DE2739533A1

DE2739533A1 - Verfahren und vorrichtung zur werkzeuglaengeneinstellung

Info

Publication number: DE2739533A1
Application number: DE19772739533
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: DRONSEK MAX GUENTER DIPL ING; Droop & Rein
Current assignee: DRONSEK MAX GUENTER DIPL ING; Droop & Rein
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1979-03-08
Also published as: FR2401741A1; DE2739533C2; US4326824A; GB2015392B; GB2015392A; FR2401741B3; IT7827263A0; IT1098433B

Description

2)Herr Dipl.- Ing. M. G. Dronsek 8891 Klingen

Verfahren und Vorrichtung zur Werkzeuglängeneinstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Längeneinstellung der Werkzeuge der einzelnen Arbeitsspindeln einer mehrspindeligen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine auf jeweils einen Werkstückbezugspunkt als Nullpunktskoordinate des gemeinsamen Bearbeitungsprogramms. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens bei einer Werkzeugmaschine, bei der die Arbeitsspindeln am Maschinengestell in Richtung ihrer Achsen einstellbar angeordnet sind und darunter ein Werkstücktisch angeordnet ist.

Bei numerisch gesteuerten, mehrspindeligen Werkzeugmaschinen mit simultan arbeitenden Arbeitsspindeln tritt beim erstmaligen Einsetzen der Werkzeuge oder nach jedem Werkzeugwechsel das Problem auf, jede der Arbeitsspindeln für sich auf die Nullpunktskoordinate des gemeinsamen Bearbeitungsprogramms einstellen zu müssen. Zwar werden grundsätzlich für die gleichzeitige Bearbeitung der einzelnen Werkstücke entsprechend viele

909810/0408

1281 - 6 - 3.8.1977

gleiche Werkzeuge in die Arbeitsspindeln eingesetzt, jedoch haben diese Werkzeuge in der Regel trotz vorheriger geeigneter Auswahl unterschiedliche Längen. Weitere Ungenauigkeiten können durch die Werkzeugkegel sowie die Werkzeugaufnahmen in den Arbeitsspindeln auftreten. Ferner liegen auch Ungenauigkeiten in den Haltevorrichtungen für die Werkstücke, wodurch die einzelnen Werkstückbezugsflächen nicht exakt in einer Ebene liegen. Hierdurch ergeben sich in der Ausgangsposition, in der sich die Werkzeuge im Programmanfangspunkt befinden, zwischen den Werkzeugen und den Werkstücken unterschiedliche Abstände zwischen den Unterkanten der Werkzeuge und den Werkstückbezugsflächen. Da diese Differenzen erheblich größer sind als die maschinenspezifischen Bearbeitungstoleranzen sowie die zulässigen Maßtoleranzen der fertig bearbeiteten Werkstücke, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um sämtliche Werkzeuge in eine Ausgangsposition gegenüber den Werkstückbezugspunkten zu bringen, die dann als Nullpunktskoordinate für das gemeinsame Bearbeitungsprogramm festgehalten wird.

Dazu ist es bekannt, bei einer Fräsmaschine an einem auf einem Maschinentisch festgespannten Werkstück den Nullpunkt eines räumlichen Koordinatensystems festzulegen, um anschließend die Werkzeugunterkante mittels einer Meß- und Anzeigeeinrichtung in eine der von den Koordinatenachsen definierten Bezugsebene zu bringen, wobei dann nach einem bestimmten Maßstab eine Nullpunktskorrektur festgestellt und das Werkzeug zum Werkstück entsprechend zugestellt wird (DT-OS 1 652 751). Diese mechanische Einstellung der Werkzeuge mittels einer besonderen Meß- und Anzeigeeinrichtung muß bei einer mehrspindeligen Werkzeugmaschine für jede Arbeitsspindel separat vorgenommen werden. Hierfür ist ein beträchtlicher Zeitaufwand erforderlich, der vor allem bei mehrspindeligen Werkzeugmaschinen mit einem automatischen Werkzeugwechsel und auch bei kurzen Werkzeugstandzeiten mit dadurch bedingten, häufigen Werkzeugwechseln nicht vertretbar ist, weil der durch den selbstätigen Werkzeugwechsel erreichte Zeitvorteil wieder aufgezehrt würde.

909310/0408

1281 - 7 - 3.8.1977

Außerdem können sich bei der Zustellung der einzelnen Werkzeuge relativ zum betreffenden Werkstück Fehler einschleichen, wodurch das bekannte Verfahren nicht wesentlich sicherer als ein Ausmessen der Abstandsdifferenzen zwischen den Werkzeugen und den Werkstückbezugspunkten bzw. -flächen von Hand ist, was bisher allgemein durchgeführt wird.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung von werkzeugabhängigen Korrekturwerten für den Lageregelkreis einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bekannt, bei der eine in der Lage innerhalb des Maschinenkoordinatensystems bekannte Eichposition in Form eines Meßanschlages vorgesehen ist, der programmgesteuert vom Werkzeug anfahrbar ist (DT-PS 1 957 577). Diese Vorrichtung ist jedoch nur für die genaue Positionierung eines einzigen Werkzeugs geeignet, sie kann daher nicht einfach durch Vervielfachung auf eine mehrspindelige Werkzeugmaschine mit einem simultanen Bearbeitungsprogramm für sämtliche Arbeitsspindeln übertragen werden. Schließlich kommt es bei solchen mehrspindeligen Werkzeugmaschinen besonders darauf an, die Abhängigkeit der Steuerung der einzelnen Arbeitsspindeln über gemeinsame Schlitten oder Schwenkkörbe besonders zu berücks icht igen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Längeneinstellung der Werkzeuge der einzelnen Arbeitsspindeln einer mehrspindeligen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine vorzuschlagen, daß bei in Abhängigkeit voneinander gesteuerten Arbeitsspindeln ein selbstätiges, möglichst gleichzeitiges Positionieren der einzelnen Arbeitsspindeln bzw. der darin aufgenommenen Werkzeuge relativ zu den einzelnen Werkstückbezugspunkten bzw. -flächen ermöglichst. Dabei soll im Hinblick auf eine hohe Einstellgenauigkeit der einzelnen Werkzeugpositionen der Nachlauf der einzelnen Arbeitsspindeln beim Abschalten in der erreichten, vorgegebenen Position vernachlässigbar klein sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten

909810/0408 ~⁸

1281 - 8 - 3.8.1977

Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die in die Arbeitsspindeln eingesetzten Werkzeuge in Richtung ihrer einzustellenden Längen im Eilvorschub gegen je ein Meßgerät gefahren werden, das bei Erreichen eines vorbestimmten Abstandes vom Werkstückbezugspunkt ein erstes Signal erzeugt, durch das die Eilvorschübe der Arbeitsspindeln einzeln abgeschaltet werden, wobei das erste Signal des zuletzt durch das betreffende Werkzeug erreichten Meßgerätes Schleichgänge aller Arbeitsspindeln einschaltet, die bei Erreichen der Werkstückbezugspunkte durch jeweils «in zweites Signal der Meßgeräte einzeln abgeschaltet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an einer Werkzeugmaschine, an der die Arbeitsspindeln an einem in einer der Maschinenachsen beweglichen Schlitten gemeinsam angeordnet sind und bei der die Arbeitsspindeln einzeln in Achsrichtung verstellbare Pinolen besitzen, vorteilhaft dadurch ausgeführt, daß die Werkzeuge durch einen Eilvorschub des Schlittens zugestellt werden, bis durch das erste Signal des durch das betreffende Werkzeug zuerst erreichten Meßgerätes dieser Eilvorschub abgeschaltet wird und Eilvorschübe der Pinolen der übrigen Werkzeuge eingeschaltet werden, die einzeln durch die ersten Signale der jeweiligen Meßgeräte abgeschaltet werden, wobei durch das erste Signal des zuletzt ansprechenden Meßgerätes die Schleichgänge der Pinolen bis zum Erreichen der einzelnen Werkzeugbezugspunkte eingeschaltet werden.

Bei einer Werkzeugmaschine, an der die Arbeitsspindeln an einem Schwenkkorb gelagert sind, der um eine senkrecht durch alle Spindelachsen hindurchgehende Achse schwenkbar ist und/oder an dem die Arbeitsspindeln um jeweils lotrecht auf dieser Achse stehenden Achsen schwenkbar sind, wobei die Arbeitsspindeln in Richtung ihrer Achsen verstellbare Pinolen besitzen, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft dadurch ausgeführt, daß nach einer Vorpositionierung des SchwenVkorbes die Werkzeuge durch den Eilvorschub der Pinolen in Richtur, er S- ⁴ ndelachsen

09810/0408

1281 - 9 - 3.8.1977

zugestellt werden, bis die Eilvorschübe einzeln durch das erste Signal der Meßgeräte abgeschaltet werden und durch das letzte dieser Signale die Schleichgänge der Pinolen bis zum Erreichen der einzelnen Werkzeugbezugspunkte eingeschaltet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner von Vorteil, wenn durch das letzte zweite Signal des betreffenden Meßgerätes die Achskoordinate des Schlittens bzw. des Schwenkkorbes in der numerischen Steuerung auf Null gesetzt wird.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, zur Durchführung der vorbeschriebenen Verfahren eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Meßgeräte zum Positionieren der einzelnen Arbeitsspindeln an den mehrspindeligen Werkzeugmaschinen vorübergehend in deren Arbeitsbereich eingebracht werden können und in der Meßposition eine vorgegebene Lage, insbesondere einen vorwählbaren Abstand zu den Bezugspunkten bzw. -flächen jedes Werkstücks einnehmen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, daß fluchtend in Richtung der Achsen jeder der Arbeitsspindeln auf dem Werkstücktisch, auf der Werkstückspannvorrichtung oder auf dem Werkstück selbst je ein mit den Werkzeugen anfahrbares, ortsbewegliches Meßgerät angeordnet ist.

Die weiteren Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Dabei Zeigen:

Fig. 1 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine schematische Ansicht einer mehrspindeligen Werkzeugmaschine, bei der die einzel-

909810/0408

- 10 - 3.8.1977

nen Arbeitsspindeln auf einem gemeinsamen Vertikalschlitten angeordnet sind,

Fig. 1a-1c die einzelnen Verfahrenspositionen der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 2 zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform einer mehrspindeligen Werkzeugmaschine, bei der die einzelnen Arbeitsspindeln auf einem sogenannten Schwenkkorb angeordnet sind,

Fig. 2a, 2b die einzelnen Verfahrenspositionen der Maschine nach Fig. 2,

Fig. 3 die Ansicht einer vierspindeligen Portalfräsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Längeneinstellvorrichtung,

Fig. 4 die Draufsicht auf die erfindungsgemäße Längeneinstellvorrichtung der Maschine nach Fig. 3,

Fig. 5 die Vorderansicht der erfindungsgemäßen Längeneinstellvorrichtung der Maschine nach Fig. 3 und

Fig. 6 einen Teilschnitt durch die Längeneinstellvorrichtung im Bereich eines der Meßgeräte.

Fig. 1 zeigt schematisch die wesentlichsten Teile einer mehrspindeligen Portalfräsmaschine zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei kann es sich um eine sogenannte 3-Achsenmas.chine handeln, bei der die Relativbewegung zwischen den einzelnen Werkzeugen und den Werkstücken räumlich in drei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen erfolgt. Eine solche 3-Achsenmaschine ist weiter unten noch anhand von Fig. 3 erläutert. Auf einem gemeinsamen Schlitten 7 sind mehrere,

- 11 -

909810/0408

1281 - 11 - 3.8.1977

beim Ausführungsbeispiel drei Fräseinheiten 9 angeordnet. Bei den üblichen 3-Achsenmaschinen in Portalbauweise ist der Schlitten 7 in vertikaler Richtung verfahrbar, also in Richtung der sogenannten Z-Achse, er kann deshalb auch als Z-Schlitten bezeichnet werden. Schematisch ist der zugehörige Z-Antrieb 8 oberhalb des Schlittens 7 angedeutet. Die einzelnen Fräseinheiten 9 besitzen zum Antrieb der im einzelnen nicht näher dargestellten Arbeitsspindeln 11 je einen Antrieb 10, außerdem erkennt man noch, daß jede Arbeitsspindel 11 als in Z-Richtung verfahrbare Pinole ausgebildet ist. Die Pinolen 12 sind somit in der der Z-Richtung überlagerten W-Richtung beweglich. Für jede Pinole 12 ist seitlichen der Fräseinheit 9 ein Pinolenantrieb 14 vorhanden. In die Aufnahme jeder Arbeitsspindel 11 ist ein Fräswerkzeug 13 eingesetzt, wobei zur besseren Veranschaulichung des Längenausgleichs der einzelnen Werkzeuge aller Arbeitsspindeln 11 überdeutliche Längenunterschiede der einzelnen Werkzeuge 13 dargestellt sind.

Auf einem in Fig. 1 ebenfalls nicht näher dargestellten Werkstücktisch, der bei Portalbauweise der Fräsmaschine in horizontaler Richtung, also in X-Richtung verfahrbar ist, sind Werkstücke 5 aufgespannt. Die Werkstücke 5 oder deren Spannvorrichtungen bilden oberseitig einzelne Werkstückbezugsflächen 20, wobei beim Start des simultanen Bearbeitungsprogramms für alle Arbeitsspindeln 11 der Abstand der Unterkanten der einzelnen Werkzeuge 13 zu der zugehörigen Werkstückbezugsfläche 20 oder einem darauf festzulegenden Werkzeugbezugspunkt gleich sein muß. Es ist dazu nicht erforderlich, daß die einzelnen Bezugsflächen 20 der beispielhaft drei gleichzeitig zu bearbeitenden Werkstücke in einer Ebene liegen müssen. Entscheidend ist lediglich, daß die sogenannte Nullpunktskoordinate für das numerisch gespeicherte Bearbeitungsprogramm, auf die die einzelnen Werkzeuge 13 der Arbeitsspindeln 11 eingestellt werden, die gleiche relative Lage zu den jeweiligen Werkstücken hat. Wie Fig. 1 wiedergibt, kann man bei den unterschiedlichen Längen der Werkzeuge 13 der einzelnen Arbeitsspindeln 11 nicht

- 12 -

909810/0408

1281 - 12 - 3.8.1977

lediglich durch Verfahren des Z-Schlittens 7 die genaue Ausgangsposition der einzelnen Werkzeuge 13 erreichen.

Auf die Bezugsflächen 20 der einzelnen Werkstücke sind Meßgeräte 19 aufgesetzt, die beispielhaft an ihrer Oberseite eine mechanisch durch die Werkzeuge 13 anfahrbare Tastfläche 26 besitzen. Die Meßgeräte 19 können ebenso induktive oder kapazitive Taster haben, die bei Erreichen einer vorbestimmten Zustellposition der einzelnen Werkzeuge 13 in Richtung auf die Bezugsflächen 20 ansprechen.

In Fig. 1 sind auf der nach rechts herausgezogenen gestrichten Verlängerung drei verschiedene Positionen der Tastflächen 26 wiedergegeben, die für die Steuerunq der einzelnen Vorschübe der Arbeitsspindeln 11 von besonderer Bedeutung sind. In der Lage a befinden sich die Tastflächen 26 in der Ruhe- oder Ausgangsstellung. In der Lage b der Tastflächen 26 gibt das betreffende Meßgerät 19 ein "erstes" Signal ab und in der Lage c der Tastflächen 26 erzeugt es ein "zweites" Signal. In der Lage c nimmt die Tastfläche 26 jedes der Meßgeräte 19 einen festen Abstand zu den einzelnen Werkstückbezugsflächen 20 ein, der in das Bearbeitungsprogramm der Maschine mit eingegeben ist. Sobald das die betreffende Tastfläche 26 des Meßgerätes 19 herabdrückende Werkzeug 13 die Lage c der Tastfläche 26 erreicht hat, befindet sich das Werkzeug im Nullpunkt des Koordinatensystems für das Bearbeitungsprogramih. Es muß daher dafür gesorgt werden, daß bei Erreichen der Lage c der jeweiligen Tastflächen 26 der Meßgeräte 19 die Zustellbewegung der einzelnen Werkzeuge 13 möglichst verzögerungsfrei abgestellt wird. Andererseits soll zur Vermeidung von Zeitverlusten diese Ausgangsposition für alle Werkzeuge 13 in sämtlichen der Arbeitsspindeln 11 möglichst gleichzeitig erreicht werden.

Nach dem erstmaligen Einsetzen der Werkzeuge 13 in die entsprechenden Aufnahmen der Arbeitsspindc In 11 <-^er nach jedem Werkzeugwechsel werden die Arbe its spindeln i 1 " *- \nem ma-

- 13 -

909810/0408

1281 - 13 - 3.8.1977

schlnenspezlfischen Referenzpunkt aus in Richtung auf das Werkstück verfahren, wobei noch nicht die Längenunterschiede der einzelnen Werkzeuge 13 berücksichtigt sind. Es werden alle Arbeitsspindeln 11 zugleich im Eilgang in Z-Richtung soweit abwärts bewegt, bis das zuerst auf das zugehörige Meßgerät 19 auftreffende Werkzeug 13 die Tastfläche 26 bis in die Lage b niedergedrückt hat. Der gemeinsame Eilvorschub aller Arbeitsspindeln 11 wird über den Z-Schlitten 7 bewerkstelligt. Sobald in der Lage b der Tastfläche 26 das zuerst ansprechende Meßgerät 19 sein "erstes" Signal abgibt, wird der Eilvorschub des Z-Schlittens 7 abgeschaltet. Zugleich ist dieses erste Signal des zuerst ansprechenden Meßgerätes 19 ein Befehl zur Einschaltung aller Pinolen-Eilgänge der übrigen Arbeitsspindeln 11, deren Werkzeuge 13 die zugehörigen Tastflächen 26 der anderen Meßgeräte 19 noch nicht bis in die Position b gebracht haben. Dieser Augenblick ist in Fig. 1a dargestellt.

Die Zustellbewegung der Pinolen 12 über die Pinolenantriebe erfolgt in der sogenannten W-Richtung, die parallel zur Z-Richtung ist. Die Pinolen-Eilvorschübe werden einzeln abgeschaltet, sobald das jeweilige Werkzeug 13 die zugehörige Tastfläche 26 bis in die Position b niedergedrückt hat. In dem Augenblick, in dem das letzte Werkzeug, beispielsweise das kürzeste Werkzeug, mit der zugehörigen Tastfläche 26 die Position b erreicht, gibt das letzte der sogenannten "ersten" Signale der Meßgeräte 19 zugleich den Befehl für die Einschaltung der Pinolen-Schleichgänge für sämtliche Arbeitsspindeln 11. Dieser Augenblick ist in Fig. 1b dargestellt.

Im Pinolen-Schleichgang durchfahren jetzt sämtliche Werkzeuge noch eine Reststrecke, bis die Lage c der Tastflächen 26 erreicht ist. In dieser Position der zugehörigen Tastflächen 26 wird über das sogenannte "zweite" Signal jedes der Meßgeräte 19 der Pinolen-Schleichgang der zugehörigen Arbeitsspindel 11 abgeschaltet. Obwohl die einzelnen W-Schleichvorschübe getrennt ausgeschaltet werden, erreichen doch alle Werkzeuge 13 nahezu gleichzeitig die Werkstückbezugsfläche bzw. den Werkstück-

909810/0408 " ¹⁴ "

1281 - 14 - 3.8.1977

bezugspunkt als Nullpunktskoordinate. Außerdem können im Schleichgang die Pinolen-Vorschübe so gut wie nachlauffrei angehalten werden. Man erreicht damit eine sehr hohe Positioniergenauigkeit sämtlicher Werkzeuge 13 der einzelnen Arbeitsspindeln 11 auf den jeweiligen Werkstückbezugspunkten bzw. -flächen. Den entsprechenden Augenblick zeigt die Fig. 1c. Mit Erreichen der Endlage der Werkzeuge 13 wird ein Signal an die numerische Steuerung gegeben, um die Achskoordinate des Z-Schlittens auf Null zu setzen, damit ist der bei der Festlegung des Bearbeitungsprogramms eingegebene Ausgangspunkt aller Arbeitsspindeln erreicht.

Fig. 2 veranschaulicht nun schematisch die wesentlichen Merkmale einer 4- oder 5-Achsen-Fräsmaschine, bei der die einzelnen Fräseinheiten 9 nicht nur nach der in Fig. 1 beschriebenen Weise beweglich sind, sondern darüber hinaus noch um eine oder um zwei Achsen geschwenkt werden können.

Dazu trägt der Z-Schlitten 7 einen Schwenkkorb 27, an dem sämtliche Fräseinheiten 9 miteinander um eine in der Z-Ebene liegende Achse, um die sogenannte B-Achse, gekippt werden können. Hierzu ist der Schwenkkorb 27 in seitlichen Schwenklagern 28 am Z-Schlitten 7 gelagert. Weiterhin kann jede Fräseinheit 9 zusätzlich noch um eine zur B-Achse senkrechte Achse, um die sogenannte Α-Achse, die somit senkrecht zur Z-Ebene steht, gekippt werden. Deshalb sind die einzelnen Fräseinheiten 9 in eigenen Schwenklagern 29 im Schwenkkorb 27 gelagert, wie insbesondere der Seitenschnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 veranschaulicht. Außerdem besitzt oberhalb der Schwenklager 29 der Schwenkkorb 27 noch Schwenkführungen 30 für jede der Fräseinheiten 9. Die zweifache Schwenkbeweglichkeit der Fräseinheiten 9 ist noch durch die Pfeile A und B und die mit gestrichten Linien angedeuteten Schwenkwinkel deutlich gemacht .

Die Beweglichkeit der Fräseinheiten 9 nach Fig. 2 in den

- 15 -

909810/0408

1281 - 15 - 3.8.1977

weiteren Maschinenachsen ergibt sich wie bei den Ausführungen nach Fig. 1 und Fig. 3, wobei der Z-Schlitten 7 auf einem quer dazu verfahrbaren Y-Schlitten 31 (Fig. 3) angeordnet ist und der Werkstücktisch 4 auf einer dazu wieder senkrechten Achse, der X-Achse beweglich ist. Entscheidend für die Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierbei, daß der Abstand der Schwenkachsen, also der Α-Achse und der B-Achse, zur Unterkante des Werkzeugs bzw. zur Werkstückbezugsebene oder zum Werkstückbezugspunkt im Bearbeitungsprogramm festgelegt ist und somit nicht verändert werden darf. Für den Längenausgleich der Werkzeuge 13 nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 scheidet daher eine Zustellung über den Z-Schlitten aus. Die Längenkorrektur der Werkzeuge 13 kann nur über die Pinolen-Vorschübe vorgenommen werden.

Zunächst werden die Fräseinheiten 9 in eine Ausgangsposition verfahren, die beispielsweise durch ein Vorprogramm festgelegt ist und in der die unterschiedlichen Längen der in die einzelnen Arbeitsspindeln 11 eingesetzten Werkzeuge 13 noch nicht berücksichtigt sind. In dieser Ausgangsposition ist das Abstandsmaß von der Unterkante des längsten Werkzeugs zur Tastfläche des betreffenden Meßgerätes so gewählt, daß ausgehend von der oberen Pinolenstellung noch Zustellreserven für die Längenabstimmung aller Arbeitsspindeln vorhanden sind. Sodann werden die Pinolen-Eilvorschübe sämtlicher Arbeitsspindeln in Gang gesetzt und getrennt durch das jeweils erste Signal der Meßgeräte 19 in der Position b der betreffenden Tastflächen 26 wieder ausgeschaltet. Den Abschaltzeitpunkt für das zuletzt ansprechende Meßgerät 19 in der Position b der zugehörigen Tastfläche 26 zeigt Fig. 2a.

Durch das "erste" Signal des zuletzt ansprechenden Meßgerätes 19 werden dann die Schleichgänge der Pinolenvorschüge eingeschaltet. Sobald durch die einzelnen Werkzeuge die Tastflächen 26 bis in die Lage c herabgedrückt sind, erfolgt für jede Arbeitsspindel 11 einzeln die Abschaltung des Pinolen-Schleich-

- 16 -

909810/0408

1281 - 16 - 3.8.1977

gangs. Die Endlagen der Pinolen in Richtung ihrer W-Achsen nach Erreichen des Werkstückbezugspunktes durch die Unterkanten der einzelnen Werkzeuge 13 veranschaulicht Fig. 2b. In dieser Lage haben die Schwenkachsen der einzelnen Fräseinheiten 9 gleiche Abstände zu den jeweiligen Werkstückbezugspunkten. Mit Erreichen der Endlage der Werkzeuge 13 wird ein Signal an die numerische Steuerung gegeben, um die Achskoordinate des Z-Schlittens auf Null zu setzen, damit ist der bei der Festlegung des Bearbeitungsprogramms eingegebene Ausgangspunkt aller Arbeitsspindeln erreicht.

Fig. 3 zeigt die Gesamtanordnung einer vierspindeligen Portalfräsmaschine, die für eine erfindungsgemäße Werkzeuglängenkorrektur eingerichtet ist.

Die Maschine besitzt ein Gestell 1, welches einen Querträger oder ein Portal 2 umfaßt, das auf drei Portalständern 3 ruht. Zischen zwei der Portalständer 3 ist ein Werkstücktisch 4 angeordnet, der senkrecht zum Portal 2 in Richtung der X-Achse der M schine verfahrbar ist. Auf dem Werkstücktisch 4 sind mit im einzelnen nicht näher dargestellten Spannvorrichtungen vier Werkstücke 5 aufgespannt, die durch ein gemeinsames Programm simultan durch vier Werkzeuge bearbeitet werden sollen.

Das Portal 2 besitzt eine Querführung 6, auf der ein Schlitten 31 verfahrbar ist. Die Bewegungsrichtung des Schlittens 31 liegt in der sogenannten Y-Achse, er kann daher als Y-Schlitten bezeichnet werden. Die Y-Achse steht üblicherweise senkrecht auf der X-Achse, in der der Werkstücktisch 4 verfahrbar ist. Der Y-Schlitten 31 wird durch einen Y-Antrieb 32 bewegt. Auf dem Y-Schlitten 31 ist ein weiterer Schlitten 7 angeordnet, der in Vertikalrichtung beweglich ist. Diese Richtung wird üblicherweise als Z-Richtung bezeichnet. Sie steht senkrecht sowohl auf der Y-Achse als auch auf der X-Achse. Für die Bewegung des Z-Schlittens 7 dient ein Z-Antrieb 8, der obenli^qend auf dem Schlitten 7 angeordnet ist. Der Z-Schlitten ⁷ :nd do - Y-Schlitten 31 bilden einen Kreuzsupport für einzelne Fi^- . .-.en 9

09810/0408 - 17 -

1281 - 17 - 3.8.1977

auf dem Z-Schlitten 7, die je einen Fräsantrieb 10 für eine Arbeitsspindel 11 besitzen. Die Arbeitsspindeln 11 sind als verstellbare Pinolen 12 ausgebildet, dabei liegen die Verstellrichtungen der Pinolen 12 parallel zur Z-Achse und werden üblicherweise als W-Achsen bezeichnet. Jede der Fräseinheiten hat einen eigenen Pinolenantrieb 14. In nicht näher dargestellten Aufnahmevorrichtungen der Arbeitsspindeln 11 sitzen Fräswerkzeuge 13, die für die simultanen Bearbeitungen an den einzelnen Werkstücken 5 zwar gleichartig sind, jedoch beispielsweise infolge Abnutzung unterschiedliche Längen besitzen können.

Die Werkzeuge 13 für alle vier Arbeitsspindeln 11 werden in einem Werkzeugspeicher 16 bevorratet und können über eine Werkzeugwechselvorrichtung 15 in den Spindeln 11 ausgetauscht werden.

Sowohl nach dem erstmaligen Einsetzen der Werkzeuge 13 als auch nach jedem Werkzeugwechsel muß die Längenkorrektur vorgenommen werden, um gleiche Abstände der Unterkanten der Werkzeuge 13 zu den jeweiligen Bezugsflächen 20 der Werkstücke auf dem Werkstücktisch 4 herzustellen. Dazu dient eine Längeneinstellvorrichtung 17, die in den Arbeitsbereich der einzelnen Arbeitsspindeln 11 vorübergehend eingeschwenkt werden kann.

Die Längeneinstellvorrichtung 17 besteht deshalb aus zwei Auslegern 18, die an denen dem Werkstücktisch 4 benachbarten Portalständern 3 gelagert sind. Jeder der Ausleger 18 ist den beiden benachbarten Spindeln 11 zugeordnet und trägt zwei Meßgeräte 19, die in der Meßposition auf die Werkstückbezugsflächen 20 abgesenkt und fluchtend mit den Arbeitsspindeln ausgerichtet sind. Die Ausleger sind dazu nicht nur in einer horizontalen Ebene schwenkbar, sondern auch höhenverstellbar, um die Meßgeräte 19 auf den Werkstückbezugsflächen 20 absetzen zu können. Zweckmäßig ist ihre gesamte Schwenkeinrichtung 21 höhenverschieblich an den Portalständern 3 angeordnet.

909810/0408

1281 - 18 - 3.8.1977

Im einzelnen ergibt sich die Ausbildung der Längeneinstellvorrichtung 17 aus Fig. 4. Die Ausleger 18 bestehen je aus einem inneren Schwenkarm 24, der mit seinem inneren Ende an einer Hubeinheit 23 gelagert ist, und aus einem äußeren Schwenkarm 25, der am Außenende des inneren Schwenkarms 24 gelagert ist. Der äußere Schwenkarm 25 trägt die Meßgeräte 19 im Abstand der Arbeitsspindeln 11 der Fräsmaschine. Zweckmäßig sind die Meßgeräte 19 an einer Längsseite des äußeren Schwenkarms 25 vorspringend angeordnet, damit dieser Schwenkarm 25 mit seiner anderen Längsseite gegen den inneren Schwenkarm 24 geklappt und/oder darin eingesenkt werden kann. Im letzteren Falle besteht der innere Schwenkarm 24 aus einem Hohlprofil, das den äußeren Schwenkarm 2 5 mit umfassen kann. Die Schwenkbeweglichkeit des äußeren Schwenkarms 25 gegenüber dem inneren Schwenkarm 24 ist durch den Pfeil C in Fig. 4 angedeutet. Die Schwenkbewegung des inneren Schwenkarms 24 erfolgt in Richtung des Pfeiles D. Die Hubeinheit 23 ist auf einer Geradführung 22 in Richtung der Verbindungslinie der Arbeitsspindeln 11 bzw. in einer dazu parallelen Richtung beweglich. Die Länge der Führung 22, die dem Hub der Hubeinheit 23 entspricht, ist etwa gleich mit der Länge des inneren Schwenkarms 24.

Die gesamte Anordnung der Längeneinstellvorrichtung 17 ermöglichst einerseits eine genaue Positionierung der Meßgeräte 19 in Meßstellung und andererseits eine raumsparende Unterbringung der zusammengeklappten Ausleger 18 in Ruhestellung. Die ausgeklappte Stellung des Auslegers 18 ist in Fig. 4 links dargestellt, während beispielhaft der rechte Ausleger in Fig. in Ruhestellung wiedergegeben ist.

Das Einfahren des ausgeschwenkten Auslegers 18 aus der ausgeklappten Stellung erfolgt dadurch, daß zunächst der äußere Schwenkarm 25 um das am Außenende befindliche Schwenklager am inneren Schwenkarm 24 gegen diesen inneren Schwenkarm geklappt wird. Danach wird der innere Schwenkarm 24 mit dem darin einliegenden äußeren Schwenkarm 25 in eine zur Führung 22 parallele Lage in Richtung des Pfeiles D verschwenkt.

909810/0408 " ¹⁹ "

1281 - 19 - 3.8.1977

Sodann wird die Hubeinheit mit dem inneren und dem äußeren Schwenkarm 24 bzw. 25 nach außen, d.h. vom Werkstücktisch 4 weg, verfahren. Die Führung 22 ist so ausgebildet, daß sie den eventuell überstehenden Meßgeräten 19 des eingeklappten Schwenkarms 25 bei dieser Bewegung nicht im Wege ist. Die gesamte Schwenkeinrichtung 21 mit der darauf angeordneten Führung 22 und der Hubeinheit 23 kann als Vertikal-Schlitten ausgebildet sein, der an dem betreffenden Portalständer 3 gelagert ist.

Weitere Einzelheiten für die Lagerung der Ausleger 18 der Längeneinstellvorrichtung 17 zeigt Fig. 5. Für die Höhenverstellbarkeit der Ausleger 18 ist die gesamte Schwenkeinrichtung 21 an einer Stange 28 gelagert und wird außerdem von einem Kolben 27 beaufschlagt, der mit einem oberhalb oder unterhalb der Schwenkeinrichtung 21 angeordneten Zylinder 33 zusammenwirkt, über den Kolben 27 kann die Schwenkeinrichtung 21 und somit der Ausleger 18 in Vertikalrichtung auf der Führungsstange 28 bewegt werden.

Zweckmäßig ist jedes der Meßgeräte 19 in einem Haltering 29 am Ausleger 18 gelagert. Innerhalb dieses Halteringes 29 sind die Meßgeräte 19 in Vertikalrichtung federnd aufgehängt, wie im einzelnen Fig. 6 veranschaulicht. Die Meßgeräte 19 sind etwa konzentrisch in den kreisrunden Halteringen 29 des Auslegers 18 angeordnet und dort durch Gummielemente 30 befestigt, die eine so ausreichende Elastizität haben, daß die Meßgeräte 19 in Vertikalrichtung, d.h. in Achsrichtung der Halteringe 29, nachgiebig gelagert sind. Die Meßgeräte 19 besitzen unterseitig drei Aufsatzpunkte 34, die zweckmäßig längs der unteren ümfangskante um 120° zueinander versetzt sind, welche in Meßstellung auf der Werkstückbezugsfläche 20 aufgesetzt sind. In dieser Stellung ist der zugehörige Ausleger 18 nicht nur über die Höhenverstelleinrichtung 26, 27 bis auf die entsprechende Höhe zur Halterung der Meßgeräte 19 abgesenkt, sondern darüberhinaus noch etwas tiefer gefahren, um über die Gummi-

- 20 -

909810/0408

1281 - 20 - 3.8.1977

elemente 30 die Meßgeräte 19 gegen die Werkstückbezugsfläche 20 anzudrücken.

Weiterhin zeigt Fig. 6 noch, daß gegenüber dem Hauptteil der Meßgeräte 19 ein verschiebliches Oberteil 31 vorhanden ist, auf dessen Oberseite die Tastfläche 26 für das zugehörige Werkzeug 13 liegt. Diese Tastfläche 26 nimmt zusammen mit dem verschieblichen Oberteil 31 der Meßgeräte 19 die einzelnen Positionen a, b und c ein, wie sie vorstehend erläutert worden sind. Ferner erkennt man in Fig. 6 am feststehenden Teil der Meßgeräte 19 noch drei Signallampen 35, über die die vorgenannten Positionen a, b und c des Oberteils 31 bzw. der Tastfläche 26 der Meßgeräte 19 angezeigt werden.

909810/040

Claims

Patentansprüche:

(1.)jVerfahren zur Längeneinstellung der Werkzeuge der einzelnen Arbeitsspindeln einer mehrspindeligen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine auf jeweils einen Werkstückbezugspunkt als Nullpunktskoordinate des gemeinsamen Bearbeitungsprogramms, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Arbeitsspindeln eingesetzten Werkzeuge in Richtung ihrer einzustellenden Längen im Eilvorschub gegen je ein Meßgerät gefahren werden, das bei Erreichen eines vorbestimmten Abstandes vom Werkstückbezugspu/ikt ein erstes Signal erzeugt, durch das die Eilvorschübe der Arbeitsspindeln einzeln abgeschaltet werden, wobei das erste Signal des zuletzt durch das betreffende Werkzeug erreichten Meßgerätes Schleichgänge aller Arbeitsspindeln einschaltet, die bei Erreichen der Werkstückbezugspunkte durch jeweils ein zweites Signal der Meßgeräte einzeln abgeschaltet werden.
2.) Verfahren zur Längeneinstellung der Werkzeuge an einer Werkzeugmaschine, an der die Arbeitsspindeln an einem in einer der Maschinenachsen beweglichen Schlitten gemeinsam angeordnet sind und bei der die Arbeitsspindeln einzeln in Achsrichtung verstellbare Pinolen besitzen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge durch einen Eilvorschub des Schlittens zugestellt werden, bis durch das erste Signal des durch das betreffende Werkzeug zuerst erreichten Meßgerätes dieser Eilvorschub abgeschaltet wird und Eilvorschübe der Pinolen der übrigen Werkzeuge eingeschaltet werden, die einzeln durch die ersten Signale der jeweiligen Meßgeräte abgeschaltet werden, wobei durch das erste Signal

909810/0408

- 2 - 3.8.1977

des zuletzt ansprechenden Meßgerätes die Schleichgänge der Pinolen bis zum Erreichen der einzelnen Werkzeugbezugspunkte eingeschaltet werden.
3.) Verfahren zur Längeneinstellung der Werkzeuge an einer Werkzeugmaschine, an der die Arbeitsspindeln an einem Schwenkkorb gelagert sind, der um eine senkrecht durch alle Spindelachsen hindurch gehende Achse schwenkbar ist und/oder an dem die Arbeitsspindeln um jeweils lotrecht auf dieser Achse stehenden Achsen schwenkbar sind, wobei die Arbeitsspindeln in Richtung ihrer Achsen verstellbare Pinolen besitzen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Vorpositionierung des Schwenkkorbes die Werkzeuge durch den Eilvorschub der Pinolen in Richtung der Spindelachsen zugestellt werden, bis die Eilvorschübe einzeln durch das erste Signal der Meßgeräte abgeschaltet werden und durch das letzte dieser Signale die Schleichgänge der Pinolen bis zum Erreichen der einzelnen Werkzeugbezugspunkte eingeschaltet werden.
4.) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das letzte zweite Signal des betreffenden Meßgerätes die Achskoordinate des Schlittens bzw. des Schwenkkorbes in der numerischen Steuerung auf Null gesetzt wird.
5.) Vorrichtung zur Längeneinstellung der Werkzeuge der einzelnen Arbeitsspindeln einer mehrspindeligen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine auf jeweils einen Werkstückbezugspunkt als Nullpunktskoordinate des gemeinsamen Bearbeitungsprogramms, wobei die Arbeitsspindeln am Maschinengestell in Richtung ihrer Achsen einstellbar angeordnet sind und darunter ein Werkstücktisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß fluchtend in Richtung der Achsen jeder der Arbeitsspindeln (11) auf dem Werkstücktisch (4), auf der Werkstück-Spannvorrichtung oder auf dem Werkstück (5) selbst je ein mit den Werkzeugen (13) anfahrbares Meßgerät

909810/0408

- 3 - 3.8.1977

(19) angeordnet ist.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgeräte (19) an zumindest einem über dem Werkstücktisch ausfahrbaren Ausleger (18) angeordnet sind, der in Richtung auf den Werkstücktisch (4) zustellbar ist.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (18) seitlich vom Werkstücktisch (4) am Maschinengestell (1) an einer quer dazu sowie senkrecht zu dessen Ebene verfahrbaren Hubeinheit (23) angeordnet ist.
8.) Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Werkstücktisches (4) in oder parallel zu der Verbindungsebene der Arbeitsspindeln (11) je ein Ausleger (18) am Maschinengestell (1) gelagert ist.
9.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (18) aus einem inneren, am Maschinengestell (1) angelenkten Schwenkarm (24) und einem damit gelenkig verbundenen, äußeren Schwenkarm (25) mit den daran angeordneten Meßgeräten (19) besteht, die in einer zur Ebene des Werkstücktisches (4) parallelen Ebene schwenkbar sind.
10.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schwenkarm (24) des Auslegers (18) aus einem Hohlprofil besteht, in das der äußere Schwenkarm (25) einsenkbar ist.
11.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgeräte (19) in Richtung auf den Werkstücktisch (4) federnd am Ausleger (18) gelagert sind.
12.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

909810/0408

- 4 - 3.8.1977

die Meßgeräte (19) in je einem Haltering (29) am Ausleger (18) mittels elastischer Gummielemente (30) aufgehängt sind.

309810/0408