DE2941156C2 - Verfahren zum Ermitteln der Lage einer Werkzeugspitze in bezug auf einen Werkzeugschlitten einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine - Google Patents
Verfahren zum Ermitteln der Lage einer Werkzeugspitze in bezug auf einen Werkzeugschlitten einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere DrehmaschineInfo
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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.
50
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
55
60
65
Claims (2)
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:
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8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: DIE BEZEICHNUNG LAUTET RICHTIG: VERFAHREN ZUM ERMITTELN DER LAGE EINER WERKZEUGSPITZE IN BEZUG AUF EINEN WERKZEUGSCHLITTEN EINER NUMERISCH GESTEUERTEN WERKZEUGMASCHINE, INSBESONDERE DREHMASCHINE |
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