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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeughaltevorrichtung.
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Zum
exakten Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere
mit einer mehrspindeligen Werkzeugmaschine, ist es sinnvoll, die
Bearbeitungswerkzeuge jeweils exakt positioniert in den Werkzeugfuttern der
Spindeln einzuspannen. Zur exakten Positionierung eines Werkzeugs
in einem Werkzeugfutter ist aus der
EP 1 155 765 A1 ein Verfahren und ein Werkzeugfutter
bekannt, bei dem das Werkzeug in einer kleinen Stützöffnung gehalten
wird und vor dem Befestigen des Werkzeugs im Werkzeugfutter am Werkzeug
Kalibrierungs- oder Vermessungsvorgänge vorgenommen werden können. Hierbei
kann das Werkzeug jedoch nur mäßig exakt
fluchtend zur Aufnahmeöffnung
des Werkzeugfutters gehalten werden, so dass besonders bei langen
und/oder spitzkegeligen Werkzeugen die Gefahr einer unexakten Werkzeugvermessung
besteht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeughaltevorrichtung
anzugeben, mit dem das Werkzeug mit einer hohen Genauigkeit in einem
Werkzeugfutter positioniert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Es
wird eine Werkzeughaltevorrichtung zum Halten eines Werkzeugs an
einem Werkzeugfutter vorgeschlagen, die einen Werkzeugaufnahmebereich
zur zumindest teilweisen Aufnahme des Werkzeugs, einen Verbindungsbereich
zur Anordnung am Werkzeugfutter und eine Positionieröffnung umfasst, durch
die ein Positioniermittel an das zumindest teilweise im Werkzeugaufnahmebereich
angeordnete Werkzeug anlegbar ist. Auf eine Stützöffnung im Werkzeugfutter kann
verzichtet werden, wodurch das Werkzeugfutter kompakt gehalten werden
kann. Außerdem
ist die Werkzeughaltevorrichtung vom Werkzeugfutter trennbar und
kann daher, ohne dass in die Gestaltung und die Dimensionierungen
des Werkzeugfutters eingegriffen werden müsste, auf das genaue Halten
des Werkzeugs relativ zum Werkzeugfutter ausgerichtet werden. Eine
nicht exakt mit dem Werkzeugfutter fluchtende Positionierung des
Werkzeugs im Werkzeugfutter führt
bei einem Vermessen des Werkzeugs an schrägen Schneiden des Werkzeugs
zu einer Fehlbestimmung der axialen Länge des Werkzeugs. Dies gilt
insbesondere bei sehr langen Werkzeugen. Selbst ein kleiner Schrägstand der Schneide,
ein Fehler aus einer manuellen Fokussierung einer optischen Vermessungseinheit
oder der Taumel des Werkzeugs gehen unmittelbar in die Messgenauigkeit
der axialen Länge
ein. Eine Werkzeughaltevorrichtung kann mit einer sehr hohen Genauigkeit
fluchtend am Werkzeugfutter angeordnet werden. Sie kann außerdem so
an den Schaft eines Werkzeugs angepasst sein, dass das Werkzeug
in der Werkzeughaltevorrichtung ebenfalls mit der Achse des Werkzeugfutters
fluchtend gehalten ist. Es werden somit beim Vermessen von beispielsweise sehr
langen Werkzeugen oder von schrägen
charakteristischen Elementen des Werkzeugs, wie beispielsweise eine
Schneide, aus radialen Positionierungsungenauigkeiten resultierende
Messfehler weitgehend vermieden.
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Durch
die Anlegbarkeit des Positioniermittels an das Werkzeug kann zusätzlich die
Position des Werkzeugs mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Die
so ermittelte Position des Werkzeugs kann zu einer Positionierung
des Positioniermittels in der Weise verwendet werden, dass das Werkzeug
bei einer Anlage an das Positioniermittel im Werkzeugfutter in der gewünschten
Soll-Position angeordnet ist. Durch die direkte Anlegbarkeit des
Positioniermittels ist außerdem
gewährleistet,
dass beim Messen zum Vorpositionieren und beim Auflegen des Werkzeugs
auf das Positioniermittel vor einem Befestigungsvorgang, z.B. durch
Einschrumpfen, die identische Anschlagstelle und der identische
Anschlag Verwendung findet. Dies ist besonders bei Werkzeugen mit
Innenkühlung
vorteilhaft, die einen Innenkanal im Werkzeuginneren aufweisen und
daher nur schwer per Anschlag zu positionieren sind.
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Unter
einem Werkzeugfutter wird jede Vorrichtung verstanden, die zur Halterung
des Werkzeugs während
eines Arbeitsgangs des Werkzeugs an einem Werkstück vorgesehen ist. Insbesondere wird
ein Schrumpffutter zum thermischen Einschrumpfen des Werkzeugs darunter
verstanden. Der Werkzeugaufnahmebereich dient vorzugsweise zur Aufnahme
des Schafts des Werkzeugs. Mit dem Verbindungsbereich wird die Werkzeughaltevorrichtung am
Werkzeugfutter angeordnet. Unter einer solchen Anordnung ist ein
berührendes
Zusammenführen
zu verstehen, wie beispielsweise ein Aufeinanderstellen, oder eine
formschlüssige
oder kraftschlüssige
Verbindung. Der Verbindungsbereich kann auch zumindest teilweise
im Werkzeugfutter angeordnet sein. Die Positionieröffnung ist
zweckmäßigerweise
im Verbindungsbereich angeordnet.
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Zweckmäßigerweise
ist der Werkzeugaufnahmebereich bei im Verbindungsbereich angeordnetem
Werkzeugfutter zur mit einer Aufnahmeöffnung des Werkzeugfutters
fluchtenden Halterung des Werkzeugs vorgesehen. Das Werkzeug kann
auf diese Weise außerhalb
des Werkzeugfutters so ausgerichtet gehalten werden, wie es in befestigtem
Zustand im Werkzeugfutter gehalten ist. Auf diese Weise kann eine
Vermessung des Werkzeugs einfach durchgeführt werden.
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Eine
einfache Anordnung des Verbindungsbereichs im Werkzeugfutter kann
dadurch erreicht werden, dass der Verbindungsbereich einen Schaft zur
Anordnung in einer Aufnahmeöffnung
des Werkzeugfutters aufweist. Der Schaft kann in das Werkzeugfutter
eingesteckt und in der Aufnahmeöffnung zweckmäßigerweise
exakt positioniert gehalten werden.
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Eine
sehr exakte Ausrichtung und zweckmäßigerweise spielfreie Anordnung
des Werkzeugs im Werkzeugaufnahmebereich kann erreicht werden, indem
im Werkzeugaufnahmebereich ein zur elastischen Verformung vorgesehenes
Halteelement angeordnet ist. Ein solches Halteelement kann in besonders
einfacher Weise einen O-Ring umfassen, wobei auch andere elastische
Mittel denkbar sind, die zum Anliegen am Werkzeug und zum Halten desselben
vorgesehen sind. Mit analogem Vorteil ist im Verbindungsbereich
ein zur elastischen Verformung vorgesehenes Halteelement angeordnet,
wodurch der Verbindungsbereich, der beispielsweise als Schaft ausgebildet
ist, genau positioniert und zweckmäßigerweise spielfrei am Werkzeugfutter
angeordnet werden kann, worunter auch eine zumindest teilweise Anordnung
im Werkzeugfutter zu verstehen ist.
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Ein
weiterer Vorteil kann erreicht werden, wenn im Werkzeugaufnahmebereich
ein beweglich gelagertes Halteelement angeordnet ist. Durch die bewegliche
Lagerung des Halteelements kann ein Werkzeug besonders einfach in
den beispielsweise als Werkzeugaufnahmeöffnung ausgestalteten Werkzeugaufnahmebereich
eingeführt
werden und Gleitreibung beim Einführen des Werkzeugs zumindest
weitgehend vermieden werden. Mit analogem Vorteil ist das beweglich
gelagerte Halteelement im Verbindungsbereich angeordnet, was bezüglich der Lagerung
des Verbindungsbereichs am Werkzeugfutter vorteilhaft ist. Das beweglich
gelagerte Halteelement kann ein Wälzkörper, insbesondere eine Kugel
oder ein Wälzkörperkäfig, insbesondere
ein Kugelkäfig,
sein.
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Vorteilhafterweise
ist das Halteelement ein Wälzkörperkäfig, beispielsweise
ein Kugelkäfig
oder ein Walzkäfig,
wobei auch andere Formen der Wälzkörper denkbar
sind. Hierdurch kann eine besonders einfache Anordnung des Halteelements
im Verbindungsbereich oder im Werkzeugaufnahmebereich erreicht werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Anordnung des Verbindungsbereichs am Werkzeugfutter
kann erreicht werden, wenn der Verbindungsbereich eine Innenwand
zur Anordnung um eine Außenwand
des Werkzeugfutters aufweist. Die Werkzeughaltevorrichtung kann
mit dem Verbindungsbereich auf das Werkzeugfutter aufgesteckt werden,
wobei bei einer zweckmäßigerweise
konischen Ausführung
der Außenwand
des Werkzeugfutters ein Verkanten des Verbindungsbereichs an der
Außenwand
vermieden werden kann. Die Werkzeughaltevorrichtung kann auf diese
Weise spielfrei und somit exakt positioniert am Werkzeugfutter angeordnet
werden. Dieser Vorteil wird besonders gut erreicht, wenn die Innenwand konisch
ausgeführt
ist.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird im Folgenden ein Verfahren zum Positionieren eines
Werkzeugs in einem Werkzeugfutter beschrieben, bei dem eine Werkzeughaltevorrichtung
am Werkzeugfutter angeordnet und das Werkzeug von der Werkzeughaltevorrichtung
gehalten wird und ein charakteristisches Element des Werkzeugs zur
Positionierung eines Positioniermittels abgetastet wird, wobei mit
Hilfe des Positioniermittels eine Kraft durch eine Positionieröffnung in
der Werkzeughaltevorrichtung hindurch auf das Werkzeug aufgebracht
wird. Das Werkzeug kann, wie oben beschrieben, durch die Werkzeughaltevorrichtung
sehr genau in einer gewünschten
Ausrichtung am Werkzeugfutter gehalten und das Werkzeug so vermessen
werden. Durch das Aufbringen der Kraft auf das Werkzeug, beispielsweise
durch ein direktes oder indirektes Anlegen des Positioniermittels
am Werkzeug, kann das Positioniermittel ohne Eichung oder Kalibrierung
anschließend
in eine Position gebracht werden, in der das an das Positioniermittel
angelegte Werkzeug sehr exakt in einer gewünschten Stellung positioniert ist.
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Die
Werkzeughaltevorrichtung ist am Werkzeugfutter angeordnet, wobei
sie hierbei auch teilweise im Werkzeugfutter angeordnet, beispielsweise eingesteckt,
sein kann. Das charakteristische Element kann eine Spitze des Werkzeugs
oder eine Kante, Schneide, Flanke, Seite, Kontur, Hüllkurve oder
ein anderes bei einer Werkstückbearbeitung wichtiges
Element des Werkzeugs sein. Das Abtasten des charakteristischen
Elements des Werkzeugs kann mechanisch, beispielsweise durch ein
Anlegen eines Messelements, oder berührungslos, beispielsweise optisch
durch die Aufnahme eines Bildes des Elements, geschehen.
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Vorteilhafterweise
bleibt die Kraft auf das Werkzeug während des Vermessens des charakteristischen
Elements aufrecht erhalten. Es kann auf diese Weise während des
Vermessens ein Positionsbezug zwischen dem charakteristischen Element
und dem Positioniermittel erhalten bleiben, wodurch eine exakte
Positionierung des Werkzeugs im Werkzeugfutter erreicht werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil wird erreicht, indem das Positioniermittel vor
dem Vermessen des charakteristischen Elements an das Werkzeug angelegt
und das Werkzeug beim Anlegen abgetastet wird. Durch das Anlegen
und den dadurch zustande kommenden Kraftfluss kann das Werkzeug
ein Stück
weit bewegt werden. Diese Bewegung kann durch das Abtasten erfasst
und als Trigger zum Starten der Vermessung des charakteristischen
Elements verwendet werden. Das Abtasten kann mechanisch oder berührungslos auf
optischem Weg geschehen, wobei auch eine elektrische Abtastung,
beispielsweise durch eine kapazitive Messung, denkbar ist. Vorzugsweise
wird das charakteristische Element abgetastet.
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Zweckmäßigerweise
wird durch das Anlegen eine Bewegung des Werkzeugs bewirkt und die
Bewegung als Trigger zum Stoppen der Bewegung des Positioniermittels
verwendet. Hierdurch kann auf einfache Weise das Positioniermittel
aus seiner unbekannten Position so lange bewegt werden, bis die
Bewegung des Werkzeugs durch den zustande gekommenen Kraftfluss
registriert wird. Auch ohne Kenntnis der Position des Positioniermittels
kann ein Vermessungsvorgang gestartet und eine exakte Positionierung
des Werkzeugs im Werkzeugfutter erreicht werden.
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Eine
zuverlässig
exakte Vermessung des charakteristischen Elements kann erreicht
werden, indem das Werkzeug vor dem Vermessen des charakteristischen
Elements durch das Positioniermittel in der Werkzeughaltevorrichtung
angehoben wird und während
des Vermessens angehoben bleibt.
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Ein
automatisierter und damit kostengünstiger Ablauf des Vermessens
des charakteristischen Elements kann erreicht werden, indem eine
Vermessungsoptik auf einen vorbestimmten Punkt fokussiert wird,
die Vermessungsoptik bei fehlendem oder sichtbarem Werkzeug im Blickfeld
der Vermessungsoptik in Axialrichtung eines Werkzeugaufnahmebereichs
der Werkzeughaltevorrichtung an das Werkzeug angenähert beziehungsweise
vom Werkzeugfutter entfernt wird und nach Erscheinen des charakteristischen
Elements im Blickfeld dessen Ist-Position bestimmt und danach die
Kraft auf das Werkzeug aufgebracht wird. Durch einen solchen automatischen
Suchlauf der Vermessungsoptik, beispielsweise einer Kamera verbunden
mit einem Beleuchtungselement, kann ein manuelles Einstellen der
Vermessungsoptik auf das charakteristische Element verzichtet werden.
Der vorbestimmte Punkt liegt vorzugsweise in Axialrichtung vom charakteristischen Element
des Werkzeugs. Der Punkt kann beispielsweise an einer Sichtkante
des Schafts des Werkzeugs angeordnet sein und die Vermessungsoptik
so bewegt werden, dass das Blickfeld entlang der Sichtkante des
Werkzeugs bis zum charakteristischen Element fährt.
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Zweckmäßigerweise
wird nach dem Aufbringen der Kraft die Ist-Position zur Bestimmung der Soll-Position
des Positioniermittels erneut gemessen. Durch die erste Bestimmung
der Ist-Position
des charakteristischen Elements kann eine Bewegung des Werkzeugs
durch ein Anlegen des Positioniermittels am Werkzeug registriert
werden, nämlich
indem sich das charakteristische Element aus der ersten Ist-Position
herausbewegt. Zur Bestimmung der Soll-Position des Positioniermittels
wird die Ist-Position des charakteristischen Elements neu vermessen, um
eine exakte Positionierung des Werkzeugs im Werkzeugfutter zu erreichen.
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Vorteilhafterweise
werden das Werkzeug und die Werkzeughaltevorrichtung nach dem Vermessen
voneinander getrennt, und das Werkzeug wird in das Werkzeugfutter
eingesetzt. Durch diese Trennung von Werkzeughaltevorrichtung und
im Werkzeug befestigtem Werkzeugfutter kann das Werkzeugfutter besonders
einfach ausgeführt
sein, beispielsweise in Form eines handelsüblichen Standard-Werkzeugfutters.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Werkzeugeinstell- und Messgeräts,
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2 einen
Schnitt durch ein Werkzeugfutter mit einem Positioniermittel und
einer Werkzeughaltevorrichtung,
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3 das
Werkzeugfutter aus 2 mit positioniertem Werkzeug,
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4 eine
alternative Werkzeughaltevorrichtung mit eingestecktem Werkzeug,
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5 ein
weiteres Werkzeugfutter mit einer aufgesteckten Werkzeughaltevorrichtung
in geschnittener Darstellung,
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6 die
Werkzeughaltevorrichtung aus 5 mit einem
Halteelement beim Prozess des Einführens des Werkzeugs,
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7 das
in das Halteelement eingeführte Werkzeug
und
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8 ein
Detail des Halteelements aus 7.
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Das
in 1 gezeigte Einstell- und Messgerät 2 umfasst
einen Optikträger 4,
ein Kamerasystem mit einer als Kamera ausgeführten Vermessungsoptik 6,
eine Steuereinheit 8, einen Induktionsschlitten 10,
eine Induktionsspule 12 und eine Werkzeugaufnahmespindel 14.
Außerdem
weist das Einstell- und Messgerät 2 eine
Auswerteeinheit 16 und ein automatisches Längeneinstell-
und Anschlagsystem mit einem Positioniermittel 18 auf.
In der Werkzeugaufnahmespindel 14 ist ein Werkzeugfutter 20 befestigt, in
das eine Werkzeughaltevorrichtung 22 eingebracht ist. In
die Werkzeughaltevorrichtung 22 ist ein als Schaftwerkzeug
ausgebildetes Werkzeug 24 eingesteckt. Die erwähnten Elemente
sind gemäß den gezeigten
Pfeilen verfahrbar.
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Ein
Verfahren zum Befestigen des Werkzeugs 24 im Werkzeugfutter 20 wird
im Folgenden anhand der 1 bis 4 beschrieben.
Das Werkzeugfutter 20 wird in die Aufnahmespindel 14 eingesetzt
und vorzugsweise dort eingespannt. Danach wird die Werkzeughaltevorrichtung 22 mit
einem als Schaft ausgeformten Verbindungsbereich 26 in
eine Aufnahmeöffnung 28 des
Werkzeugfutters 20 eingesetzt. Der Verbindungsbereich 26 dient
zur Anordnung der Werkzeughaltevorrichtung 22 am Werkzeugfutter 20 und
ist im Schaft so geschliffen, dass er ohne Erwärmung eines Aufnahmebereichs 30 des Werkzeugfutters 20 gleitend
und nahezu spielfrei in die Aufnahmeöffnung 28 eingesetzt
werden kann. Oberhalb des Verbindungsbereichs 26 weist
die Werkzeughaltevorrichtung 22 einen Werkzeugaufnahmebereich 32 mit
einer Werkzeugaufnahmeöffnung 34 auf,
die so ausgeführt
ist, dass das Werkzeug 24 nahezu spielfrei eingesetzt werden
kann. Das Werkzeug 24 kann hierbei so weit in die Werkzeugaufnahmeöffnung 34 eingedrückt werden,
bis es mit seinem Schaftende am Boden der Werkzeugaufnahmeöffnung 34 anliegt.
Der Werkzeugaufnahmebereich 32 ist bei im Verbindungsbereich 26 angeordnetem
Werkzeugfutter 20 zur mit der Aufnahmeöffnung 28 des Werkzeugfutters 20 fluchtenden
Halterung des Werkzeugs 24 vorgesehen.
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Nach
dem Einsetzen des Werkzeugs 24 in die Werkzeughaltevorrichtung 22 wird
ein dem Werkzeug 24 zugeordneter Datensatz in die Auswerteeinheit 16 geladen.
Der Auswerteeinheit 16 ist zu diesem Zeitpunkt bekannt,
um was für
ein Werkzeug 24 es sich handelt und auf welche Soll-Position
Zsoll es im Werkzeugfutter 20 positioniert
und anschließend eingeschrumpft
werden soll. Nun wird ein Messablauf mit Hilfe der Steuereinheit 8 von
einem Bediener gestartet, wodurch die Vermessungsoptik 6 mit
ihrem Blickfeld 36 auf einen vorbestimmten Punkt fokussiert
wird. Der Punkt liegt beispielsweise in einer vorgegebenen Höhe über einem
Bezugspunkt des Werkzeugfutters 20 und auf einer Sichtkante
eines zylinderförmigen
Schafts 38 des Werkzeugs 24. Im Blickfeld 36 der
Vermessungsoptik 6 ist das Werkzeug 24 sichtbar.
Diese Sichtbarkeit wird von der Auswerteeinheit 16 registriert
und die Vermessungsoptik 6 wird so verfahren, dass das
Blickfeld 36 in Axialrichtung 40 vom Werkzeugfutter 20 entfernt – also nach
oben verfahren – wird.
Schließlich
erscheint ein charakteristisches Element 42 des Werkzeugs 24, beispielsweise
eine Schneidenkante, im Blickfeld 36, wodurch das charakteristische
Element 42 optisch abgetastet wird. Das charakteristische
Element 42 wird von der Auswerteeinheit 16 erkannt,
die Bewegung der Vermessungsoptik 6 wird gestoppt, und
die Ist-Position Zist des charakteristischen
Elements 42 bestimmt. Die Ist-Position Zist bezieht
sich hierbei auf die Lage des charakteristischen Ele ments 42 relativ zu
einem festen Bezugspunkt auf dem Werkzeugfutter 20. Es
ist ebenso gut möglich,
ein Blickfeld 36a der Vermessungsoptik 6 auf einen
vorbestimmten Punkt zu richten, der oberhalb des Werkzeugs 24 liegt,
so dass das Werkzeug 24 im Blickfeld 36a fehlt. In
diesem Fall wird von der Auswerteeinheit 16 eine Bewegung
der Vermessungsoptik 6 in Axialrichtung 40 nach
unten gestartet und die Vermessungsoptik 6 an das Werkzeugfutter 20 angenähert, so
lange, bis das charakteristische Element 42 im Blickfeld 36a der Vermessungsoptik 6 erscheint.
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Nach
Abschluss der Bestimmung der Ist-Position Zist des
charakteristischen Elements 42 wird das Positioniermittel 18 in
Form eines stangenartigen Stößels von
einem nicht gezeigten Antrieb aus einer Ruheposition nach oben verfahren.
Das Positioniermittel 18 wird hierbei mit einem oberen
Anschlag 46 durch eine Positionieröffnung 48 im Verbindungsbereich 26 der
Werkzeughaltevorrichtung 22 hindurch geführt, und
zwar so lange, bis der Anschlag 46 an den Schaft des Werkzeugs 24 anstößt. Durch
dieses Anlegen des Positioniermittels 18 an das Werkzeug 24 wird
das Werkzeug 24 leicht angehoben, beispielsweise um einige
Hundertstel Millimeter bis wenige Millimeter.
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Während des
Hochfahrens des Positioniermittels 18 wird das charakteristische
Element 42 durch die Vermessungsoptik 6 abgetastet
und das im Blickfeld 36, 36a erscheinende Bild
des charakteristischen Elements 42 wird von der Auswerteeinheit 16 regelmäßig auf
eine Bewegung hin untersucht. Die Bewegung des charakteristischen
Elements 42, beispielsweise um einige Zehntelmillimeter,
verursacht durch das Anstoßen
des Anschlags 46 an den Werkzeugschaft, wird mit Hilfe
der Vermes sungsoptik 6 von der Auswerteeinheit 16 erfasst
und als Trigger zum Stoppen der Bewegung des Positioniermittels 18 verwendet.
Anschließend
ruht das Werkzeug 24, vom Werkzeugaufnahmebereich 32 gehalten,
auf dem Positioniermittel 18.
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Nun
wird das charakteristische Element 42 erneut auf seine
Ist-Position Zist hin vermessen, und in
Verbindung mit der hinterlegten Soll-Position Zsoll des
charakteristischen Elements 42 wird eine Soll-Position
des Positioniermittels 18 oder ein Verfahrweg ZΔ in
diese Soll-Position bestimmt. Um diesen Verfahrweg ZΔ wird
nun das Positioniermittel 18 nach unten verfahren und dort
in einer Wartestellung gehalten.
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Im
Anschluss daran kann das Werkzeug 24 aus der Werkzeughaltevorrichtung 22 entnommen und
die Werkzeughaltevorrichtung 22 aus dem Werkzeugfutter 20 entnommen
und durch manuelles oder automatisches Einfahren der Induktionsspule 12 das Erhitzen
des Aufnahmebereichs 30 des Werkzeugfutters 20 und
damit der Einschrumpfvorgang des Werkzeugs 24 gestartet
werden. Nach ausreichender Erhitzung des Aufnahmebereichs 30 wird
das Werkzeug 24 von einem Bediener oder automatisch durch einen
Roboter in die Aufnahmeöffnung 28 des
Werkzeugfutters 20 eingesetzt, wobei es auf das bereits vorpositionierte
Positioniermittel 18 gegeben wird (3). Das
charakteristische Element 42 befindet sich nun in der gewünschten
Soll-Position Zsoll Dann wird das eingeschrumpfte
Komplettwerkzeug aus Werkzeugfutter 20 und Werkzeug 24 mit
Luft, Kühladaptern
oder wasserdurchspülten
Kühlglocken
gekühlt.
Der Einschrumpfvorgang ist beendet, und das Werkzeug 24 kann
im abgekühlten
Zustand nachgemessen werden. Das Positioniermittel 18 kann
in einen Ausgangszustand zurückgefahren
werden.
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Vorzugsweise
kann an mehrschneidigen Werkzeugen zuerst die größte aller Schneiden gesucht
und diese dann für
das Messen und Einstellen verwendet werden. Ein weiterer Vorteil
ist, dass die Länge
der Werkzeughaltevorrichtung 22 so ausgeführt werden
kann, dass sowohl die Schaftlänge
des Werkzeugs 24 selbst wie auch die Einstecktiefe ins Werkzeugfutter 20 auf
optimale Länge
ausgelegt werden kann. Somit wird ein Taumelfehler beim Messen weitgehend
vermieden. Aufgrund der einfachen und preiswerten Ausführung kann
man prinzipiell auch für
Sonderwerkzeuge oder für
unterschiedliche Schafttoleranzen einzelne Werkzeughaltevorrichtungen 22 für ein und
denselben Werkzeugtyp (Schaftdurchmesser) bereitstellen.
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Zur
zumindest teilweisen Korrektur eines eventuell vorhandenen Taumels
des Werkzeugs 24 in der Werkzeughaltevorrichtung 22 ist
es zusätzlich möglich, die
Außenkontur
des Werkzeugs 24 in vier Punkten P1,
P2, P3 und P4 zu bestimmen, beispielsweise mit Hilfe
der Vermessungsoptik 6, und daraus die theoretische Mittelachse
des Werkzeugs 24 zu ermitteln. Diese Mittelachse ist die
Verbindungsgerade von einem ersten errechneten Mittelpunkt, der zwischen
den Punkten P1 und P2 liegt,
zu einem zweiten errechneten Mittelpunkt, der zwischen den Punkten
P3 und P4 liegt.
Diese theoretische Mittelachse kann in die Ermittlung der Position
des charakteristischen Elements 42 einfließen. Eine
solche Bestimmung der theoretischen Mittelachse ist besonders bei
geradgenuteten Werkzeugen und bei Werkzeugen sinnvoll, bei denen
eine Außenkontur
des Schafts wie oben beschrieben vermessen werden kann.
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Eine
alternative Werkzeughaltevorrichtung 50 ist in 4 gezeigt.
Sowohl im Werkzeugaufnahmebereich 52 als auch im Verbindungsbereich 54 ist ein
Halteelement 56 in Form von O-Ringen angeordnet, die für eine spielfreie
Halterung des Werkzeugs 24 im Werkzeugaufnahmebereich 52 beziehungsweise
des Verbindungsbereichs 54 in der Aufnahmeöffnung 28 des
Werkzeugfutters 20 sorgen. Die O-Ringe sind jeweils in
ringförmige
Nuten der Werkzeughaltevorrichtung 50 eingesetzt und werden
von diesen in Position gehalten. Das Halteelement 56 ist aus
einem elastischen Material gefertigt und kann beispielsweise durch
das eingeführte
Werkzeug 24 in der Weise zusammengedrückt werden, dass das Werkzeug 24 mit
seinem Schaft in den Werkzeugaufnahmebereich 52 eingesetzt
werden kann und von den O-Ringen elastisch gehalten wird. In analoger Weise
hält das
Halteelement 56 im Verbindungsbereich 54 die Werkzeughaltevorrichtung 50 spielfrei und
elastisch in der Aufnahmeöffnung 28.
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Eine
weitere Werkzeughaltevorrichtung 58 ist in 5 gezeigt.
Diese Werkzeughaltevorrichtung 58 wird nicht in die Aufnahmeöffnung 28 des
Werkzeugfutters 20 eingesteckt, sondern auf eine konische
Außenwand 60 des
Werkzeugfutters 20 aufgesetzt. Hierzu weist die Werkzeughaltevorrichtung 58 in
ihrem Verbindungsbereich 62 eine konisch geformte Innenwand 64 auf,
die zur Anordnung um die Außenwand 60 des
Werkzeugfutters 20 vorgesehen ist.
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Die
Außenwand 60 und
die Innenwand 64 sind jeweils geschliffen und zueinander
passgenau ausgeführt,
so dass die Werkzeughaltevorrichtung 58 spielfrei und mit
nur geringer Verkippungsgefahr auf dem Werkzeugfutter 20 aufsitzt.
Hierbei ist ein Werkzeugaufnahmebereich 66 der Werkzeughaltevorrich tung 58 so
ausgeführt,
dass das in ihm gehaltene Werkzeug 24 fluchtend mit der
Aufnahmeöffnung 28 ausgerichtet
ist.
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Im
Werkzeugaufnahmebereich 66 der Werkzeughaltevorrichtung 58 ist
ein Halteelement 68 in Form eines Kugelkäfigs angeordnet,
der in 7 detaillierter dargestellt ist. Das Halteelement 68 weist kreisförmig um
das Werkzeug 24 herum angeordnete Reihen von Wälzkörpern 70 in
Form von Kugeln auf, wobei in Tangentialrichtung benachbarte Wälzkörper 70 jeweils
um etwas mehr als einen Kugelradius in Axialrichtung 40 versetzt
angeordnet sind. Die Wälzkörper 70 sind
aus Stahl gefertigt und weisen eine geringe, aber ausreichende Elastizität auf, um
das Werkzeug 24 elastisch und spielfrei im Werkzeugaufnahmebereich 66 zu
halten. Bei im Werkzeugaufnahmebereich 66 eingesetztem
Werkzeug 24 sind die Wälzkörper 70 zwischen
2 μm und
3 μm elastisch
zusammengedrückt.
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Zum
Einsetzen des Werkzeugs 24 in den Werkzeugaufnahmebereich 66 der
Werkzeughaltevorrichtung 58 wird zuerst das Halteelement 68 bis
zu einem Anschlag 74 (6) in eine
Werkzeugaufnahmeöffnung 76 des
Werkzeugaufnahmebereichs 66, also bis etwa zur Hälfte, eingedrückt. Anschließend wird
das Werkzeug 24 mit seinem Schaft in das Halteelement 68 eingeführt, wobei
die aus der Werkzeugaufnahmeöffnung 76 herausragenden
Wälzkörper 70 in
einem elastischen, die Wälzkörper 70 zusammenhaltenden
Verbindungsmittel 72 leicht nach außen gedrückt werden.
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Bei
weiterem Eindrücken
des Werkzeugschafts in das Halteelement 68 werden die in
der Werkzeugaufnahmeöffnung 76 obersten
Wälzkörper 70 vom
Schaft gegen die Innenwand der Werkzeugauf nahmeöffnung 76 gedrückt und
bei weiterer Bewegung des Schafts nach unten zum Rollen an der Innenwand
gezwungen. Hierdurch wird das Verbindungsmittel 72 nach
unten und in die Werkzeugaufnahmeöffnung 76 hineingezogen,
wobei der ringförmige
Anschlag 74 radial nach innen gedrückt wird. Zur Ermöglichung
dieses Eindrückens
des Anschlags 74 ist das Verbindungsmittel 72 aus
einem elastischen Kunststoff gefertigt (8).
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Nun
kann das Werkzeug 24 bis zum Werkzeugfutter 20 heruntergedrückt werden,
wobei das Halteelement 68 mit der halben Bewegungsgeschwindigkeit
des Werkzeugs 24 in die Werkzeugaufnahmeöffnung 76 hineingeführt wird.
Durch die in Axialrichtung 40 mittige Anordnung des Anschlags 74 ist
das Halteelement 68 bei vollständig in der Werkzeugaufnahmeöffnung 76 eingeführtem Werkzeugschaft
ebenfalls vollständig
innerhalb der Werkzeugaufnahmeöffnung 76 angeordnet
und hält
das Werkzeug 24 in Axialrichtung 40 und Tangentialrichtung
beweglich und in Radialrichtung unbeweglich, ein Verkippen wird
somit verhindert.
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- 2
- Einstell-
und Messgerät
- 4
- Optikträger
- 6
- Vermessungsoptik
- 8
- Steuereinheit
- 10
- Induktionsschlitten
- 12
- Induktionsspule
- 14
- Werkzeugaufnahmespindel
- 16
- Auswerteeinheit
- 18
- Positioniermittel
- 20
- Werkzeugfutter
- 22
- Werkzeughaltevorrich
-
- tung
- 24
- Werkzeug
- 26
- Verbindungsbereich
- 28
- Aufnahmeöffnung
- 30
- Aufnahmebereich
- 32
- Werkzeugaufnahmebereich
- 34
- Werkzeugaufnahmeöffnung
- 36
- Blickfeld
- 36a
- Blickfeld
- 38
- Schaft
- 40
- Axialrichtung
- 42
- charakteristisches
Ele
-
- ment
- 46
- Anschlag
- 48
- Positionieröffnung
- 50
- Werkzeughaltevorrich
-
- tung
- 52
- Werkzeugaufnahmebereich
- 54
- Verbindungsbereich
- 56
- Halteelement
- 58
- Werkzeughaltevorrich
-
- tung
- 60
- Außenwand
- 62
- Verbindungsbereich
- 64
- Innenwand
- 66
- Werkzeugaufnahmebereich
- 68
- Halteelement
- 70
- Wälzkörper
- 72
- Verbindungsmittel
- 74
- Anschlag
- 76
- Werkzeugaufnahmeöffnung
- Zist
- Ist-Position
- Zsoll
- Soll-Position
- ZΔ
- Verfahrweg