DE19800033A1 - Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür - Google Patents
Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfürInfo
- Publication number
- DE19800033A1 DE19800033A1 DE1998100033 DE19800033A DE19800033A1 DE 19800033 A1 DE19800033 A1 DE 19800033A1 DE 1998100033 DE1998100033 DE 1998100033 DE 19800033 A DE19800033 A DE 19800033A DE 19800033 A1 DE19800033 A1 DE 19800033A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- workpiece
- measuring device
- length measuring
- tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37431—Temperature
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49057—Controlling temperature of workpiece, tool, probe holder
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49169—Compensation for temperature, bending of tool
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49206—Compensation temperature, thermal displacement, use measured temperature
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49209—Compensation by using temperature feelers on slide, base, workhead
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49217—Compensation of temperature increase by the measurement
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49218—Compensation of workpiece dilatation
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49219—Compensation temperature, thermal displacement
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren von temperatur
abhängigen relativen Lageänderungen zwischen einem Werkstück und einem
Bearbeitungswerkzeug an Werkzeugmaschinen mit einer Steuereinheit, die
eine Recheneinheit mit Speicherplätzen besitzt, insbesondere an Schleif
maschinen mit einer Schleifscheibe als Bearbeitungswerkzeug, und mit
mindestens einer Längenmeßeinrichtung, sowie mit Mitteln zur Messung und
Übertragung von Temperaturwerten der Längenmeßeinrichtung auf die
Steuereinheit derart, daß durch die Steuereinheit die temperaturabhängige
Lageänderung des Bearbeitungswerkzeugs gegenüber dem Werkstück
kompensiert wird.
Zur Kompensation von temperaturabhängigen Lage- und Längenänderungen
und zur Normierung auf eine Bezugstemperatur Tbez von beispielsweise
20°C gilt der bekannte physikalische Zusammenhang:
wobei:
Lbez = Länge bei der Bezugstemperatur,
LT = Länge bei der Temperatur "T"
d = Werkstoff-Ausdehnungskoeffizient,
ΔT = Abweichung der IST-Temperatur von der Bezugstemperatur.
Lbez = Länge bei der Bezugstemperatur,
LT = Länge bei der Temperatur "T"
d = Werkstoff-Ausdehnungskoeffizient,
ΔT = Abweichung der IST-Temperatur von der Bezugstemperatur.
Die temperaturabhängige Längenänderung begrenzt meß- und regelungs
technisch realisierbare Toleranzen, insbesondere bei größeren Werkstücken
und/oder bei von der Bezugstemperatur von beispielhaft 20°C abweichenden
Temperaturen.
Durch die DE 38 28 305 A1 ist es bekannt, Teile von Werkzeugmaschinen
dadurch auf konstanter Temperatur zu halten, daß man sie mit einem Netz
von Temperaturfühlern überzieht und mit thermostatisch geregelten Heiz-
oder Kühlfluiden beaufschlagt. Zu diesem Zweck müssen jedoch in den
betroffenen Bauteilen voneinander getrennte Fluidkanäle vorgesehen werden,
denen einzeln regelbare Heiz- oder Kühleinrichtungen zugeordnet sind. Eine
solche Lösung erfordert jedoch einen großen Bauaufwand und hat eine
erhebliche Zeitkonstante. Die Werkstücktemperatur ist in die Regelkreise
nicht einbezogen, bleibt also unberücksichtigt.
Durch den Aufsatz "Gestaltung der Werkzeugmaschine und deren Elemente",
veröffentlicht in "Industrie-Anzeiger", Essen, 30.07.1965, Seiten 1446 bis
1453, ist es gleichfalls bekannt, thermostatisch geregelte Kühl- und Schmier
mittelkreisläufe vorzusehen, um einem Wärmeverzug von Maschinenteilen
entgegenzuwirken (z. B. Bild 18). Es ist weiterhin angegeben, durch Tempera
tureinflüsse bedingte Verlagerungen während der Bearbeitung zu messen
und als Korrekturwerte in die Steuerung einzugeben. Beispielhaft ist in einem
Spindelkasten eine Invarstange vorgesehen, deren Relativbewegung gegen
über dem Spindelkasten auf eine Meßuhr mit einem Winkelgeber (Weggeber)
übertragen wird. Dessen elektrisches Ausgangssignal wird der Steuerung
zugeführt, so daß eine elektrische Kompensation von Verlagerungen an der
Schnittstelle möglich ist (Bild 21 und zugehöriger Text auf Seite 1452). Die
Invarstange als Längenmeßeinrichtung dient hierbei gewissermaßen über ihre
Relativbewegung mittelbar als Temperaturfühler, ihre Temperatur selbst wird
aber nicht gemessen. Die Werkstücktemperatur ist auch in diesem Falle
nicht in den Regelkreis einbezogen, bleibt also gleichfalls unberücksichtigt.
Durch den Aufsatz von Pascher "Kompensation thermisch bedingter Verlage
rungen an Werkzeugmaschinen (Teil 1)", veröffentlicht in "HGF Kurzberichte
im Industrie-Anzeiger" Nr. 75, 19.09.1984, Seiten 55/56, ist es gleichfalls
bekannt, Maschinentemperaturen zu erfassen, die daraus resultierenden
Verlagerungen zwischen Werkzeug und Werkstück zu berechnen und diese
dann aktiv, bei NC-Maschinen beispielsweise mit Hilfe der NC-Steuerung, zu
kompensieren (Seite 55, linke Spalte, Absatz 1; Seite 56, mittlere Spalte,
Bild 4, und rechte Spalte, unter "Versuchsaufbau"). Die Werkstücktemperatur
ist auch in diesem Falle nicht in den Regelkreis einbezogen, bleibt also
gleichfalls unberücksichtigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kompen
sieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen
und eine Werkzeugmaschine hierfür anzugeben, bei denen auch solche
Lageänderungen zwischen Werkstück und Werkzeug berücksichtigt werden,
die auf thermische Gestaltsänderungen des Werkstücks selbst zurückzu
führen sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß
man sowohl aus den Temperaturänderungen einer jeden Längenmeßeinrich
tung als auch aus den Temperaturänderungen des Werkstücks selbst durch
Temperaturmessungen Korrektursignale erzeugt und zur Sollmaßkorrektur
auf die von einer Bezugstemperatur abweichenden Lageverhältnisse von
Werkstückoberfläche und Bearbeitungswerkzeug verwendet.
Durch den Erfindungsgegenstand wird die gestellte Aufgabe in vollem Um
fange gelöst, d. h., es werden auch solche Lageänderungen zwischen Werk
stück und Werkzeug berücksichtigt werden, die auf thermische Gestalts
änderungen des Werkstücks selbst zurückzuführen sind. Jedenfalls genügt
diese Lösung für kleine und mittlere Werkstückgrößen und/oder bei ausrei
chend großen Toleranzfeldern, wenn angenommen werden kann, daß die
durch Aufnahme der Bearbeitungsenergie gestiegene oder durch an das
Kühlmittel abgegebene Wärme gesunkene Werkstücktemperatur sich
einigermaßen gleichmäßig über das gesamte Werkstück ausgebreitet hat.
Die Oberflächentemperatur Twb eines Werkstücks ergibt sich aus folgender
allgemeinen Beziehung:
Twb = f(E, O/V, c, t)
wobei:
E = Energietransfer-Menge im Prozeß,
O/V = Oberflächen : Volumen-Verhältnis,
c = Wärmekapazität des spezifischen Werkstoffs,
t = Prozeßzeit.
E = Energietransfer-Menge im Prozeß,
O/V = Oberflächen : Volumen-Verhältnis,
c = Wärmekapazität des spezifischen Werkstoffs,
t = Prozeßzeit.
Aus dieser lassen sich Aufheiz- oder Abkühlkurven für die Oberfläche eines
Werkstücks bestimmen.
Restprobleme bleiben aber bei folgenden Werkstücken bestehen:
- a) mit großen Abmessungen, insbesondere großem Abstand zwischen dem Kern des Werkstücks bzw. dem "kalten" Ende und der Meß-Oberfläche,
- b) mit unregelmäßigen Querschnitten,
- c) mit ungünstigem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen,
- d) mit großem Werkstoff-Ausdehnungskoeffizienten "d",
- e) mit schlechter Wärmeleitfähigkeit,
- f) bei großen Zerspanungsmengen pro Zeiteinheit.
Um mindestens eine dieser Fehlerquellen zusätzlich auszuschalten und noch
kleinere Toleranzen einhalten zu können, wird daher im Zuge einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Werkstücktemperatur zu
"gewichten", d. h. einen Temperaturwert zu ermitteln, durch dessen rechne
rische Erfassung und entsprechender Steuerung der Maschine, die Toleran
zen kleinstmöglich sind. Dies geschieht dadurch, daß man zusätzlich zu
Beginn der Bearbeitung die Oberflächentemperatur Twu des unbearbeiteten
Werkstücks mißt, an mindestens einem späteren Meßzeitpunkt t1, t2,
t3,. . .tn im Bearbeitungsablauf die Oberflächentemperatur Twb des bear
beiteten Werkstücks mißt und hieraus eine gewichtete Werkstücktemperatur
ΔTwg nach der Beziehung
(1) ΔTwg = (1 - X).Twu + X.Twb - Bezugstemperatur
(1) ΔTwg = (1 - X).Twu + X.Twb - Bezugstemperatur
bestimmt wobei "X" der prozeßabhängige Gewichtungsfaktor ist und
0 < X < 1 beträgt, und hieraus nach der Beziehung
die Längenmaßkorrektur LTwg bestimmt und als Korrekturfaktor auf die
Steuereinheit aufschaltet, wobei dw der Ausdehnungskoeffizient des Werk
stücks, dm der Ausdehnungskoeffizient der Längenmeßeinrichtung und LTm
die Länge der Längemeßeinrichtung bei der Temperatur Tm und ΔTm das
Maß für die Temperaturänderung der Längenmeßeinrichtung ist.
Die erforderliche Software, deren Erstellung keine Schwierigkeiten bereitet,
normiert einerseits die von Lbez (siehe die weiter oben angegebene Bezie
hung hierfür) abweichenden Längenmaße der Längemeßeinrichtungen, auf
die Bezugstemperatur von beispielhaft 20°C, andererseits auch die Tempe
ratur des Werkstücks nach der vorstehenden Beziehung. Dabei wird in der
Regel vorausgesetzt, das das unbearbeitete, d. h. zur Bearbeitung angeliefer
te Werkstück über seinen gesamten Querschnitt die Temperatur TWU ange
nommen hat.
Die Bestimmung des Gewichtungsfaktors "X" erfolgt in besonders einfacher
Weise dadurch, daß man zunächst anhand eines Musterwerkstücks (10) eine
werkstückspezifische und von den eine Temperaturänderung bewirkenden
Bearbeitungsparametern beeinflußte Temperaturkurve (K) ermittelt und
abspeichert, die von der Anfangstemperatur Twu des unbearbeiteten Werk
stücks bis zu einer virtuellen Grenztemperatur Tg verläuft, daß man dieser
Kurve eine äquidistant unterteilte Skala (S) für den Gewichtungsfaktor "X"
zuordnet, deren Nullpunkt X = 0 der Anfangstemperatur Twu zugeordnet ist
und deren Endpunkt X = 1 der Grenztemperatur Tg zugeordnet ist, daß man
ferner aus der Kurve (K) zu mindestens einem Meßzeitpunkt t1, t2 minde
stens einen Temperaturwert Twb1, Twb2 ermittelt und auf die Skala (S)
herüberlotet und dort den mindestens einen Gewichtungsfaktor "X1", "X2" für
die Rechenoperation nach Formel (1) bestimmt, abspeichert und für alle
weiteren Werkstücke der gleichen Art ab ruft und in der Recheneinheit (15)
verwendet.
Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine
Schleifmaschine, mit einer Steuereinheit, die eine Recheneinheit mit Spei
cherplätzen besitzt, zum Kompensieren von temperaturabhängigen relativen
Lageänderungen zwischen einem Werkstück und einem Bearbeitungswerk
zeug, insbesondere einer Schleifscheibe, mit mindestens einem an einem
gegenüber einem Ständer und dem Werkstück beweglichen Werkzeug
schlitten angeordneten Bearbeitungswerkzeug, und mit mindestens einer
Längenmeßeinrichtung, sowie mit Mitteln zur Übertragung von temperatur
abhängigen Längenänderungen der Längenmeßeinrichtung auf die Steuer
einheit.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Werkzeugmaschine
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sowohl einer jeden Längen
meßeinrichtung als auch dem Werkstück selbst mindestens je ein Tempe
raturfühler zugeordnet ist, durch den Temperaturmessungen mit elektri
schem Ausgangssignal erzeugbar sind, und daß die Recheneinheit und die
Steuereinheit in der Weise geschaltet sind, daß aus den Temperaturmessun
gen elektrische Korrektursignale erzeugbar sind, die zur Sollmaßkorrektur
auf die von einer Bezugstemperatur abweichenden Lageverhältnisse von
Werkstückoberfläche und Bearbeitungswerkzeug verwendbar sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Werkzeugmaschine ist gemäß
der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß an dem mindestens
einen Werkzeugschlitten
- a) mindestens eine, parallel zu einer Zustellrichtung des Bearbeitungswerk zeugs ausgerichtete, einen Linearmaßstab aufweisenden Längenmeß einrichtung mit einem Temperaturfühler für die Erfassung der Temperatur der Längemeßeinrichtung angeordnet ist, und
- b) mindestens ein weiterer Temperaturfühler angeordnet ist, der zumindest vorübergehend mit dem Werkstück in Berührung bringbar ist, und daß die elektrischen Ausgänge der Temperaturfühler einer Recheneinheit für eine Temperaturbewertung und eine Zielmaßberechnung aus allen Tempe raturmessungen aufgeschaltet sind, und daß der mindestens eine Aus gang der Recheneinheit der als CNC-Steuerung ausgebildeten Steuerein heit für die Zustellbewegungen des mindestens einen Werkzeugschlittens aufgeschaltet ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungs
weise werden nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Frontalansicht einer als Schleifmaschine
ausgeführten Werkzeugmaschine mit einem rotierbaren Maschi
nenwerkzeug, das als Schleifscheibe ausgeführt ist, sowie eine
Meß- und Steuereinheit und
Fig. 2 ein Diagramm zur Ermittlung des Gewichtungsfaktors "X".
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich beispielhaft auf eine Schleif
maschine.
In Fig. 1 sind Teile einer Schleifmaschine 1 dargestellt, nämlich ein Ständer
2, an der eine Querführung 3 in Richtung des Doppelpfeils 4 horizontal
beweglich angeordnet ist. Diese Querführung 3 trägt wiederum einen Schleif
spindelschlitten 5, der in Richtung des Doppelpfeils 6 vertikal beweglich an
der Querführung 3 gelagert ist. Der Schleifspindelschlitten 5 trägt einen Spin
delmotor 7 mit einer Schleifscheibenspindel 8 und einer Schleifscheibe 9, die
sich außer Eingriff mit einem Werkstück 10 befindet, das als Ring ausgeführt
und um die Achse "A" drehbar ist. Das Werkstück 10 ist wiederum auf eine
drehbare Aufspannvorrichtung 11a eines Werkstückträgers 11 aufgespannt.
Mittels der Schleifscheibe 9 ist sowohl eine Innen- als auch eine Außenbear
beitung sowie eine Bearbeitung der oberen Stirnfläche 18 möglich, die im
vorliegenden Fall die Meßfläche ist.
Zur Erfassung der Quer- oder Horizontalbewegung bzw. zur Positionsmel
dung des Schleifspindelschlittens 5 dient eine Längenmeßeinrichtung 12, die
einen Linearmaßstab 13 mit Skalenteilung und einer optischen Abtastung
besitzt. Zur Erfassung der Temperatur des Linearmaßstabs 13 und damit zur
rechnerischen Erfassung von dessen Längenänderungen dient ein erster
Temperaturfühler 14, dessen Ausgangssignal einem Rechner 15 zur Tempe
raturbewertung und zur Zielmaßberechnung aufgeschaltet ist.
Am Schleifspindelschlitten 5 ist ferner mittels einer Vertikalführung 16 ein
vertikal verschiebbarer zweiter Temperaturfühler 17 angeordnet, der mit der
Oberfläche 18 des Werkstücks 10 in Berührung bringbar ist und deren Tem
peratur erfaßt. Auch das Ausgangssignal dieses Temperaturfühler 17 ist dem
Rechner 15 aufgeschaltet.
Zur Schleifmaschine 1 gehört eine Steuereinheit 19, die als CNC-Steuerung
ausgeführt und mit dem Rechner 15 verbunden ist und die Speicherplätze,
Eingabetasten und ein Display enthält, die jedoch nicht besonders darge
stellt sind. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, besitzt die Schleif
maschine 1 weitere Positionsgeber für die relativen Lagen weiterer beweg
licher Teile der Schleifmaschine. Auch deren Ausgangssignale werden der
Steuereinheit 17 zugeführt, was durch die Pfeile P1 bis Pn angedeutet ist.
Ein Ring aus dem Stahl 100Cr6 mit einer Anfangstemperatur von 19,0°C,
einem Außendurchmesser Da von 400(+0,2) mm, einem Innendurchmesser
von 300(-0,2) mm und einer axialen Länge von 170 mm wird auf das Maß Da
= 400(±0,0) mm heruntergeschliffen. Dieser Werkstoff hat einen Ausdeh
nungskoeffizienten dw von 11,5.10-6.K-1. Der zeitliche Ablauf des Prozesses
war wie folgt:
Anhand der Fig. 2 wird nun erläutert, wie der Gewichtungsfaktor "X" be
stimmt wird: Auf der Abszisse ist die Prozeßzeit "t" mit den Meßzeitpunkten
t0, t1 und t2 aufgetragen. Zugehörig sind die Temperaturen Twu, 20°C, Twb1
und Twb2 als Ordinatenwerte. Aus diesen Meßwerten läßt sich mit hinreichen
der Genauigkeit die Kurve "K" für das vorstehend beschriebene spezielle
Werkstück darstellen, die sich asymptotisch einem Grenzwert "Tg", der
sogenannten Beharrungstemperatur nähert, bei der ein Gleichgewicht
herrscht. In das Diagramm wird nun eine zweite Ordinate eingetragen, deren
unterster Wert bei "Twu", der Anfangstemperatur, liegt. Dieser Wert
entspricht "X" = 0. Der oberste Wert liegt bei der Grenztemperatur "Tg" und
entspricht "X" = 1.
Die Strecke zwischen X = 0 und X = 1 wird nun äquidistant unterteilt, und die
Ordinatenwerte für t0, t1 und t2, d. h., Twu, Twb1 und Twb2 werden nun
lotrecht auf die zweite Ordinate von X = 0 bis X = 1 übertragen, woraus sich
der entsprechende Gewichtungsfaktor "X" ergibt. Der vorstehend beschrie
benen Fall gilt für den Vorgang des Erwärmens des Werkstücks durch
Schleifenergie.
Vergleichsweise ergeben sich folgende Werte für die rechnerisch
berücksichtigten Temperaturwerte:
Aus "X" ergeben sich folgende Maßkorrekturen in [µm] ohne und mit
Gewichtung der Temperatur bei einem Enddurchmesser Da von
400(±0,0) mm:
Die Methode läßt sich ohne weiteres auf andere Werkstückparameter, z. B.
mit anderen Verhältnissen von Oberfläche : Volumen übertragen: X O/V
wobei "O" die Oberfläche und "V" das Volumen ist.
Die Kurve "K" gilt für einen anderen Fall, bei dem das Werkstück durch
Verdunstungswärme gekühlt wird.
1
Schleifmaschine
2
Ständer
3
Querführung
4
Doppelpfeils
5
Schleifspindelschlitten
6
Doppelpfeils
7
Spindelmotor
8
Schleifscheibenspindel
9
Schleifscheibe
10
Werkstück
11
Werkstückträger
11
a Aufspannvorrichtung
12
Längenmeßeinrichtung
13
Linearmaßstab
14
Temperaturfühler
15
Rechner
16
Vertikalführung
17
Temperaturfühler
18
Stirnfläche
19
Steuereinheit
A Achse
K Kurve
K' Kurve
P1
A Achse
K Kurve
K' Kurve
P1
bis Pn
Pfeile
X Gewichtungsfaktor
X Gewichtungsfaktor
Claims (5)
1. Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen relativen Lage
änderungen zwischen einem Werkstück (10) und einem Bearbeitungs
werkzeug (9) an Werkzeugmaschinen mit einer Steuereinheit (19), die
eine Recheneinheit (15) mit Speicherplätzen besitzt, insbesondere an
Schleifmaschinen (1) mit einer Schleifscheibe als Bearbeitungswerkzeug
(9), und mit mindestens einer Längenmeßeinrichtung (12), sowie mit
Mitteln zur Messung und Übertragung von Temperaturwerten der
Längenmeßeinrichtung (12) auf die Steuereinheit (19), derart, daß durch
die Steuereinheit (19) die temperaturabhängige Lageänderung des
Bearbeitungswerkzeugs (9) gegenüber dem Werkstück (10) kompensiert
wird, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl aus den
Temperaturänderungen einer jeden Längenmeßeinrichtung (12) als auch
aus den Temperaturänderungen des Werkstücks (10) selbst durch
Temperaturmessungen Korrektursignale erzeugt und zur Sollmaßkorrek
tur auf die von einer Bezugstemperatur abweichenden Lageverhältnisse
von Werkstückoberfläche (18) und Bearbeitungswerkzeug (9) verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur
Einhaltung kleiner Toleranzen zusätzlich zu Beginn der Bearbeitung die
Oberflächentemperatur Twu des unbearbeiteten Werkstücks (10) mißt,
an mindestens einem späteren Meßzeitpunkt t1, t2, t3,. . .tn im Bearbei
tungsablauf die Oberflächentemperatur Twb des bearbeiteten Werk
stücks mißt und hieraus eine gewichtete Werkstücktemperatur ΔTwg
nach der Beziehung
ΔTwg = (1 - X).Twu + X.Twb - Bezugstemperatur (1)
bestimmt wobei "X" der prozeßabhängige Gewichtungsfaktor ist und 0 < X < 1 beträgt, und hieraus nach der Beziehung
die Längenmaßkorrektur LTwg bestimmt und als Korrekturfaktor auf die Steuereinheit (19) aufschaltet, wobei dw der Ausdehnungskoeffizient des Werkstücks (10), dm der Ausdehnungskoeffizient der Längenmeßeinrich tung (12) und LTm die Länge der Längemeßeinrichtung (12) bei der Tem peratur Tm und ΔTm das Maß für die Temperaturänderung der Längen meßeinrichtung (12) ist.
ΔTwg = (1 - X).Twu + X.Twb - Bezugstemperatur (1)
bestimmt wobei "X" der prozeßabhängige Gewichtungsfaktor ist und 0 < X < 1 beträgt, und hieraus nach der Beziehung
die Längenmaßkorrektur LTwg bestimmt und als Korrekturfaktor auf die Steuereinheit (19) aufschaltet, wobei dw der Ausdehnungskoeffizient des Werkstücks (10), dm der Ausdehnungskoeffizient der Längenmeßeinrich tung (12) und LTm die Länge der Längemeßeinrichtung (12) bei der Tem peratur Tm und ΔTm das Maß für die Temperaturänderung der Längen meßeinrichtung (12) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur
Bestimmung des Gewichtungsfaktors "X" zunächst anhand eines Muster
werkstücks (10) eine werkstückspezifische und von den eine Temperatur
änderung bewirkenden Bearbeitungsparametern beeinflußte Temperatur
kurve (K) ermittelt und abspeichert, die von der Anfangstemperatur Twu
des unbearbeiteten Werkstücks (10) bis zu einer virtuellen Grenztempe
ratur Tg verläuft, daß man dieser Kurve (K) eine äquidistant unterteilte
Skala (S) für den Gewichtungsfaktor "X" zuordnet, deren Nullpunkt X = 0
der Anfangstemperatur Twu zugeordnet ist und deren Endpunkt X = 1
der Grenztemperatur Tg zugeordnet ist, daß man ferner aus der Kurve
(K) zu mindestens einem Meßzeitpunkt t1, t2 mindestens einen Tempe
raturwert Twb1, Twb2 ermittelt und auf die Skala (S) herüberlotet und
dort den mindestens einen Gewichtungsfaktor "X1", "X2" für die Rechen
operation nach Formel (1) bestimmt, abspeichert und für alle weiteren
Werkstücke (10) der gleichen Art abruft und in der Recheneinheit (15)
verwendet.
4. Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, mit einer Steuerein
heit (19), die eine Recheneinheit (15) mit Speicherplätzen besitzt, zum
Kompensieren von temperaturabhängigen relativen Lageänderungen
zwischen einem Werkstück (10) und einem Bearbeitungswerkzeug (9),
insbesondere einer Schleifscheibe, mit mindestens einem an einem
gegenüber einem Ständer (2) und dem Werkstück (10) beweglichen
Werkzeugschlitten (5) angeordneten Bearbeitungswerkzeug (9), und mit
mindestens einer Längenmeßeinrichtung (12), sowie mit Mitteln zur
Übertragung von temperaturabhängigen Längenänderungen der
Längenmeßeinrichtung (12) auf die Steuereinheit (19), dadurch gekenn
zeichnet, daß sowohl einer jeden Längenmeßeinrichtung (12) als auch
dem Werkstück (10) selbst mindestens je ein Temperaturfühler (14, 17)
zugeordnet ist, durch den Temperaturmessungen mit elektrischem
Ausgangssignal erzeugbar sind, und daß die Recheneinheit (15) und die
Steuereinheit (19) in der Weise geschaltet sind, daß aus den Tempera
turmessungen elektrische Korrektursignale erzeugbar sind, die zur Soll
maßkorrektur auf die von einer Bezugstemperatur abweichenden Lage
verhältnisse von Werkstückoberfläche (18) und Bearbeitungswerkzeug
(9) verwendbar sind.
5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an
dem mindestens einen Werkzeugschlitten (5)
- a) mindestens eine, parallel zu einer Zustellrichtung des Bearbeitungs werkzeugs (9) ausgerichtete, einen Linearmaßstab (13) aufweisenden Längenmeßeinrichtung (12) mit einem Temperaturfühler (14) für die Erfassung der Temperatur der Längemeßeinrichtung (12) angeordnet ist, und
- b) mindestens ein weiterer Temperaturfühler (17) angeordnet ist, der zumindest vorübergehend mit dem Werkstück (10) in Berührung bring bar ist, und daß
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998100033 DE19800033B4 (de) | 1998-01-02 | 1998-01-02 | Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998100033 DE19800033B4 (de) | 1998-01-02 | 1998-01-02 | Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19800033A1 true DE19800033A1 (de) | 1999-07-15 |
DE19800033B4 DE19800033B4 (de) | 2004-10-14 |
Family
ID=7853940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998100033 Expired - Fee Related DE19800033B4 (de) | 1998-01-02 | 1998-01-02 | Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19800033B4 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2818760A1 (fr) * | 2000-12-21 | 2002-06-28 | Conception Industrialisation R | Procede pour corriger en simultane les references vectorielles d'un automate de commande d'un organe operateur, et dispositif de detection d'anomalies de mise en reference |
DE10155078A1 (de) * | 2001-11-09 | 2003-05-28 | Walter Ag | Maschine mit temperaturkompensierter Arbeitsspindel |
DE102007038269A1 (de) * | 2007-08-14 | 2009-02-19 | Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh | Thermisch kompensierte Werkstückbearbeitung |
EP2151724A1 (de) * | 2008-08-04 | 2010-02-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Steuereinrichtung und Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Maschinenelements einer Werkzeugmaschine |
WO2010044067A1 (de) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | Bystronic Laser Ag | Thermische strahlbearbeitungsmaschine mit längenausgleich und verfahren hierfür |
DE102010003303A1 (de) | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Deckel Maho Seebach Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kompensieren einer temperaturabhängigen Lageveränderung an einer Werkzeugmaschine |
CN106881653A (zh) * | 2015-12-15 | 2017-06-23 | 株式会社捷太格特 | 工作台横动型磨床 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005008838B3 (de) * | 2005-02-24 | 2006-08-24 | Hohenstein Vorrichtungsbau Und Spannsysteme Gmbh | Informationsmodul über Werkstückerwärmung bei spanender Trockenbearbeitung |
JP4359573B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2009-11-04 | オークマ株式会社 | 工作機械の熱変位補正方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3828305A1 (de) * | 1988-08-20 | 1990-02-22 | Salje Ernst | Verfahren zur thermischen beeinflussung von werkzeugmachinen, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und bauteil |
EP0555796A1 (de) * | 1992-02-12 | 1993-08-18 | Maschinenfabrik Berthold Hermle Aktiengesellschaft | Werkzeugmaschine mit einer automatischen Wärmedehnungs-Kompensationseinrichtung |
-
1998
- 1998-01-02 DE DE1998100033 patent/DE19800033B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3828305A1 (de) * | 1988-08-20 | 1990-02-22 | Salje Ernst | Verfahren zur thermischen beeinflussung von werkzeugmachinen, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und bauteil |
EP0555796A1 (de) * | 1992-02-12 | 1993-08-18 | Maschinenfabrik Berthold Hermle Aktiengesellschaft | Werkzeugmaschine mit einer automatischen Wärmedehnungs-Kompensationseinrichtung |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Armbruster,N.: Baldur,K.: "Meßsteuerungen für CNC-Drehmaschinen", In: wt-Z. ind. Fertigung 1980, S.511-514 * |
BackE et al.: "Gestaltung der Werkzeugmachine und deren Elemente". In: Industrie Anzeiger Nr.61, 30.Juli 1965, S.1446-1453 * |
Pascher,M.: "Kompensation thermisch bedingter Ver-lagerungen an Werkzeugmaschinen (Teil 1)": Indus- trie-Anzeiger Nr.75 v. 19.9.84, S.55, 56 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2818760A1 (fr) * | 2000-12-21 | 2002-06-28 | Conception Industrialisation R | Procede pour corriger en simultane les references vectorielles d'un automate de commande d'un organe operateur, et dispositif de detection d'anomalies de mise en reference |
DE10155078A1 (de) * | 2001-11-09 | 2003-05-28 | Walter Ag | Maschine mit temperaturkompensierter Arbeitsspindel |
DE10155078B4 (de) * | 2001-11-09 | 2005-06-02 | Walter Ag | Maschine mit temperaturkompensierter Arbeitsspindel |
DE102007038269A1 (de) * | 2007-08-14 | 2009-02-19 | Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh | Thermisch kompensierte Werkstückbearbeitung |
DE102007038269B4 (de) * | 2007-08-14 | 2013-11-21 | Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh | Thermisch kompensierte Werkstückbearbeitung |
EP2151724A1 (de) * | 2008-08-04 | 2010-02-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Steuereinrichtung und Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Maschinenelements einer Werkzeugmaschine |
WO2010044067A1 (de) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | Bystronic Laser Ag | Thermische strahlbearbeitungsmaschine mit längenausgleich und verfahren hierfür |
DE102010003303A1 (de) | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Deckel Maho Seebach Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kompensieren einer temperaturabhängigen Lageveränderung an einer Werkzeugmaschine |
EP2378381A2 (de) | 2010-03-25 | 2011-10-19 | Deckel Maho Seebach GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum Kompensieren einer temperaturabhängigen Lageveränderung an einer Werkzeugmaschine |
US8240060B2 (en) | 2010-03-25 | 2012-08-14 | Deckel Maho Seebach Gmbh | Methods and apparatus for compensating temperature-dependent changes of positions on machine tools |
CN106881653A (zh) * | 2015-12-15 | 2017-06-23 | 株式会社捷太格特 | 工作台横动型磨床 |
CN106881653B (zh) * | 2015-12-15 | 2020-08-04 | 株式会社捷太格特 | 工作台横动型磨床 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19800033B4 (de) | 2004-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1789860B1 (de) | Verfahren zur kompensation von thermischen verlagerungen | |
DE3603316C2 (de) | Einrichtung zum Einstellen des Arbeitspunkts eines Werkzeugs in einer CNC-Werkzeugmaschine | |
EP0779849B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur erfassung und kompensation von füge- und verschleissfehlern beim feinbohren | |
DE10155078B4 (de) | Maschine mit temperaturkompensierter Arbeitsspindel | |
DE3836263C1 (de) | ||
DE60107920T2 (de) | Werkzeugmaschine mit Werkzeugspositionskontrolle | |
DE4028006C2 (de) | Verfahren zur Kompensation von maßlichen Abweichungen von NC- oder CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen | |
DE19800033A1 (de) | Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür | |
DE10312025A1 (de) | Verfahren zur Kompensation von Fehlern der Positionsregelung einer Maschine, Maschine mit verbesserter Positionsregelung und Kompensationseinrichtung | |
DE10250326A1 (de) | Werkzeugmaschine und Verfahren zur Justage der Spindelposition dieser Werkzeugmaschine | |
DE3822873C1 (de) | ||
EP3274776A1 (de) | Verfahren zum betreiben einer verzahnungsbearbeitenden maschine | |
DE102009024752B4 (de) | Verfahren zum Vermessen und/oder Kalibrieren einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine | |
DE102010006504B4 (de) | Verfahren zur Bestimmung der Position eines Werkzeuges | |
DE3924748C2 (de) | ||
EP2195714A1 (de) | Verfahren zur bestimmung einer thermisch bedingten positionsänderung eines werkzeugmaschinenabschnitts einer werkzeugmaschine | |
DE19743139B4 (de) | Vorrichtung zum Durchführen eines Schleifvorganges und Verfahren dazu | |
DE202009001099U1 (de) | Einrichtung zur Messung und Kompensation thermischer Verformungen an einer Werkzeugmaschinenpinole | |
DE10225243A1 (de) | Positionsmessgerät und Verfahren zur Korrektur von Wärmeausdehnungen, insbesondere für eine Bearbeitungsmaschine | |
DE102007038269B4 (de) | Thermisch kompensierte Werkstückbearbeitung | |
EP0289528B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum tiefschleifen | |
DE3221381C2 (de) | ||
DE3109903C2 (de) | ||
DE4429654A1 (de) | Verfahren zum automatischen, spanabhebenden Bearbeiten eines Werkstückes | |
EP0942342A2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |