DE19747798A1 - Initialization of the tool position on a grinding machine - Google Patents

Initialization of the tool position on a grinding machine

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Abstract

The internal grinding machine has the grinding cutter (18) moved initially until contact is made with the workpiece (32) that is held in the head of the spindle drive. When contact is made an acoustic signal is generated and the position measuring system output is logged and then used by the CNC program to produce the part.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionie­ ren wenigstens eines Werkzeuges einer Werkzeugmaschi­ ne, insbesondere eines Schleifwerkzeuges zum Innen­ rundschleifen von Werkstücken, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a method for positioning ren at least one tool of a machine tool ne, especially an internal grinding tool Cylindrical grinding of workpieces, with those in the generic term of claim 1 mentioned features.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, zum Innenrundschleifen von Werk­ stücken CNC-gesteuerte Werkzeugmaschinen einzusetzen. Hierbei werden zur Ansteuerung der Werkzeugmaschine speicherprogrammierbare Steuerungen eingesetzt, die ein wiederholtes Bearbeiten von Werkstücken mit einem zuvor festgelegten und abgespeicherten Verfahrensab­ lauf gestatten. Um die zuvor programmierte und abge­ speicherte Bearbeitungsabfolge durchführen zu können, muß das Werkzeug in eine bestimmte Ausgangsposition zu dem zu bearbeitenden Werkstück gebracht werden. Bekannt ist, diese Ausgangsposition durch einen Be­ dienenden der Werkzeugmaschine zu ermitteln. Hierzu wird per Handsteuerung das ruhende Werkzeug zu dem zu bearbeitenden Werkstück positioniert, wobei die dann eingestellte Ausgangsposition von einem integrierten Wegmeßsystem der Werkzeugmaschine bestimmt wird, und ausgehend von dieser Position die weitere Bearbeitung gemäß eines abgespeicherten Programms erfolgt. Bei dem bekannten Verfahren ist nachteilig, daß Positio­ nierungsfehler des Bedienenden zu einer Fehlbearbei­ tung des Werkstückes führen können.It is known for internal cylindrical grinding of works pieces of CNC-controlled machine tools. Here are used to control the machine tool programmable logic controllers used that a repeated machining of workpieces with a previously defined and stored procedures allow run. To the previously programmed and abge to be able to carry out saved processing sequences, the tool must be in a certain starting position be brought to the workpiece to be machined. It is known that this starting position by a Be serving the machine tool. For this the stationary tool becomes the by hand control positioned workpiece, the then  set starting position from an integrated Measuring system of the machine tool is determined, and further processing based on this position according to a stored program. At the known method is disadvantageous that positio errors in the operator's workmanship can lead to the workpiece.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß eine prä­ zise Einstellung einer Ausgangsposition der Werk­ zeugmaschine möglich ist. Dadurch, daß das rotierende Werkzeug in definierbaren Schritten der zu bearbei­ tenden Oberfläche eines Werkstückes angenähert wird, ein durch einen ersten Berührungskontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück generiertes akustisches Signal erfaßt wird, zum Zeitpunkt dieses akustischen Signales die momentane Position des Werkzeuges und/oder des Werkstückes durch ein integriertes Weg­ meßsystem ermittelt und gespeichert wird, und die weitere CNC-gesteuerte Bearbeitung des Werkstücke s ausgehend von dieser Position erfolgt, ist vorteil­ haft möglich, mittels einer direkten Bestimmung der relativen Position des Werkzeuges zur bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes eine exakte, reproduzier­ bare weitere Bearbeitung des Werkstückes entsprechend der abgespeicherten Programmfolge durchzuführen. Insbesondere können so genau etwaige Werkstücktole­ ranzen, die beispielsweise durch geometrische Abwei­ chungen infolge unterschiedlicher Wärmebehandlungs­ einflüsse auf das Werkstück, unterschiedliche Ein­ spannpositionen der Werkstücke in die Werkzeugmaschi­ ne, ein auftretender Werkzeugverschleiß, Lageverände­ rungen von einzelnen Komponenten der Werkzeugmaschi­ ne, beispielsweise durch thermische Ausdehnung bei Wärmeeinwirkung, kompensiert werden, da die abge­ speicherte und festgelegte Bearbeitungsabfolge exakt von der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens direkt bestimmten Ausgangsposition erfolgt.The inventive method with the in claim 1 mentioned features offers the advantage that a pre Precise setting of a starting position of the factory test machine is possible. Because the rotating Tool to be machined in definable steps approaching surface of a workpiece, one by a first touch contact between the Tool and the workpiece generated acoustic Signal is detected at the time of this acoustic Signals the current position of the tool and / or the workpiece through an integrated path measuring system is determined and stored, and the further CNC-controlled machining of the workpieces s starting from this position is an advantage possible by means of a direct determination of the relative position of the tool to the machined Surface of the workpiece an exact, reproducible bare further processing of the workpiece accordingly of the saved program sequence. In particular, any workpiece toles can be precisely satchel, for example, by geometric deviation due to different heat treatment  influences on the workpiece, different influences clamping positions of the workpieces in the machine tool ne, occurring tool wear, changes in position of individual components of the machine tool ne, for example by thermal expansion Exposure to heat, can be compensated because the abge saved and defined processing sequence exactly by means of the method according to the invention directly determined starting position.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß das akustische Signal mittels eines, in die Schleifspindel (Werkzeugträger) oder Werkstück­ spindel (Werkstückträger) integrierten, mitrotieren­ den akustischen Sensors erfaßt wird. Durch diesen Sensor können sehr vorteilhaft, infolge des in Berüh­ rungskontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche gelangenden Werkzeuges erzeugte Schallsignale, die als Körperschallsignale über das Werkstück sowie eine Werkstückhalteeinrichtung zu dem Sensorelement über­ tragen werden, sofort unmittelbar erfaßt und einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Der Übertra­ gungsweg ist relativ kurz, so daß Signalabweichungen, die eine exakte Bestimmung der Ausgangsposition be­ einträchtigen würden, auf ein vernachlässigbares Mi­ nimum reduziert sind. Die Schallsignale werden ohne zusätzliche Hilfsmedien (u. a. Kühlschmierstoff) von den Sensorelementen übertragen, daß heißt, ein ver­ fälschter Einfluß der Signale durch Störgrößen wie Luft, Abrieb, Aufprallgeräusche, etc. wird ausge­ schlossen. In a preferred embodiment of the invention is provided see that the acoustic signal by means of a, in the grinding spindle (tool holder) or workpiece integrated spindle (workpiece carrier), rotate the acoustic sensor is detected. Through this Sensor can be very advantageous due to the in contact with the surface to be machined arriving tool generated sound signals that as structure-borne noise signals over the workpiece and a Workpiece holding device to the sensor element are immediately recognized and one be further processed. The transfer supply path is relatively short, so that signal deviations, which be an exact determination of the starting position would negatively affect a negligible Mi are reduced to a minimum. The sound signals are without additional auxiliary media (including cooling lubricant) from transmit the sensor elements, that is, a ver falsified influence of the signals by disturbances like Air, abrasion, impact noise, etc. is emitted closed.  

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further advantageous embodiments of the invention result from the rest, in the subclaims mentioned features.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die sche­ matisch eine Werkzeugmaschine zeigt, näher erläutert.The invention is in one embodiment example using the accompanying drawing, the cal matically shows a machine tool, explained in more detail.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In der Figur ist eine Werkzeugmaschine 10 schematisch dargestellt. Die Werkzeugmaschine 10 besitzt eine CNC-Steuerung 12, über die ein Werkzeugträger 14 po­ sitionierbar ist. Der Werkzeugträger 14 umfaßt einen ersten Antrieb 16, mittels dem eine ein Werkzeug 18 tragende Spindel 20 in Rotation versetzbar ist. Die Spindel 20 ihrerseits ist über einen zweiten Antrieb 22 in x-Richtung und einen dritten Antrieb 24 in z- Richtung verlagerbar. Hierzu sind lediglich schema­ tisch angedeutete Schlitten 26 beziehungsweise 28 vorgesehen, die eine entsprechende Positionsverlage­ rung des Werkzeuges 18 ermöglichen. Das Werkzeug 18 ist ein beispielsweise als Schleifzylinder ausgebil­ detes Schleifwerkzeug.In the figure, a machine tool 10 is shown schematically. The machine tool 10 has a CNC control 12 , by means of which a tool carrier 14 can be positioned. The tool carrier 14 comprises a first drive 16 , by means of which a spindle 20 carrying a tool 18 can be set in rotation. The spindle 20 in turn can be displaced in the x direction and a third drive 24 in the z direction via a second drive 22 . For this purpose, only schematically indicated slides 26 and 28 are provided, which allow a corresponding position shift tion of the tool 18 . The tool 18 is a grinding tool, for example, configured as a grinding cylinder.

Die Werkzeugmaschine 10 besitzt ferner einen Werk­ stückträger 30. Der Werkstückträger 30 ist beispiels­ weise eine Spannvorrichtung, die ein Werkstück 32 hält und die gemeinsam mit dem Werkstück 32 in Rota­ tion versetzbar ist. Der Werkstückträger 30 ist übli­ cherweise eine Werkstückspindel. Die Werkzeugmaschine 10 ist beispielsweise eine Innenrundschleifmaschine, mittels der in dem Werkstück 32 vorhandene Bohrungen mittels des Werkzeuges 18 auf Maß geschliffen werden sollen. Zur Erläuterung der Erfindung ist lediglich ein Werkstück 32 und ein Werkzeug 18 dargestellt. Die Werkzeugmaschine 10 weist üblicherweise eine Mehrzahl von Werkzeugen 18 auf, mittels denen eine entspre­ chende Anzahl von Werkstücken 32 gleichzeitig, oder nacheinander bearbeitbar sind.The machine tool 10 also has a workpiece carrier 30. The workpiece carrier 30 is, for example, a clamping device which holds a workpiece 32 and which can be rotated together with the workpiece 32 in rotation. The workpiece carrier 30 is usually a workpiece spindle. The machine tool 10 is, for example, an internal cylindrical grinding machine, by means of which holes in the workpiece 32 are to be ground to size using the tool 18 . To explain the invention, only a workpiece 32 and a tool 18 are shown. The machine tool 10 usually has a plurality of tools 18 , by means of which a corresponding number of workpieces 32 can be machined simultaneously or in succession.

Das Maß der Bearbeitung ist in einem Speicherelement 34 der CNC-Steuerung 12 abgespeichert. Dies bedeutet, der Verfahrensablauf der Bearbeitung des Werkstückes 32 ist zuvor festgelegt worden, wobei über die CNC- Steuerung 12 eine Ansteuerung der Antriebe 22 und 24 erfolgt, so daß das Werkzeug 18 in exakt definierte Positionen bringbar ist. Die Position des Werkzeuges 18 ist hierbei über ein integriertes Wegmeßsystem der Werkzeugmaschine 10 überprüfbar. Hierzu werden bei­ spielsweise die Ist-Positionen des Werkzeuges 18 in x-Richtung und z-Richtung erfaßt und der CNC-Steue­ rung 12 mitgeteilt. Entsprechend der tatsächlichen Ist-Position des Werkzeuges 18 und einer über die Steuerung vorgebbaren Soll-Position des Werkzeuges 18 erfolgt die Steuerung des Werkzeuges 18. Für die Bearbeitung des Werkstückes 32 ist die Definition ei­ ner Ausgangsposition des Werkzeuges 18 notwendig, von der ausgehend der Programmablauf der eigentlichen Be­ arbeitung des Werkstückes 32 aus erfolgt. Hierzu ist vorgesehen, daß das Werkzeug 18 zunächst über den An­ trieb 16 in Rotation versetzt wird, und das Werkstück 32 relativ zum Werkzeug 18 verlagert wird. Hierzu kann entweder das Werkstück 32 und/oder das Werkzeug 18 in definierten Schritten aufeinander zubewegt werden. Sobald das Werkzeug 18 in eine zu be­ arbeitende Öffnung eingreift, erfolgt ein schritt­ weises Verlagern des Werkzeuges 18 in x-Richtung bis ein Anlagekontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche erfolgt. Im Moment des ersten Anlagekontaktes wird durch das rotierende Schleifwerkzeug 18 ein charakte­ ristisches Geräusch bestimmter Frequenz erzeugt. Die­ ses Geräusch wird als Körperschall über das Werkzeug 18 auf die Spindel 20 übertragen und über das Werk­ stück 32 auf den Werkstückträger (Werkstückspindel) 30. Mittels eines Sensors 36 wird dieses Frequenzsig­ nal erfaßt und ausgewertet. Hierbei ist klar, daß der Sensor 36 so ausgelegt ist, daß Frequenzsignale er­ faßbar sind, die im Bereich des auftretenden Kontakt­ geräusches liegen. Gegebenenfalls ist dem Sensor 36 eine Filterschaltung nachgeordnet, die weitere Kör­ perschallsignale, die während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Werkzeugmaschine 10 auftreten, und die nicht auf einen ersten Berührungskontakt des Werk­ zeuges 18 mit dem Werkstück 32 zurückzuführen sind, herausfilterbar sind.The degree of machining is stored in a memory element 34 of the CNC control 12 . This means that the process sequence for machining the workpiece 32 has been defined beforehand, the drives 22 and 24 being actuated via the CNC control 12 , so that the tool 18 can be brought into exactly defined positions. The position of the tool 18 can be checked via an integrated measuring system of the machine tool 10 . For this purpose, the actual positions of the tool 18 are detected in the x-direction and z-direction, for example, and the CNC control 12 is communicated. According to the actual present position of the tool 18 and a presettable via the control target position of the tool 18, the control of the tool 18. For the operations on the workpiece 32, the definition ei ner starting position of the tool 18 is required from the starting of the program sequence the actual machining of the workpiece 32 takes place. For this purpose, it is provided that the tool 18 is first set in rotation via the drive 16 , and the workpiece 32 is displaced relative to the tool 18 . For this purpose, either the workpiece 32 and / or the tool 18 can be moved towards one another in defined steps. As soon as the tool 18 engages in an opening to be machined, the tool 18 is gradually displaced in the x direction until there is contact with the surface to be machined. At the moment of the first system contact, the rotating grinding tool 18 generates a characteristic noise of a certain frequency. The ses noise is transferred as structure-borne sound through the tool 18 to the spindle 20 and the workpiece 32 on the workpiece carrier 30 (workpiece spindle) by means of a sensor 36 of this Frequenzsig nal is detected and evaluated. It is clear that the sensor 36 is designed so that it can detect frequency signals that are in the area of the contact noise. If necessary, the sensor 36 is followed by a filter circuit, the further body noise signals, which occur during the intended use of the machine tool 10 , and which are not due to a first contact of the tool 18 with the workpiece 32 , can be filtered out.

Das vom Sensor 36 ermittelte Signal wird der CNC- Steuerung 12 zugeführt. Hierbei wird die zum Zeit­ punkt des erstmaligen Auftretens des Signales gegebe­ ne Ist-Position des Werkzeuges 18, die über das inte­ grierte Wegmeßsystem ermittelbar ist, als Ausgangspo­ sition für die weitere Bearbeitung erfaßt. Ausgehend von dieser Ausgangsposition erfolgt dann die Abarbei­ tung des im Speicherelement 34 abgespeicherten Bear­ beitungsablaufes. Dies kann entweder automatisch erfolgen, oder mit erstmaligem Kontakt des Werkzeuges 18 am Werkstück 32 erfolgt eine akustische Signali­ sierung, oder visuelle Darstellung auf einen Bild­ schirm, die von einem Bedienenden der Werkzeugma­ schine 10 wahrnehmbar ist, so daß dieser den Bearbei­ tungsablauf starten kann. Ebenso kann die Information direkt der CNC-Steuerung zugeführt werden, die diese automatisch verarbeitet.The signal determined by the sensor 36 is fed to the CNC controller 12 . Here is given at the time of the first occurrence of the signal ne actual position of the tool 18 , which can be determined via the inte grated position measuring system, is recorded as the starting position for further processing. Starting from this starting position, the processing operation stored in the storage element 34 is then processed. This can either be done automatically, or with the first contact of the tool 18 on the workpiece 32 there is an acoustic signaling or visual display on a screen that can be perceived by an operator of the machine tool 10 , so that he can start the machining process. The information can also be fed directly to the CNC control, which processes it automatically.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Sensor 36 auch in der Spindel 20 angeordnet sein, die das Schleifwerkzeug 18 trägt.According to a further exemplary embodiment, the sensor 36 can also be arranged in the spindle 20 which carries the grinding tool 18 .

Durch die erfindungsgemäße Positionsbestimmung der Ausgangsposition des Werkzeuges 18 wird eine exakte reproduzierbare Bearbeitung einer Vielzahl von Werk­ stücken 32 mit gleichem Bearbeitungsergebnis möglich.By determining the position of the starting position of the tool 18 according to the invention, an exact reproducible machining of a large number of work pieces 32 with the same machining result is possible.

Claims (7)

1. Verfahren zum Positionieren wenigstens eines Werk­ zeuges einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Schleifwerkzeuges zum Innenrundschleifen von Werk­ stücken, wobei das Werkzeug in Anlagekontakt mit ei­ ner zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes ge­ bracht wird, und ausgehend von dieser Ausgangsposi­ tion die weitere Bearbeitung des Werkstückes über eine CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt, da­ durch gekennzeichnet, daß das rotierende Werkzeug (18) in definierbaren Schritten der zu bearbeitenden Oberfläche angenähert wird, ein durch einen ersten Berührungskontakt zwischen dem Werkzeug (18) und dem Werkstück (32) generiertes akustisches Signal erfaßt wird, zum Zeitpunkt dieses akustischen Signales die momentane Position des Werkzeuges (18) und/oder des Werkstückes (32) durch ein integriertes Wegmeßsystem ermittelt und gespeichert wird, und die weitere CNC-ge­ steuerte Bearbeitung des Werkstückes (32) ausgehend von dieser Position erfolgt.1. Method for positioning at least one tool of a machine tool, in particular a grinding tool for internal cylindrical grinding of work pieces, the tool being brought into contact with a surface of the workpiece to be machined, and starting from this starting position, the further machining of the workpiece A CNC control of the machine tool takes place, as characterized in that the rotating tool ( 18 ) is approximated in definable steps to the surface to be machined, an acoustic signal generated by a first contact between the tool ( 18 ) and the workpiece ( 32 ) is detected is, at the time of this acoustic signal, the current position of the tool ( 18 ) and / or the workpiece ( 32 ) is determined and stored by an integrated position measuring system, and the further CNC-controlled machining of the workpiece ( 32 ) takes place from this position . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Signal mittels eines in einen Werkstückträger (30) integrierten Sensors (36) erfaßt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the acoustic signal is detected by means of a sensor ( 36 ) integrated in a workpiece carrier ( 30 ). 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (36) in mini­ maler Entfernung zu dem Werkstück (32) angeordnet wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 36 ) is arranged at a painterly distance to the workpiece ( 32 ). 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (36) in eine das Werkstück (32) tragende, rotierende Spindel integriert ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 36 ) is integrated in a rotating spindle carrying the workpiece ( 32 ). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (36) das cha­ rakteristische Geräusch des ersten Berührungskontak­ tes aus einem gesamten Frequenzspektrum von Körper­ schallsignalen der Werkzeugmaschine (10) herausfil­ tert.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 36 ) tert the cha characteristic noise of the first contact contact tes out of an entire frequency spectrum of body sound signals of the machine tool ( 10 ). 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Signal mittels eines in einen Werkzeugträger (20) integrierten Sensor (36) erfaßt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the acoustic signal is detected by means of a sensor ( 36 ) integrated in a tool carrier ( 20 ). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (36) in eine das Schleifwerkzeug (18) tragende, rotierende Spindel (20) integriert ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the sensor ( 36 ) in a grinding tool ( 18 ) carrying, rotating spindle ( 20 ) is integrated.
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