DE19607599A1

DE19607599A1 - Verfahren zur Korrektur der Positionsbestimmung von Werkstücken und Werkzeugen in Bearbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE19607599A1
Application number: DE19607599A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Horn; Horst Sanzenbacher; Karlherman Sus; Soeren Welb
Original assignee: Hueller Hille GmbH
Current assignee: Hueller Hille GmbH
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-04
Also published as: WO1997031751A1; CA2247322A1; AU1541797A; EP0883466A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Positionsbestimmung von relativ zueinander bewegbaren Werkstücken und Werkzeugen in Bearbeitungsmaschinen, insbesondere CNC-Bearbeitungszentren, mit Hilfe von maschineninternen Meßsystemen. Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere CNC-Zentrum, zur Durchführung des Verfahrens.

Bei größeren Bearbeitungsmaschinen bzw. in größeren Bearbeitungszentren kann es insbesondere bei Veränderungen der Raumtemperatur zu unterschiedlichen, wärmebedingten Ausdehnungen am Maschinenbett, den Werkstückträgern und Werkstücken sowie auch an den Werkzeugträgern bzw. Werkzeugen kommen. Neben der veränderten Raumtemperatur kann auch der Einsatz von Kühlmitteln zu unterschiedlichen Dehnungen führen. Selbst eine Anhäufung von thermisch belasteten Spänen z. B. bei der Trockenbearbeitung kann derartige Auswirkungen haben. Besonders bei schnelldrehenden Hauptspindeln kann es durch Lagererwärmung zu einem störenden Längenwachstum kommen. Alle diese thermisch bedingten Änderungen wirken sich im Arbeitsbereich des Werkzeuges auf die tatsächlichen Positionen des Werkstückes und/oder des Werkzeuges aus. Regelmäßig werden die Positionen von Werkstück und Werkzeug mit Hilfe maschineninterner Meßsysteme erfaßt, die aber nicht die thermisch bedingten Positionsänderungen im Arbeitsbereich des Werkzeuges erfassen können. Da die einer Maschinensteuerung vorgegebenen Soll-Werte der Positionen von Werkstück und Werkzeug von den maschineninternen Meßsystemen vorgegeben werden, kann es infolge dessen zu Bearbeitungsungenauigkeiten kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Bearbeitungsungenauigkeiten durch thermisch bedingte Positionsänderungen von Werkstück und/oder Werkzeug im Arbeitsbereich des Werkzeuges zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Werkstück bzw. der Werkstückträger und das Werkzeug bzw. der Werkzeugträger mit jeweils zugeordneten Meßpunkten oder Meßkanten gleichzeitig oder in kurzem Zeitabstand nacheinander durch eine ortsfeste optische Meßschranke bewegt werden, daß bei Unterbrechung der Meßschranke die jeweiligen Positionen des Werkstückes bzw. des Werkzeuges mit Hilfe des maschineninternen Meßsystems erfaßt werden, daß die erfaßten Positionen mit abgespeicherten Positionen ggf. aus einer früheren Messung verglichen werden und daß die Differenz zwischen der erfaßten Position und der abgespeicherten Position zur Korrektur der Maschinensteuerung verwendet wird. Vorzugsweise wird die jeweils erfaßte Position nach Bildung eines Korrekturwertes abgespeichert, so daß eine jeweils frühere Messung als Referenz für die nächstfolgende Messung dient. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle Positionsänderungen von Werkstück und Werkzeug bzw. deren Träger im Arbeitsbereich des Werkzeuges, unabhängig davon, aus welcher Quelle sie stammen, erfaßt und zur Bildung eines Korrekturwertes für die Maschinensteuerung verwendet werden. Das Verfahren kann grundsätzlich zur Korrekturwertbildung für jede der drei Raumachsen angewendet werden, wenn entsprechende optische Meßschranken eingerichtet werden.

Vorzugsweise wird ein optischer Strahl, z. B. ein Laserstrahl als Meßschranke verwendet. Da auch ein Strahl endliche Abmessungen besitzt, empfiehlt es sich, das Werkstück und das Werkzeug in gleicher Richtung durch die Meßschranke zu bewegen, um sicherzustellen, daß die tatsächlichen Positionen von Werkstück und Werkzeug an der gleichen Stelle erfaßt werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere ein CNC-Bearbeitungszentrum, mit einem Werkstückträger und einem Werkzeugträger, die relativ zueinander bewegbar sind, und mit einem Gehäuse, das wenigstens den Arbeitsbereich eines an den Werkzeugträger angeschlossenen Werkzeuges umgibt, zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Diese Bearbeitungsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Wandungen des Gehäuses Sender und Empfänger für einen optischen Strahl angeordnet sind, der den Arbeitsbereich des Werkzeuges kreuzt. Insbesondere sollte sich der optische Stahl orthogonal zur Bewegungsrichtung des Werkstückträgers und/oder des Werkzeugträgers erstrecken.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch und teilweise eine Stirnansicht einer Bearbeitungsmaschine,

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in einer anderen Funktionsstellung,

Fig. 3 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 3.

Zu der dargestellten Bearbeitungsmaschine gehört ein nur angedeutetes Maschinenbett 1 mit Schienen 2, auf denen ein Maschinentisch 3 und ein Werkstückträger mit darauf angeordnetem Werkstück 4 bewegbar ist. Die Schienen 2 erstrecken sich in Z-Richtung nach Maßgabe des in Fig. 1 rechts oben angedeuteten Koordinatenkreuzes 5.

Zur Bearbeitungsmaschine gehört ferner eine in einem Spindelträger 6 gelagerte Spindel 7, deren Spindelnase 8 für den Anschluß eines nicht dargestellten Werkzeuges eingerichtet ist. Die Achse der Spindel 7 erstreckt sich ebenfalls in Z-Richtung. Der Spindelträger 6 mit der Spindel 7 ist in Z- Richtung bewegbar.

Der Arbeitsbereich des nicht dargestellten Werkzeuges wird von einem optischen Strahl 9 gekreuzt, der sich bei der dargestellten Ausführung in einer X-Y-Ebene unter einem Winkel zur X-Richtung und damit orthogonal zur Z- Richtung erstreckt. Der ortsfeste Strahl 9 geht von einem Sender 10 aus und trifft einen Empfänger 11. Der Sender 10 und der Empfänger 11 sind an den einander gegenüberliegenden Seiten eines nicht dargestellten Gehäuses angeordnet, welches zumindest den Arbeitsbereich des Werkzeuges umgibt.

Die Fig. 2a zeigt einen vergrößerten Teil des Werkstückes 4 mit einer Meßkante 12, die sich in X-Richtung erstreckt und in Z-Richtung weist. Die Spindelnase 8 besitzt als Meßkante 13 ihre Stirnfläche, die sich in eine X-Y- Ebene erstreckt.

Nicht dargestellt ist, daß sowohl dem Maschinentisch 3 bzw. dem Werkstückträger als auch dem Spindelträger 6 maschineninterne Meßsysteme zugeordnet sind, mit denen die jeweiligen Positionen von Werkstückträger 4 und Spindelträger 6 erfaßt werden, die dann die Grundlage für die Maschinensteuerung bilden. Diese maschineninternen Meßsysteme können aber nicht thermisch bedingte Verlagerungen der einzelnen Bauteile und daraus resultierende Positionsänderungen von Werkstück und/oder Werkzeug im Arbeitsbereich des Werkzeuges erfassen.

Daraus sich ergebende Bearbeitungsungenauigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß das Werkstück 4 und das Werkzeug mit ihren jeweils zugeordneten Meßkanten 12 bzw. 13 gleichzeitig oder in kurzem Zeitabstand nacheinander durch den als ortsfeste optische Meßschranke dienenden Laserstrahl 9 bewegt werden, und zwar vorzugsweise in gleicher Richtung (Z-Richtung), daß bei Unterbrechung der Meßschranke die jeweiligen Positionen des Werkstücks 4 bzw. des Werkzeuges mit Hilfe des maschineninternen Meßsystems erfaßt werden, daß die erfaßten Positionen mit abgespeicherten Positionen aus einer früheren Messung verglichen werden und daß die Differenz zwischen der erfaßten Position und der abgespeicherten Position zur Korrektur der Maschinensteuerung verwendet wird. Insbesondere kann die jeweils erfaßte Position nach Bildung eines Korrekturwertes abgespeichert werden und damit den Referenzwert für die nächste Messung bilden. Es versteht sich, daß die erfaßten Positionen unabhängig vom maschineninternen Meßsystem abgespeichert werden.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführung bezeichnet gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Der Maschinentisch 3 ist ein Drehtisch mit zwei darauf angeordneten Werkstücken 4, die ebenfalls drehbar sind. Die Fig. 4a gibt einen vergrößerten Teil des Werkstückes 4 mit der zugeordneten Meßkante 12 wieder, die ebenfalls in Z-Richtung offen ist. Der Sender 10 und der Empfänger 11 für den ortsfesten Strahl 9 sind wie die anderen Maschinen mit dem Maschinenbett 1 verbunden.

Bezugszeichenliste

1 Maschinenbett
2 Schienen
3 Maschinentisch
4 Werkstück, Werkstückträger
5 Koordinatenkreuz
6 Spindelträger
7 Spindel, Werkzeugträger
8 Spindelnase
9 Strahl, Meßschranke
10 Sender
11 Empfänger
12 Meßkante an 4
13 Meßkante an 7 bzw. 8

Claims

1. Verfahren zur Korrektur der Positionsbestimmung von relativ zueinander bewegbaren Werkstücken und Werkzeugen in Bearbeitungsmaschinen, insbesondere CNC-Bearbeitungszentren, mit Hilfe von maschineninternen Meßsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (4) und das Werkzeug mit jeweils zugeordneten Meßpunkten oder Meßkanten (12, 13) gleichzeitig oder in kurzem Zeitabstand nacheinander durch eine ortsfeste optische Meßschranke (9) bewegt werden, daß bei Unterbrechung der Meßschranke (9) die jeweiligen Positionen des Werkstückes (4) bzw. des Werkzeuges mit Hilfe des maschineninternen Meßsystems erfaßt werden, daß die erfaßten Positionen mit abgespeicherten Positionen verglichen werden und daß die Differenz zwischen der erfaßten Position und der abgespeicherten Position zur Korrektur der Maschinensteuerung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines optischen Strahls (9) als Meßschranke.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (4) und das Werkzeug in gleicher Richtung durch die Meßschranke (9) bewegt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils erfaßte Position nach Bildung eines Korrekturwertes abgespeichert wird.

5. Bearbeitungsmaschine, insbesondere CNC-Bearbeitungszentrum, mit einem Werkstückträger und einem Werkzeugträger, die relativ zueinander bewegbar sind, und mit einem Gehäuse, das wenigstens den Arbeitsbereich eines an den Werkzeugträger angeschlossenen Werkzeuges umgibt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegen Wandungen des Gehäuses Sender (10) und Empfänger (11) für einen optischen Strahl (9) angeordnet sind, der den Arbeitsbereich des Werkzeuges kreuzt.

6. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Strahl (9) sich orthogonal zur Bewegungsrichtung des Werkstückträgers (4) und/oder des Werkzeugträgers (7) erstreckt.