DE202009001099U1

DE202009001099U1 - Einrichtung zur Messung und Kompensation thermischer Verformungen an einer Werkzeugmaschinenpinole

Info

Publication number: DE202009001099U1
Application number: DE200920001099
Authority: DE
Original assignee: SCHIESS GmbH
Current assignee: SCHIESS GmbH
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2019-01-30

Abstract

Einrichtung zur Messung und Kompensation thermischer Verformungen an einer Werkzeugmaschinenpinole, wobei die Werkzeugmaschinenpinole eine Werkzeugaufnahme für Werkzeuge mit einem Werkzeughalter und einem Kegel zum Kraftschluss (7) mit einer metallischen Pinole hat, die Pinole (5) und ein koaxial in der Pinole liegendes, in der Länge bis an das Ende der Pinole im Lagerschlitten reichendes Bauelement (1) mit mindestens einem 3-fach niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Pinole in einer Hohlspindel, die in einer Bearbeitungseinheit drehbar gelagert ist, längs verschiebbar geführt sind und bei Temperaturänderungen die Längenänderungen der Pinole (5) gegenüber dem eine Messhülse aufweisendes Bauelement (1) aus beispielsweise einem Kohlenfaserverbundwerkstoff aufgrund der unterschiedlichen Größen der beiden Wärmeausdehnungskoeffizienten mittels eines am Lagerschlitten befestigten Sensors (2) als Ausgangssignale erfasst werden und über eine Auswerteelektronik und Maschinensteuerung in Kompensationswerte für die lagegeregelte Pinolenverstellung mittels des Lagerschlittens gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass am anderen Ende des Werkzeugspannsystems (7) ein mit dem Längenänderungsbezugsstab (1) und einem Achsantriebsgehäuse...

Description

Die Erfind ung betrifft eine Einrichtung zur Messung und Kompensation thermischer Verformungen an einer Werkzeugmaschinenpinole für eine qualitätsgerechte spanende Bearbeitung von Werkstücken.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Werkzeugmaschinen Temperaturänderungen ausgesetzt sind, die vorwiegend in Folge der Bearbeitung oder der Erwärmung von Motoren und Lager entstehen. Diese Temperaturänderungen verursachen wiederum Geometrieänderungen, wie beispielsweise Längenänderungen in Form thermischer Verformungen an den Werkzeugmaschinen, die einen wesentlichen Einfluss auf die Bearbeitungsqualität, vor allem auf die Maßhaltigkeit der zu fertigenden Werkstücke haben. Um eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität der Werkstücke zu gewährleisten, sind bereits technische Lösungen bekannt, bei denen durch Temperatursensoren an verschiedenen Maschinenteilen einer Werkzeugmaschine zunächst die Spannung oder die Wärmestrahlung gemessen und dann die Temperatur berechnet wird. Aus den Temperaturänderungen werden so mittels Tabellen und Berechnungsmethoden Kompensationswerte abgeleitet, die an einen Lageregelkreis oder an einen Ansteuerblock der Werkzeugmaschine übertragen werden ( DE 199 04 472 A1 und DE 101 55 078 B4 ). Der entscheidende Nachteil dieser technischen Lösungen zur Kompensation der thermischen Verformungen an Werkzeugmaschinen besteht aber darin, dass die Geometrieänderungen nur indirekt ermittelt werden. Eine direkte Messung der Längenänderungen ist dagegen durch eine in DE 103 29 590 B3 dargestellte Werkzeugmaschinenpinole bekannt. Diese Werkzeugmaschinenpinole hat eine Werkzeugaufnahme mit einem Werkzeughalter und einem Kegel zum Kraftschluss mit der me tallischen Pinole. Die Pinole wird in einer Hohlspindel, die in einer Bearbeitungseinheit drehbar gelagert ist, längs verschiebbar geführt und ist an einem der Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden Ende in einem Lagerschlitten drehbar und gestützt angeordnet. Die thermische Dehnung der Pinole soll mit einem geringen technischen Aufwand sowie mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit zwecks Kompensation erfasst werden können. Erreicht wird dies durch ein koaxial angeordnetes Bauelement, das im Bereich des Kraftschlusses des Werkzeuges mit der Pinole fest mit der Pinole verbunden ist und in der Länge bis an das Ende der Pinole im Lagerschlitten reicht und im Lagerschlitten axial gestützt angeordnet ist, die Pinole einen mindestens 3-fach höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der des Bauelementes, und bei Temperaturänderungen die Längenänderung der Pinole gegenüber dem Bauelement aufgrund der unterschiedlichen Größen der beiden Wärmeausdehnungskoeffizienten mittels eines Sensors als Ausgangsgröße erfasst werden und über eine Auswerteelektronik und Maschinensteuerung in Kompensationswerte für die lagegeregelte Pinolenverstellung mittels des Lagerschlittens gewandelt werden. Kennzeichnend ist weiterhin, dass der Sensor beispielsweise als Wegsensor ausgebildet ist und das Bauelement z. B. aus einem Kohlenfaserverbundwerkstoff besteht, wobei im Bereich des Lagerschlittens eine Messhülse auf dem Bauelement und der Sensor am Lagerschlitten befestigt ist. Nachteilig ist, dass die Messungen im Betrieb der thermischen Dehnung von Rotationsbewegungen der Pinole und des Bauelementes überlagert sind. Diese Überlagerung führt zu Messunsicherheiten und ggf. zu Messfehlern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Einrichtung zur Messung und Kompensation thermischer Verformungen an einer Werkzeugmaschinenpinole vorzuschlagen, die die Messungen im Betrieb der thermischen Dehnung ohne Überlagerung durchführt und damit Messunsicherheiten und Messfehler ausschließt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Schutzansprüche gelöst. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine Verfälschung der Messergebnisse durch äußere Einflüsse auf den Längenänderungsbezugsstab ausgeschlossen ist und die Einrichtung in jede beliebige Werkzeugmaschine, wie z. B. in eine Fräsmaschine, ein Bohrwerk oder Schleifmaschine kostengünstig integrierbar ist.
Die Erfindung soll am Beispiel der Messung einer temperaturabhängigen Längenänderung an einer Werkzeugmaschinenpinole und deren Kompensation näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt hierzu eine schematische Darstellung der Einrichtung in der Seitenansicht im Schnitt.
Es ist dargestellt, dass am anderen Ende des Werkzeugspannsystems 7 ein mit dem Längenänderungsbezugsstab 1 und einem Achsantriebsgehäuse 6 verbundener Sensor 2 angeordnet ist, wobei die Positionswerte der Pinole 5 direkt durch einen am Achslagergehäuse 6 vorhandenen Lesekopf 3 und einen an der Werkzeugmaschine befestigten Maßstab 4 erfasst werden. Für die Einrichtung sind alle Sensoren einsetzbar, die die Genauigkeitsanforderungen erfüllen. Zur Messung der Längenänderung ist es notwendig, dass beispielsweise die Pinole 5 aus einem Maschinenbaustahl und der Längenänderungsbezugsstab 1 aus einem Invarstahl besteht. Das Achsantriebsgehäuse 6 schließt den Messbereich räumlich ab. Bei einer Zunahme der Temperatur dehnt sich die Pinole 5 aus, wodurch der Sensor 2 relativ zum Längenänderungsbezugsstab 1 verschoben wird. Die Verschiebung des Sensors 2 zum Längenänderungsbezugsstab 1 wird gemessen. Dieser Messwert wird dann mit tabellarisch gespeicherten Korrekturwerten abgeglichen. Die gespeicherten Korrekturwerte setzen sich aus Werten für die Längenänderung der Pinole 5 und aus Werten für den Ausgleich der Längenänderung des Längenänderungsbezugsstabes 1 zusammen. Da für die Maschinensteuerung nur die Längenänderung der Pinole 5, nicht jedoch die des Längenänderungsbezugsstabes 1 entscheidend ist, wird ein um die Längenänderung des Längenändeungsbezugsstabes 1 korrigierter Messwert der Längenänderung der Pinole 5 als Kompensationswert der Maschinensteuerung übermittelt. Die Position der Pinole 5, welche vom Lesekopf 3 am Maßstab 4 bestimmt ist, wird um den Korrekturwert geändert. Verringert sich die Wärme durch fallende Temperaturen, ziehen sich die Maschinenteile der Werkzeugmaschine zusammen. Dies führt u. a. dazu, dass bei Fräsbearbeitungen am Werkstück ein Aufmaß entsteht oder Bohrungen zu kurz sind. Die Pinole 5 und der Längenänderungsbezugsstab 1 schrumpfen in ihrer Länge. Die Ermittlung der korrigierten Messwerte zur Kompensation und deren Übermittlung an die Maschinensteuerung erfolgt dann analog wie bei der Temperaturzunahme. Sind dauerhafte Temperaturänderungen während der Werkstückbearbeitung nicht zu vermeiden, werden die Längenänderungen der Pinole 5 kontinuierlich gemessen, die Korrekturwerte ermittelt und durch die Maschinensteuerung kompensiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19904472 A1 [0002]
- DE 10155078 B4 [0002]
- DE 10329590 B3 [0002]

Claims

Einrichtung zur Messung und Kompensation thermischer Verformungen an einer Werkzeugmaschinenpinole, wobei die Werkzeugmaschinenpinole eine Werkzeugaufnahme für Werkzeuge mit einem Werkzeughalter und einem Kegel zum Kraftschluss (7) mit einer metallischen Pinole hat, die Pinole (5) und ein koaxial in der Pinole liegendes, in der Länge bis an das Ende der Pinole im Lagerschlitten reichendes Bauelement (1) mit mindestens einem 3-fach niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Pinole in einer Hohlspindel, die in einer Bearbeitungseinheit drehbar gelagert ist, längs verschiebbar geführt sind und bei Temperaturänderungen die Längenänderungen der Pinole (5) gegenüber dem eine Messhülse aufweisendes Bauelement (1) aus beispielsweise einem Kohlenfaserverbundwerkstoff aufgrund der unterschiedlichen Größen der beiden Wärmeausdehnungskoeffizienten mittels eines am Lagerschlitten befestigten Sensors (2) als Ausgangssignale erfasst werden und über eine Auswerteelektronik und Maschinensteuerung in Kompensationswerte für die lagegeregelte Pinolenverstellung mittels des Lagerschlittens gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass am anderen Ende des Werkzeugspannsystems (7) ein mit dem Längenänderungsbezugsstab (1) und einem Achsantriebsgehäuse (6) verbundener Sensor (2) angeordnet ist, wobei die Positionswerte der Pinole (5) direkt durch einen am Achslagergehäuse (6) vorhandenen Lesekopf (3) und einen an der Werkzeugmaschine befestigten Maßstab (4) erfasst werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationswert für die Maschinensteuerung ein um die Längenänderung des Längenänderungsbezugsstabes (1) korrigierter Messwert der Längenänderung der Pinole (5) ist.