Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Konturen an
Werkstücken
durch spanende Bearbeitung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
nach dem Oberbegriff des Anspruches 16.The
The invention relates to a method for processing contours
workpieces
by machining according to the preamble of claim 1
and an apparatus for carrying out such a method
according to the preamble of claim 16.
Haupt-
und Hublager von Kurbelwellen sowie Hauptlager und Nocken von Nockenwellen
werden in der industriellen Produktion häufig durch Drehfräsen bearbeitet,
einem Verfahren, das mit geometrisch bestimmter Schneide arbeitet.
Die Werkstücke sind
zur Bearbeitung meist beidseitig in Spannfuttern zentriert und über Spannbacken
an den Flanschdurchmessern eingespannt. Bei der Bearbeitung werden
meist Kühlschmierstoffe
eingesetzt. Das Zeitspanvolumen ist hoch, wodurch eine große Menge an
mit Kühlschmierstoffen
benetzten Spänen
anfällt. Im
Gegensatz zu nachfolgenden Verfahren in der Prozeßkette,
wie etwa dem Schleifen, dem Rollieren oder dem Bandfinishen, herrschen
im Arbeitsraum bei den Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide
rauhe Verhältnisse.
Die hohen Bearbeitungskräfte,
unterschiedliches Aufmaß,
unterschiedlich stark verschlissene Schneidkanten usw. erzeugen
Verformungen in den meist labilen Werkstücken sowie in geringerem Umfang
in den im Kraftfluß liegenden
Maschinenbauteilen. Durch solche Verformungen werden die erzielbaren
Maß- und
Formgenauigkeiten eingeschränkt,
insbesondere weil sich die Werkstückachse sowie die Werkzeugachse
ge genüber
ihrer unbelasteten Position räumlich
verlagern. Diese Achsverlagerungen sind mit den üblicherweise eingesetzten Meßsystemen,
z.B. mit Glaßmaßstäben, nicht
erfaßbar.
Dadurch entstehen Werkstückkonturen,
die Abweichungen von der Sollkontur aufweisen. Ein bestimmter Anteil
der Maßabweichungen
ist auf systematische Einflüsse
zurückzuführen. Die
radiale Lage und die Größe der Maßabweichung
weisen innerhalb eines Streubereiches bei allen Werkstücken Ähnlichkeiten
auf. Bei den bekannten Verfahren werden diese systematischen Maßabweichungen
verringert, indem die Steuerungsprogramme entsprechend korrigiert
werden, z.B. durch in Tabellenform abgelegte Korrekturwerte. Sie
werden durch Vermessung von einem oder mehrerer Werkstücke nach
der Bearbeitung ermittelt. Die mit diesem Verfahren erzielbaren
Genauigkeitssteigerungen sind allerdings begrenzt, weil nur die
systematischen Einflüsse,
nicht jedoch zufällig
auftretende Einflüsse,
verringert werden können.Head-
and crank bearings of crankshafts as well as main bearings and cams of camshafts
are often processed in the industrial production by rotary milling,
a method that works with geometrically defined cutting edge.
The workpieces are
mostly centered in chucks on both sides for machining and via clamping jaws
clamped to the flange diameters. When editing will be
mostly coolants
used. The time-wasting volume is high, producing a large amount of
with cooling lubricants
wetted chips
accrues. in the
Contrary to subsequent processes in the process chain,
such as grinding, rolling or band finishing
in the working space in the procedures with geometrically defined cutting edge
rough conditions.
The high processing forces,
different oversize,
produce different severely worn cutting edges, etc.
Deformations in the most unstable workpieces and to a lesser extent
in the power flow
Machine components. By such deformations are the achievable
Dimensional and
Limited form accuracies,
especially because the workpiece axis and the tool axis
across from
their unloaded position spatially
relocate. These axial displacements are with the commonly used measuring systems,
e.g. with glass scales, not
detectable.
This creates workpiece contours,
have the deviations from the nominal contour. A certain proportion
the dimensional deviations
is on systematic influences
due. The
radial position and the size of the dimensional deviation
show similarities within a scattering range for all workpieces
on. In the known methods, these systematic deviations
reduced by correcting the control programs accordingly
be, e.g. by correction values stored in tabular form. she
are measured by measuring one or more workpieces
the processing determined. The achievable with this method
Accuracy increases are limited, however, because only the
systematic influences,
but not by accident
occurring influences,
can be reduced.
Zur
Verringerung der systematischen und unsystematischen Einflüsse wird
beispielsweise bei den Schleifverfahren (geometrisch unbestimmte Schneide)
das zu fertigende Merkmal während
der Bearbeitung kontinuierlich gemessen, die Meßwerte an die Maschinensteuerung übergeben
und mittels entsprechender Steuerung der Maschinenvorschub bei Erreichen
des Soll-Maßes
abgeschaltet. Eine solche In-Prozeß-Messung ist aus der DE 35 21 710 bekannt. Bei
solchen Schleifverfahren führt
das Werkstück
beim Abtragen des Aufmaßes
mehrere Umdrehungen aus, bis das Nennmaß erreicht ist. Die Zustellung
pro Umdrehung ist im Vergleich zu Drehfräsverfahren sehr gering. Insbesondere
beim Erreichen des Nennmaßes
führt das
Werkstück
noch mehrere Umdrehungen aus, währenddessen
noch ein ganz geringer Materialabtrag stattfindet, das sogenannte Ausfunken.
Beim Schleifen kann dieses Herantasten an das Nennmaß in Verbindung
mit der In-Prozeß-Messung
somit vorteilhaft eingesetzt werden. Die Meßstelle muß dabei nicht genau an der
Bearbeitungsstelle liegen, sondern kann radial versetzt sein. Meist
wird eine Meßzange verwendet,
die das Werkstück
an zwei um jeweils 90° zur
Bearbeitungsstelle versetzten Meßstellen berührt.To reduce the systematic and unsystematic influences, for example, in the grinding process (geometrically indefinite cutting edge) to be produced feature continuously measured during processing, transferred the measured values to the machine control and turned off by appropriate control of the machine feed upon reaching the desired level. Such an in-process measurement is from the DE 35 21 710 known. In such a grinding process, the workpiece performs several revolutions when removing the allowance until the nominal size is reached. The delivery per revolution is very low compared to rotary milling. In particular, when reaching the nominal size, the workpiece still performs several revolutions, while still a very small material removal takes place, the so-called sparking. During grinding, this approach to the nominal size in connection with the in-process measurement can thus be used advantageously. The measuring point does not have to be exactly at the processing point, but may be radially offset. In most cases a measuring clamp is used, which touches the workpiece at two measuring points offset by 90 ° to the processing point.
Bei
Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, insbesondere bei
Drehfräsverfahren,
ist dieses Herantasten an das Nennmaß nicht möglich. Der Zerspanungsprozeß unterliegt
nämlich
Beschränkungen
hinsichtlich einer minimalen Spandicke. Wird diese Grenze unterschritten,
findet keine optimale Zerspanung mehr statt. Optimale Zerspanung
bedeutet z.B. Einhaltung von Form- und Maßtoleranzen, gleichmäßige Spanbildung
usw.. Beim Zerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide wird darum
immer angestrebt, das jeweils zugestellte Nominal-Bearbeitungsmaß mit dem
ersten Schnitt zu erreichen. Wird das Bearbeitungsmaß nicht
erreicht und erfolgt dann nur noch eine sehr geringe Zustellung,
so wird unter Umständen
gar kein Werkstoff abgetragen, weil er z.B. aufgrund seiner Elastizität „unter" der Schneidkante
hindurchgleitet.at
Method with geometrically determined cutting edge, in particular in
rotary milling,
this approach to the nominal size is not possible. The cutting process is subject
namely
restrictions
in terms of a minimum chip thickness. If this limit is exceeded,
There is no optimal cutting anymore. Optimal machining
means e.g. Compliance with dimensional and dimensional tolerances, uniform chip formation
etc .. When cutting with a geometrically defined cutting edge is around
always sought, the respectively delivered nominal processing with the
reach first cut. Will not the processing dimension
achieved and then only a very low delivery,
so will under circumstances
no material removed, because it is e.g. due to its elasticity "under" the cutting edge
slide through.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
und die gattungsgemäße Vorrichtung
so auszubilden, daß systematische
und unsystematische Maßabweichungen
am Werkstück
zuverlässig
erfaßt
werden können.Of the
Invention is based on the object, the generic method
and the generic device
so that systematic
and unsystematic deviations
on the workpiece
reliable
detected
can be.
Diese
Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 16 gelöst.These
Task is the generic method
according to the invention with the
characterizing features of claim 1 and in the generic device
according to the invention with the
characterizing features of claim 16 solved.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden Lageänderungen
von Werkstück
und/oder Werkzeug von einer Soll-Lage erkannt. Durch einen Regelkreis
werden entsprechende Korrekturbewegungen des Werkzeuges und/oder
des Werkstückes
ausgeführt.With the method according to the invention and the device according to the invention, changes in position of the workpiece and / or tool are detected by a desired position. Through a control loop corresponding correction movements of the work tool and / or the workpiece executed.
Vor
der Bearbeitung des Werkstückes
wird in einem ersten Schritt die Kontur des eingespannten Werkstückes gemessen.
Das Werkzeug ist hierbei noch nicht in Eingriff mit dem Werkstück. Es wird
hierzu vorzugsweise in Rotation versetzt und beispielsweise während einer
Umdrehung das Aufmaß und die
Formabweichung jeder einzelnen Bearbeitungsstelle mit geeigneten
Meßverfahren
ermittelt. Die gewonnenen Daten werden gespeichert, vorzugsweise in
der Maschinensteuerung. Während
der Werkstückbearbeitung
werden die Lageänderungen
des Werkstückes
mit geeigneten Meßverfahren
gemessen. Die Messung erfolgt vorzugsweise gegenüber dem Schneideneingriffsbereich,
bei zylindrischen Bearbeitungsstellen, wie etwa den Hauptlagern
einer Kurbelwelle, also um 180° versetzt.
Die bei dieser In-Prozeß-Messung
gemessenen Lageänderungen werden
mit dem vor der Bearbeitung ermittelten Aufmaß und den Formabweichungen
verglichen. Dadurch wird es möglich,
notwendige Korrekturen zu errechnen und über die Zustellbewegung des
Werkzeuges zu korrigieren. Erreicht die durch das Werkzeug bearbeitete
Werkstückfläche die
Meßstelle,
stehen die in der Pre-Prozeß-Messung
ermittelten Form- und Maßabweichungen
nicht mehr zur Verfügung.
Die nunmehr ermittelten Meßwerte
werden mit Sollwerten verglichen, die sich rechnerisch durch die bisherige
Zustellbewegung ergeben haben müßten. Abweichungen
gegenüber
diesen Sollwerten werden durch entsprechende Zustellbewegungen ebenfalls kompensiert.In front
the machining of the workpiece
In a first step, the contour of the clamped workpiece is measured.
The tool is not yet engaged with the workpiece. It will
For this purpose, preferably in rotation and for example during a
Turn the oversize and the
Shape deviation of each individual processing point with suitable
measurement methods
determined. The data obtained are stored, preferably in
the machine control. While
the workpiece machining
will change the situation
of the workpiece
with suitable measuring methods
measured. The measurement is preferably carried out with respect to the cutting engagement region,
in cylindrical machining areas, such as the main bearings
a crankshaft, so offset by 180 °.
The in this process measurement
measured changes in position are
with the allowance and the form deviations determined before processing
compared. This will make it possible
necessary corrections and about the delivery movement of the
Correct tool. Reached by the machined tool
Workpiece surface the
measuring point,
stand in the pre-process measurement
determined shape and dimensional deviations
no longer available.
The now determined measured values
are compared with setpoints, which are calculated by the previous
Zustellbewegung would have resulted. deviations
across from
These setpoints are also compensated by appropriate Zustellbewegungen.
Bei
einer anderen Lösung
werden die durch das Werkzeug erzeugten Fehlereinflüsse ermittelt und
durch Korrekturen der Vorschubbewegung eliminiert. Hierbei wird
die Rundlaufabweichung des Werkzeuges vor der Bearbeitung ermittelt
und die Abweichungen vorzugsweise in der Maschinensteuerung als
Pre-Prozeß-Meßwerte gespeichert.
Die Vorschubbewegung des Werkzeuges während der Bearbeitung wird
dann so gesteuert, daß in
Bezug auf die zu bearbeitende Werkstückfläche ein genauer Werkzeugrundlauf
erzeugt wird. Diese der programmierten Vorschubbewegung überlagerte
Vorschubbewegung erfolgt periodisch mit der Werkzeugumdrehung.at
another solution
the errors generated by the tool are determined and
eliminated by corrections of the feed motion. This is
determines the runout of the tool before machining
and the deviations preferably in the machine control as
Pre-process measured values stored.
The feed motion of the tool during machining becomes
then controlled so that in
Concerning the workpiece surface to be machined, an accurate tool run
is produced. This superimposed on the programmed feed motion
Feed movement occurs periodically with the tool revolution.
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
werden Verlagerungen der Werkzeugspindelachse, hervorgerufen durch
Schnittkräfte,
während
der Bearbeitung gemessen und Abweichungen sofort durch Korrekturen
an der Vorschubachse eliminiert.at
an advantageous embodiment
be displacements of the tool spindle axis, caused by
Cutting forces
while
the processing measured and deviations immediately by corrections
eliminated at the feed axis.
Bei
einer dritten Lösung
werden beide Verfahren, also die Korrektur der Lageveränderung
der Achse von Werkzeug und von Werkstück, angewendet. Dadurch wird
eine weitere Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit auf einfache
und zuverlässige Weise
erzielt.at
a third solution
Both methods, ie the correction of the change in position
the axis of tool and workpiece, applied. This will
a further increase in machining accuracy to simple
and reliable way
achieved.
Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.Further
Features of the invention will become apparent from the other claims, the
Description and the drawings.
Die
Erfindung betrifft das Umfangsfräsen
mit einem Scheibenfräser
und das orthogonale Drehfräsen
mit einem Schaftfräser.The
The invention relates to peripheral milling
with a disc milling cutter
and orthogonal rotary milling
with an end mill.
Die
Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigenThe
The invention will be described with reference to some embodiments shown in the drawings
explained in more detail. It
demonstrate
1a bis 1c in
schematischer Darstellung die Verhältnisse beim Drehfräsen gemäß dem Stand
der Technik, 1a to 1c in a schematic representation of the conditions in the rotary milling according to the prior art,
2 in
schematischer Darstellung eine Pre-Prozeß-Messung am Werkstück vom Meß-Startpunkt
P1 bis zum Meß-Endpunkt P2, 2 a schematic representation of a pre-process measurement on the workpiece from the measuring starting point P1 to the measuring end point P2,
3 in
schematischer Darstellung die Bearbeitungssituation beim Eintauchen
eines Fräswerkzeuges
in das Werkstück
und mit einer Verlagerung der Werkstückachse 3 a schematic representation of the processing situation when immersing a milling tool in the workpiece and with a displacement of the workpiece axis
4 in
schematischer Darstellung die Bearbeitungssituation nach einer 90°-Werkstückumdrehung
mit In-Prozeß-Messung und mit einer
Verlagerung der Werkstückachse, 4 a schematic representation of the processing situation after a 90 ° workpiece rotation with in-process measurement and with a displacement of the workpiece axis,
5 in
schematischer Darstellung die Bearbeitungssituation nach Überschreiten
des Meß-Endpunktes
P2 mit In-Prozeß-Messung, 5 a schematic representation of the processing situation after exceeding the measuring end point P2 with in-process measurement,
6 in
schematischer Darstellung die Bearbeitungssituation bei Erreichen
des Punktes P4 mit In-Prozeß-Messung, 6 a schematic representation of the processing situation on reaching the point P4 with in-process measurement,
7 in
schematischer Darstellung eine Bearbeitungssituation, bei der das
Werkstück
mehrere Umdrehungen bis zur Erreichung der Sollkontur ausführt, 7 a schematic representation of a processing situation in which the workpiece performs several revolutions until the target contour is reached,
8 in
schematischer Darstellung eine Bearbeitungssituation, bei der das
Werkstück
und das Werkzeug vor und während
der Bearbeitung gemessen werden, 8th a schematic representation of a machining situation in which the workpiece and the tool are measured before and during machining,
9 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes. 9 a block diagram of the process sequence according to the invention.
Die 1a und 1b zeigen
einen Teil eines Werkstückes 10,
das vorteilhaft eine Kurbel- oder Nockenwelle ist. Dieses Werkstück 10 soll
durch ein Drehfräsverfahren
umfangsseitig bearbeitet. Bei einer Kurbelwelle sind dies die Haupt-
und Hublager und bei einer Nockenwelle die Nocken und die Hauptlager.
Das Werkstück 10 ist
in einem (nicht dargestellten) drehbeweglichen und feststellbaren Spannfutter
vorzugsweise beidseitig eingespannt. Das Werkstück 10 hat eine kreisförmige Soll-Kontur mit
dem Soll-Radius Rw. Auf diese Soll-Kontur
soll das Werkstück 10 durch
Drehfräsen
bearbei tet werden. Die Ist-Kontur 12 des noch mit Aufmaß versehenen
Werkstückes 10 weicht
stark von der kreisförmigen
Soll-Kontur ab. Die Ist-Kontur 12 läßt sich durch Ist-Radien R
und zugehörigen
Winkeln φ definieren, also
R als Funktion von φ,
kurz R(φ).
Die Ist-Kontur 12 kann
eine unbearbeitete Guß-
oder Schmiede-Oberfläche
oder auch eine durch Zerspanungsverfahren bereits vorbearbeitete
Oberfläche
sein. Durch die Drehfräsbearbeitung
soll die kreiszylinderförmige
Fläche
mit dem Soll-Radius Rw erzeugt werden. Die
Achse 11 des Werkstückes 10 befindet
sich in X-Richtung in der Soll-Position X und in Y-Richtung in der
Soll-Position Y, kurz Soll-Position XY. Ist die Soll-Kontur 12 nicht
kreisförmig,
sondern eine beliebige andere Kontur, beispielsweise die Mantelfläche einer
Nocke einer Nockenwelle, so kann diese definiert werden durch eine
von einem Punkt P ausgehende Distanz D und zugehörigem Winkel φ, also D(φ). Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
liegt der Punkt P in der Achse 11 des Werkstückes 10.
Die Beziehung D(φ)
wird auch zur Definition von Konturen verwendet, die sich aus dem
Bearbeitungsablauf ergeben, wie dies anhand von 5 noch
erläutert werden
wird.The 1a and 1b show a part of a workpiece 10 which is advantageously a crankshaft or camshaft. This workpiece 10 should be machined circumferentially by a turning milling process. In a crankshaft, these are the main and stroke bearings and in a camshaft, the cams and the main bearings. The workpiece 10 is preferably clamped on both sides in a (not shown) rotatable and lockable chuck. The workpiece 10 has a circular desired contour with the nominal radius R w . The workpiece should be aimed at this target contour 10 be machined by rotary milling. The actual contour 12 of the still provided with oversize workpiece 10 deviates greatly from the circular target contour. The actual contour 12 can be defined by actual radii R and associated angles φ, ie R as a function of φ, in short R (φ). The actual contour 12 may be an unprocessed cast or forged surface or even a pre-machined surface by machining. By the rotary milling, the circular cylindrical surface is to be generated with the desired radius R w . The axis 11 of the workpiece 10 is in the X direction in the set position X and in the Y direction in the set position Y, short set position XY. Is the target contour 12 not circular, but any other contour, for example, the lateral surface of a cam of a camshaft, this can be defined by an outgoing from a point P distance D and associated angle φ, ie D (φ). In the illustrated embodiment, the point P is in the axis 11 of the workpiece 10 , The relationship D (φ) is also used to define contours resulting from the machining process, as shown in FIG 5 will be explained.
Bei
dem bekannten Drehfräsverfahren
wird gemäß 1b und 1c das
Fräswerkzeug 15 (Drehfrequenz
nT) in einem ersten Schritt mit einer Vorschubgeschwindigkeit
f radial bis auf den Soll-Radius Rw zugestellt.
Im Beispiel rotiert das Werkstück 10 dabei
nicht. Nach Erreichen des Soll-Radius Rw im Punkt
P4 ist die Außenkontur 12 zwischen
den Punkten P2 und P3 durch den Zerspanvorgang bereits teilweise
abgetragen. Nunmehr wird das Werkstück 10 um seine Mittelachse 11 in
Rotation versetzt. Während
wenigstens einer Umdrehung des Werkstückes 10 mit der Drehfrequenz
nW wird die Sollkontur 13 mit dem
Soll-Radius Rw erzeugt.In the known Drehfräsverfahren according to 1b and 1c the milling tool 15 (Rotational frequency n T ) radially delivered in a first step with a feed rate f up to the target radius R w . In the example, the workpiece rotates 10 not here. After reaching the target radius R w at point P4 is the outer contour 12 between the points P2 and P3 already partially removed by the Zerspanvorgang. Now the workpiece becomes 10 around its central axis 11 set in rotation. During at least one revolution of the workpiece 10 with the rotation frequency n W is the target contour 13 generated with the target radius R w .
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird nunmehr die Ist-Kontur 12 des Werkstückstückes 10 vor
der Bearbeitung durch das Fräswerkzeug 15 gemessen. 2 zeigt
ein Meßgerät 20 mit
einem Meßtaster 21,
mit dem die Pre-Prozeß-Messung durchgeführt wird.
Der Meßtaster 21 ist
zur Soll-Position XY kalibriert und mißt das Maß Mpp,W(φ), wobei die
Indizes für
Pre-Prozeß stehen.
Die Meßposition des
Meßtasters 21 liegt
um 180° versetzt
zur Bearbeitungsposition des in 2 strichpunktiert
dargestellten Fräswerkzeuges 15.
Die Messung beginnt im Startpunkt P1 und endet im Punkt P2. Die
beiden Meßpunkte
P1 und P2 liegen um den Winkel φpp mit Abstand voneinander. Eine Messung über den
Punkt P2 hinaus ist nicht erforderlich, weil der Bereich über den
Punkt P2 hinaus aufgrund des anschließenden Materialabtrages durch
das Fräswerkzeug
für eine nachfolgende
In-Prozeß-Messung
nicht mehr verfügbar
ist. Wie anhand von 1b ersichtlich, taucht das Fräswerkzeug 15 im
Meßpunkt
P2 in das Werkstück 10 ein,
so daß der
Verlauf der Ist-Kontur 12 über diesen Punkt P2 hinaus
für eine
Pre-Prozeß-Messung
nicht von Interesse ist. Dies gilt dann, wenn die In-Prozeß-Messung,
wie im Beispiel gezeigt werden wird, an der gleichen Meßstelle
P1 wie die Pre-Prozeß-Messung
durchgeführt
wird. Dies ist zwangsläufig
dann der Fall, wenn beide Messungen (In- und Pre-Prozeß-Messung)
mit der gleichen Meßeinrichtung
durchgeführt
werden.In the method according to the invention now the actual contour 12 of the workpiece piece 10 before processing by the milling tool 15 measured. 2 shows a meter 20 with a probe 21 with which the pre-process measurement is performed. The probe 21 is calibrated to the target position XY and measures the measure M pp, W (φ), where the indices are for pre-process. The measuring position of the probe 21 is offset by 180 ° to the machining position of the in 2 dash-dotted illustrated milling tool 15 , The measurement starts at the starting point P1 and ends at the point P2. The two measuring points P1 and P2 are at an angle φ pp at a distance from each other. Measurement beyond point P2 is not required because the area beyond point P2 is no longer available for subsequent in-process measurement due to subsequent material removal by the milling tool. As based on 1b visible, the milling tool emerges 15 at the measuring point P2 in the workpiece 10 a, so that the course of the actual contour 12 Beyond this point P2 for a pre-process measurement is not of interest. This is true when the in-process measurement, as will be shown in the example, is performed at the same measuring point P1 as the pre-process measurement. This is inevitably the case when both measurements (in- and pre-process measurement) are performed with the same measuring device.
Nachdem
das Werkstück 10 bei
der Pre-Prozeß-Messung
um den Winkel φpp gedreht worden ist, wird das Werkstück 10 in
seine in 2 dargestellte Ausgangslage
zurückgedreht.
Die Meßwerte
Mpp(φ), die
den jeweiligen Abstand der Ist-Kontur von der Mittelachse 11 des
Werkstückes 10 kennzeichnen,
werden in der Maschinensteuerung gespeichert und zur Berechnung
von Korrekturbewegungen des Fräswerkzeuges 15 in
Verbindung mit Meßwerten
aus der In-Prozeß-Messung
vorgehalten. Die Meßwerte
R können durch
kartesische oder vorteilhaft durch Polarkoordinaten dargestellt
werden. Die Meßauflösung bei
Polarkoordinaten ist vorteilhafterweise kleiner 1 °, insbesondere
kleiner als 0,1 °.After the workpiece 10 in the pre-process measurement has been rotated by the angle φ pp , the workpiece 10 in his in 2 turned back starting position shown. The measured values M pp (φ), which is the respective distance of the actual contour from the central axis 11 of the workpiece 10 are stored in the machine control and used to calculate corrective movements of the milling tool 15 held in conjunction with measured values from the in-process measurement. The measured values R can be represented by Cartesian or, advantageously, by polar coordinates. The measurement resolution in polar coordinates is advantageously less than 1 °, in particular less than 0.1 °.
Bei
der beschriebenen Pre-Prozeß-Messung ist
das Werkstück 10 unbelastet,
so daß dementsprechend
die Aufmaßkontur
(Ist-Kontur) 12 in
unbelastetem Zustand über
den Winkelbereich φpp gemessen wird.In the described pre-process measurement is the workpiece 10 unloaded, so that accordingly the Aufmaßkontur (actual contour) 12 is measured in the unloaded state over the angular range φ pp .
Abweichend
von der beschriebenen Verfahrensweise ist es auch möglich, das
Werkstück 10 während einer
vollen Umdrehung mit dem Meßgerät 20 zu
vermessen. Dann ist es nicht mehr notwendig, das Werkstück 10 nach
der Vermessung für
die anschließende
Bearbeitung in die Ausgangslage zurückzudrehen. Die Bearbeitung
des Werkstückes 10 kann
vielmehr in beliebiger Winkellage gestartet werden. Allerdings sind
nur die Meßpunkte
zwischen dem sich dann ergebenden Bereich P1 und P2 für die In-Prozeß-Messung
nutzbar.Notwithstanding the procedure described, it is also possible, the workpiece 10 during a full turn with the meter 20 to measure. Then it is no longer necessary, the workpiece 10 to turn back to the starting position after the measurement for the subsequent processing. The machining of the workpiece 10 can rather be started in any angular position. However, only the measuring points between the resulting range P1 and P2 are usable for the in-process measurement.
Es
ist noch darauf hinzuweisen, daß bei
einer Bearbeitung der Haupt- und Hublager von Kurbelwellen der Ist-
und der Soll-Radius maßgebend sind.
Werden bei einer Nockenwelle hingegen die Nocken bearbeitet, die
keine zylindrische Mantelfläche
haben, wird statt dessen die Ist- und die Soll-Kontur berücksichtigt.It
It should also be noted that at
Machining the main and stroke bearings of crankshafts of the actual
and the nominal radius are decisive.
If, however, the cam is processed in a camshaft, the
no cylindrical surface
instead, the actual and the target contour are taken into account.
In
einer weiteren Variante der Pre-Prozeß-Messung steht das Werkstück still
und die Meßeinrichtung
rotiert um das Werkstück.In
Another variant of the pre-process measurement, the workpiece is stationary
and the measuring device
rotates around the workpiece.
3 zeigt
die Situation beim Eintauchen des Fräswerkzeuges 15 in
die Werkstückkontur.
Das Fräswerkzeug 15 ist
so weit in das Werkstück 10 eingetaucht,
daß der
Soll-Radius Rw im Punkt P4 erreicht ist.
Die Mittelachse 11 des Werkstückes 10 ist aus ihrer
Soll-Position X um den Betrag ΔX
verlagert. Ursache dafür
sind in erster Linie die Bearbeitungskräfte F sowie Werkstückeigenspannungen,
die durch den Materialabtrag freiwerden. Die Meßeinrichtung 20 ist
während
der Bearbeitung des Werkstückes 10 durch
das Fräswerkzeug 15 aktiv
und mißt
mit ihrem Meßtaster 21 am
Punkt P1 das Maß MIP,W(φ),
wobei die Indizes IP für
In-Prozeß-Messung und W für Werkstück stehen.
In der Meßeinrichtung 20 oder
in der Maschinensteuerung werden die Meßwerte MIP,W(φ) mit den
Meßwerten
MPP,W(φ)
verglichen. Die Indizes PP stehen für die Pre-Prozeß-Messung
und W für
das Werkstück.
Das Maß MPP ist der Abstand zwischen dem Meßpunkt P1
und der Soll-Lage der Achse des unbearbeiteten Werkstückes 10.
Die errechneten Differenzen ΔA
kennzeichnen die Verlagerung der Achse 11 des Werkstückes 10.
Die Differenz ΔA
wird in Signalform der Steuerung des Fräswerkzeuges 15 zugeführt, wodurch eine
entsprechende Korrekturbewegung des Fräswerkzeuges 15 um
den Betrag ΔRw durchgeführt wird. Auf diese Weise wird
eine exakte Zustellung des Fräswerkzeuges 15 auf
den Soll-Durchmesser Rw erreicht. Im Ausführungsbeispiel
sind die ermittelten Differenzen ΔX, ΔA und ΔRW im Beispiel gleich groß. 3 shows the situation when dipping the milling tool 15 into the workpiece contour. The milling tool 15 is so far into the workpiece 10 immersed in that the target radius R w is reached at point P4. The central axis 11 of the workpiece 10 is shifted from its desired position X by the amount ΔX. The reason for this is primarily the machining forces F and workpiece residual stresses, which are released by the material removal. The measuring device 20 is during the machining of the workpiece 10 through the milling tool 15 active and measures with its probe 21 at point P1, the measure M IP, W (φ), where the indices are IP for in-process measurement and W for workpiece. In the measuring device 20 or in the machine control, the measured values M IP, W (φ) are compared with the measured values M PP, W (φ). The indices PP stand for the pre-process measurement and W for the workpiece. The dimension M PP is the distance between the measuring point P1 and the target position of the axis of the unprocessed workpiece 10 , The calculated differences ΔA characterize the displacement of the axis 11 of the workpiece 10 , The difference ΔA is in waveform of the control of the milling tool 15 supplied, whereby a corresponding correction movement of the milling tool 15 by the amount ΔR w is performed. In this way, an exact delivery of the milling tool 15 reached to the target diameter R w . In the exemplary embodiment, the determined differences .DELTA.X, .DELTA.A and .DELTA.R W are the same in the example.
Bei
der Bearbeitung des Werkstückes 10 gemäß 3 dreht
lediglich das Fräswerkzeug 15 um seine
Achse, während
das Werkstück 10 stillsteht. Darum
greift der Meßtaster 21 stets
am Punkt P1 an. Das Fräswerkzeug 15 greift
im Bereich zwischen den Punkten P2 und P3 in die Kontur des Werkstückes 10 ein.
Der Winkelbereich φ ist
bei der Stellung gemäß 3 Null.When machining the workpiece 10 according to 3 just turns the milling tool 15 around its axis, while the workpiece 10 stationary. That's why the probe picks up 21 always at point P1. The milling tool 15 engages in the area between the points P2 and P3 in the contour of the workpiece 10 one. The angular range φ is in the position according to 3 Zero.
4 zeigt
die Bearbeitungssituation nach einer Umdrehung von 90° des Werkstückes 10.
Die Meßeinrichtung 20 mißt den Wert
MIP,W(φ=90°). Dieser
Ist-Wert wird mit dem gespeicherten Wert MPP,W(φ=90°) verglichen,
der während
der Pre-Prozeß-Messung
ermittelt worden ist. Im Ausführungsbeispiel
ergibt dieser Vergleich den Differenzwert ΔA. Er zeigt, daß die Mittelachse 11 des
Werkstückes 10 von
der Soll-Position X abweicht. Im Vergleich zur Bearbeitungssituation
gemäß 3 liegt
die Abweichung in der entgegengesetzten Richtung. Bei der Bearbeitungssituation
gemäß 3 befindet
sich die Ist-Position der Mittelachse des Werkstückes 10 rechts von
der Soll-Position X, während
bei der Bearbeitungssituation nach 4 die Ist-Position
der Mittelachse 11 links von der Soll-Position X liegt.
Die durch den Materialabtrag frei werdenden Werkstückeigenspannungen
verformen das Werkstück 10 entgegengesetzt
zur Zustellrichtung des Fräswerkzeuges 15.
Diese Verformungskräfte
sind in dieser Bearbeitungssituation somit größer als die Fräskräfte. Um den
Soll-Radius Rw exakt zu fertigen, führt das
Fräswerkzeug 15 eine
Korrekturbewegung aus, indem es sich von der Achse 11 des
Werkstückes 10 entsprechend
entfernt. Ohne diese Korrekturbewegung hätte das Lager des Werkstückes 10 einen
zu kleinen Radius R. 4 shows the processing situation after a rotation of 90 ° of the workpiece 10 , The measuring device 20 measures the value M IP, W (φ = 90 °). This actual value is compared with the stored value M PP, W (φ = 90 °), which was determined during the pre-process measurement. In the exemplary embodiment, this comparison yields the difference value ΔA. He shows that the central axis 11 of the workpiece 10 deviates from the desired position X. Compared to the processing situation according to 3 the deviation is in the opposite direction. In the processing situation according to 3 is the actual position of the central axis of the workpiece 10 to the right of the target position X, while in the processing situation to 4 the actual position of the central axis 11 to the left of the nominal position X lies. The workpiece residual stresses released by the material removal deform the workpiece 10 opposite to the feed direction of the milling tool 15 , These deformation forces are thus greater than the milling forces in this machining situation. In order to produce the desired radius R w exactly, the milling tool performs 15 a corrective move by moving away from the axis 11 of the workpiece 10 removed accordingly. Without this correction movement would have the bearing of the workpiece 10 too small a radius R.
5 zeigt
die Bearbeitungssituation, bei der das Werkstück 10 so weit gedreht
worden ist, daß der
Punkt P2 am Meßtaster 21 der
Meßeinrichtung 20 vorbeibewegt
worden ist. Der Meßtaster 21 der Meßeinrichtung 20 liegt
weiterhin an der Außenkontur
des Werkstückes 10 an.
Allerdings liegen nach Überschreiten
des Punktes P2 keine Meßwerte MPP,W(φ)
mehr vor, weil ab dem Punkt P2 eine Materialabtragung durch das
Fräswerkzeug 15 erfolgt. Der
Meßtaster 21 tastet
ab dem Punkt P2 die durch das Fräswerkzeug 15 bereits
bearbeitete Oberfläche ab.
Die weiteren Korrekturbewegungen basieren nun auf der Annahme, daß die bearbeitete
Werk stückfläche aufgrund
der von Beginn der Bearbeitung an durchgeführten und beschriebenen Korrekturbewegungen
exakt auf der Soll-Kontur 13 liegt. Im Bereich zwischen
den Punkten P2 und P4 entspricht die Kontur 13 dem Radius
des Fräswerkzeuges 15,
lineares Eintauchen des Fräswerkzeuges
in das Werkstück 10 vorausgesetzt.
Der Abstand 13 zwischen den Punkten P2 und P4 zur Achse 11 des
Werkstückes 10,
bezogen auf die Soll-Position XY, beträgt Dsoll,W(φ). Die Sollkoordinaten
dieses Abstandes sind aufgrund der geometrischen Zusammenhänge bekannt
und im Meßrechner
oder in der Maschinensteuerung abgespeichert. Die Meßeinrichtung 20 mit ihrem
Meßtaster 21 mißt zwischen
den Punkten P2 und P4 den Ist-Wert MIP,W(φ). Dieser
Ist-Wert gibt den Abstand zwischen dem entsprechenden Punkt auf der
Ist-Kontur 12 des Werkstückes 10 und der Soll-Position
X an. Die Meßeinrichtung 20 bildet
die Differenz zwischen dem Ist-Wert MIP,W(φ) und dem Soll-Wert DSoll,W(φ). Tritt
ein Differenzwert ΔA
auf, bedeutet dies, daß die
Achse 11 des Werkstückes 10 gegenüber der
Soll-Position XY eine Verlagerung um den Wert ΔX erfahren hat. Sobald der Differenzwert ΔA auftritt,
erzeugt die Meßeinrichtung 20 oder
die Maschinensteuerung ein Korrektursignal, mit dem eine Korrekturbewegung ΔRW des Fräswerkzeuges 15 ausgelöst wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
entspricht die Ist-Kontur 12 der Soll-Kontur 13, so daß eine Korrekturbewegung
des Fräswerkzeuges 15 nicht
erforderlich ist. Die Ist-Position der Achse 11 des Werkstückes 10 entspricht
der Soll-Position XY. 5 shows the machining situation at which the workpiece 10 has been rotated so far that the point P2 on the probe 21 the measuring device 20 has been moved past. The probe 21 the measuring device 20 still lies on the outer contour of the workpiece 10 at. However, after the point P2 has been exceeded, no measured values M PP, W (φ) are present any longer, because from the point P2 a material removal by the milling tool 15 he follows. The probe 21 From the point P2, you can feel it through the milling tool 15 already processed surface. The further corrective movements are now based on the assumption that the machined workpiece surface due to the performed from the beginning of the processing and described correction movements exactly on the target contour 13 lies. In the area between the points P2 and P4 the contour corresponds 13 the radius of the milling tool 15 , Linear immersion of the milling tool in the workpiece 10 provided. The distance 13 between points P2 and P4 to the axis 11 of the workpiece 10 , based on the desired position XY, D soll, W (φ). The desired coordinates of this distance are known due to the geometric relationships and stored in the measuring computer or in the machine control. The measuring device 20 with her probe 21 between the points P2 and P4 measures the actual value M IP, W (φ). This actual value gives the distance between the corresponding point on the actual contour 12 of the workpiece 10 and the target position X on. The measuring device 20 forms the difference between the actual value M IP, W (φ) and the target value D Soll, W (φ). If a difference ΔA occurs, this means that the axis 11 of the workpiece 10 relative to the desired position XY has experienced a shift by the value ΔX. As soon as the difference ΔA occurs, the measuring device generates 20 or the machine control a correction signal, with which a correction movement .DELTA.R W of the milling tool 15 is triggered. In the illustrated embodiment corresponds to the actual contour 12 the desired contour 13 , so that a correction movement of the milling tool 15 is not required. The actual position of the axis 11 of the workpiece 10 corresponds to the set position XY.
6 zeigt
die Bearbeitungssituation ab dem Punkt P4. Der Meßtaster 21 der
Meßeinrichtung 20 tastet
ab P4 die auf den Soll-Radius
RW gefertigte Fläche des Werkstückes 10 ab.
Die weiteren Korrekturbewegungen basieren hier auf der Annahme,
daß die
bearbeitete Fläche
aufgrund der von Bearbeitungsbeginn an durchgeführten Korrekturbewegungen exakt
auf dem Soll-Radius Rw liegt. 6 shows the processing situation from the point P4. The probe 21 the measuring device 20 From P4, the surface of the workpiece manufactured on the target radius R W is scanned 10 from. The further corrective movements are based here on the assumption that the machined surface is exactly on the target radius R w due to the corrective movements performed from the beginning of the processing.
Die
Meßeinrichtung 20 mißt ab dem
Punkt P4 den Wert MIP,W(φ). Dieser Wert MIP,W(φ) entspricht dem
Ist-Radius. Der Ist-Wert MIP,W(φ) wird mit
dem Soll-Radius Rw verglichen. Der Soll-Radius
Rw ist auch auf die Soll-Position XY bezogen.
Tritt ein Differenzwert ΔA
auf, kennzeichnet er das Maß der
Verlagerung der Achse 11 des Werkstückes 10 um den Betrag ΔX gegenüber der
Soll-Position XY
der Werkstückachse.
Die Meßeinrichtung 20 oder
die Maschinensteuerung erzeugt aufgrund des ermittelten Differenzwertes ΔA eine Korrekturbewegung ΔRw des Fräswerkzeuges 15.
Es wird aus der mit einer dünn gestrichelten
Linie gekennzeichneten Lage um das Maß ΔRw in
die mit einer dick gestrichelten Linie gekennzeichnete Lage zurückgefahren
(s. 3 und 4). Die ermittelte Abweichung ΔA ist auf
die vom Fräswerkzeug 15 bei
der Bearbeitung ausgeübte Fräskraft F
oder auch aufgrund von Freiwerden von Eigenspannungen im Werkstück 10 zurückzuführen. Eine
verbleibende Aufmaßkontur
für die
Korrekturbearbeitung muß in
diesem Falle nicht mehr bekannt sein bzw. berücksichtigt werden, sondern
wird aufgrund des beschriebenen Meßverfahrens mathematisch verrechnet.The measuring device 20 Measures from the point P4 the value M IP, W (φ). This value M IP, W (φ) corresponds to the actual radius. The actual value M IP, W (φ) is compared with the target radius R w . The desired radius R w is also related to the desired position XY. If a difference value ΔA occurs, it indicates the degree of the displacement of the axis 11 of the workpiece 10 by the amount ΔX with respect to the target position XY of the workpiece axis. The measuring device 20 or the machine control generates a correction movement ΔR w of the milling tool on the basis of the determined difference value ΔA 15 , It is moved back from the marked with a thin dashed line position by the amount ΔR w in the marked with a thick dashed line position (s. 3 and 4 ). The determined deviation ΔA is on the milling tool 15 Milling force F exerted during machining or due to release of residual stresses in the workpiece 10 due. A remaining Aufmaßkontur for the correction processing must not be known or taken into account in this case, but is mathematically offset due to the described measurement method.
7 zeigt
eine Bearbeitungssituation, bei der das Werkstück 10 mehrere Umdrehungen
bis zur Erreichung des Soll-Radius Rw ausgeführt hat.
Auch bei dieser Variante wird das Werkstück 10 in einer Pre-Prozeß-Messung
zwischen den Punkten P1 und P2 vermessen. Die Korrektur erfolgt
prinzipiell in gleicher Weise wie bei den vorherigen Beispielen.
Aufgrund der mehrfachen Umdrehung des Werkstückes 10 ergeben sich
aber Unterschiede. Zwischen den Punkten P1 und P2 beruht die Korrekturbewegung entsprechend
den vorigen Ausführungsbeispielen auf
Unterschieden zwischen den Meßwerten
MIP,W(φ) und
MPP,W(φ).
Im Bereich zwischen den Punkten P2 und P4 beruht die Korrekturbewegung
entsprechend den vorigen Ausführungsbeispielen
auf Unterschieden zwi schen den Meßwerten MIP,W(φ) und den
aus geometrischen Größen errechneten
Werten DSoll,W(φ). Ab dem Meßpunkt P4
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
der Soll-Radius Rw noch nicht erreicht.
Die erzeugte Kontur 30 am Werkstück 10 kann beispielsweise
eine archimedische Spirale sein. Sie entsteht bei gleichbleibendem
Linearvorschub des Fräswerkzeuges 15 pro
Werkstückumdrehung.
Die Sollkoordinaten DSoll,W(φ) dieser
Kontur 30 können leicht
berechnet werden. Die Berechnung der Korrekturbewegung basiert also
auf der Differenz von MIP,W(φ) zu DSoll,W(φ).
Wird der Soll-Radius Rw erreicht, beispielsweise
nach einer oder nach mehreren Werkstückumdrehungen, wird der Linearvorschub
des Fräswerkzeuges 15 gestoppt.
Die Korrektur entspricht ab diesem Punkt P5 derjenigen aus dem vorherigen
Ausführungsbeispiel
ab dem Punkt P4, nämlich
der Differenz von MIP,W(φ) zum Soll-Radius Rw. Eine auftretende Differenz ΔA zeigt wiederum eine
Verlagerung der Achse 11 des Werkstückes 10 aus der Soll-Position
XY um den Betrag ΔX
an. Der Differenzwert ΔA
wird zur Korrekturbewegung ΔRw des Fräswerkzeuges 15 herangezogen. 7 shows a machining situation in which the workpiece 10 several revolutions until the target radius R w has been reached. Also in this variant, the workpiece 10 measured in a pre-process measurement between the points P1 and P2. The correction takes place in principle in the same way as in the previous examples. Due to the multiple rotation of the workpiece 10 but there are differences. Between the points P1 and P2, the correction movement according to the previous embodiments is based on differences between the measured values M IP, W (φ) and M PP, W (φ). In the area between the points P2 and P4, the correction movement according to the previous embodiments is based on differences between the measured values M IP, W (φ) and the values D set, W (φ) calculated from geometric variables. From the measuring point P4, the target radius R w is not yet reached in this embodiment. The generated contour 30 on the workpiece 10 can be, for example, an Archimedean spiral. It arises at constant linear feed of the milling tool 15 per workpiece revolution. The desired coordinates D Soll, W (φ) of this contour 30 can be easily calculated. The calculation of the correction movement is therefore based on the difference between M IP, W (φ) and D Soll, W (φ). If the setpoint radius R w is reached, for example after one or more workpiece revolutions, the linear feed of the milling tool becomes 15 stopped. The correction corresponds from this point P5 that of the previous embodiment from the point P4, namely the difference of M IP, W (φ) to the target radius R w . An occurring difference ΔA again shows a displacement of the axis 11 of the workpiece 10 from the desired position XY by the amount ΔX. The difference value ΔA becomes the correction movement ΔR w of the milling tool 15 used.
Bei
einer weiteren Variante der Bearbeitung des Werkstückes 10 gemäß 7 wird
auf eine Pre-Prozeß-Messung
verzichtet. In diesem Falle wird davon ausgegangen, daß nach dem
Abtragen des Materials am Werkstück 10 nach
Vollendung der ersten Werkstückumdrehung
eine nahezu konstante Abdrängkraft
auftritt. Ab diesem Zeitpunkt wird eine erzeugte Soll-Kontur mit
den Sollkoordinaten DSoll,W(φ) angenommen,
die als Berechnungsbasis für
Korrekturbewegungen dient. Die Berechnung dieser Korrekturbewegung
beruht somit auf der Differenz von MIP,W(φ) zum Wert
DSoll,W(φ).
Tritt ein Differenzwert auf, wird er zur entsprechenden Korrekturbewegung des
Fräswerkzeuges 15 herangezogen.
Dieses Verfahren kann bei Werkstücken
mit geringeren Genauigkeitsan forderung oder bei Vorbearbeitungen
am Werkstück 10 eingesetzt
werden.In a further variant of the machining of the workpiece 10 according to 7 is dispensed with a pre-process measurement. In this case it is assumed that after the removal of the material on the workpiece 10 After completion of the first workpiece revolution, a nearly constant Abdrängkraft occurs. From this point in time, a generated desired contour with the desired coordinates D Soll, W (φ) is assumed, which serves as a basis for calculating correction movements. The calculation of this correction movement is thus based on the difference of M IP, W (φ) to the value D Soll, W (φ). If a difference value occurs, it becomes the corresponding correction movement of the milling tool 15 used. This method may be required for workpieces with lower accuracy requirements or for pre-machining on the workpiece 10 be used.
8 zeigt
eine Anordnung, bei der sowohl das Werkstück 10 als auch das
Werkzeug 30 gemessen wird. Das Werkstück 10 wird entsprechend
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
gemessen. Die Messung kann über
das taktile Meßgerät 20 mit
dem Meßtaster 21 erfolgen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird anstelle dieses taktilen Meßsystems ein optisches Meßsystem 50 eingesetzt.
Es hat eine Digitalkamera 50' mit
einer Beleuchtungseinrichtung 51 und einem Meßstrahl 52.
Die Digitalkamera 50' und
die Beleuchtungseinrichtung 51 liegen auf einander gegenüberliegenden
Seiten relativ zum Werkstück 10. 8th shows an arrangement in which both the workpiece 10 as well as the tool 30 is measured. The workpiece 10 is measured according to the embodiments described above. The measurement can be made via the tactile measuring device 20 with the probe 21 respectively. In the illustrated embodiment, instead of this tactile measuring system, an optical measuring system 50 used. It has a digital camera 50 ' with a lighting device 51 and a measuring beam 52 , The digital camera 50 ' and the lighting device 51 lie on opposite sides relative to the workpiece 10 ,
Die
Vermessung des Werkzeuges 30 erfolgt durch Kameras 40, 45,
denen jeweils eine Beleuchtungseinrichtung 41 und 46 zugeordnet
ist. Die beiden Kameras 40, 45 sind vorteilhaft
Digitalkameras, insbesondere mit einem CCD-Bildsensor. Den beiden
Kameras 40, 45 ist jeweils ein Meßstrahl 42, 47 zugeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtungen 41, 46 und die zugeordneten
Kameras 40, 45 liegen auf verschiedenen Seiten
der Achse des Werkzeuges 30. Mit der Vermessung des Werkzeuges 30 werden zwei
Ziele verfolgt. Erstes Ziel ist die Ermittlung der Rundlaufabweichung
des unbelasteten Fräswerkzeuges 30 durch
eine Pre-Prozeß-Messung.
Zweites Ziel ist die Ermittlung von Verlagerungen ΔZ der Frässpindelachse 34 während der
Bearbeitung durch eine In-Prozeß-Messung.The measurement of the tool 30 done by cameras 40 . 45 each having a lighting device 41 and 46 assigned. The two cameras 40 . 45 are advantageous digital cameras, especially with a CCD image sensor. The two cameras 40 . 45 is in each case a measuring beam 42 . 47 assigned. The lighting equipment 41 . 46 and the associated cameras 40 . 45 lie on different sides of the axis of the tool 30 , With the measurement of the tool 30 Two goals are pursued. The first goal is to determine the runout of the unloaded milling tool 30 through a pre-process measurement. Second goal is the determination of displacements ΔZ of the milling spindle axis 34 during processing by an in-process measurement.
Bei
der Ermittlung der Rundlaufabweichung des unbelasteten Fräswerkzeuges 30 ergibt
sich der Meßwert
MPP,T(α).
Ein Rundlauffehler kann sich beispielsweise aufgrund des Spieles
des Werkzeuges 30 in der Werkzeugaufnahme ergeben. Dies
hat zur Folge, daß die
Achse 31 des Werkzeuges 30 nicht exakt auf der
Spindelachse 34 liegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
liegen beide Achsen 31 und 34 in exakt der gleichen
Position. Vorteilhaft ist die direkte Vermessung jeder einzelnen
Schneide 32 des Werkzeuges 30 mit der Kamera 40.
Bei Vermessung der Schneiden 32 können auch Schneideneinstellfehler
ermittelt werden. Alternativ dazu kann ein Rundlauffehler auch an
einer Referenzfläche 35 gemessen
werden, beispielsweise an einem an einem Werkzeuggrundkörper 36 angeschliffenen
Bund 33. Die Referenzfläche 35 ist
in diesem Beispielsfall die zylindrische Mantelfläche des
Bundes 33. Die Referenzfläche 35 hat die Werkzeugachse 31 als
Zylinderachse.When determining the runout of the unloaded milling tool 30 results in the measured value M PP, T (α). A concentricity error can occur For example, due to the game of the tool 30 resulted in the tool holder. This has the consequence that the axis 31 of the tool 30 not exactly on the spindle axis 34 lies. In the illustrated embodiment are both axes 31 and 34 in exactly the same position. Advantageous is the direct measurement of each individual cutting edge 32 of the tool 30 with the camera 40 , When measuring the cutting edges 32 also Schneideinstellfehler can be determined. Alternatively, a concentricity error can also occur on a reference surface 35 be measured, for example, on one of a tool body 36 ground collar 33 , The reference surface 35 In this example, the cylindrical surface of the collar 33 , The reference surface 35 has the tool axis 31 as a cylinder axis.
Wird
eine Rundlaufabweichung ermittelt, dann bedeutet dies, daß die Werkzeugachse 31 nicht in
der Spindelachse 34 liegt. Die ermittelte Rundlaufabweichung
wird in der Maschinensteuerung 55 (9) gespeichert,
wobei die jeweilige Rundlaufabweichung immer dem zugehörigen Drehwinkel α zugeordnet
ist. Der so ermittelte Rundlauffehler wird während der Bearbeitung des Werkstückes 10 durch eine
Korrekturbewegung eines das Werkzeug 30 tragenden Vorschubschlittens
kompensiert. Da sich der Rundlauffehler des Werkzeuges 30 während der Standzeit üblicherweise
nur in geringem Maß ändert, ist
es meist nicht erforderlich, vor jeder Bearbeitung eine Pre-Prozeß-Messung
durchzuführen.If a runout is determined, then this means that the tool axis 31 not in the spindle axis 34 lies. The determined runout is in the machine control 55 ( 9 ), wherein the respective runout is always associated with the associated rotation angle α. The concentricity error thus determined becomes during machining of the workpiece 10 by a correction movement of the tool 30 supporting feed carriage compensated. As the concentricity error of the tool 30 During the service life usually changes only to a small extent, it is usually not necessary to perform a pre-process measurement before each processing.
Die
Achsverlagerung ΔZ
der Werkzeugachse 31 während
der Bearbeitung wird durch die In-Prozeß-Messung ermittelt. Die Werkzeugachse 31 und die
Spindelachse 34 liegen in der Soll-Position UY, wenn keine
Achsverlagerung ΔZ
vorliegt. Aus den in 8 dargestellten Achsverlagerungen ΔZ resultieren
maßliche
Abweichungen ΔRw am Werkstück 10, die die erzielbare
Bearbeitungsgenauigkeit vermindern. Die Messung der Achsverlagerung ΔZ er folgt vorzugsweise
an der Referenzfläche 35 am
Bund 33 des Werkzeuggrundkörpers 36, insbesondere
an der von der Bearbeitungsstelle abgewandten Seite. Hierfür wird die
Kamera 45 eingesetzt, die auf die zylindrische Referenzfläche 35 ausgerichtet
ist und Achsverlagerungen ΔZ
bei der Rotation des Werkzeuges 30 mit dem Meßstrahl 47 erfaßt. Hierbei
werden die Werte MIP,T(α) gemessen.The axis displacement ΔZ of the tool axis 31 during processing is determined by the in-process measurement. The tool axis 31 and the spindle axis 34 lie in the set position UY, if there is no axle displacement ΔZ. From the in 8th shown axis displacements .DELTA.Z result in dimensional deviations .DELTA.R w on the workpiece 10 that reduce the achievable machining accuracy. The measurement of the axis displacement .DELTA.Z he preferably follows the reference surface 35 at the federal government 33 of the tool body 36 , in particular on the side remote from the processing point. This is the camera 45 inserted on the cylindrical reference surface 35 is aligned and axis displacements ΔZ during the rotation of the tool 30 with the measuring beam 47 detected. Here the values M IP, T (α) are measured.
Die
Messung kann selbstverständlich
auch mit taktilen Sensoren und anderen bekannten Meßverfahren
durchgeführt
werden.The
Measurement can of course
also with tactile sensors and other known measuring methods
carried out
become.
Die
Kamera 45 und die zugehörige
Beleuchtungseinrichtung 46 sind so in bezug auf die Referenzfläche 35 ausgerichtet,
daß bei
einer Achsverlagerung ΔZ
gleich Null die Kamera 45 kein Licht 47 von der
Beleuchtungseinrichtung 46 empfängt. Tritt eine Achsverlagerung ΔZ auf, gelangt
ein Teil des Meßstrahles 47 an
der Referenzfläche 35 vorbei
zur Kamera 45. Die Größe der Leuchtstärke des
Meßstrahles 47 ist
ein Maß der
Achsverlagerung ΔZ. Wird,
wie in 8 beispielhaft angegeben ist, die Spindelachse 34 um
das Maß ΔZ nach rechts
verlagert, empfängt
die Kamera 45 den von der Beleuchtungseinrichtung 46 ausgesandten
Meßstrahl 47 in einem
Bereich ΔB.
Dieser Meßstrahlanteil,
der auf die Kamera 45 fällt,
ist proportional dem Grad der Achsverlagerung ΔZ. Auf diese Weise kann die
Größe der Achsverlagerung ΔZ einfach
und genau ermittelt werden.The camera 45 and the associated lighting device 46 are so with respect to the reference surface 35 aligned, that at an axis shift ΔZ equal to zero the camera 45 no light 47 from the lighting device 46 receives. If an axis displacement ΔZ occurs, a part of the measuring beam passes 47 at the reference surface 35 over to the camera 45 , The size of the luminous intensity of the measuring beam 47 is a measure of the axis displacement ΔZ. Will, as in 8th is exemplified, the spindle axis 34 shifted by the amount ΔZ to the right, the camera receives 45 that of the lighting device 46 emitted measuring beam 47 in a range ΔB. This Meßstrahlanteil, the camera 45 falls, is proportional to the degree of axle displacement ΔZ. In this way, the size of the axis displacement .DELTA.Z can be determined easily and accurately.
Mit
der Kamera 50 wird das Werkstück 10 einwandfrei
vermessen. Der Meßstrahl 52 wird
tangential zur zu bearbeitenden Werkstückfläche ausgerichtet. Weicht die
Kontur der zu bearbeitenden Werkstückfläche von der Soll-Kontur ab,
gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des Meßstrahles 52 von
der Beleuchtungseinrichtung 51 zur Kamera 50. Dementsprechend
kann eine Korrektur des Fräswerkzeuges 30 vorgenommen
werden, wie anhand der vorigen Beispiele erläutert worden ist. Die Meßeinrichtungen 40, 45 können identisch
sein. Zur Messung der Pre-Prozeß-Rundlaufabweichung
und zur In-Prozeß-Messung
muß das
Fräswerkzeug 30 mittels
Vorschubantrieb in die entsprechende Position bewegt werden, damit
die Ist-Kontur der bearbeiteten Werkstückfläche der Soll-Kontur entspricht.
Die Meßeinrichtungen 20, 40, 45, 50 können auch
bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
anstelle der dort vorgesehenen taktilen Meßeinrichtung 20 eingesetzt
werden.With the camera 50 becomes the workpiece 10 perfectly measured. The measuring beam 52 is aligned tangentially to the workpiece surface to be machined. If the contour of the workpiece surface to be machined deviates from the desired contour, a greater or lesser proportion of the measuring beam passes 52 from the lighting device 51 to the camera 50 , Accordingly, a correction of the milling tool 30 be made, as has been explained with reference to the previous examples. The measuring devices 40 . 45 can be identical. To measure the pre-process runout and for in-process measurement, the milling tool 30 be moved by means of feed drive in the appropriate position so that the actual contour of the machined workpiece surface corresponds to the desired contour. The measuring devices 20 . 40 . 45 . 50 can also in the embodiments described above instead of the tactile measuring device provided there 20 be used.
9 zeigt
in Form eines Blockschaltbildes den Ablauf des Verfahrens. In der
dargestellten Situation bearbeitet das Fräswerkzeug 15, 30 das
Werkstück 10.
Die Meßeinrichtung 20, 50 mißt während der
Bearbeitung eine eventuelle Verlagerung der Mittelachse 11 des
Werkstückes 10.
Der sich hieraus ergebende In-Prozeß-Meßwert
MIP,W(φ)
wird an ein Berechnungsmodul 60 geleitet. Auf gleiche Weise
wird der In-Prozeß-Meßwert MIP,W(α)
einer eventuellen Verlagerung der Mittelachsen 31, 34 des
Fräswerkzeuges 15 an
das Berechnungsmodul 60 geleitet. Das Berechnungsmodul 60 erhält außerdem die Pre-Prozeß-Meßwerte MPP,W(φ)
und MPP,T(α) aus einem Pre-Prozeß-Meßwert-Speichermodul 61.
Die dort gespeicherten Werte sind in der beschriebenen Weise durch
die Pre-Prozeß-Messung
ermittelt worden. Die Meßwerte
MPP,W(φ)
und MIP,W(φ) des Werkstückes 10 werden
durch die Meßeinrichtungen 20, 50 ermittelt
und dem Berechnungsmodul 60 sowie dem Speichermodul 61 zugeführt. Die
beiden anderen Meßwerte
MPP,T(α)
und MIP,T(α) werden von den Meßeinrichtungen 40, 45 am
Fräswerkzeug 15, 30 erfaßt und dem
Berechnungsmodul 60 sowie dem Speichermodul 61 zugeführt. Das
Berechnungsmodul 60 erhält
ferner NC-Programmdaten aus einem entsprechenden Modul 62.
Das Berechnungsmodul 60, das Speichermodul 61 sowie
das NC-Programm-Modul 62 sind
Bestandteil der Maschinensteuerung 55. Aus den Meßwerten
MPP,T(α)
und MPP,W(φ) der Pre-Prozeß-Messung und den Meßwerten
MIP,W(φ)
und MIP,T(α) aus der In-Prozeß-Messung sowie aus den NC-Programmdaten
im Modul 62 werden im Berechnungsmodul 60 die
Korrekturwerte ΔA und ΔB errechnet
und an ein NC-Achskorrekturmodul 64 übertragen. Es generiert aus
den Korrekturwerten ΔA
und ΔB entsprechende
Stellbefehle, die an eine Vorschubeinrichtung 65 übertragen
werden. Mit ihr wird das Fräswerkzeug 15, 30 in
entsprechendem Maß verschoben,
wie anhand der vorigen Ausführungsbeispiele
erläutert
worden ist. Die mit der Messung gewonnenen Pre-Prozeß- und In-Prozeß-Meßwerte werden
durch das beschriebene Verfahren in einer Weise verarbeitet, daß eine wesentliche
Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit erzielt wird. 9 shows in the form of a block diagram the procedure of the method. In the illustrated situation, the milling tool works 15 . 30 the workpiece 10 , The measuring device 20 . 50 Measures during the shift a possible displacement of the central axis 11 of the workpiece 10 , The resulting in-process measured value M IP, W (φ) is sent to a calculation module 60 directed. In the same way, the in-process measured value M IP, W (α) of a possible displacement of the central axes 31 . 34 of the milling tool 15 to the calculation module 60 directed. The calculation module 60 also obtains the pre-process measured values M PP, W (φ) and M PP, T (α) from a pre-process measured value memory module 61 , The values stored there have been determined in the manner described by the pre-process measurement. The measured values M PP, W (φ) and M IP, W (φ) of the workpiece 10 be through the measuring devices 20 . 50 determined and the calculation module 60 and the memory module 61 fed. The two other measured values M PP, T (α) and M IP, T (α) are measured by the measuring devices 40 . 45 on the milling tool 15 . 30 recorded and the calculation module 60 and the memory module 61 fed. The calculation module 60 also receives NC program data from a corresponding module 62 , The calculation module 60 , the memory module 61 as well as the NC program module 62 are part of the machine control 55 , From the measured values M PP, T (α) and M PP, W (φ) of the pre-process measurement and the measured values M IP, W (φ) and M IP, T (α) from the in-process measurement and from the NC program data in the module 62 be in the calculation module 60 the correction values ΔA and ΔB are calculated and sent to an NC axis correction module 64 transfer. It generates from the correction values .DELTA.A and .DELTA.B corresponding actuating commands to a feed device 65 be transmitted. With her, the milling tool 15 . 30 shifted to a corresponding extent, as has been explained with reference to the previous embodiments. The pre-process and in-process measured values obtained by the measurement are processed by the described method in such a way that a substantial improvement of the machining accuracy is achieved.
Die
Sollkontur 13 zwischen den Meßpunkten P2 und P4 (5)
kann auch bei einem nichtlinearen Eintauchen des Fräswerkzeuges 15 berechnet
werden, zum Beispiel bei einem spiraligen Eintauchen des Fräswerkzeuges 15 in
das Werkstück 10.The nominal contour 13 between the measuring points P2 and P4 ( 5 ) may also be in a non-linear immersion of the milling tool 15 calculated, for example, in a spiral immersion of the milling tool 15 into the workpiece 10 ,
Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
erfolgt die Messung mit der Meßeinrichtung 20, 50 an
einer um 180° gegenüber der
Schneideneingriffsstelle versetzten Position. Die Messung der Soll-Kontur 13 der
Werkstückfläche kann
selbstverständlich
auch an einer von 180° abweichenden Lage
bezüglich
des Schneideneingriffsbereiches des Fräswerkzeuges 15, 30 in
das Werkstück 10 erfolgen.
In diesem Falle rechnet sich die eventuell notwendige Korrekturbewegung ΔRw, indem der ermittelte Meßwert in
seine X- und Y-Komponenten
zerlegt wird. Dabei sind nur die Komponenten in X-Richtung relevant,
da eine Verschiebung in Y-Richtung wegen der tangentialen Verschiebung
keine maßliche
Veränderung
an der Soll-Kontur 13 des Werkstückes 10 bewirkt.In the described embodiments, the measurement is carried out with the measuring device 20 . 50 at a 180 ° offset from the cutting engagement position. The measurement of the target contour 13 The workpiece surface can of course also at a deviating from 180 ° position with respect to the cutting engagement region of the milling tool 15 . 30 into the workpiece 10 respectively. In this case, the possibly necessary correction movement ΔR w pays by the decomposed measured value is decomposed into its X and Y components. In this case, only the components in the X direction are relevant, since a displacement in the Y direction due to the tangential displacement no dimensional change to the target contour 13 of the workpiece 10 causes.