DE112019002094T5

DE112019002094T5 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE112019002094T5
Application number: DE112019002094.3T
Authority: DE
Inventors: Shizuo Nishikawa; Masahiro Shimoike; Shuji KOMATSU; Hiroki Nakao
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2021-02-25
Also published as: US11759906B2; JP6686063B2; JP2019188505A; US20210023669A1; WO2019207862A1; CN112041113A; CN112041113B

Abstract

Bereitgestellt wird eine Werkzeugmaschine (1), die in der Lage ist, die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks (W) mit hoher Genauigkeit zu messen, und die es ermöglicht, die von der Bearbeitung bis zur Messung der Bearbeitungsgenauigkeit benötigte Zeit stark zu reduzieren. Die Werkzeugmaschine (1), die ein Werkstück (W) bearbeitet, während sie ein Werkzeug und das Werkstück (W) relativ zueinander bewegt, umfasst eine Abdeckung (2), die von außerhalb eines Bearbeitungsbereichs zur Bearbeitung des Werkstücks (W) darin trennt, und ein Temperaturanpassungsmittel (30), das bei der Bearbeitung des Werkstücks (W) verwendet wird, um eine Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs einzustellen.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, die zur Messung der Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks ausgebildet ist.
Stand der Technik
Es ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die in der Lage ist, nach Abschluss einer Reihe von Arbeitsgängen zur Bearbeitung eines Werkstücks (Objekts) ein Messgerät an einer Werkzeugspindel oder dergleichen anzubringen und dann die Messung des Werkstücks durchzuführen, wobei das Werkstück in der Werkzeugmaschine verbleibt. Beispielsweise wird in Patentliteratur 1 (Japanische nichtgeprüfte Patentanmeldung Nr. 2013-129036 ) eine Werkzeugmaschine offenbart, die so ausgebildet ist, dass Ultrapräzisionsbearbeitung, Reinigung und Messung auf der Maschine automatisch von einer numerischen Steuerung ohne Eingriff eines Bedieners durchgeführt werden. Bei dieser Werkzeugmaschine wird ein Arbeitsbereich für eine Antriebswelle einer Bearbeitungsmaschine zuvor in einen Bearbeitungs-, einen Reinigungs- und einen Messbereich unterteilt, und die Position der Antriebswelle wird von der numerischen Steuerung überwacht. Wenn die Antriebswelle in den jeweiligen Bereich eintritt, wird automatisch ein dem Bereich zugeordneter Vorgang gestartet, und der Vorgang wird fortgesetzt, bis die Antriebswelle den Bereich verlässt.
Zitierliste
Patent-Literatur
[Patentliteratur 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungs-Nr. 2013-129036
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Um die Form eines bearbeiteten Werkstücks genau zu messen, muss die Messung bei einer idealen Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Die Umgebungstemperatur im Inneren der Werkzeugmaschine nach der Bearbeitung weicht jedoch aufgrund des Einflusses der während der Bearbeitung erzeugten Wärme von einer idealen Umgebungstemperatur ab. Um die Form eines Werkstücks genau zu messen, kann die Messung daher erst gestartet werden, wenn die Umgebungstemperatur im Inneren der Werkzeugmaschine eine ideale Umgebungstemperatur erreicht hat.
Die oben beschriebene konventionelle Werkzeugmaschine entscheidet jedoch automatisch auf der Grundlage von Positionsinformationen, die angeben, zu welchem Bearbeitungs-, Reinigungs- und Messbereich die Antriebswelle gehört, ob mit der Bearbeitung, der Messung usw. begonnen werden soll; daher wird die Messung der Form eines Werkstücks auch bei sehr hoher Umgebungstemperatur durchgeführt. Daher kann die Positionsbeziehung zwischen dem Messgerät und dem Werkstück nicht konstant gehalten werden, was zu einer ungenauen Formmessung führt.
Die oben beschriebene konventionelle Werkzeugmaschine ist in der Lage, so zu steuern, dass die Bewegung der Antriebswelle ausgesetzt wird, bis die sehr hohe Umgebungstemperatur eine ideale Umgebungstemperatur erreicht, und die Antriebswelle wird zu dem Zeitpunkt in den Messbereich bewegt, an dem die Umgebungstemperatur die ideale Umgebungstemperatur erreicht. Eine solche Steuerung erfordert jedoch letztendlich ein Abwarten, bis die Umgebungstemperatur eine für die Messung ideale Umgebungstemperatur erreicht hat. Folglich wird die Fertigungszeit durch diese Wartezeit verlängert, was die für den gesamten Fertigungsprozess benötigte Zeit erheblich verlängert.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände zustande gekommen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine bereit zu stellen, die in der Lage ist, die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks mit hoher Genauigkeit zu messen, und die es ermöglicht, die von der Bearbeitung bis zur Messung der Bearbeitungsgenauigkeit benötigte Zeit stark zu reduzieren.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine bereit, die ein Werkstück bearbeitet, während sie ein Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander bewegt, wobei die Werkzeugmaschine umfasst:

eine Abdeckung, die einen Bearbeitungsbereich zur Bearbeitung des Werkstücks darin von der Außenseite trennt; und
Temperaturanpassungsmittel, die bei der Bearbeitung des Werkstücks verwendet werden, um eine Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs anzupassen.

Durch die Einbeziehung der Temperaturanpassungpmittel zur Anpassung der Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs ist diesep Werkzeugmaschine in der Lage, die Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs nach der Bearbeitung des Werkstücks anzupassen. Daher ist diese Werkzeugmaschine in der Lage, die Umgebungstemperatur, die unmittelbar nach der Bearbeitung hoch ist, auf eine Temperatur (z.B. 20 °C) einzustellen, die für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks geeignet ist. Auf diese Weise kann die Umgebungstemperatur während der Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks nach der Bearbeitung konstant gehalten werden. Folglich wird die Lagebeziehung zwischen einem Messgerät und einem Werkstück konstant gehalten, so dass eine hochgenaue Formmessung ermöglicht wird. Darüber hinaus muss bei dieser Werkzeugmaschine nicht abgewartet werden, bis die Umgebungstemperatur nach der Bearbeitung eine für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks ideale Umgebungstemperatur erreicht hat; folglich wird die für den gesamten Fertigungsprozess benötigte Zeit stark reduziert.
In der oben beschriebenen Werkzeugmaschine kann das Temperaturanpassungsmittel einen Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur erfasst, eine Fluidsprühdüse, die Fluid auf das Werkstück sprüht, und ein Steuergerät umfassen, das in Übereinstimmung mit der vom Temperatursensor erfassten Temperatur einen Sprühvorgang der Fluidsprühdüse steuert, so dass das Fluid versprüht wird.
Diese Werkzeugmaschine enthält den Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs und ist so ausgebildet, dass ein Fluid in Übereinstimmung mit der vom Temperatursensor erfassten Temperatur auf das zu bearbeitende Werkstück gesprüht wird. Mit dieser Werkzeugmaschine ist es möglich, die Umgebungstemperatur automatisch auf eine für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks ideale Temperatur einzustellen, wenn die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Messung nach der Bearbeitung gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist. Folglich braucht der Bediener nicht zu beurteilen, ob die Umgebungstemperatur für die Messung geeignet ist.
Es ist zu beachten, dass das hier verwendete Fluid Luft, z.B. Druckluft, oder eine Flüssigkeit sein kann. Insbesondere kann als Fluid ein Kühlmittel verwendet werden, das allgemein in Werkzeugmaschinen verwendet wird.
Darüber hinaus kann das Steuergerät in dieser Werkzeugmaschine so ausgebildet sein, dass er den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse so steuert, dass das Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse gesprüht wird, wenn die vom Temperatursensor erfasste Temperatur gleich oder höher als eine erste Temperatur ist.
Bei dieser Werkzeugmaschine wird das Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse versprüht, wenn die Umgebungstemperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist. Selbst wenn die Umgebungstemperatur eine sehr hohe Temperatur erreicht, wird die Umgebungstemperatur daher schnell auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt.
Alternativ kann in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine das Temperaturanpassungsmittel einen Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur erfasst, eine Luftabsaugvorrichtung, die Luft aus dem Bearbeitungsbereich absaugt, und ein Steuergerät umfassen, das in Übereinstimmung mit der vom Temperatursensor erfassten Temperatur einen Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung steuert, so dass Luft aus dem Bearbeitungsbereich abgesaugt wird.
Diese Werkzeugmaschine enthält den Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs und ist so ausgebildet, dass sie in Übereinstimmung mit der vom Temperatursensor erfassten Temperatur Luft aus dem Bearbeitungsbereich absaugt. Mit dieser Werkzeugmaschine ist es möglich, die Umgebungstemperatur automatisch auf eine für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks ideale Temperatur einzustellen, wenn die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Messung nach der Bearbeitung gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist. Folglich muss ein Bediener nicht beurteilen, ob die Umgebungstemperatur für die Messung geeignet ist. Es ist zu beachten, dass die Luftabsaugvorrichtung beim Absaugen von Luft aus dem Bearbeitungsbereich möglicherweise Fluid absaugt, das in den Bearbeitungsbereich gespritzt wurde.
Ferner kann bei dieser Werkzeugmaschine das Steuergerät so ausgebildet sein, dass er den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung so steuert, dass Luft mit maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung abgesaugt wird, wenn die vom Temperatursensor erfasste Temperatur gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist.
Bei dieser Werkzeugmaschine wird Luft mit maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung abgesaugt, wenn die Umgebungstemperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist. Selbst wenn die Umgebungstemperatur eine sehr hohe Temperatur erreicht, wird die Umgebungstemperatur daher schnell auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt.
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine das Steuergerät so ausgebildet sein, dass er den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse so steuert, dass das Fluid nach Beendigung der Bearbeitung des Werkstücks mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse versprüht wird.
Bei dieser Werkzeugmaschine wird das Fluid nach Beendigung der Bearbeitung des Werkstücks mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse versprüht. Dadurch wird die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt, ohne dass die Umgebungstemperatur mit einem Temperatursensor o.ä. erfasst werden muss. Dementsprechend muss die Werkzeugmaschine keinen Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperatur- und feuchtigkeitsreichen Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine das Steuergerät so ausgebildet sein, dass er den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse so steuert, dass das Fluid von der Fluidsprühdüse mit maximaler Sprühmenge für eine vorbestimmte Zeitdauer, beginnend ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, versprüht wird.
Bei dieser Werkzeugmaschine wird das Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse für eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, versprüht. Dadurch wird die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt, ohne dass die Umgebungstemperatur mit Hilfe eines Temperaturfühlers oder ähnlichem erfasst werden muss. Dementsprechend muss die Werkzeugmaschine keinen Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperatur- und feuchtigkeitsreichen Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine das Steuergerät so ausgebildet sein, dass es den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung so steuert, dass Luft mit maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung für eine vorbestimmte Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, abgesaugt wird.
Bei dieser Werkzeugmaschine wird die Luft bei maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung für eine vorbestimmte Zeitspanne, beginnend ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, abgesaugt. Dadurch wird die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt, ohne dass eine Erfassung der Umgebungstemperatur mittels eines Temperaturfühlers o.ä. erforderlich ist. Dementsprechend muss die Werkzeugmaschine keinen Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperatur- und feuchtigkeitsreichen Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
Darüber hinaus kann die oben beschriebene Werkzeugmaschine ein maschineninternes Messsystem enthalten, das eine Oberflächenform des Werkstücks misst, und das Steuergerät kann so ausgebildet sein, dass es so steuert, dass das maschineninterne Messsystem die Oberflächenform des Werkstücks misst, wenn die vom Temperatursensor erfasste Temperatur gleich oder niedriger als eine dritte Temperatur ist.
Mit dieser Werkzeugmaschine ist es möglich, die Oberflächenform des Werkstücks zu messen, wenn das Werkstück nicht gedehnt wird, und nicht, wenn das Werkstück aufgrund der hohen Temperatur gedehnt wird. Dadurch ist es möglich, die Oberflächenform des Werkstücks mit hoher Genauigkeit zu messen. Somit ist es möglich, die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks mit hoher Genauigkeit zu messen; folglich ermöglicht eine schnelle und angemessene Werkzeugkompensation auf der Grundlage der mit hoher Genauigkeit gemessenen Bearbeitungsgenauigkeit die erfolgreiche Beibehaltung einer vorgegebenen Bearbeitungsgenauigkeit.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie oben beschrieben, ist die Werkzeugmaschine nach der vorliegenden Erfindung in der Lage, die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks mit hoher Genauigkeit zu messen und ermöglicht es, die von der Bearbeitung bis zur Messung der Bearbeitungsgenauigkeit benötigte Zeit stark zu reduzieren.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer NC-Werkzeugmaschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Vorderansicht der in 1 dargestellten NC-Werkzeugmaschine;
3 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer NC-Werkzeugmaschine gemäß Variante 1 der Ausführungsvariante darstellt; und
4 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer NC-Werkzeugmaschine entsprechend der Variante 2 der Ausführungsform darstellt. Beschreibung der Ausführungsformen

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In Variationen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform werden die mit der Ausführungsform identischen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ausführungsform
1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer NC-Werkzeugmaschine 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist eine Vorderansicht der in 1 dargestellten NC-Werkzeugmaschine 1. Wie in 1 und 2 dargestellt, enthält die NC-Werkzeugmaschine 1 einen NC-Werkzeugmaschinenkörper 10, einen Palettenwechsler 16, der in der Nähe des NC-Werkzeugmaschinenkörpers 10 angeordnet ist, eine Abdeckung 2, die einen Bearbeitungsraum zur Bearbeitung eines darin befindlichen Werkstücks W von dem Außenbereich trennt, Vorschubmechanismen (nicht abgebildet), die eine Spindel 6 und einen Tisch 7 relativ zueinander bewegen, einen Werkzeugwechsler (nicht abgebildet), der ein an der Spindel 6 angebrachtes Werkzeug mit einem anderen Werkzeug wechselt, ein Steuergerät 20, das die Zuführmechanismen und den Werkzeugwechsler operativ steuert, ein Messsystem 40, das die Bearbeitungsgenauigkeit eines bearbeiteten Werkstücks W misst, und ein Temperaturanpassungsmittel 30, das bei der Bearbeitung eines Werkstücks W verwendet wird, um eine Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs innerhalb der Abdeckung 2 einzustellen.
Der NC-Werkzeugmaschinenkörper 10 umfasst ein Bett 4, eine Säule 3, die auf dem Bett 4 angeordnet ist und in der durch Pfeil X angegebenen Richtung der X-Achse verfahrbar ist, einen Spindelkopf 5, der von der Säule 3 getragen wird und in der durch Pfeil Y angegebenen Richtung der Y-Achse verfahrbar ist, die Spindel 6, die ein Werkzeug (nicht abgebildet) aufnimmt und drehbar vom Spindelkopf 5 getragen wird, und den Tisch 7, der auf dem Bett 4 angeordnet ist und in der durch Pfeil Z angegebenen Richtung der Z-Achse verfahrbar ist. Diese Komponenten werden von dem Steuergerät 20 im Betrieb gesteuert.
Der Tisch 7 ist so ausgebildet, dass eine Palette 8 darauf platziert und daran befestigt wird. Auf der Palette 8 wird ein Werkstück W befestigt. Die Säule 3, der Spindelkopf 5 und der Tisch 7 werden in ihrer jeweiligen Achsrichtung bewegt, so dass ein Werkzeug (nicht abgebildet) und ein Werkstück W relativ zueinander bewegt werden. Dabei wird das Werkstück W bearbeitet.
Der Werkzeugwechsler umfasst ein Werkzeugmagazin, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen aufbewahrt wird, und einen Wechselmechanismus, der ein an der Spindel 6 angebrachtes Werkzeug gegen ein anderes im Werkzeugmagazin gespeichertes Werkzeug austauscht. Der Wechselmechanismus zieht zuerst das Werkzeug aus der Spindel 6 heraus und setzt dann ein anderes Werkzeug an der Spindel 6 an.
Das Messsystem 40 umfasst eine Sonde 41 und Datenverarbeitungsmittel (nicht abgebildet), die die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks W berechnen und berechnete Daten ausgeben. Die Sonde 41 ist so ausgebildet, dass er nur dann ein Kontaktsignal an die Datenverarbeitungseinrichtung ausgibt, wenn ein am distalen Ende der Sonde 41 angeordneter Kontaktpunkt 41a mit einer bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks W in Berührung kommt.
Die Sonde 41 wird im Werkzeugmagazin des Werkzeugwechslers aufbewahrt und durch den Wechselmechanismus an der Spindel 6 befestigt, um die Messung eines Werkstücks W durchzuführen. Die Befestigung der Sonde 41 an der Spindel 6 ermöglicht es, die Sonde 41 in den drei orthogonalen Achsrichtungen durch Drehbewegung der Spindel 6 und Bewegung des Tisches 7, auf dem sich ein Werkstück W befindet, zu bewegen, so dass der am distalen Ende der Sonde 41 angeordnete Kontaktpunkt 41a mit einer Oberfläche des Werkstücks W in Kontakt gebracht werden kann.
Das Datenverarbeitungsmittel führt Berechnungen, wie z.B. eine Formmessung, bezüglich eines bearbeiteten Werkstücks W aus, basierend auf dreidimensionalen Raumpositionsinformationen über die Sonde 41, die entlang einer bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks W bewegt wird, und dem Kontaktsignal, das ausgegeben wird, wenn die Sonde 41 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks W kommt.
Konkret wird die Sonde 41 an jede vorbestimmte Messposition bewegt und der am distalen Ende der Sonde 41 angeordnete Kontaktpunkt 41a wird an der Messposition mit einem bearbeiteten Werkstück W in Kontakt gebracht. Die Sonde 41 gibt das Kontaktsignal aus, wenn der Kontaktpunkt 41a mit dem Werkstück W in Kontakt kommt. Auf der Grundlage dieses Kontaktsignals und der von einem Linearencoder (nicht abgebildet) erfassten Positionsdaten der Sonde 41 berechnet das Datenverarbeitungsmittel (nicht abgebildet) die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W und gibt das Berechnungsergebnis aus.
Die Abdeckung 2 ist entlang der Peripherie eines Sockels 14 so angeordnet, dass sie den Sockel 14 und einen Palettenplatzierungstisch 15 umgibt, und hat eine Öffnung 9 zum Drehen eines Wechselmechanismus 11. Die Öffnung 9 wird durch ein Trennbrett 12 verschlossen, das auf einem Wechselarm 13 des Wechselmechanismus 11 aufgerichtet ist. Dementsprechend befindet sich der NC-Werkzeugmaschinenkörper 10 in einem Bereich, der durch die Abdeckung 2 und die Trennwand 12 verschlossen ist, so dass Kühlmittel und Späne, die während der Bearbeitung eines Werkstücks W entstehen, daran gehindert werden, aus dem Raum zu fliegen.
Die Abdeckung 2 hat eine Werkstücköffnung (nicht abgebildet), die in einem geeigneten Teil davon ausgebildet ist. Durch diese Werkstücköffnung (nicht abgebildet) wird ein Werkstück W von einer Palette 8 entfernt, die auf dem Palettenwechseltisch 15 befestigt ist, und ein nachfolgendes Werkstück W wird auf der Palette 8 befestigt.
Der Palettenwechsler 16 ist vom Wenden-Typ. Der Palettenwechsler 16 besteht aus dem Sockel 14, der auf dem Bett 4 montiert ist, dem Wechselmechanismus 11, der auf dem Sockel 14 angeordnet ist und sich drehen kann, und dem Palettenplatzierungstisch 15, der auf dem Sockel 14 angeordnet ist. Der Wechselmechanismus 11 umfasst den Wechselarm 13, der so ausgebildet ist, dass er Paletten 8 an seinen beiden Enden halten kann, Antriebsmittel (nicht abgebildet), die aus einem Antriebsmotor oder dergleichen bestehen, um den Wechselarm 13 zu drehen, und Hubmittel (nicht abgebildet), die aus einem Hydraulikzylinder oder dergleichen bestehen, um den Wechselarm 13 auf und ab zu bewegen.
Der Wechselarm 13 ist so ausgebildet, dass er durch das Hebemittel nach oben bewegt werden kann (nicht abgebildet). Wenn er nach oben bewegt wird, bewegt sich der Wechselarm 13, während er an seinen beiden Enden eine Palette 8 auf dem Tisch 7 und eine Palette 8 auf dem Palettenplatzierungstisch 15 hält. Anschließend wird der Wechselarm 13 durch das Antriebsmittel (nicht abgebildet) um 180° gedreht, und dann wird der Wechselarm 13 nach unten bewegt, so dass die an beiden Enden des Wechselarms 13 gehaltenen Paletten 8 jeweils auf den Tisch 7 und den Palettenplatzierungstisch 15 gesetzt werden. Auf diese Weise werden die auf dem Tisch 7 und dem Ablagetisch 15 abgestellten Paletten 8 durch den Wechselmechanismus 11 gegeneinander ausgetauscht.
Das Temperaturanpassungsmittel 30 umfasst einen Temperatursensor 32, der in der Nähe der Spindel 6 angeordnet ist und eine Umgebungstemperatur innerhalb des Bearbeitungsbereichs erfasst, eine Fluid-Sprühdüse 33, die Fluid auf ein auf dem Tisch 7 platziertes Werkstück W sprüht, und eine Luftabsaugvorrichtung 31, die Luft aus dem Bearbeitungsbereich absaugt. Beispiele für die Luftabsaugvorrichtung 31 sind ein Nebelabscheider und eine Späneabsaugvorrichtung; die Luftabsaugvorrichtung 31 kann jedoch jede Vorrichtung sein, die in der Lage ist, Luft oder Fluid aus dem Bearbeitungsraum abzusaugen.
Das Steuergerät 20 steuert in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor 32 erfassten Temperatur einen Sprühvorgang der Fluidsprühdüse 33, so dass Fluid mit einem auf den Tisch 7 gelegten Werkstück W versprüht wird. Konkret steuert das Steuergerät 20 den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse 33 so, dass Fluid mit einer maximalen Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse 33 versprüht wird, wenn die vom Temperatursensor 32 erfasste Temperatur gleich oder höher als eine erste Temperatur ist.
Das Steuergerät 20 steuert weiterhin in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor 32 erfassten Temperatur einen Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung 31, so dass Luft aus dem Bearbeitungsraum abgesaugt wird. Konkret steuert das Steuergerät 20 den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung 31 so, dass Luft mit maximaler Absaugmenge von der Luftabsaugvorrichtung 31 abgesaugt wird, wenn die vom Temperatursensor 32 erfasste Temperatur gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist.
Im Folgenden wird der Betrieb der wie oben beschrieben ausgebildeten NC-Werkzeugmaschine 1 beschrieben.
Sobald die Bearbeitung eines aktuellen Werkstücks W, das auf einer Palette 8 auf dem Tisch 7 befestigt ist, abgeschlossen ist, wird das Temperaturanpassungsmittel 30 in Betrieb genommen, um die Umgebungstemperatur innerhalb des Bearbeitungsraums anzupassen. Dabei wird die Umgebungstemperatur, die unmittelbar nach der Bearbeitung hoch ist, auf eine Temperatur (z.B. 20 °C) eingestellt, die für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W geeignet ist. Dadurch wird die Lagebeziehung zwischen dem Kontaktpunkt 41a und dem Werkstück W konstant gehalten, was eine hochgenaue Formmessung ermöglicht, Da außerdem nicht abgewartet werden muss, bis die Umgebungstemperatur eine für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des bearbeiteten Werkstücks W ideale Umgebungstemperatur erreicht hat, wird die für den gesamten Fertigungsprozess benötigte Zeit stark reduziert.
Das Temperaturanpassungsmittel 30 enthält den Temperatursensor 32, der die Umgebungstemperatur im Bearbeitungsraum erfasst. In Übereinstimmung mit der vom Temperatursensor 32 erfassten Temperatur wird Fluid auf ein zu bearbeitendes Werkstück W gesprüht. Dadurch kann die Umgebungstemperatur automatisch auf eine Temperatur eingestellt werden, die für die Messung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W ideal ist, wenn die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Messung nach der Bearbeitung gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist. Folglich muss ein Bediener nicht beurteilen, ob die Umgebungstemperatur für die Messung geeignet ist.
Genauer gesagt, wenn die vom Temperatursensor 32 des Temperaturanpassungsmittel 30 erfasste Temperatur gleich oder höher als eine erste Temperatur ist, sprüht die Fluidsprühdüse 33 Fluid mit maximaler Sprühmenge in Richtung des aktuellen Werkstücks W, das auf den Tisch 7 gelegt wurde. Dadurch wird die Umgebungstemperatur innerhalb des Bearbeitungsbereichs, in dem das Werkstück W bearbeitet wird, schnell abgekühlt. Wenn die vom Temperatursensor 32 erfasste Temperatur gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist, saugt die Luftabsaugvorrichtung 31 das in den Bearbeitungsraum gesprühte Fluid mit maximaler Sprühmenge aus dem Bearbeitungsraum ab. Dadurch wird die Umgebungstemperatur innerhalb des Bearbeitungsraumes, in dem das Werkstück W bearbeitet wird, schnell abgekühlt.
Danach, wenn die vom Temperaturfühler 32 erfasste Temperatur auf eine dritte Temperatur oder weniger abgesenkt wird, veranlasst der Werkzeugwechsler den Wechselmechanismus, um die im Werkzeugmagazin gespeicherten Sonde 41 des Messsystems 40 an der Spindel 6 zu befestigen. Anschließend berechnet das Messsystem 40 die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W und gibt das Berechnungsergebnis aus. Es ist zu beachten, dass die im Werkzeugmagazin gespeicherte Sonde 41 des Messsystems 40 durch den Wechselmechanismus an der Spindel 6 befestigt wird.
Die auf Tisch 7 aufgesetzte Palette 8 wird durch den Wechselmechanismus 11 durch eine andere Palette 8 auf dem Palettenwechseltisch 15 ersetzt. Dabei wird eine weitere Palette 8, auf der ein nachfolgendes Werkstück W befestigt ist, auf den Tisch 7 gesetzt und fixiert, und die Bearbeitung des nachfolgenden Werkstücks W wird gestartet. Gleichzeitig wird die Palette 8 mit dem darauf befestigten bearbeiteten aktuellen Werkstück W auf den Palettenwechseltisch 15 gesetzt, und die Bearbeitungsgenauigkeit des aktuellen Werkstücks W wird durch das Messsystem 40 gemessen.
Es ist zu beachten, dass der Austausch der Palette 8 durch Drehen des Wechselmechanismus 11 an der Öffnung 9 erfolgt. Sobald der Austausch der Palette 8 durch den Drehmechanismus 11 abgeschlossen ist, wird die Öffnung 9 wieder durch die Trennwand 12 verschlossen. Dementsprechend wird die Messung durch das Messsystem 40 in einem Raum durchgeführt, der durch den Deckel 2 und die Trennwand 12 verschlossen ist, wo die Umgebungstemperatur durch das Temperaturregelmittel 30 so eingestellt wird, dass sie konstant gehalten wird.
Das Werkstück W, das der Messung der Bearbeitungsgenauigkeit durch das Messsystem 40 unterzogen wurde, wird danach von der Palette 8 abgenommen, und ein als nächstes zu bearbeitendes Werkstück W wird auf der Palette 8 befestigt. Danach wird diese Reihe von Arbeitsgängen wiederholt.
Wie oben beschrieben, wird bei der NC-Werkzeugmaschine 1 nach dieser Ausführungsform die Umgebungstemperatur in dem durch die Abdeckung 2 und die Trennwand 12 verschlossenen Raum durch das Temperaturregelmittel 30 so eingestellt, dass sie konstant gehalten wird. Auf diese Weise werden die Temperatur der Sonde 41 des Messsystems 40 und die Temperatur eines Werkstücks W, das auf dem Palettenplatzierungstisch 15 platziert ist, konstant gehalten, wodurch die Positionsbeziehung zwischen der Sonde 41 und dem Werkstück W konstant gehalten werden kann. Daher kann die Sonde 41 hochgenaue Messungen durchführen.
Wie oben beschrieben, ist die NC-Werkzeugmaschine 1 nach dieser Ausführungsform in der Lage, die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks W mit hoher Genauigkeit zu messen; folglich ermöglicht eine schnelle und angemessene Werkzeugkompensation auf der Grundlage der mit hoher Genauigkeit gemessenen Bearbeitungsgenauigkeit die erfolgreiche Einhaltung einer vorgegebenen Bearbeitungsgenauigkeit.
Darüber hinaus ist die NC-Werkzeugmaschine 1 nach dieser Ausführungsform in der Lage, die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks W unmittelbar nach Beendigung der Bearbeitung des Werkstücks W zu messen, und die gemessene Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks W kann verwendet werden, um einen Umfang der Werkzeugkompensation und ähnliches einzustellen. Dementsprechend ist es möglich, das Messergebnis in der nachfolgenden Bearbeitung schnell wiederzugeben, wodurch eine vorgegebene Bearbeitungsgenauigkeit eingehalten werden kann.
(Variante 1)
3 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine 1A gemäß der Variante 1 der Ausführungsform der vorgegebenen Erfindung darstellt. Die in 3 dargestellte Werkzeugmaschine 1A unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Werkzeugmaschine 1 dadurch, dass die Werkzeugmaschine 1A anstelle des Steuergeräts 20A ein Steuergerät 20A enthält.
Das Steuergerät 20A unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Steuergerät 20 der Werkzeugmaschine 1 dadurch, dass das Steuergerät 20A den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse 33 so steuert, dass nach Beendigung der Bearbeitung eines Werkstücks W mit maximaler Sprühmenge Fluid durch die Fluidsprühdüse 33 gesprüht wird.
Dementsprechend ist die in 3 dargestellte Werkzeugmaschine 1A in der Lage, die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorbestimmte Temperatur abzukühlen als die in 1 dargestellte Werkzeugmaschine 1. Außerdem braucht die Werkzeugmaschine 1A keinen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Inneren der Werkzeugmaschine 1A zu enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperaturigen und hochfeuchten Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
Weiterhin unterscheidet sich das Steuergerät 20A von dem in 1 dargestellten Steuergerät 20 der Werkzeugmaschine 1 dadurch, dass das Steuergerät 20A den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung 31 so steuert, dass Luft bei maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung 31 für eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung eines Werkstücks W beendet ist, abgesaugt wird.
Dementsprechend ist die in 3 dargestellte Werkzeugmaschine 1A in der Lage, die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorbestimmte Temperatur abzukühlen als die in 1 dargestellte Werkzeugmaschine 1. Außerdem braucht die Werkzeugmaschine 1A keinen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Inneren der Werkzeugmaschine 1A zu enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperaturigen und hochfeuchten Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
(Variante 2)
4 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine 1B gemäß der Variante 2 der Ausführungsform der vorgegebenen Erfindung darstellt. Die in 4 dargestellte Werkzeugmaschine 1B unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Werkzeugmaschine 1 dadurch, dass die Werkzeugmaschine 1A statt des Steuergeräts 20 ein Steuergerät 20B enthält.
Das Steuergerät 20B unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Steuergerät 20 der Werkzeugmaschine 1 dadurch, dass das Steuergerät 20B den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse 33 so steuert, dass ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung eines Werkstücks W beendet ist, Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse 33 für eine vorbestimmte Zeitdauer versprüht wird.
Dementsprechend ist die in 4 dargestellte Werkzeugmaschine 1B in der Lage, die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorgegebene Temperatur abzukühlen als die in 1 dargestellte Werkzeugmaschine 1. Außerdem braucht die Werkzeugmaschine 1B keinen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Inneren der Werkzeugmaschine 1B zu enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperaturigen und hochfeuchten Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
Darüber hinaus unterscheidet sich das Steuergerät 20B von dem in 1 dargestellten Steuergerät 20 der Werkzeugmaschine 1 dadurch, dass das Steuergerät 20B den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung 31 so steuert, dass Luft bei maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung 31 für eine vorgegebene Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung eines Werkstücks W beendet ist, abgesaugt wird.
Dementsprechend ist die in 4 dargestellte Werkzeugmaschine 1B in der Lage, die Umgebungstemperatur schneller auf eine vorgegebene Temperatur abzukühlen als die in 1 dargestellte Werkzeugmaschine 1. Außerdem braucht die Werkzeugmaschine 1B keinen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Inneren der Werkzeugmaschine 1B zu enthalten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Wartung, wie z.B. die Reparatur von Schäden, eines Temperatursensors, der unter einer schlechten, hochtemperaturigen und hochfeuchten Umgebung arbeitet, so dass die Wartungsfreundlichkeit verbessert wird.
Es ist zu beachten, dass die Position, an der die Fluidsprühdüse 33 angeordnet ist, nicht auf die Position beschränkt ist, wie sie in der obigen Darstellung und den Variationen beschrieben ist. Zum Beispiel kann die Fluidsprühdüse 33 an jeder Position angeordnet werden, solange die Fluidsprühdüse 33 Fluid in den Bearbeitungsbereich sprühen kann. Ferner gehören zu den Werkzeugmaschinen nach der obigen Ausführungsform und Variationen sowohl die Fluidsprühdüse 33 als auch die Luftabsaugvorrichtung 31; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Beispielsweise ist eine Werkzeugmaschine möglich, die entweder die Fluidsprühdüse 33 oder die Luftabsaugvorrichtung 31 enthält. Außerdem gibt es keine Begrenzung der Anzahl der Fluidsprühdüse 33.
Außerdem kann das von der Fluidsprühdüse 33 versprühte Fluid Luft, z.B. Druckluft, oder eine Flüssigkeit sein. Insbesondere kann als Fluid ein Kühlmittel verwendet werden, das allgemein in Werkzeugmaschinen verwendet wird.
Weitere Beispiele für die Werkzeugmaschine sind eine Drehbank, eine Fräsmaschine, eine Schleifmaschine und ein Bearbeitungszentrum. Beispiele für das Werkzeug sind Schneidwerkzeuge, wie ein Planfräser, ein Schaftfräser, ein Bohrer und ein Einpunktwerkzeug, und Schleifwerkzeuge, wie eine Schleifscheibe.
Die Werkzeugmaschine nach der obigen Ausführung ist so ausgebildet, dass die Öffnung 3 der Abdeckung 2 durch die auf dem Wechselarm 123 angeordnete Trennwand 125 geöffnet und geschlossen wird; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. So ist z.B. eine Konfiguration möglich, bei der die Öffnung 3 durch eine Tür oder dergleichen, die durch einen Antriebsmechanismus seitlich oder vertikal beweglich ist, geöffnet und geschlossen wird. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf den oben beschriebenen Dreh-Palettenwechsler 16 beschränkt, sondern kann auf einen Pendel-Palettenwechsler angewendet werden.
Es ist zu beachten, dass jedes der oben beschriebenen Steuergeräte 20, 20A und 20B aus einem Computer mit einer CPU, einem RAM und einem ROM besteht und funktionell durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm zur Ausführung der oben beschriebenen Prozesse implementiert wird.
Zuvor wurde eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann auch auf andere Weise umgesetzt werden. Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsform hat in allen Aspekten illustrativen Charakter und ist nicht einschränkend. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wäre in der Lage, gegebenenfalls Variationen und Modifikationen vorzunehmen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die oben beschriebene Ausführungsform definiert, sondern wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Ferner umfasst der Umfang der vorliegenden Erfindung Änderungen, die von der Ausführungsform innerhalb des Umfangs vorgenommen werden, der dem Umfang der Ansprüche entspricht.
Bezugszeichenliste

1,: 1A, 1B NC-Werkzeugmaschine
2: Abdeckung
3: Säule
4: Bett 5 Spindelkopf
6: Spindel
7: Tisch
8: Palette
9: Öffnung
10: NC-Werkzeugmaschinenkörper
11: Wechselmechanismus
12: Trennwand
13: Wechselarm
20, 20A, 20B: Steuergerät
30: Temperaturanpassungsmittel
31: Luftabsaugvorrichtung
32: Temperatursensor
33: Fluid-Sprühdüse
40: Messsystem
41: Sonde
41a: Kontaktpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013129036 [0002]

Claims

Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks, während ein Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine umfasst: eine Abdeckung, die einen Bearbeitungsbereich zur Bearbeitung des Werkstücks darin von der Außenseite trennt; und Temperaturanpassungsmittel, die bei der Bearbeitung des Werkstücks verwendet werden, um eine Umgebungstemperatur des Bearbeitungsbereichs anzupassen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturanpassungsmittel umfasst: einen Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur erfasst; eine Fluidsprühdüse, die Fluid auf das Werkstück sprüht; und ein Steuergerät, das in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur einen Sprühvorgang der Fluidsprühdüse steuert, so dass das Fluid versprüht wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse so steuert, dass das Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse versprüht wird, wenn die vom Temperatursensor erfasste Temperatur gleich oder höher als eine erste Temperatur ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturanpassungsmittel umfasst: einen Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur erfasst; eine Luftabsaugvorrichtung, die Luft aus dem Bearbeitungsbereich absaugt; und ein Steuergerät, das in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur einen Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung steuert, so dass Luft aus dem Bearbeitungsraum abgesaugt wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung so steuert, dass Luft mit maximaler Absaugmenge von der Luftabsaugvorrichtung abgesaugt wird, wenn die von dem Temperaturfühler erfasste Temperatur gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse so steuert, dass das Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse gesprüht wird, wenn die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Sprühvorgang der Fluidsprühdüse so steuert, dass das Fluid mit maximaler Sprühmenge durch die Fluidsprühdüse für eine vorbestimmte Zeitdauer, beginnend ab einem Zeitpunkt, zu dem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, versprüht wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Absaugvorgang der Luftabsaugvorrichtung so steuert, dass Luft bei maximaler Absaugmenge durch die Luftabsaugvorrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer, beginnend ab einem Zeitpunkt, zu dem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, abgesaugt wird.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass: die Werkzeugmaschine ferner ein maschineninternes Messsystem umfasst, das eine Oberflächenform des Werkstücks misst; und das Steuergerät so steuert, dass das maschineninterne Messsystem die Oberflächenform des Werkstücks misst, wenn die vom Temperatursensor erfasste Temperatur gleich oder niedriger als eine dritte Temperatur ist.