DE2509586C3 - Einrichtung zum Einstellen einer Werkzeugschneide an einer spanabhebenden Werkzeugmaschine - Google Patents

Einrichtung zum Einstellen einer Werkzeugschneide an einer spanabhebenden Werkzeugmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs erläuterten Art.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (»Machinery and Production Engineering«, 6. Januar 1971, Seiten 31—36) enthält die photoelektrische Schalteinrichtung eine umlaufende Lochscheibe, die einen Lichtstrahl in den Werkzeugbereich treten läßt. Diese Schalteinrichtung spricht auf Schwankungen in der Stärke des Lichtstrahls an, wenn dieser durch die Werkzeugschneide mehr oder weniger stark abgeblendet wird. Findet eine solche Abblendung nicht statt, dann wird mittels numerischer Steuerung Her Vorschub der Werkzeugschneide solange ingang gesetzt, bis die Werkzeugschneide den Lichtstrahl abzublenden beginnt und die Lichtstärke verringert. Bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes übt dann die Einrichtung eine Abschaltfunktion in der Weise aus, daß der Vorschub in der entgegengesetzten Richtung erfolgt. Auf diese Weise wird die Werkzeugschneide bis in eine Lage verfahren, in welcher der Lichtstrahl hinter dem Werkzeug eine bestimmte Sollstärke erreicht. Dieser Vorgang erfolgt zunächst in der einen und dann in der anderen Koordinatenrichtung. Außer von der Lage der Werkzeugschneide hängt aber die Lichtstärke des Strahles noch von anderen Faktoren ab, z. B. von Verunreinigungen der optischen Elemente des Projektors und von der Spannung der Lichtquelle. Auch ist die Toleranzbreite der Schaltschwelle relativ groß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Einrichtung zu steigern und außerdem störungsanfällige mechanisch bewegte Elemente, wie die Lochscheibe, zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schalteinrichtung aus einer aus entlang einer Linie angeordneten Photodioden bestehenden Photodiodenzeile, die senkrecht zur ersten Koordinatenrichtung und parallel zur zweiten Koordinatenrichtung verläuft, zum Abschalten des in der ersten Koordinatenrichtung wirksamen Vorschubantriebs und einer bestimmten, aus den Dioden der Photodiodenzeile ausgewählten Photodiode zum Abschalten des in der zweiten Koordinatenrichtung wirksamen Vorschubantriebs gebildet ist
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine Drehmaschine mit einem Werkzeugträger, die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüstet ist,
F i g. 2 das ir. F i g. 1 gezeigte Gehäuse in größerem Maßstab mit den darin befindlichen und daran angebrachten Aggregaten jener Einrichtung,
Fig.3 ein Schema zur Erläuterung des Zusammenwirkens dieser Aggregate und
Fig.4 bis 7 aufeinanderfolgende Phasen beim Einstellen einer bogenförmig gekrümmten Werkzeugschneide.
F i g. 1 zeigt eine numerisch gesteuerte Drehmaschine, deren Bett 10 den Spindelstock 12 mit der darin gelagerten waagerechten Werkzeugspindel trägt und eine zu deren Achse parallele Gleitbahn zur Aufnahme eines Bettschlittens 14 aufweist Ein auf dem Bettschlitten 14 angeordneter Planschlitten 1 trägt einen Werkzeugträger 32, in den ein Halter 33 mit einem darin fest eingespannten Werkzeug W einsetzbar ist, das in F i g. 2 für sich alleine herausgezeichnet ist. Der Halter 33 mit dem eingespannten Werkzeug W wird einem WerkzeugL-peicher 16 entnommen, der um eine lotrechte Achse drehbar ist.
Die Stellung des Werkzeugs Win der Längsrichtung der Maschine, d.h. in der Z-Richtung und in der Verschieberichtung des Planschlittens 15, d. h. in der X- Richtung, werden durch die numerisch gesteuerten Vorschübe des Bettschlittens 14 und des Planschlittens 15 bestimmt.
Mit Bezug auf die Maschinenkoordinaten muß jede Schneide des im Träger 32 eingesetzten Werkzeugs W eine bestimmte Ausgangslage einnehmen. Das sucht man dadurch zu erreichen, daß man die Werkzeuge W gegenüber ihren in den Werkzeugspeicher 16 eingesetzten Haltern 33 auf einem Voreinstellgerät einstellt. Dennoch können die Werkzeugschneiden von ihrer Sollstellung abweichen, z. B. wegen der Auswechselung des Werkzeughalters 33 bei Entnahme aus dem Speicher 16 oder infolge von Verschleiß oder Beschädigung der Schneide.
Um nun die dadurch bedingten Fehler zu vermeiden, ist die Maschine mit der nachstehend beschriebenen Einrichtung versehen.
Auf dem Spindelstock 12 ist starr, aber einstellbar, ein waagerechter Längsträger 18 befestigt, der bis über den Bettschlitten 14 ragt und dort ein Gehäuse 20 trägt, das man in eine ganz bestimmte Lage mit Bezug auf die X-Achse und Z-Achse der Maschine bringen kann. Eine vertikale Stange 22 verbindet das Gehäuse 20 starr, aber vertikal verstellbar, mit einem waagerechten länglichen hohlen Gehäuse 24, das sich nach vorn erstreckend einen Lichtkopf 26 aufweist. Dieser trägt gemäß F i g. 3 eine mit vertikaler Achse eingesetzte Sammellinse 27, die von unten her beleuchtet ist und dementsprechend ein Bündel 28 paralleler Lichtstrahlen aufwärts sendet. Der Lichtkopf 26 nimmt dabei eine solche Stellung ein, daß er sich unterhalb des in Fig. 1 nicht mit dargestellten Werkzeugs W befindet, dessen Halter 33 in den Werkzeugträger 32 eingesetzt ist.
Das Gehäuse 20 trägt auf seiner Oberseite ein nach vorn geneigtes Gehäuse 34, das einen Fernsehmonitor 35 mit einem Bildschirm 36 enthält.
Will man nun die Lage der Schneide des Werkzeugs
Wgenau überprüfen, dann fährt man durch Verschieben der Schlitten 14 und 15 unter numerischer Steuerung den Werkzeugträger 32 mit dem Werkzeug W in eine solche Lage, daß sich die Werkzeugschneide an einer Bezugsstelle befindet, deren Koordinaten gegenüber der X-Achse und Z-Achse festliegen. Diese Koordinaten sind so gewählt, daß dann die Werkzeugschneide mit der lotrechten Achse der Sammellinse 27 des Lichtkopfes 26 zusammenfällt Die im Gehäuse 20 befindliche Einrichtung dient dazu, etwaige Einstellungsfehler, d. h. etwaige Abstände der Werkzeugschneide von der lotrechten Achse des Lichtkopfes 26 in der X-Richtung und der Z-Richtung zu erfassen, auf dem Bildschirm 36 sichtbar zu machen und durch Verschieben des Werkzeugs W bis auf Null zu verringern. Ist das geschehen, dann befindet sich die Werkzeugschneide genau an der Bezugsstelle und kann dann durch numerische Steuerung genau in jede beliebige Lage gegenüber der -Y-Achse und der Z-Achse gebracht werden.
Der große Kreis rechts vom Lichtkopf 26 in F i g. 3 gibt den Querschnitt des Strahlenbündels 28 wieder, dessen Durchmesser beispielsweise 17 mm betragen kann. Der konzentrische kleine Kreis, der einen Durchmesser von 2,54 mm haben kann, umschließt den Bereich, in dem sich auch bei den größten in Betracht kommenden Einstellungsfehlern die Werkzeugschneide befindet, nachdem man vor Beginn des Einstellvorgangs das Werkzeug W mit Hilfe der numerischen Steuerung in die Sollstellung gebracht hat. Gleichachsig rar Sammellinse 27 befindet sich im Boden des Gehäuses 20 eine Objektivlinse 37, über der sich in einigem Abstand ein Bildteiler in Gestalt eines teilweise lichtdurchlässigen Spiegels 38 befindet. Dieser läßt die aus der Objektivlinse 37 austretenden Lichtstrahlen nur zum Teil hindurch bis zu einer Verlängerungsoptik 40 und wirft den restlichen Anteil des Lichts in Richtung des Pfeiles 42, so daß beispielsweise in der Ebene 44, die parallel zur gemeinsamen Achse der Elemente 27, 37 und 40 verläuft, ein reelles Bild der Werkzeugschneide erzeugt wird. Parallel zur Ebene 44 ist ein zweiter Projektor mit der Achse 46 angeordnet. Dieser erzeugt in der Ebene 44 das reelle Bild eines Fadenkreuzes 48 und enthält zu diesem Zweck ein Objektiv 50 und hinter diesem einen halbdurchlässigen Spiegel 52, der zusätzlich zum Spiegel 38 angeordnet ist und dem Zweck dient, das durch das Objektiv 50 erzeugte reelle Bild des Fadenkreuzes 48 dem Bild der Werkzeugschneide in der Ebene 44 zu überlagern. Dieses reelle Bild wird durch eine Fernsehkamera 54 aufgenommen, die durch ein Kabel 56 mit dem Monitor 35 verbunden ist. Auf dem Bildschirm 36 des Monitors 35 wird daher die Werkzeugschneide bei 58, Fig. 2, und das Fadenkreuz bei 60 abgebildet.
Die Verlängerungsoptik 40 liefert ein zweites reelles Bild der Werkzeugschneide innerhalb eines Gehäuses 62. Dieses reelle Bild, das beispielsweise in der Ebene 64, F i g. 3, liegen kann, ist in den F i g. 4 bis 9 wiedergegeben. In der Ebene 64 befindet sich im Gehäuse 62 parallel zur X-Achse eine an sich bekannte lineare ' Photodiodenzeile 66, die ei:.;;i Teil einer integrierten Schaltung bildet und längs einer geraden Linie ausgerichtet aus einer großen Anzahl von Photodioden besteht. Die Anzahl dieser Photodioden kann sich z. B. auf 256 belaufen. <
In F i g. 2 ist die räumliche Darstellung der in F i g. 3 schematisch wiedergegebenen Elemente der Schalteinrichtung ersichtlich. Über der in den Boden des Gehäuses 20 eingesetzten Objektivlinse 37 befindet sich das den Spiegel 38 enthaltende Gehäuse 39 und über diesem das Gehäuse 62. Die Verlängerungsoptik 40 kann in den Boden des Gehäuses 62 eingesetzt sein. Neben dem Gehäuse 39 befindet sich ein den Spiegel 52 enthaltendes Gehäuse 53 und neben diesem die Fernsehkamera 54, deren Kabel 56 in F i g. 2 nicht wiedergegeben ist
Hinter dem Gehäuse 54 befindet sich ein Gehäuse 23, das eine Lichtquelle 25 enthält In den Lichtkopf 26 mündet ein Glasfaser-Lichtleiter 68, der durch das Gehäuse 24 zu dem Gehäuse 23 führt Durch diesen Glasfaserlichtleiter 68 wird die Sammellinse 27 von unten her angestrahlt
Zum Verstellen der Stange 22 in vertikaler Richtung dient eine Kolbenzyiindereinheit 70, die am Gehäuse 20 befestigt ist und deren Kolben die Stange 22 trägt.
In F i g. 4 bis 7 ist das Schattenbild der kreisbogenförmig abgerundeten Werkzeugschneide des Werkzeugs !■^wiedergegeben.
Hat man durch Drehen des Speichers 36 das für den Arbeitsgang erforderliche Werkzeug IVausgewählt und samt seinem Halter 33 in den Werkzeugträger 32 eingesetzt, dann fährt man es durch Verschieben der Schlitten 15 und 14 in Richtung der X-Achse und der Z-Achse in die Bezugsstellung, deren Koordinaten bekannt sind. Befindet sich das Werkzeug W genau in der Bezugsstellung, tangiert sein Schattenbild die Photodiodenzeile 66, wie es Fig. 5 zeigt. Indessen sei angenommen, daß es an der gewünschten Genauigkeit der Einstellung fehlt und daß sich daher das Schattenbild in der in F i g. 4 gezeigten Lage befindet, also einen Abstand A von der Photodiodenzeile 66 hat. Die Photodiodenzeile 66 ist nun mit einer elektronischen Auswerteschaltung 72, Fig.3, verbunden. Mit Hilfe dieser Schaltung 72 kann die eine oder die andere der beiden Schaltstellungen der Photodioden festgestellt werden, je nachdem, ob die zugeordnete Diode belichtet oder beschattet ist. Die Dioden werden hierzu in an sich bekannter Weise mit einer sehr hohen Frequenz laufend abgefragt. Ergibt sich dabei, daß keine der Dioden beschattet ist, dann wird z. B. mit Hilfe der Auswerteschaltung 72 der Vorschub des Pianschlittens 15 in der X-Richtung ingang gesetzt. Das hat zur Folge, daß das Schattenbild 58 der Werkzeugschneide aus der Stellung der Fig.4 in die Stellung der Fig.5 wandert und die Photodiodenzeile 66 berührt. Sobald diese beschattet wird, spricht die Auswerteschaltung 72 an und sendet einen Impuls, durch den nach Zurücklegen der Strecke A der Vorschub in der X-Achse beendet wird. Der Radius R der Abrundung der Werkzeugschneide ist bekannt. Er ist bei der Programmierung des Einstellvorganges berücksichtigt. Nachdem nun die Lage der F i g. 5 erreicht ist, wird z. B. durch das Programm der numerischen Steuerung ein Vorschub in der Z-Richtung von der Länge L1 F i g. 6, eingeschaltet, die etwa der Länge der Photodiodenzeile 66 einschließlich Maß R entsprechen kann oder diese etwas übertrifft. Anschließend erfolgt dann ein Vorschub in der X-Richtung um die Strecke R. Dadurch kommt das Schattenbild 58 im Verhältnis zur Photodiodenzeile 66 in die in Fig.6 dargestellte Lage, in der sich der Mittelpunkt des bogenförmigen Scliattenprofils 58 auf der Längsachse der Photodiodenzeile 66 befindet. Ist diese Stellung erreicht, dann folgt ein Vorschub in der Z-Richtung, z. B. nach links. Dabei schiebt sich dann das Schattenbild 58 vom rechten Ende her über die Photodiodenzeile 66. Mit Hilfe der Auswerteschaltune 72 wird nun bei Beschatten
einer einzelnen vorbestimmten Photodiode, beispielsweise der Photodiode 74, wiederum ein Impuls ausgegeben. Dieser beendet den Vorschub in Z-Richtung und setzt dadurch das Werkzeug Wm der in F i g. 7 gezeigten Stellung still. Der Vorschub in der Z-Richtung von der Lage der F i g. 6 bis in die Lage der F i g. 7 hat die Länge M. Ausgehend von der Anfangsstellung der F i g. 4 hat das Werkzeug W also in der Z-Richtung den Vorschub L-M und in der X-Richtung den Vorschub A + R verfahren.
Die in F i g. 7 gezeigte Lage liegt mit Bezug auf das Bett der Drehmaschine eindeutig fest. Sie ist gegeben durch die Einstellung des Trägers 18, durch die Lage der Photodiodenzeile 66 und der innerhalb der Photodiodenzeile 66 besonders ausgewählten Diode 74 sowie durch den Radius R, also durch die Gestalt des Werkzeugs W. Von dieser in F i g. 7 gezeigten Ausgangsstellung aus kann man daher durch numerische Steuerung das Werkzeug W mit großer Genauig keit in jede gewünschte Lage bringen. (Voraussetzunj hierfür ist jedoch, daß die Werkzeugschneide in de lotrechten V-Richtung nicht mehr als etwa 0,1 mm voi der Sollstellung abweicht.)
Im übrigen kann man die Verschiebung de Werkzeugs Win der X-Richtung und in der Z-Richtunj jedoch auch von Hand herbeiführen und sich dabe durch das auf dem Bildschirm 36 ersichtliche Bild leitet lassen. Um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen muß man dabei aber die Signale 78, F i g. 3, beachten welche die Auswerteschaltung 72 aussendet, wenn di< Werkzeugschneide die Stellung der F i g. 5 und späte die Stellung der F i g. 7 erreicht hat. Zu diesem Zweci können an die Auswerteschaltung 72 ein oder mehren Signalgeber angeschlossen sein, die das Erreichen de mit der Werkzeugschneide anzusteuernden Positionei in X-und Z-Richtung anzeigen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Einrichtung zum Einstellen einer Werkzeugschneide in zwei Koordinatenrichtungen auf einen Bezugspunkt an einer spanabhebenden Werkzeugmaschine, welche eine den beiden Richtungen sowie der Werkzeugmaschine fest zugeordnete photoelektrische Schalteinrichtung, auf welche ein Projektor ein Schattenbild der Schneide des Werkzeugs projiziert, eine Auswertelektronik und in je einer der beiden Richtungen wirksame Vorschubantriebe für das Werkzeug umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einer aus entlang einer Linie angeordneten Photodioden bestehenden Photodiodenzeile (66), die senkrecht zur ersten Koordinatenrichtung und parallel zur zweiten Koordinatenrichtung verläuft, zum Abschalten des in der ersten Koordinatenrichtung wirksamen Vorschubantriebs und einer bestimmten, aus den Dioden der Photodiodenzeiie ausgewählten Photodiode (74) zum Abschalten des in der zweiten Koordinatenrichtung wirksamen Vorschubantriebs gebildet ist.
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