DE2941156C2

DE2941156C2 - Verfahren zum Ermitteln der Lage einer Werkzeugspitze in bezug auf einen Werkzeugschlitten einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine

Info

Publication number: DE2941156C2
Application number: DE2941156A
Authority: DE
Inventors: Walter Ing.(grad.) 7321 Adelberg Klauss; Werner Ing.(grad.) 7061 Lichtenwald Sonnek; Wolfgang Ing.(grad.) 7061 Lichtenwald Zeppelin von
Original assignee: Traub 7313 Reichenbach GmbH; Traub GmbH
Current assignee: Traub Drehmaschinen GmbH and Co KG
Priority date: 1979-10-10
Filing date: 1979-10-10
Publication date: 1986-03-20
Also published as: GB2059825B; BR8006446A; ES492299A0; ES8101280A1; MX153114A; FR2467433A1; SE8007041L; IT8024966A0; IT1132783B; JPS5660909A; DE2941156A1; CH648502A5; FR2467433B1; SE452193B; GB2059825A

Description

ZNP = ZMR - ZNR - ZDP - ZDM XNP = XMR - XNR - XDP - XDM.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Lage einer Werkzeugspitze oder -kante in bezug auf einen Werkzeugschlitten einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches. Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 2509586 bekannt.

Auch in den deutschen Offenlegungsschriften 2502203 und 2847510 sind Verfahren zum Ermitteln und Korrigieren der Position von Werkzeugen in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen beschrieben.

Die Steuerungen numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen haben unter anderem die Aufgabe, anhand programmierter Zielpunkte an einem Werkstück diejenigen Wege zu errechnen, die ein Werkzeugschlitten zurücklegen muß, um die für eine Bearbeitung maßgebende Spitze oder Kante eines auf dem Werkzeugschlitten befestigten Werkzeugs in die Zielpunkte zu bringen. In den meisten Fällen ist dem Werkzeugschlitten eine Vielzahl Werkzeuge zugeordnet, von denen jeweils mehrere am Werkzeugschlitten befestigt sein können, beispielsweise indem sie in Spannvorrichtungen eines am Werkzeugschlitten gelagerten Werkzeugrevolvers eingespannt sind.

Als eine Voraussetzung für die erforderlichen Wegberechnungen muß die Position des Werkzeugschlittens in jedem Augenblick genau bekannt sein.

Deshalb ist für jede Achse, längs derer sich der Werkzeugschlitten bewegen läßt, ein Wegmeßsystem, beispielsweise in Gestalt eines Strichmaßstabes mit zugehörigem Ablesekopf vorgesehen, das bei jeder Schlittenbewegung längs der betreffenden Achse Impulse an ein Zählwerk abgibt Um die verschiedenen Wegmeßsysteme zu eichen, wird der Werkzeugschlitten in einen ortsfesten Schlittenbezugspunkt gefahren, wo die Zähler auf Null gesetzt werden, wenn der Schiittenbezugspunkt zugleich Maschinennullpunkt ist, oder die Zähler auf je einen bestimmten Zählerstand gebracht werden, der den Koordinaten des Schlittenbezugspunktes in bezug auf einen von ihm abweichenden Maschinennullpunkt entsprechen. Die Probleme, die mit der Feststellung der Schlittenpositionen zusammenhängen, können somit als gelöst angesehen werden.

Die Berechnung der für die Bearbeitung, eines Werkstücks erforderlichen Schlittenwege setzt aber auch voraus, daß die Lage der maßgebenden Spitze oder Kante jedes bei der Bearbeitung eingesetzten Werkzeuges in bezug auf den Werkzeugschlitten bekannt und im Datenspeicher der Werkzeugmaschine gespeichert ist Diese Lage kann entweder ein für alle Mal festgelegt oder nach dem Befestigen jedes einzelnen Werkzeugs am Werkzeugschlitten gemessen werden.

Das erstgenannte Prinzip wird üblicherweise derart verwirklicht, daß die Werkzeuge nicht unmittelbar in Spannvorrichtungen am Werkzeugschlitten eingespannt werden, sondern in Werkzeughaltern, die zunächst in ein von der Maschine getrenntes Werkzeugeinstellgerät gebracht werden, wo die für die Bearbeitung maßgebende Werkzeugspitze oder -kante in eine genau vorbestimmte Stellung in bezug auf den

Werkzeughalter einjustiert wird. Übliche Voreinstellgeräte weisen ein Mikroskop auf, das auf einer Kreuzschlittenanordnung mit je einem Meßsystem pro Achse aufgebaut ist. Der Werkzeughalter mit einjustiertem Werkzeug wird dann in genau vorbe^iimmter Lage am Werkzeugschlitten befestigt. Die Lage der Werkzeugspitze oder-kante in bezug auf einen Werkzeugbezugspunkt am Werkzeugschlitten ist dann bekannt und kann als festes Datum im Datenspeicher der Werkzeugmaschine gespeichert bzw. im Bearbeitungsprogramm berücksichtigt werden. Das Einjustieren der Werkzeuge außerhalb der Werkzeugmaschine hat zwar den Vorteil, daß es zeitlich parallel mit Bearbeitungsvorgängen, also innerhalb der Maschinenhauptzeiten durchgeführt werden kann; nachteilig ist jedoch der erhebliche Kostenaufwand für die meist zahlreichen erforderlichen Werkzeughalter und vor allem das teuere Voreinstellgerät. Außerdem können sich Ungenauigkeiten dadurch einschleichen, daß die Werkzeughalter infolge einer Unachtsamkeit oder infolge von Verschleiß nicht genau in ihre vorbestimmte Lage in bezug auf den Werkzeugschlitten gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln der Lage einer Werkzeugspitze oder -kante in bezug auf einen Werkzeugschlitten zu schaffen, das eine schnelle, kostengünstige und mit geringer Fehlerwahrseheinliehkeit behaftete Durchführung ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Das Speichern der Koordinaten des Meßpunktes erscheint bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst als zusätzlicher Aufwand, dieser Aufwand ist jedoch unerheblich, weil er nicht für jedes einzelne

Werkzeug erforderlich ist, sondern der Meßpunkt, den die Visiereinrichtung einnimmt, im allgemeinen ein für alle Mal, zumindest aber für eine größere Zahl von Messungen, festgelegt wird. Für den Benutzer ist es ein I eichtes, durch manuelles Steuern der Schlittenantriebe s den Werkzeugschlitten mit jedem einzelnen Werkzeug in eine Stellung zu bringen, in der die Spitze oder Kante dieses Werkzeugs sich mit dem Meßpunkt deckt. Hierzu braucht die Visiereinrichtung nur ein einfaches Fadenkreuz aufzuweisen; jegliches Strichraster kann entfallen, so daß ein nur einigermaßen aufmerksamer Benutzer vor einem Ablesefehler sicher ist. Der Benutzer braucht dann nur noch durch einen Tastendruck dafür zu sorgen, daß die Positionsdaten des Werkzeugschlittens, die der Maschinensteuerung ja ohnehin bekannt sind, gespeichert werden. Dem Benutzer bleibt es also bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erspart, irgendwelche Daten einzutasten; auch insoweit kann ihm also ein Fehler nicht unterlaufen.

Bei dem erfmdungsgemäßen Verfahren werden anstelle externer Einstell- oder Meßgeräte 4ie Wegmeßsysteme der Maschine selbst benutzt, um die Lage jedes einzelnen Werkzeugs in bezug auf den Werkzeugschlitten zu ermitteln. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Ermittlung entspricht deshalb der beim heutigen Stand der Technik bekannt hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit der maschineninternen Meßsysteme. Wegen der praktisch nicht vorhandenen Gefahr eines Ablesefehlers kann der Benutzer die Lageermittlung einer Vielzahl von Werkzeugen in kürzester Zeit durchführen, ohne sich dabei besonders anzustrengen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden im Vergleich zum vorausgesetzten Stand der Technik anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist von einer numerisch gesteuerten Drehmaschine ein Spindelstock 12 angedeutet, in dem eine Arbeitspindel 14 mit aufgespanntem Werkzeug 16 um eine Achse drehbar gelagert ist, die im folgenden als Z-Achse bezeichnet wird. Von der Drehmaschine ist ferner ein Maschinenbett 18 angedeutet, auf dem ein Bettschlitten 20 in Richtung der Z-Achse verschiebbar geführt ist. Der Bettschlitten 20 trägt einen Werkzeugschlitten 2S, der längs einer .Ϊ-Achse. im rechten Winkel zur Z-Achse, verschiebbar ist. Auf dem Werkzeugschlitten 22 ist ein Revolver 24 gelagert, der eine Anzahl Einspannvorrichtungen 26 für je ein Werkzeug 28 aufweist. Von den Einspannvorrichtungen 26 ist nur so eine samt zugehörigem Werkzeug 28 angedeutet.

Innerhalb der Maschine ist ein Maschinennullpunkt M auf der Drehachse der Arbeitsspindel 14 als Ursprung eines Maßkoordinatensystems definiert. Da der Maschinennullpuiikt Afirn Betrieb nicht erreichbar ist, wird an einer gut zugänglichen Stelle im Verfahrefisbereich des Werkzeugschlittens 22 durch Anbringen nicht dargestellter Schalter ein Schlittenbezugspunkt R festgelegt.

Die dargestellte Drehmaschine ist mit den bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen üblichen Wegmeßsystemen ausgestattet, zu denen beispielsweise längs der Z- und der X-Achse angeordnete Strichmaßstäbe gehören können. Zum Eichen der Wegmeßsysteme läßt sich der Werkzeugschlitten 22 auch dann in den Schlittenbezugspunkt R fahren, wenn an der Arbeitsspindel 14, vj-s dargestellt, ein Werkstück 16 aufeesDannt ist.

Auf dem Werkzeugschlitten 22 bzw. dessen Revolver 24 ist ein Werkzeugbezugspunkt N festgelegt, der bezogen auf den Maschinennullpunkt M die Abstand^- koordinaten ZACV und XMN hat, wenn der Werkzeugschlitten 22 im Schlittenbezugspunkt R steht. Diese Koordinaten sind im Datenspeicher der Drehmaschine gespeichert.

Für die Bearbeitung des Werkstücks 16 ist wie üblich ein Werkstückprogramm vorgesehen, in dem der Abstand ZAW eines im dargestellten Beispiel auf der Drehachse der Arbeitsspindel 14 liegenden Werksmcknullpunktes iFvom Maschinennullpunkt M festgelegt ist und ferner die Abstände ZGfFund XGW eines Zielpunktes G vom Werkstücknullpunkt W festgelegt sind.

Das Werkzeug 28 hat eine für die Spanabnahme am Werkstück 16 maßgebende Werkzeugspitze oder -kante P, deren Abstände vom Werkzeugbezugspunkt N die Beträge ZNPuna XNPhaben. Diese Abstände lassen sich, wie oben beschrieben, außerhalb der Maschine messen oder auf vorbestimmte Beträge einstellen. Damit sind zugleich die Koordinaten der Werkzeugspitze P in bezug auf den Maschineanullpunkt M bekannt, und daraus ergeben, sich in Verbindung mit den bekannten Koordinaten des Zielpunktes G die Wege ZGP uns XGP, die der Werkzeugschlitten 22 zurücklegen muß, damit die Werkzeugspitze P den Zielpunkt G erreicht.

Wegen der beschriebenen Nachteile der Ermittlung der Abstände ZNP und XNP wird gemäß dem beschriebenen bekannten gattungsgemäßen Verfahren der Werkzeugschlitten 22 nicht nur zum Eichen der Wegmeßsysteme in den Schlittenbezugspunkt R gefahren, sondern auch zum Ermitteln der Lage der Werkzeugspitze P in bezug auf den Werkzeugbezugspunkt N am Werkzeugschlitten 22 in einen ortsfesten Bezugspunkt gefahren, von dem hier angenommen wird, es sei derselbe Schiittenbezugspunkt R. Ferner wird ein Meßpunkt D dadurch festgelegt, daß die beschriebene Visiereinrichtung in Gestalt eints Projektors mit Rasterscheibe in den Arbeitsraum der Maschine eingeschwenkt wird. Anschließend werden gemäß dem bekannten Verfahren die Abstände ZDP und XDPdei Werkzeugspitze Pvom Meßpunkt D an der Rasterscheibe abgelesen, und diese Abstände werden in den Datenspeicher eingetastet.

Nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren wird dagegen der Werkzeugschlitten 22 vom Benutzer manuell in eine Stellung gesteuert, in der sich die Werkzeugspitze Pin der Visiereinrichtung genau mit dem Meßpunkt D deckt. Die Abstände ZDP und XDPsind dann beide Null, brauchen und können also vom Benutzer nicht abgelesen werden. Der Werkzeugschlitten 22 bat jedoch, um die Werkzeugspitze Pmit dem Meßpunkt D ia Deckung zu bringen, ausgehend vom Schlittenbezugspunkt R genau die Wege ZDP und XDP zurückgelegt und damit den eigenen Wegmeßsystemen der Werkzeugmaschine Gelegenheit gegeben, diese Wege bzw. die bei Deckung der Werkzeugspitze Pmit dem Meßpunkt D erreichten Positionskoordinaten zu ermitteln. Da erfindungsgemäß auch die Koordinaten ZDM und XDM des Meßpunktes D im Datenspeicher gespeichert worden sind, hat der Rechner der Maschine nun die Möglichkeit, die Abstände ZNP und XNP aus den folgenden einfachen Gleichungen zu berechnen:

ZNP = ZMR - ZNR - ZDP - ZDM XNP = XMR - XNR - XDP - XDM

Mit den so fur jedes einzelne Werkzeug ermittelten Werten ZNP und XNP liegen nun für die numerische Steuerung die Wege des Werkzeugschlittens 22 zu jedem in einem Bearbeitungsprogramm festgelegten Zielpunkt fest.

Verwendete Bezugszeichen und Begriffe:

12	Spindelstock
14	Arbeitsspindel
16	Werkzeug
18	Maschinenbett
20	Bettschlitten
22	Werkzeugschlitten
24	Revolver
26	Einspannvorrichtung
28	Werkzeug
η	Meßnunlct
G	Zielpunkt
M	Maschinennullpunkt
N	Werkzeugbezugspunkt
P	Werkzeugspitze
R	Schlittenbezugspunkt
W	Werkstücknullpunkt
X	*-Achse
Z	Z-Achse

10

20

25

ZGf zu errechnender Verfahrweg der Werkzeugspitze P in Z-Richtung

ZMR Abstand Maschinennullpunkt M zu Werkzeugbezugspunkt N in Bezugslage in Z-Richtung

ZNR Abstand Werkzeugbezugspunkt N Istlage zu Bezugspunktlage R in Z-Richtung

ZNP Werkzeuglänge in Z-Richtung

ZMW Abstand Werkstücknullpunkt W zu Maschinennuilpunkt Λ/in Z-Richtung

ZGW Programmierter Abstand Zielpunkt G zu Werkstücknullpunkt Win Z-Richtung

XGP zu errechnender Verfahrweg der Werkzeugspitze P in Z-Richtung

XMR Abstand Maschinennullpunkt M zu Werkzeugbezugspunkt N in Bezugslage in Z-Richtung

XNR Abstand Werkzeugbezugspunkt N Istlage zu Bezugspunkt R in Z-Richtung

XNP Werkzeuglänge in Z-Richtung

XGW Programmierter Abstand Zielpunkt G zu Werkstücknullpunkt W in Z-Richtung.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

55 60 65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ermitteln der Lage einer Werkzeugspitze oder-kante in bezug auf einen Werkzeugschlitten einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, bei dem ein ortsfester Meßpunkt durch eine Visiereinrichtung festgelegt ist, durch die hindurch das am Werkzeugschlitten befestigte Werkzeug vom Benutzer betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten (ZMR und ZAiR) eines für den Werkzeugschlitten erreichbaren, ortsfesten Schlittenbezugspunktes (R) und die Koordinaten (ZDM und ZDAO ^des Meßpunktes (D) in einem Datenspeicher gespeichert werden, daß der Werkzeugschlitten (22) mit dem benötigten Werkzeug (28) aus der Positionierung im Schlittenbezugspunkt (R) in eine Stellung gefahren wird, in der sich die Werkzeagspitze (P) iBii dem Meßpunkt (D) deckt, wobei aus den Positionsdaten des Werkzeugschlittens (22) in dieser Stellung die zurückgelegte Wegstrecke (XDP, ZDP) der Werkzeugspitze (P) zum Meßpunkt (D) automatisch ermittelt und gespeichert wird, woraus die Position der Werkzeugspitze in bezug auf den Werkzeugschlitten ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeugbezugspunkt (N) am Werkzeugschlitten (22) festgelegt wird, daß der Abstand (ZNR, XNR) des Werkzeugbezugspunktes (N) vom Schlitienbezugspunkt (R) bekannt und im Speicher gespeichert ist, und daß der Abstand (ZNP, XNP) der Werlaeugspkie vom Werkzeugbezugspunkt aus folgenden Gleichungen erhalten wird: