DE10314199A1

DE10314199A1 - Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Schleifmaschine, in der das Verfahren angewendet wird

Info

Publication number: DE10314199A1
Application number: DE10314199A
Authority: DE
Inventors: Yuuji Shirakawa; Takuya Yamagata
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: JP3910482B2; KR100976899B1; US20030204287A1; US6732009B2; KR20030084749A; DE10314199B4; JP2003311585A

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine geeignetes Fehlerkorrekturverfahren bereitgestellt, wobei eine durch eine Schwankung der Umgebungstemperatur, während der Bearbeitung erzeugte Reibungswärme und durch ähnliche Faktoren verursachte Änderung eines tatsächlichen Vorschubs eines Werkzeugs eliminiert wird, so daß ein Werkstück hochgradig präzise bearbeitbar ist, ohne daß das Werkstück unter Verwendung einer Kalibriereinrichtung mit einem Bezugsformstück verglichen werden muß. Die Werkzeugmaschine weist eine numerische Steuerungseinheit auf, in der ein Verfahrweg des Werkzeugs programmiert ist, und eine Werkzeugbewegungseinheit zum Positionieren des Werkzeugs. Die numerische Steuerungseinheit führt der Werkzeugbewegungseinheit einen vorgegebenen Messungsverfahrweg zu. Nachdem das Werkzeug von einem Programmursprung zu einem separat vom Programmursprung bereitgestellen Meßpunkt bewegt wurde, wird eine Positionsabweichung zwischen dem Meßpunkt und der Position des Werkzeugs gemessen, nachdem die Bewegung des Werkzeugs abgeschlossen ist, und die numerische Steuerungseinheit korrigiert während der Bearbeitung des Werkstücks einen der Werkzeugbewegungseinheit zugeführten Bearbeitungsverfahrweg unter Verwendung der Positionsabweichung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen, z. B. eine NC-Fräsmaschine oder eine NC- Schleifmaschine, die ein Werkstück durch Bewegen eines Werkzeugs basierend auf einem programmierten Verfahrweg bearbeitet, und insbesondere ein Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren zum Eliminieren eines Bearbeitungsfehlers eines Werkstücks, der durch einen Fehler im Verfahrweg eines Werkzeugs verursacht wird.
Herkömmlich ist als Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks unter Verwendung verschienenartiger Werkzeuge eine sogenannte numerisch gesteuerte (NC) Werkzeugmaschine bekannt, die ein Werkstück durch Steuern des Verfahrwegs der Werkzeuge gemäß im voraus eingegebenen numerischen Daten automatisch bearbeitet. Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer NC- Vertikal-Schleifmaschine, die ein Werkstück W unter Verwendung einer Schleifscheibe oder eines Schleifkopfes T bearbeitet. Diese Schleifmaschine weist einen Arbeits- oder Aufspanntisch 101 zum Fixieren von Werkstücken W auf einer Basis 100 auf, und ein torförmiger Ständer (Säule) 102 ist so konstruiert, daß er auf der Basis 100 steht, während der Ständer den Aufspanntisch 101 überspannt, und der Aufspanntisch 101 ist dazu geeignet, sich in einer X-Achsenrichtung (in der Zeichnungsebene von Fig. 10 von rechts nach links) zu bewegen. Außerdem wird der Schleifkopf T, der das Werkstück W bearbeitet, durch eine Spindel 103 gehalten, und diese Spindel 103 wird durch einen Spindelstock 104 gehalten, der als Werkzeugbewegungseinheit dient, die in der Lage ist, sich in eine U-Achsenrichtung (in der Zeichnung von oben nach unten) und in eine Y-Achsenrichtung (in der Zeichnungsebene von Fig. 10 in die Tiefenrichtung) zu bewegen. Außerdem ist der Spindelstock 104 auf einer der Seitenflächen des Ständers 102 montiert.
Die Bewegungen oder Verfahrwege des Spindelstocks 104 und des Aufspanntischs 101 werden durch eine aus einem Computer bestehende numerische Steuerungseinheit gesteuert, und ein Werkzeugweg, eine Bearbeitungsgeschwindigkeit und ähnliche Parameter werden in der numerischen Steuerungseinheit vorprogrammiert. Im allgemeinen wird der Werkzeugweg in einem Koordinatensystem dargestellt, wobei ein Punkt innerhalb des Bewegungsbereichs des Spindelstocks als Programmursprung festgelegt wird, und unter Verwendung von Abständen vom Programmursprung in der U-Achsenrichtung und in der Y-Achsenrichtung definiert. Daher werden bei Beginn des Bearbeitungsvorgangs der Spindelstock 104 und der Aufspanntisch 101 gemäß einer Anweisung von der numerischen Steuerungseinheit angetrieben. Dadurch wird der durch die Spindel 103 gehaltene Schleifkopf T mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vom Programmursprung zu einer vorgegebenen Position bewegt, und der Aufspanntisch 101 wird ebenfalls bewegt, so daß die Werkstücke W bearbeitet werden.
In dieser NC-Werkzeugmaschine können, wenn der Spindelstock und der Aufspanntisch gemäß in der numerischen Steuerungseinheit programmierten Anweisungen bewegt werden, die Werkstücke hochgradig präzise bearbeitet werden, ohne daß Maßfehler auftreten. Wenn die Temperatur in einem Betrieb oder einer Anlage sich ändert, wird jedoch die Führung einer für die Bewegung des Spindelstocks verantwortlichen Kugelumlaufspindel beeinflußt, und der Ständer und die Basis, die den Spindelstock halten, dehnen sich aus oder ziehen sich zusammen, wenn auch nur in geringem Maß. Außerdem dreht sich die den Schleifkopf haltende Spindel mit einer hohen Drehzahl, so daß es, wenn ein kontinuierlicher Bearbeitungsvorgang stattfindet, vorkommen kann, daß ihre Hauptachse sich aufgrund der durch einen Motor oder ein Lager erzeugten Wärme in der Achsenrichtung ausdehnt. Daher kann, auch wenn der Spindelstock entsprechend einem Programmbefehl um einen vorgegebenen Verfahrweg vom Programmursprung ausgehend bewegt wird, die Position des Werkzeugs bezüglich des Werkstücks geringfügig von einer Sollposition abweichen, so daß es schwierig ist, die Werkstücke präzise auf vorgegebene Maße zu bearbeiten.
Hinsichtlich dieses Problems ist, um ein Werkstück hochgradig präzise zu bearbeiten, indem z. B. die vorstehend beschriebenen Umgebungseinflüsse eliminiert werden, herkömmlich eine Kalibriereinrichtung in Kombination mit einer numerischen Steuerung verwendet worden. Diese Kalibriereinrichtung vergleicht ein bearbeitetes Werkstück mit einem Bezugsformstück, das im voraus hochgradig präzise hergestellt worden ist, und prüft die Bearbeitungsmaße des Werkstücks. Zu diesem Zweck weist die Kalibriereinrichtung einen Meßfühler 106 auf, der mit den entsprechenden Abschnitten des Bezugsformstücks und des Werkstücks in Kontakt gebracht wird. In der in Fig. 10 dargestellten Schleifmaschine ist eine Kalibriereinrichtung 105 an einer Seitenfläche des Ständers 102 an einer dem Spindelstock 104 entgegengesetzten Seite befestigt, und der vorstehend erwähnte Meßfühler 106 wird durch den Ständer 102 über eine dem Spindelstock 104 ähnliche Bewegungseinheit 107 gehalten. Andererseits ist ein Bezugsformstück 108 an einer Position befestigt, die virtuell der Position der Werkstücke W auf dem Aufspanntisch 101 entspricht. Während eines Bearbeitungsvorgangs unter Verwendung dieser Kalibriereinrichtung 105 wird zunächst der Meßfühler 106 mit dem Bezugsformstück 108 in Kontakt gebracht, und die Kontaktposition wird in einem Speicher der numerischen Steuerungseinheit gespeichert. Dann wird der Meßfühler 106 mit jedem Werkstück W in Kontakt gebracht, das bearbeitet worden ist, und diese Kontaktposition wird mit der im Speicher gespeicherten Kontaktposition des Bezugsformstücks 108 verglichen. Ein als Ergebnis dieses Vergleichs festgestellter Unterschied wird als Bearbeitungsfehler des Werkstücks W bezüglich des Bezugsformstücks 108 interpretiert. Daher kann, wenn das Werkstücks W durch Bewegen des Spindelstocks 104 unter Berücksichtigung des erfaßten Unterschieds bearbeitet wird, das Werkstück W mit einer dem Bezugsformstück 108 entsprechenden Präzision bearbeitet werden.
Es ist jedoch eine lange Zeitdauer erforderlich, um unter Verwendung der Kalibriereinrichtung die Bearbeitungsgenauigkeit jedes Werkstücks zu messen, wodurch die Produktivität abnimmt. Außerdem besteht aufgrund der Kosten für die Kalibriereinrichtung, dem Erfordernis, ein hochgradig präzises Bezugsformstück im voraus herzustellen, usw. ein Problem dahingehend, daß die mit der Kalibriereinrichtung verbundenen Bearbeitungskosten zunehmen.
Außerdem muß, wenn eine Schleifmaschine mit einem Schleifkopf verwendet wird, immer wenn eine vorgegebene Anzahl von Werkstücken bearbeitet worden ist, die Form des Schleifkopfes T unter Verwendung eines Abrichtwerkzeugs 109 modifiziert und eine Schleifkornschneidkante erzeugt werden. Außerdem ist die Positionsgenauigkeit des Schleifkopfes T bezüglich des Abrichtwerkzeugs 109 sehr wichtig. Wenn die Positionsgenauigkeit des Schleifkopfes T bezüglich des Abrichtwerkzeugs 109 gering ist, führt dies dazu, daß das Abrichtwerkzeug 109, das eigentlich dafür vorgesehen ist, die Form eines Schleifsteins zu modifizieren, tatsächlich die Schleifsteinform zerstört, was dazu beiträgt, daß die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W abnimmt.
Wie anhand der vorstehenden Beschreibung verdeutlicht worden ist, ist die vorstehend erwähnte Kalibriereinrichtung so konstruiert, daß die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks durch einen Vergleich des Werkstücks mit einem Bezugsformstück erhöht wird, d. h., daß die Kalibriereinrichtung die Positionsgenauigkeit der Bewegung bzw. des Verfahrweges des Schleifkopfes selbst nicht gewährleistet und keinen Einfluß auf die Beziehung zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Schleifkopf hat. Daher tritt im Fall einer Schleifmaschine ein Problem dahingehend auf, daß, auch wenn die Schleifmaschine mit einer Kalibriereinrichtung ausgerüstet ist, die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks tendenziell abnimmt.
Außerdem ist es, um die Schleifbearbeitungszeit zu verkürzen und die Fertigungskosten zu senken, wünschenswert, einen sogenannten CBN-Schleifstein zu verwenden, der Schleifkörner enthält, z. B. auf Aluminiumoxid basierende Schleifkörner, die härter sind als herkömmliche Schleifkörner. Wenn die Genauigkeit bei der Modifizierung der Form eines Schleifsteins durch ein Abrichtwerkzeug gering ist, führt dies jedoch dazu, daß bei einem einzelnen Abrichtvorgang mehr Schleifkörner als erforderlich abgetragen werden. Daher tritt ein Problem dahingehend auf, daß die Lebensdauer des Schleifsteins abnimmt und der CBN-Schleifstein nicht verwendbar ist, der zwar einen ausgezeichneten Bearbeitungswirkungsgrad hat, aber teuer ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und ein Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren zur Verwendung in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bereitzustellen, wodurch Abweichungen eines tatsächlichen Vorschubwegs eines Werkzeugs, die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur, während des Bearbeitungsvorgangs erzeugte Reibungswärme und ähnliche Faktoren verursacht werden, eliminiert werden können, so daß ein Werkstück hochgradig genau bearbeitbar ist, ohne daß unter Verwendung einer Kalibriereinrichtung ein Vergleich zwischen dem Werkstück und einem Bezugsformstück vorgenommen werden muß.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schleifmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, wenn die Form eines Schleifsteins unter Verwendung eines Abrichtwerkzeugs modifiziert werden soll, die Schleifsteinform hochgradig präzise zu modifizieren, indem eine Abweichung eines tatsächlichen Vorschubwegs eines Werkzeugs bezüglich des Abrichtwerkzeugs eliminiert wird, so daß ein Werkstück hochgradig präzise und mit hoher Produktivität bearbeitet werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Um ein Werkzeug von einem Programmursprung zu einer Position zu bewegen, an der das Werkstück bearbeitet werden soll, ist es ausreichend, wenn einer Werkzeugbewegungseinheit die Koordinaten der Werkstückbearbeitungsposition bezüglich des Programmursprungs als Bearbeitungsverfahrweg zugeführt werden. Aufgrund eines Fehlers in der durch die Werkzeugbewegungseinheit erzeugten Vorschubbewegung oder einer Ausdehnung oder Schrumpfung eines die Werkzeugbewegungseinheit haltenden Ständers, die durch eine Schwankung der Umgebungstemperatur oder einen ähnlichen Faktor verursacht werden kann, kann das Werkzeug bezüglich der Werkstückbearbeitungsposition jedoch nicht präzise eingestellt werden, wenn lediglich die Koordinaten der Werkstückbearbeitungsposition als Bearbeitungsverfahrweg vorgegeben sind. Hinsichtlich dieses Problems wird erfindungsgemäß eine hierin als Meßpunkt bezeichnete Position separat vom Programmursprung bereitgestellt, und wenn das Werkzeug durch Zuführen der Koordinaten des Meßpunkts zur Werkzeugbewegungseinheit als Messungsverfahrweg bewegt wird, wird unter Verwendung von Displacement-Sensoren gemessen, ob das Werkzeug geeignet am Meßpunkt angeordnet ist. Dann wird, wenn durch die Displacement-Sensoren eine Positionsabweichung des Werkzeugs bezüglich des Meßpunkts erfaßt wird, der bei der Werkstückbearbeitung verwendete Bearbeitungsverfahrweg selbst unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Positionsabweichung korrigiert.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann, auch wenn beispielsweise der Vorschubweg der Werkzeugbewegungseinheit aufgrund einer Schwankung der Umgebungstemperatur oder einer Ausdehnung oder Schrumpfung des die Werkzeugbewegungseinheit haltenden Ständers schwankt, ein dadurch verursachter Einfluß eliminiert werden, so daß das Werkzeug bezüglich der Werkstückbearbeitungsposition präzise eingestellt werden kann. Infolgedessen ist kein Vergleich der Maße der einzelnen bearbeiteten Werkstücke mit denen eines Bezugsformstücks unter Verwendung einer Kalibrierungsvorrichtung erforderlich, so daß die Produktivität erhöht werden kann.
Außerdem kann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Schleifmaschine angewendet wird und die Schleifmaschine dazu geeignet ist, einen zum Bewegen eines Werkzeugs von einem Programmursprung zu einer Abrichtposition verwendeten Abrichtverfahrweg unter Verwendung der Positionsabweichung zu korrigieren, auch wenn sich beispielsweise der Vorschubweg einer Werkzeugbewegungseinheit aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur ändert, ein Schleifstein bezüglich eines Abrichtungswerkzeugs präzise positioniert werden. Dadurch kann die Form des Schleifsteins hochgradig präzise modifiziert und ein Werkstück hochgradig präzise bearbeitet werden. Außerdem kann, weil die Schleifsteinform hochgradig präzise modifiziert werden kann, die durch einen einzelnen Abrichtvorgang abgetragene Schleifkornmenge minimiert werden, so daß die Lebensdauer des Schleifsteins erhöht wird und die Produktivität durch Verwendung eines CBN-Schleifsteins verbessert und der Bearbeitungswirkungsgrad erhöht werden kann.
Das vorstehend erwähnte erfindungsgemäße Verfahren kann problemlos derart angepaßt werden, daß, nachdem eine Positionsabweichung eines Werkzeugs an einem Meßpunkt gemessen wurde, der in einer numerischen Steuerungseinheit gesetzte Bearbeitungsverfahrweg und/oder der Abrichtverfahrweg des Werkzeugs unter Verwendung dieser Positionsabweichung fehlerfrei korrigiert wird. Der Bearbeitungsverfahrweg muß jedoch nicht korrigiert werden, wenn die erfaßte Positionsabweichung kleiner ist als ein in der Werkzeugbewegungseinheit inhärent vorhandener Vorschubfehler. Daher ist es bevorzugt, daß der Bearbeitungsverfahrweg und/oder der Abrichtverfahrweg nur dann korrigiert werden, wenn die gemessene Positionsabweichung größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist.
Außerdem können zum Erfassen der Positionsabweichung des auf den Meßpunkt eingestellten Werkzeugs verschiedenartige Sensoren verwendet werden, z. B. Kontaktsensoren oder kontaktlose Sensoren, die in der Lage sind, eine Positionsabweichung des Werkzeugs bezüglich des Meßpunktes zu erfassen. Die Erfassungsgenauigkeit dieser Abweichung spiegelt sich direkt in der Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks wider, so daß vorzugsweise ein Sensor verwendet wird, der in der Lage ist, eine Positionsabweichung von 1 µm oder weniger zu erfassen. Außerdem wird hinsichtlich der Tatsache, daß seine Erfassungsgenauigkeit auch dann nicht abnimmt, wenn die Messung für eine lange Zeitdauer wiederholt ausgeführt wird, vorzugsweise ein kontaktloser Sensor verwendet.
Außerdem besteht im erfindungsgemäßen Verfahren kein Problem bei der Korrektur eines Bearbeitungsverfahrweges unter Verwendung einer gemessenen Positionsabweichung. Wenn in dieser Positionsabweichung jedoch ein Meßfehler vorhanden ist, könnten Situationen auftreten, in denen die Schwankungen im Vorschub eines Werkzeugs zunehmen. Daher wird, außer, daß ein Messungsverfahrweg zum Bewegen eines Werkzeugs zu einem Meßpunkt unter Verwendung der gemessenen Positionsabweichung korrigiert wird, das Werkzeug vorzugsweise unter Verwendung eines Nachkorrektur-Messungsverfahrweges erneut bewegt und auf den Meßpunkt eingestellt, um zu bestätigen, ob die am Meßpunkt gemessene Positionsabweichung kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist.
Außerdem wird eine solche Korrektur des Bearbeitungsverfahrweges vorzugsweise immer dann ausgeführt, wenn ein Werkstück bearbeitet wird. Hinsichtlich eines Zeitverlusts, der sich ergibt, weil die Werkzeugpositionsabweichung am Meßpunkt gemessen werden muß, wird die Korrektur vorzugsweise nur dann ausgeführt, wenn eine große Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß die Genauigkeit des Werkzeugverfahrweges wesentlich abgenommen hat, z. B. wenn das Werkzeug ausgewechselt oder eine vorgegebene Anzahl von Werkstücken bearbeitet worden ist. Außerdem wird, wenn ein Werkzeugmaschine z. B. nach einer langen Unterbrechung aktiviert wird, der Bearbeitungsverfahrweg vorzugsweise korrigiert, nachdem die Werkzeugpositionsabweichung gemessen wurde, um einen Einfluß durch eine Schwankung der Umgebungstemperatur zu eliminieren.
Das erfindungsgemäße Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren zur Verwendung in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht zum Darstellen einer Ausführungsform einer Schleifmaschine, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 2 ein Beispiel einer durch die Ausführungsform der Schleifmaschine zu bearbeitenden Linearführungsvorrichtung;
Fig. 3 eine Querschnittansicht zum Darstellen, wie ein Gleitblock der Linearführungsvorrichtung unter Verwendung eines Formschleifkopfes einer Schleifbearbeitung unterzogen wird;
Fig. 4 eine Vorderansicht einer Sensorbasis, auf der Displacement-Sensoren montiert sind;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A von Fig. 4;
Fig. 6 eine Positionsbeziehung zwischen einem Programmursprung, einem Meßpunkt und einer Abrichtposition in einem U-X-Y-Raums;
Fig. 7 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Steuerungssystems eines Spindelstocks und eines Aufspanntischs in der Ausführungsform der Schleifmaschine;
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Meßprogramms;
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines anderen Beispiels des Meßprogramms; und
Fig. 10 eine Seitenansicht zum Darstellen einer herkömmlichen Schleifmaschine mit einer Kalibriereinrichtung.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer numerisch gesteuerten Schleifmaschine, auf die das erfindungsgemäße Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren angewendet wird. Die Schleifmaschine weist auf: eine auf einer Bodenfläche einer Anlage oder eines Betriebs angeordnete Basiseinheit 1, einen Aufspanntisch 2, der in der Lage ist, sich auf der Basiseinheit 1 in einer Y-Achsenrichtung (rechts-links-Richtung in der Zeichnungsebene von Fig. 1) hin- und hergehend zu bewegen, einen Ständer 3, der so angeordnet ist, daß er den Aufspanntisch 2 überspannt, einen Spindelstock (Werkzeugbewegungseinheit) 4, die an einer Seitenfläche des Ständers 3 angeordnet und in der Lage ist, sich in einer U-Achsenrichtung und einer X- Achsenrichtung zu bewegen, und eine Spindel 5, die durch den Spindelstock 4 gehalten wird und eine Haupt-Drehachse aufweist, die so eingestellt ist, daß sie mit der U-Achsenrichtung übereinstimmt. Außerdem ist die Schleifmaschine so konstruiert, daß sie auf dem Aufspanntisch 2 fixierte Werkstücke unter Verwendung eines auf der Hauptdrehachse der Spindel 5 befestigten Schleifkopfes (Werkzeug) T bearbeitet.
Auf dem vorstehend beschriebenen Aufspanntisch 2 ist eine Fixierbasis 6 zum Halten der Werkstücke W angeordnet. Außerdem ist der Aufspanntisch 2 dazu geeignet, durch eine Kombination aus einem in der Basis 1 angeordneten Motor und einer Vorschubspindel (nicht dargestellt) in der Y-Achsenrichtung hin- und hergehend bewegt zu werden. Das Werkzeug T wird durch den Spindelstock 4 in der U-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung um vorgegebene Maße oder Wege bewegt, und der Aufspanntisch 2 wird von diesem Zustand ausgehend so bewegt; daß der Schleifkopf T in das Werkstück W eindringt. Daher können durch Steuern des Drehwinkels und der Drehzahl des Motors das Eindringmaß des Schleifkopfes T in das Werkstück W und die Schleifgeschwindigkeit frei eingestellt werden. Fig. 1 zeigt ein Beispiel, in dem mehrere Werkstücke W auf der Fixierbasis 6 fixiert sind und die Schleifbearbeitung durch Bewegen des Aufspanntischs 2 in die X-Achsenrichtung ausgeführt wird, so daß der Schleifkopf T diese Werkstücke W nacheinander bearbeitet. Es entsteht jedoch kein Problem, wenn der Aufspanntisch 2 so konstruiert ist, daß darauf jeweils nur ein Werkstück W fixiert werden kann.
Außerdem ist der Spindelstock 4 so konstruiert, daß ein in der U-Achsenrichtung hin- und hergehend beweglicher Monoachsentisch und ein in der X-Achsenrichtung hin- und hergehend beweglicher Monoachsentisch stapelförmig angeordnet sind und eine Spindel 5 auf dem in der X-Achsenrichtung beweglichen oberen Tisch angeordnet ist. Ähnlich wie der vorstehend beschriebene Aufspanntisch 2 wird jeder Monoachsentisch durch eine Kombination aus einem Motor und einer Vorschubspindel in eine entsprechende Richtung bewegt, und durch Steuern der Drehwinkel (Drehmaße) der beiden Motoren kann der auf der Spindel 5 montierte Schleifkopf T vom Programmursprung in der U-X-Koordinatenebene zu einer beliebigen Position bewegt und der Schleifkopf T auf diese Position eingestellt werden. Hierbei bezeichnet der Programmursprung einen Ursprung, bezüglich dem die Bewegungsposition des Schleifkopfes T und die Bewegungsposition des Aufspanntischs innerhalb des U-X-Y-Raums numerisch gesteuert werden.
Andererseits ist auf dem Aufspanntisch 2 ein Abrichtwerkzeug 7 zum Modifizieren der Form eines Schleifsteins angeordnet. Das Abrichtwerkzeug 7 ist ein Dreh-Abrichtwerkzeug, das eine Diamantscheibe 9 über eine Spindel 8 hält, eine Hauptdrehachse aufweist, die so eingestellt ist, daß sie mit der U-Achsenrichtung übereinstimmt, und an einer von der Werkstückfixierbasis 6 in der Y-Achsenrichtung beabstandeten Position angeordnet ist. Daher kann durch Bewegen des Aufspanntischs 2 in die Y-Achsenrichtung der Schleifkopf T an einer Bearbeitungsposition zum Bearbeiten eines Werkstücks oder an einer Abrichtposition angeordnet werden, an der er durch das Dreh-Abrichtwerkzeug 7 abgerichtet werden kann.
Die Schleifmaschine wird beispielsweise zum Bearbeiten eines Gleitblocks 31 einer in Fig. 2 dargestellten Linearführungsvorrichtung 30 verwendet. Die Linearführungsvorrichtung 30 besteht aus einer Führungsschiene 33, für die eine Kugelrollfläche 32 entlang einer Längsrichtung ausgebildet ist, und einem Gleitblock 31, der eine große Anzahl von Kugeln 34 aufweist, die auf der Kugelrollfläche 32 rollen und sich gemäß einer Rollbewegung der Kugeln 34 auf der Führungsschiene 33 bewegt. Im in der Figur dargestellten Beispiel ist der Gleitblock 31 so ausgebildet, daß er die Form eines Kanals mit einer konkaven Nut in seiner Mitte aufweist, und ist mit der Führungsschiene 33 so kombiniert, daß er die Führungsschiene 33 überspannt. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind an der Innenfläche des kanalförmigen Gleitblocks 31 zwei Kugelrollflächen 35, auf denen die Kugeln 34 rollen, an jeder Seite davon ausgebildet (d. h. es sind insgesamt vier Kugelrollflächen 35 ausgebildet). Die vorstehend beschriebene Schleifmaschine wird zum Bearbeiten dieser Kugelrollflächen 35 des Gleitblocks 31 verwendet. Um die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad der Schleifbearbeitung zu erhöhen und die Genauigkeit der Positionsbeziehungen zwischen den mehreren Kugelrollflächen zu gewährleisten, werden diese vier Kugelrollflächen 35 so geschliffen, daß die an jeder Seite der konkaven Nut angeordneten beiden Kugelrollflächen gleichzeitig geschliffen werden. Dafür wird der Schleifkopf T als Formschleifkopf ausgebildet, auf den die Formen der beiden Kugelrollflächen 35 und 35 auf einer Seite übertragen werden. Durch Ausführen der Schleifbearbeitung, indem der Schleifkopf T mit einer Seitenfläche der konkaven Nut des Gleitblocks 31 in Kontakt gebracht wird, können die beiden Kugelrollflächen 35 und 35 hochgradig präzise geschlichtet oder fertigbearbeitet werden.
In dieser Schleifmaschine wird, wenn der den Spindelstock 4 bildende Motor um ein vorgegebenes Drehmaß bewegt wird, der Schleifkopf T präzise in die U-Achsenrichtung und die X-Achsenrichtung bewegt, so daß der Schleifkopf T hochgradig präzise an einer Sollposition in der U-Achsenebene angeordnet wird. Wenn die Umgebungstemperatur in einer Anlage oder einem Betrieb, in dem diese Schleifmaschine installiert ist, schwankt, tritt eine Dehnung oder Schrumpfung, wenn auch nur in geringem Maß, der Vorschubspindel auf, die für die Bewegung des Spindelstocks 4 in der U-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung verantwortlich ist. Dadurch wird die Führung der Vorschubspindel beeinflußt, so daß, auch wenn der Motor um ein vorgegebenes Drehmaß bewegt wird, der Schleifkopf T möglicherweise auf eine Position eingestellt wird, die bezüglich der Sollposition versetzt bzw. fehlerhaft ist.
Außerdem dreht sich die den Schleifkopf T haltende Spindel 5 während des Bearbeitungsvorgangs mit einer hohen Drehzahl, so daß die durch den Motor und die Reibungswärme eines Lagers erzeugte Wärmeenergie sich während der Bearbeitung der Werkstücke W allmählich in der Hauptachse der Spindel akkumuliert. Daher dehnt sich auch die Hauptachse aus, wenn auch nur in geringem Maß. Außerdem dehnen sich der Ständer 3 und die Basis 1 aus oder ziehen sich zusammen, wenn die Umgebungstemperatur schwankt. Insbesondere haftet ein während der Schleifbearbeitung verwendetes Kühlfluid an einer Seitenfläche der Ständers 3 an, an der der Schleifkopf T angeordnet ist, so daß die Gefahr besteht, daß der Ständer 3 selbst sich thermisch verformt. Daher weist auch eine Position, zu der der Schleifkopf T bewegt wird, aufgrund der vorstehend beschriebenen Gründe tendenziell einen Fehler auf.
Wenn die Position, zu der der Schleifkopf bewegt wird, fehlerhaft ist; wie vorstehend beschrieben, wird die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W schlechter. Außerdem wird die Form des Schleifkopfes der Schleifmaschine durch das Abrichtwerkzeug 7 modifiziert, so daß, wenn die Bewegungsposition des Schleifkopfes T fehlerhaft ist, die Positionierung des Schleifkopfes T bezüglich des Abrichtwerkzeugs 7 ebenfalls fehlerhaft ist, so daß die Schleifsteinform durch den Abrichtvorgang, der dazu vorgesehen ist, die Schleifsteinform zu modifizieren, beeinträchtigt wird. Wenn die Werkstücke unter Verwendung eines Schleifkopfes T geschliffen werden, deren Schleifsteinform beeinträchtigt ist, führt dies außerdem dazu, daß die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W schlechter wird. Dieses Problem wird insbesondere dann wesentlich, wenn ein Formschleifkopf als der vorstehend beschriebene Schleifkopf T verwendet wird.
Hinsichtlich dieses Problems wird in dieser Ausführungsform einer Schleifmaschine ein hierin als "Meßpunkt" bezeichneter Punkt separat vom Programmursprung des Spindelstocks 4 bereitgestellt, und der Schleifkopf T wird vom Programmursprung zum Meßpunkt bewegt und zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten, z. B. während eines Zeitintervalls zwischen Werkstückbearbeitungsoperationen, auf den Meßpunkt eingestellt. Dann wird am Meßpunkt eine Positionsabweichung des Schleifkopfes T bezüglich des Meßpunkts erfaßt. Dieser Meßpunkt wird im wesentlichen auf eine Mittenposition zwischen den Werkstücken W auf der Werkstückfixierbasis 6 und dem Abrichtwerkzeug 7 eingestellt. Außerdem wird, wie in Fig. 4 dargestellt, eine Konstruktion verwendet, gemäß der ein Paar Sensoren 11 und 12 durch eine Sensorbasis 10 auf dem Aufspanntisch 2 gehalten werden. Fig. 4 zeigt eine Ansicht, die durch Betrachten des Meßpunkts von der Werkstückfixierbasis 6 entlang der X-Achsenrichtung erhalten wird, wobei das Abrichtwerkzeug 7 in der Figur hinter der Halterungsbasis 10 angeordnet ist.
Wie in Fig. 5 dargestellt, sind ein Paar Displacement- Sensoren 11 und 12 an der Sensorbasis 10 befestigt. Diese Displacement-Sensoren 11 und 12 sind jeweils Wirbelstrom- Abstandssensoren. Ein Sensor (11) der Displacement-Sensoren ist so angeordnet, daß er in die U-Richtung nach oben ausgerichtet ist, um einen Positionsversatz des Schleifkopfes T in der U-Achsenrichtung zu erfassen, während der andere Sensor (12) der Displacement-Sensoren so angeordnet ist, daß er in die X-Achsenrichtung ausgerichtet ist, um einen Positionsversatz des Schleifkopfes T in der X-Achsenrichtung zu erfassen. Wenn der Schleifkopf T auf den Meßpunkt eingestellt ist, ist der Sensor 11 für die U-Achsenrichtung dem Ende einer Metall-Drehwelle S des Schleifkopfes T zugewandt, während der Sensor 12 für die X-Achsenrichtung der Umfangsfläche der Metall-Drehachse S des Schleifkopfes T zugewandt ist. Dann wird mit einer Auflösung von nicht mehr als 1 µm erfaßt, wie nahe die Drehwelle S an den Sensoren 11 bzw. 12 angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem Meßpunkt S. dem Programmursprung O, der Abrichtposition D und der Bearbeitungsstartposition des Werkstücks W im U-X-Y- Raum. Der Aufspanntisch 2 weist einen (nicht dargestellten) Sensor zum Erfassen einer Bewegungsposition in der Y- Achsenrichtung auf, wobei ein Erfassungssignal von diesem Sensor bereitgestellt wird, so daß der Aufspanntisch 2präzise an einer Position angehalten werden kann, an der der Meßpunkt mit der Bewegungsebene des Schleifkopfes T übereinstimmt. Daher kann, wenn der Schleifkopf T durch Antreiben des Spindelstocks 4 in einem Zustand in der U-X-Ebene bewegt wird, in dem der Aufspanntisch 2 an dieser Position stoppt (wobei diese Position nachstehend als "Tischursprung" bezeichnet wird), der Schleifkopf T auf den Meßpunkt eingestellt werden.
Die Abrichtposition D, an der die Form des Schleifkopfes T modifiziert wird, stimmt mit dem Meßpunkt in der U-X- Ebene überein, und wenn der Aufspanntisch 2 in einem Zustand in die Y-Achsenrichtung bewegt wird, in dem der Schleifkopf T auf den Meßpunkt eingestellt ist, kann der Schleifkopf T auf die Abrichtposition D eingestellt werden. Außerdem ist die Diamantscheibe 9 des Abrichtwerkzeugs 7 so angeordnet, daß sie mit einer Y-Achsenrichtungslinie in Kontakt steht, die den Meßpunkt S und die Abrichtposition D verbindet. Daher kann, wenn der Schleifkopf T bewegt und korrekt auf den Meßpunkt eingestellt wird, der Schleifkopf T lediglich durch Bewegen des Aufspanntischs 2 in die Y-Achsenrichtung auf die Abrichtposition eingestellt werden. Dadurch kann die Form des Schleifkopfes T lediglich durch Einstellen des Eindringmaßes des Schleifkopfes T bezüglich der X-Achsenrichtung hochgradig präzise eingestellt werden.
Außerdem werden auch die Werkstücke W auf der Y- Achsenrichtungslinie angeordnet, die den Meßpunkt S und die Abrichtposition D verbindet, so daß, wenn die Positionsabweichung des Schleifkopfes T bezüglich des Meßpunkts S eliminiert ist, veranlaßt werden kann, daß der Schleifkopf T sich dem Werkstück W fehlerfrei nähert, indem der Aufspanntisch 2 in die Y-Achsenrichtung bewegt wird.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Steuerungssystems des Spindelstocks 4 und des Aufspanntischs 2 der Schleifmaschine. Das Steuerungssystem weist eine aus einem Computersystem konstruierte numerische Steuerungseinheit 13 auf. In dieser numerischen Steuerungseinheit 13 wird die Position, zu der der Schleifkopf T für die Werkstückbearbeitung bewegt wird, als Koordinatenposition in der U-X- Ebene programmiert, d. h. die Verfahrwege in der U-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung bezüglich des Programmursprungs, und ein Verfahrweg des Aufspanntischs 2 in der Y- Achsenrichtung werden ebenfalls programmiert. Außerdem überträgt die numerische Steuerungseinheit 13 Antriebssteuerungssignale an einen Motor (U-Achsen-Motor) 14 zum Bewegen des Schleifkopfes T in die U-Achsenrichtung, einen Motor (X- Achsen-Motor) 15 zum Bewegen des Schleifkopfes T in die X- Achsenrichtung und einen Motor (Y-Achsen-Motor) 16 zum Bewegen des Aufspanntischs 2 in die Y-Achsenrichtung, um die Drehzahl und das Drehmaß der Motoren zu steuern. Dadurch werden zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs die Drehbewegungen des U-Achsemotors 14, des x-Achsen-Motors 15 und des Y- Achsen-Motors 16 basierend auf einem der numerischen Steuerungseinheit 13 im voraus eingegebenen Steuerprogramm gesteuert, so daß der Spindelstock 4 sich bewegt und der Schleifkopf T auf eine vorgegebene Bearbeitungsstartposition eingestellt und der Aufspanntisch 2 um ein vorgegebenes Vorschubmaß bewegt wird. Durch diese Operationen dringt der Schleifkopf T in die Werkstücke W ein.
Außerdem weist, um eine Positionsabweichung des Schleifkopfes T bezüglich des Meßpunkts unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Displacement-Sensoren 11 und 12 zu erfassen, diese Ausführungsform der Schleifmaschine eine Messungssteuerungseinheit 17 zum Bewegen des Schleifkopfes T auf, um ihn zu vorgegebenen Zeitpunkten, z. B. während jeweiligen Intervallen zwischen Werkstückbearbeitungsoperationen, auf den Meßpunkt einzustellen. Diese Messungssteuerungseinheit 17 wird durch ein Computersystem realisiert, das das gleiche ist wie dasjenige der vorstehend beschriebenen numerischen Steuerungseinheit 13, und steuert den U-Achsen-Motor und den Y-Achsen-Motor durch Ausführen eines vorgespeicherten Meßprogramms, durch das der Schleifkopf T auf den Meßpunkt eingestellt wird. Außerdem ist diese Messungsteuerungseinheit 17 dazu geeignet, eine durch die Displacement- Sensoren 11 und 12 erfaßte Positionsabweichung des Schleifkopfes T abzurufen, um den in der numerischen Steuerungseinheit 13 gespeicherten Verfahrweg des Schleifkopfes T (d. h. einen Bearbeitungsverfahrweg) während der Bearbeitung der Werkstücke W unter Verwendung dieser Positionsabweichung zu korrigieren und den gespeicherten Bearbeitungsverfahrweg durch einen korrigierten Verfahrweg zu überschreiben.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm des vorstehend beschriebenen Meßprogramms. Dieses Meßprogramm wird automatisch ausgeführt, wobei das Programm dann aktiviert (getriggert) wird, wenn eine hohe Wahrscheinlich dafür besteht, daß im Vorschub des Schleifkopfes T durch den Spindelstock 4 während eines Intervalls zwischen der vorangehenden Werkstückbearbeitung und der nächsten Werkstückbearbeitung ein Fehler aufgetreten ist, wenn beispielsweise die Maschine für eine lange Zeitdauer abgeschaltet war, oder wenn der Schleifkopf T ausgewechselt worden ist, oder wenn eine große Anzahl von Werkstücken W kontinuierlich bearbeitet worden ist. Außerdem wird, um die Form des Schleifkopfes T unter Verwendung des Abrichtwerkzeugs 7 hochgradig präzise zu modifizieren, dieses Meßprogramm vor Beginn des Abrichtens des Schleifkopfes T fehlerfrei ausgeführt.
Wenn dieses Meßprogramm ausgeführt wird, überträgt die vorstehend beschriebene Messingssteuerungseinheit 17 ein Antriebssignal an den Y-Achsen-Motor 16, um den Aufspanntisch 2 auf den Tischursprung einzustellen. Außerdem liest die Messungssteuerungseinheit 17 die im Speicher gespeicherten Koordinaten des Meßpunkts S und führt die gelesenen Koordinaten dem X-Achsen-Motor 14 und dem U-Achsen-Motor 15 als Messungsverfahrweg zu (ST1). Wenn der durch den Spindelstock 4 erzeugt Vorschub des Schleifkopfes T keinen Fehler aufweist, wird der Schleifkopf T vom Programmursprung bewegt, so daß der Schleifkopf T als Ergebnis dieser Operationen präzise auf den Meßpunkt eingestellt werden kann. Dann prüft die Messungssteuerungseinheit 17 den Meßwert des X-Achsen- Sensors 12 und mißt, wie weit der Schleifkopf T in der X- Achsenrichtung vom Meßpunkt versetzt ist (ST2). Dann wird dieser Wert als Positionsabweichung in der X-Achsenrichtung im Speicher gespeichert (ST3). Außerdem prüft die Messungssteuerungseinheit, ob die gemessene Positionsabweichung größer ist als ein vorgegebener Wert (ST4). Wenn entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung größer ist als der vorgegebene Wert, ist möglicherweise in der Maschine selbst ein Fehler oder eine Abnormalität im Steuerungssystem aufgetreten. Daher wird über eine Benutzerschnittstelle, z. B. ein Flüssigkristall-Display, eine Fehleranzeige bereitgestellt (ST5), und das Meßprogramm wird beendet. Wenn dagegen entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung in der X-Achsenrichtung kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, prüft die Messungssteuerungseinheit 17 anschließend den Meßwert des U-Achsen-Sensors 11, und mißt, wie weit der Schleifkopf T in der U-Achsenrichtung vom Meßpunkt beabstandet ist (ST6). Dann speichert die Messungssteuerungseinheit 17 diesen Wert als Positionsabweichung in der U- Achsenrichtung im Speicher (ST7). Die Messungssteuerungseinheit prüft außerdem, ob die gemessene Positionsabweichung größer ist als ein vorgegebener Wert (ST8). Wenn entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung größer ist als der vorgegebene Wert, ist ähnlicherweise möglicherweise in der Maschine selbst ein Fehler oder eine Abnormalität im Steuerungssystem aufgetreten. Daher wird über eine Benutzerschnittstelle, z. B. ein Flüssigkristall-Display, eine Fehleranzeige bereitgestellt (ST5), und das Meßprogramm wird beendet.
Wenn dagegen entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung in der U-Achsenrichtung kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, addiert die Messungssteuerungseinheit 17 als nächstes die gemessenen Positionsabweichungen in der X-Achsenrichtung und der U-Achsenrichtung zu den Bearbeitungsverfahrwegen, die dem U-Achsen-Motor 14 und dem X- Achsen-Motor 15 während der Werkstückbearbeitung zugeführt werden sollen, wodurch die Bearbeitungsverfahrwege korrigiert werden (ST10). Hierbei weist die zu addierende Positionsabweichung ein positives oder negatives Vorzeichen auf. Außerdem liest, wenn das Meßprogramm bereits ausgeführt worden ist und der anfängliche Bearbeitungsverfahrweg gemäß der vorangehenden Ausführung des Meßprogramms bereits geändert worden ist, die Messungssteuerungseinheit 17 die während der vorangehenden Ausführung des Meßprogramms gemessene und im Speicher gespeicherte Positionsabweichung und subtrahiert die gelesene Positionsabweichung vom für die Werkstückbearbeitung verwendeten Bearbeitungsverfahrweg. Daraufhin addiert die Messungssteuerungseinheit 17 die durch das aktuell ausgeführte Meßprogramm gemessene Positionsabweichung. Auf diese Weise wird der Bearbeitungsverfahrweg korrigiert. Außerdem wird in den Schritten ST9 und ST10 der während der Bewegung des Schleifkopfes T vom Programmursprung O, um ihn auf die Abrichtposition D einzustellen, verwendete Abrichtverfahrweg auf ähnliche Weise korrigiert. Wenn die vorstehend beschriebenen Operationen abgeschlossen sind, wird das Meßprogramm beendet.
Als Ergebnis dieser Verarbeitung werden während der Werkstückbearbeitung nach Ausführung des Meßprogramms die Koordinaten der U-X-Ebene um die Vorschubfehlerwerte des Spindelstocks 4 geändert, und wenn der Schleifkopf T unter Verwendung des Nachkorrektur-Bearbeitungsverfahrweges oder des Abrichtverfahrweges bewegt und eingestellt wird, kann der Schleifkopf T bezüglich der Bearbeitungsposition des Werkstücks W oder der Abrichtposition D hochgradig präzise positioniert werden. Insbesondere kann in dieser Ausführungsform der Schleifkopf T bezüglich der Abrichtposition D, die den Meßpunkt S in der Y-Achsenrichtung überlappt, präzise eingestellt werden, so daß die Form des Schleifkopfes T unter Verwendung des Dreh-Abrichtwerkzeugs 7 hochgradig präzise modifiziert und die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkstücke W verbessert werden kann. Außerdem kann der Schleifkopf T bezüglich der Abrichtposition D präzise positioniert werden, so daß die Form des Schleifkopfes T präzise modifiziert werden kann, während das Eindringmaß des Schleifkopfes T in die Diamantscheibe 9 reduziert wird. Dadurch wird die Lebensdauer des Schleifsteins verlängert, so daß auch die Produktivität verbessert werden kann, indem eine teure CBN-Scheibe verwendet wird.
Außerdem kann das vorstehend beschriebene Meßprogramm leicht implementiert werden, indem in einer herkömmlichen Schleifmaschine lediglich der Meßpunkt O an einer Stelle gesetzt wird, wo die Displacement-Sensoren angeordnet sind, und es muß keine großformatige Vorrichtung, z. B. eine Kalibriereinrichtung, verwendet werden, die bei der herkömmlichen Technik verwendet worden ist. Dadurch wird ein Vorteil dahingehend erhalten, daß die Bearbeitungsgenauigkeit für ein Werkstück kostengünstig verbessert werden kann. Außerdem muß ein Werkstück nicht unter Verwendung einer Kalibriervorrichtung mit einem Bezugsformstück verglichen werden, so daß das Werkstück innerhalb einer kurzen Zeitdauer geschlichtet bzw. fertigbearbeitet werden kann, was ebenfalls dazu beiträgt, die Produktivität zu erhöhen.
Nachstehend wird ein in Fig. 9 dargestelltes Ablaufdiagramm einer anderen Ausführungsform des Meßprogramms beschrieben. Das Meßprogramms wird wie im Fall des in Fig. 8 dargestellten Meßprogramms aktiviert (getriggert). Wenn dieses Meßprogramm ausgeführt wird, überträgt die Messungssteuerungseinheit 17 ein Antriebssignal an den Y-Achsen- Motor 16 und stellt den Aufspanntisch 2 auf den Tischursprung ein. Außerdem liest die Messungssteuerungseinheit 17 die im Speicher gespeicherten Koordinaten des Meßpunktes S und führt die gelesenen Koordinaten dem X-Achsen-Motor 14 und dem U-Achsen-Motor 15 als Messungsverfahrweg zu (ST11). Außerdem werden ein vorgegebener Anfangsverfahrweg, d. h. die Koordinaten entlang der U-Achse und der X-Achse, die als die Koordinaten des Meßpunktes S gespeichert sind, als Meßpositionskoordinaten C im Speicher gespeichert (ST11). Außerdem wird gemäß dem Ablaufdiagramm, wenn im durch den Spindelstock 4 erzeugten Vorschub des Schleifkopfes T kein Fehler vorhanden ist, der Schleifkopf T vom Programmursprung ausgehend bewegt, so daß der Schleifkopf T als Ergebnis dieser Operationen präzise auf den Meßpunkt eingestellt werden kann.
Anschließend prüft die Messungssteuerungseinheit 17 den Meßwert des X-Achsen-Sensors 12 und mißt, wie weit der Schleifkopf T in der X-Achsenrichtung vom Meßpunkt beabstandet ist (ST13). Dann wird dieser Wert als Positionsabweichung in der X-Achsenrichtung im Speicher gespeichert (ST14). Außerdem prüft die Messungssteuerungseinheit, ob die gemessene Positionsabweichung größer ist als ein vorgegebener Wert (ST15). Wenn entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung größer ist als der vorgegebene Wert (z. B. mindestens 0,05 mm beträgt), ist möglicherweise in der Maschine selbst ein Fehler oder eine Abnormalität im Steuerungssystem aufgetreten. Daher wird über eine Benutzerschnittstelle, z. B. ein Flüssigkristall-Display, eine Fehleranzeige bereitgestellt (ST16), und das Meßprogramm wird beendet. Wenn dagegen festgestellt wird, daß die gemessene Positionsabweichung in der X-Achsenrichtung kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, prüft die Messungssteuerungseinheit 17 anschließend den Meßwert des U-Achsen- Sensors 11 und mißt, wie weit der Schleifkopf T in der U- Achsenrichtung vom Meßpunkt beabstandet ist (ST17). Dann speichert die Messungssteuerungseinheit 17 diesen Wert als Positionsabweichung in der U-Achsenrichtung im Speicher (ST18). Die Messungssteuerungseinheit 17 prüft außerdem, ob die gemessene Positionsabweichung größer ist als ein vorgegebener Wert (ST19). Wenn entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung größer ist als der vorgegebene Wert, ist ähnlicherweise möglicherweise in der Maschine selbst ein Fehler oder eine Abnormalität im Steuerungssystem aufgetreten. Daher wird über eine Benutzerschnittstelle, z. B. ein Flüssigkristall-Display eine Fehleranzeige bereitgestellt (ST16), und das Meßprogramm wird beendet. Dieser Verarbeitungsablauf von Schritt ST13 bis Schritt ST19 ist der gleiche wie der Verarbeitungsablauf des in Fig. 8 dargestellten Meßprogramms von Schritt ST2 bis ST8.
Wenn dagegen entschieden wird, daß die gemessene Positionsabweichung in der U-Achsenrichtung kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, prüft die Messungssteuerungseinheit 17 als nächstes, ob die gemessenen Positionsabweichungen in der U-Achsenrichtung und in der X-Achsenrichtung des Schleifkopfes T beide kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert (z. B. 2 µm) sind (ST20). Der vorgegebene Wert bezeichnet in diesem Fall eine Positionsabweichung, die so klein ist, daß sie aus mechanischen, strukturellen Gründen nicht eliminiert werden kann. Dann wird, wenn entschieden wurde, daß die Positionsabweichungen größer sind als der vorgegebene Wert, der in Schritt ST11 vorgegebene Messungsverfahrweg unter Verwendung der gemessenen Positionsabweichungen korrigiert (ST21). Anschließend werden dem U-Achsen-Motor 14 und dem X-Achsen-Motor 15 unter Verwendung der korrigierten Messungsverfahrwege Antriebssignale zugeführt, um den Schleifkopf T vom Programmursprung weg zu bewegen und erneut auf die Meßposition einzustellen. Dann werden auf die exakt gleiche Weise wie in den Schritten ST13 bis 5T19 Positionsabweichungen des Schleifkopfes T in der X-Achsenrichtung und der U-Achsenrichtung am Meßpunkt gemessen. Wenn die Messung abgeschlossen ist, wird geprüft, ob die als Ergebnis dieser Messung erhaltenen Positionsabweichungen beide kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert sind (ST20). Wenn entschieden wird, daß die erhaltenen Positionsabweichungen beide kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert sind, berechnet die Messungssteuerungseinheit 17 die bei der letzten Messung verwendeten Meßpositionskoordinaten d des Schleifkopfes T basierend auf dem in Schritt ST21 verwendeten Nachkorrektur- Messungsverfahrweg und speichert die Koordinaten d im Speicher (ST22). Außerdem schreitet, wenn entschieden wird, daß die Positionsabweichung in der U-Achsenrichtung und/oder die Positionsabweichung in der X-Achsenrichtung den vorgegebenen Wert in Schritt ST20 überschreiten, die Verarbeitung erneut zu Schritt ST21 fort. Dann werden, nachdem der bei der vorangehenden Messung verwendete (bereits mindestens einmal korrigierte) Messungsverfahrweg erneut korrigiert wurde, die Verarbeitungen in den Schritten ST13 bis 5T19 wiederholt.
Wenn die Meßpositionskoordinaten d gespeichert sind, liest die Messungssteuerungseinheit 17 die in Schritt ST12 gespeicherten ersten Meßpositionskoordinaten c und berechnet eine Differenz zwischen den Koordinaten c und den Koordinaten d bezüglich der U-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung (ST23). Diese Differenz entspricht einer Positionsabweichung zwischen den Meßkoordinaten c, auf die der Schleifkopf T gemäß dem ersten Messungsverfahrweg eingestellt wird, und dem Meßpunkt S. Dadurch korrigiert die Messungssteuerungseinheit 17 im nächsten Schritt ST24 den vom Speicher der numerischen Steuerungseinheit 13 ausgelesenen Bearbeitungsverfahrweg für die Werkstückbearbeitung unter Verwendung der in Schritt ST23 berechneten Positionsabweichung. Außerdem korrigiert die Messungssteuerungseinheit 17 in Schritt ST25 einen für die Bewegung des Schleifkopfes vom Programmursprung, um ihn auf die Abrichtposition einzustellen, verwendeten Abrichtverfahrweg unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Positionsabweichung. Wenn diese Operationen abgeschlossen sind, wird das Meßprogramm beendet. Anschließend wird die Schleifbearbeitung für die Werkstücke unter Verwendung des als Ergebnis der Korrektur erhaltenen neuen Bearbeitungsverfahrweges ausgeführt, und der Abrichtvorgang des Schleifkopfes wird unter Verwendung des als Ergebnis der Korrektur erhaltenen, neuen Abrichtverfahrweges ausgeführt.
Dann wird der Messungsverfahrweg durch das in Fig. 9 dargestellte Meßprogramm unter Verwendung der durch den U- Achsen-Sensor und den X-Achsen-Sensor gemessenen Positionsabweichungen korrigiert, und der Schleifkopf wird erneut auf den Meßpunkt eingestellt. Als Ergebnis dieser Operationen kann bestätigt werden, ob sich eine solche Korrektur in der durch den Spindelstock ausgeführten Vorschubbewegung des Schleifkopfes korrekt widerspiegelt. Dadurch kann im Vergleich zum in Fig. 8 dargestellten Meßprogramm der Schleifkopf T an der Bearbeitungsposition des Werkstücks W und der Abrichtposition D präziser positioniert werden, so daß die Werkstücke präziser bearbeitet werden können.
Durch das erfindungsgemäße Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren kann, auch wenn beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur der Vorschub eines Spindelstocks sich ändert oder ein diesen Spindelstock haltender Ständer sich ausdehnt oder zusammenzieht, ein sich dadurch ergebender Einfluß eliminiert werden. Dadurch kann ein Werkstück hochgradig präzise bearbeitet werden, ohne daß das Werkstück unter Verwendung einer Kalibriereinrichtung mit einem Bezugsformstück verglichen werden muß, so daß die Produktivität erhöht werden kann.
Außerdem kann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Schleifmaschine angewendet wird und die Schleifmaschine dazu geeignet ist, einen zum Bewegen eines Werkzeugs von einem Programmursprung zu einer Abrichtposition verwendeten Abrichtverfahrweg unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Positionsabweichungen zu korrigieren, auch wenn beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur der Vorschub eines Spindelstocks sich ändert, wenn die Schleifsteinform unter Verwendung eines Abrichtwerkzeugs modifiziert wird, eine Änderung des tatsächlichen Vorschubs des Werkzeugs bezüglich des Abrichtwerkzeugs eliminiert werden, so daß der Schleifstein bezüglich des Abrichtwerkzeugs exakt positionierbar ist. Dadurch kann die Schleifsteinform hochgradig präzise modifiziert und ein Werkstück hochgradig präzise bearbeitet werden.

Claims

1. Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren zum Korrigieren eines bei der Bearbeitung eines Werkstücks durch ein Werkzeug auftretenden Fehlers, wobei das Verfahren für eine Werkzeugmaschine geeignet ist, die aufweist:
eine numerische Steuerungseinheit, in der ein Verfahrweg des Werkzeugs programmiert ist; und
eine Werkzeugbewegungseinheit, die durch ein von der numerischen Steuerungseinheit zugeführtes Befehlssignal angetrieben wird und das Werkzeug zum auf einem Aufspanntisch fixierten Werkstück führt;
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bewegen des Werkzeugs von einem Programmursprung zu einem separat vom Programmursprung bereitgestellten Meßpunkt, indem der Werkzeugbewegungseinheit ein vorgegebener Messungsverfahrweg von der numerischen Steuerungseinheit zugeführt wird;
Messen einer Positionsabweichung zwischen der Meßposition und der Werkzeugposition, nachdem die Bewegung beendet ist; und
Korrigieren eines der Werkzeugbewegungseinheit zuzuführenden Bearbeitungsverfahrweges unter Verwendung der Positionsabweichung, wenn das Werkstück bearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werkzeugmaschine als Schleifmaschine konstruiert ist, das Werkzeug ein Schleifstein ist und die Werkzeugmaschine ein Abrichtwerkzeug zum Modifizieren der Schleifsteinform aufweist; und wobei, wenn der Schleifstein abgerichtet wird, die numerische Steuerungseinheit einen der Werkzeugbewegungseinheit zugeführten Abrichtverfahrweg unter Verwendung der Positionsabweichung korrigiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bearbeitungsverfahrweg und/oder der Abrichtverfahrweg nur dann korrigiert werden, wenn die gemessene Positionsabweichung größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn die gemessene Positionsabweichung größer oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, der Messungsverfahrweg, nachdem die Positionsabweichung gemessen wurde, unter Verwendung der Positionsabweichung korrigiert wird und das Werkzeug unter Verwendung des korrigierten Messungsverfahrweges erneut vom Programmursprung zum Meßpunkt bewegt wird, und wobei, nachdem bestätigt wurde, daß eine Positionsabweichung zwischen dem Meßpunkt und einer Werkzeugposition, nachdem die Bewegung abgeschlossen ist, kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, der Bearbeitungsverfahrweg und/oder der Abrichtverfahrweg korrigiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messung der Positionsabweichung am Meßpunkt ausgeführt wird, wenn die Werkzeugmaschine aktiviert wird und/oder das Werkzeug ausgewechselt wird und/oder eine vorgegebene Anzahl von Werkstücken bearbeitet worden sind.

6. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit:
einem Aufspanntisch, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück fixiert wird;
einer Werkzeugbewegungseinheit zum Bewegen eines als Bearbeitungswerkzeug dienenden Werkzeugs, um das Werkzeug auf eine Position einzustellen, an der das Werkstück bearbeitet werden soll; und
einer numerischen Steuerungseinheit; der ein Verfahrweg der Werkzeugbewegungseinheit zugeführt wird, die programmiert wird und die ein Antriebssignal für die Werkzeugbewegungseinheit erzeugt;
wobei ein Meßpunkt separat von einem Programmursprung innerhalb eines Verfahrwegbereichs des Werkzeugs bereitgestellt wird und eine Messungssteuerungseinheit bereitgestellt wird, die die Werkzeugbewegungseinheit anweist, das Werkzeug vom Programmursprung so zu bewegen, daß es zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten auf die Meßposition eingestellt wird; und
wobei die Messungssteuerungseinheit unter Verwendung eines Displacement-Sensors eine Positionsabweichung zwischen dem Meßpunkt und dem Werkzeug mißt, das so bewegt wird, daß es auf die Meßposition eingestellt wird, und einen in der numerischen Steuerungseinheit gesetzten Bearbeitungsverfahrweg unter Verwendung der Positionsabweichung korrigiert.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, wobei die Werkzeugmaschine als Schleifmaschine konstruiert ist, wobei das Werkzeug ein Schleifstein ist, und wobei die Werkzeugmaschine ferner ein Abrichtwerkzeug zum Modifizieren einer Form des Schleifsteins aufweist;
wobei die Messungssteuerungseinheit zusätzlich zum Bearbeitungsverfahrweg auch einen in der numerischen Steuerungseinheit gesetzten Abrichtverfahrweg unter Verwendung der Positionsabweichung korrigiert.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, wobei der Meßpunkt im wesentlichen als eine Mittelpunktposition zwischen dem auf dem Aufspanntisch fixierten Werkstück und dem Abrichtwerkzeug gesetzt ist.