeugs (21) erfasst werden und bei einem Herstellungs-Spannverfahren danach eingestellt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Dimension oder eines aktuellen Messwerts M_ist in Zeitintervallen erfolgt, welche unter einer Sekunde liegen, vorzugsweise weniger als 0,1 Sekunden betragen.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zeitabhängige Dimensionsfunktionen (ΔZ) für verschiedene Kombinationen von Referenz-Maschinenwerkzeugen gespeichert werden, wobei vorzugsweise diese zeitabhängigen Dimensionsfunktionen werkseitig beim Einrichten gespeichert werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitabhängige Dimensionsfunktionen (ΔZ) für eine Gruppe von Referenz-Werkzeugen oder Referenz-Werkzeughaltern gleichen Typs erfasst und gespeichert werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zeitabhängige Dimensionsfunktionen (ΔZ) für genau ein spezielles Referenz-Werkzeug oder einen speziellen Referenz-Werkzeughalter jeweils kombiniert mit einem speziellen Referenz-Werkzeughalter oder mit einem Referenz-Werkzeug oder mit einer bestimmten Gruppe von Werkzeughaltern (22) oder Werkzeugen (23) erfasst und gespeichert werden.

19. Vorrichtung zur Herstellung eines Maschinenwerkzeuges (21), das einen Werkzeughalter (22) mit einer Werkzeughalteröffnung und ein in die Werkzeughalteröffnung durch ein Herstellungs-Spannverfahren eingespanntes Werkzeug (23) umfasst, wobei die Vorrichtung (11) aufweist:

- eine Messeinrichtung (27) zum Erfassen einer durch ein Referenz-Spannverfahren an einem Referenz-Maschinenwerkzeug bewirkten zeitabhängigen Dimensionsänderung;

- eine Steuerung zur Erzeugung einer den Zeitverlauf der Dimensionsänderung repräsentierenden zeitabhängigen Dimensionsfunktion (ΔZ);

- einen Datenspeicher (35) zum Speichern der zeitabhängigen Dimensionsfunktion (ΔZ);

- eine Aufnahme für ein Maschinenwerkzeug (21);

- eine Spanneinrichtung zum Einspannen des Werkzeugs (23) in den Werkzeughalter (22) mit dem Herstellungs-Spannverfahren und zum Ausspannen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Referenz-Datenspeicher (35) zur Speicherung von Referenz-Daten, die die Referenz-Spannverfahrensparameter und die das Referenz- Maschinenwerkzeug repräsentieren, wobei vorzugsweise der Referenz-Datenspeicher (36) auch der Datenspeicher (35) zum Speichern der zeitabhängigen Dimensionsfunktion (ΔZ) ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (34) zur Steuerung des Herstellungs-Spannverfahrens nach Maßgabe von ausgewählten Referenz-Daten, wobei vorzugsweise die Referenz-Daten Temperatur und Zeit enthalten.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (34) ausgebildet ist zur Korrektur der zeitabhängigen Dimensionsfunktion (ΔZ) von Störungen, insbesondere von Sprüngen der Dimension, während des Referenz-Spannverfahrens vor oder während des Speicherns als M_ref, wobei vorzugsweise die Steuereinrichtung (34) einen störenden Einfluss infolge einer unerwarteten Änderung der Dimensionsfunktion (ΔZ) erkennt und durch Verschieben eines Dimensionsfunktionsabschnitts beseitigt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (34) ausgebildet ist zur zeitrichtigen Korrektur der aktuellen Messwerte M_ist mit entsprechenden Werten M_ref der zeitabhängigen Dimensionsfunktion (ΔZ) zur Erzeugung von kompensierten Messwerten M_komp, wobei vorzugsweise diese Korrektur eine Subtraktion ist mit dem kompensierten Messwert M_komp = M_ist - M_ref.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Anzeige (38) für den kompensierten Messwert M_komp, wobei vorzugsweise die Anzeige ein Display (39) aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (27) zur Erfassung mindestens eines Messwerts M_ist der Dimensionsänderung eines einzustellenden Maschinenwerkzeugs (21) ausgebildet ist, wobei sie insbesondere eine optische Erfassung (27) eines bestimmten Punkts des Werkzeugs (23) aufweist, vorzugsweise mit einer Projektion des Schattenrisses des Werkzeugs auf eine Bildaufnahmeeinrichtung (28).

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, gekennzeichnet durch Stellmittel (41) zur Einstellung des Werkzeugs (23) relativ zu dem Werkzeughalter (22) derart, dass der kompensierte Messwert M_komp einem einzustellenden Sollwert M_soll für das Maschinenwerkzeug (21) entspricht, wobei vorzugsweise die Stellmittel für eine Fixierung des Werkzeugs (23) in der eingestellten Stellung in dem Werkzeughalter (22) ausgebildet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (41) elektromechanisch sind, insbesondere einen Elektromotor (42) und ein Getriebe (43) mit einer linear bewegbaren Schubstange (44) aufweisen, wobei vorzugsweise die Stellmittel automatisch ohne Eingriff eines Bedieners den kompensierten Messwert M_komp auf den Sollwert M_soll einstellen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (41) von der Rückseite durch den Werkzeughalter (22) an das Werkzeug (23) reichen, wobei sie vorzugsweise zur Verschiebung des Werkzeugs in dem Werkzeughalter (22), insbesondere zur Längenveränderung des gesamten Maschinenwerkzeugs (21), ausgebildet sind.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungs-Spannverfahren thermisches Schrumpfen ist mit einer Heizeinrichtung für einen Erwärmungsvorgang, wobei vorzugsweise die Heizeinrichtung eine Induktionsspule (13) aufweist, und insbesondere die Heizeinrichtung über den Werkzeughalter (22) bringbar ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (22) mit einem für diesen Werkzeughalter ausgebildeten Einsatzmodul (19, 119) in ein an der Vorrichtung (11) angeordnetes Grundmodul (17) einsetzbar ist, wobei sich vorzugsweise der Werkzeughalter (22) oder ein Referenzpunkt des Werkzeughalters in einer bekannten Position zu der Vorrichtung (11) befindet.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatzmodul (19) aus Metall gefertigt ist mit hoher Fertigungspräzision.

32. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatzmodul (119) einen thermisch isolierenden Aufbau aufweist, der eine thermische Isolierung zwischen einem in das Einsatzmodul (119) eingesetzten Werkzeughalter (22) und dem Grundmodul (17), in welches das Einsatzmodul eingesetzt ist, aufweist, wobei vorzugsweise ein innerer Bereich (121) des Einsatzmoduls thermisch isolierend aus Kunststoff oder Keramik besteht.