DE3816737A1 - Intelligentes werkzeugsystem - Google Patents
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Description
In Zentren für maschinelle Bearbeitung (im folgenden
Bearbeitungszentren genannt), die in einer Umgebung
verwendet werden, die von einer Bedienungsperson im
Auge behalten wird, oder in dem Fall, wenn solche Bear
beitungszentren Teil einer Arbeitszelle oder eines fle
xiblen Herstellungssystems sind, ist es wünschenswert,
Werkzeugsysteme zu haben, die mit dem numerischen Com
putersteuer-Maschinensystem in Verbindung stehen und/oder
durch dieses gesteuert werden können. Die numerische
Computersteuerung wird im folgenden als CNC bezeichnet.
Es ist deswegen die Hauptaufgabe der Erfindung, eine
Einrichtung zum Verkörpern eines Verfahrens zum Betrei
ben eines positionsempfindlichen Codierers oder Umfor
mers, um mit der Maschinen-CNC durch die Spindel des
Bearbeitungszentrums in Verbindung zu stehen, anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrich
tung zum Verkörpern einer Einrichtung zum Steuern der
Position und Kraft einer Werkzeugkontrollstange durch
die Maschinen-CNC durch die Spindel des Bearbeitungs
zentrums anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, an der Spin
del montierte Werkzeugadapter anzugeben, die die Einrich
tung haben, um den positionsempfindlichen Codierer oder
Umformer zum Fühlen der Lage von Werkstoffoberflächen
mit zufälligen Werkzeuglängen zu betreiben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, an der Spin
del montierte Werkzeugadapter anzugeben, die die Einrich
tung haben, um den positionsempfindlichen Codierer oder
Umformer zum Fühlen des Fehlers oder eines Bruches der
am Adapter montierten Werkzeuge zu betreiben.
Vor der Erfindung war es notwendig, Werkzeuge auf eine
als "R"-Ebene bekannte Postion zu beziehen. Deswegen
ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Notwendig
keit für die Bezugsebene zu beseitigen, um dadurch die
Zykluszeit zu vermindern.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, beim
Programmieren des Werkstückes die "R"-Ebenendimension
zu beseitigen, da die "R"-Ebene durch das oberflächen
fühlende Merkmal bestimmt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Gebrauch
von Voreinstell-Werkzeugen und die Einrichtzeit zum
Setzen von Werkzeuglängen-Abweichungen zu beseitigen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Zufuhr
geschwindigkeitsprogrammierung eines Gewindeschneidbe
triebs durch Steuerung der Z-Achse zu vermeiden, indem
der Gewindeschneider in das und aus dem Loch nachgeführt
wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen an
der Spindel montierten Werkzeugadapter zum Fräsen anzu
geben, der für eine radiale und axiale Steifigkeit
verriegelt, nachdem er die Lage der Werkstückoberfläche
gefühlt hat, und der unter der Steuerung der numerischen
Maschinen-Computersteuerung freigegeben wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Anwesen
heit des korrekten Werkzeugtyps in der Spindel durch
Verwenden der Codierer- oder Umformerposition und durch
Steuerung der Kraft in der Werkzeugsteuerstange zu veri
fizieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, jeden Fehler
bei der Spindelcodierer-Rückkopplung wegen thermischer
Ausdehnung durch versetzende Steuerung oder durch Verwen
den inkrementaler Steuerung nach dem Werkzeug-Einsetzen
in die Spindel zu beseitigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, an der Spin
del montierte Bohrwerkzeuge für Bearbeitungszentren
anzugeben, die in der Lage sind, automatisch ohne Ein
griff einer Bedienperson eingestellt zu werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Bohrwerk
zeugeinstellung mit Hilfe einer Werkzeugsteuerstange
in der Spindel des Bearbeitungszentrums zu steuern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein automati
sches Bohrwerkzeug anzugeben, das für extreme Genauig
keit für Präzisionsbohrungen oder kritische Löcher gestal
tet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein automati
sches Bohrwerkzeug anzugeben, das für einen ausreichen
den Einstellbereich so gestaltet werden kann, daß es
für eine Würgebohrung bzw. eine konische Bohrung oder
ein Gewindestrehlen verwendet werden kann, wenn es
gleichzeitig mit der Z-Achse des Bearbeitungszentrums
gesteuert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Schneid
werkzeugstabilität durch Vorbelasten aller Betriebsmecha
nismen in dem Bohrwerkzeug-Betriebskörper anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, mehrere von
an einer Spindel montierten Tasteinrichtungen anzugeben,
die die Einrichtung haben, um den positionsempfindlichen
Codierer oder Umformer zum Fühlen der Lage von Objekten
anzugeben, während sie relativ zu diesen Objekten in
der Plus- oder Minus-Z-Richtung oder in der X- oder
Y-Richtung bewegt werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Tastsystem anzugeben, das in der
Lage ist, die Kontur einer Werkstückoberfläche durch
Bewegen des Werkstücks oder der Spindel mit demselben
Teilformungsprogramm, das verwendet wurde, um das Werk
stück zu erzeugen, zu untersuchen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Tastsystem anzugeben, das in der
Lage ist, die Kontur einer Werkstückoberfläche parallel
zu der Spindelmittellinie zu bestimmen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Tastsystem anzugeben, das in der
Lage ist, die Kontur einer Werkstückoberfläche in einer
Ebene senkrecht zur Spindelmittellinie zu bestimmen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den Taststift
konstant parallel zu der Spindelmitte zu haben und somit
jeden negativen Effekt der Tastgenauigkeit wegen der
Stiftlänge zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Tastein
richtung anzugeben, die vorbelastete Antireibungsbe
triebsmechanismen hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine mechani
sche Sonden-Montageeinrichtung anzugeben, die gleich
förmige Triggerbewegungen unabhängig von der Stiftaus
lenkungsrichtung hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Tastsy
stem anzugeben, das in der Lage ist, ein Triggersignal
an eine Positionserfassungschaltung in der Maschinen-CNC
in dem Augenblick zu geben, wo die Sonde die Werkzeug
oberfläche berührt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Tastsy
stem anzugeben, das in der Lage ist, die Maschinenach
sen-Vorschubgeschwindigkeit zu steuern, um von einer
schnellen Vorschubgeschwindigkeit zu einer absoluten
Position zu verzögern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Tastsy
stem anzugeben, das in der Lage ist, der Verzögerungs
strecke der Maschinenachse nachzulaufen, nachdem der
Stift die Werkzeugoberfläche berührt hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug anzugeben,
das mit einem Taststift und einem Schneidwerkzeug, die
an demselben Bohrkopf montiert sind, angeordnet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug mit einer
Einrichtung zum Messen des Durchmessers eines gerade
vollständig gebohrten Loches und automatischer Einstel
lung auf einen Fehler ohne Entfernung des Bohrwerkzeugs
von der Spindel anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug mit einer
Einrichtung zum Messen des Durchmessers eines gerade
vollständig gebohrten Loches und automatischer Einstel
lung auf einen Fehler ohne Entfernen des Bohrwerkzeugs
von der Spindel und ohne Bewegen der Mitte des Werkzeugs
relativ zu der Mitte des gebohrten Loches anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer
Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug anzugeben,
das eine Einrichtung hat, um den positionsempfindlichen
Codierer oder Umformer zum Fühlen der Lage und Messen
des inneren Durchmessers von gebohrten Löchern zu betrei
ben, wobei der Stift an dem Bohrkopf montiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Kombina
tionsbohrwerkzeugeinstellung mit Hilfe einer Werkzeug
steuerstange in der Spindel des Bearbeitungszentrums
zu steuern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, alle an einer
Spindel montierten Einrichtungen so auszubilden, daß
sie mit Standardautomatik-Werkzeugwechslern arbeiten.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Kühl
mitteldurchgang durch die Spindelsteuerstange anzugeben,
um den Gebrauch von kühlmittelgespeisten Werkzeugen
zu erlauben.
In CNC-Bearbeitungszentren werden nicht teleskopierbare
Werkzeughalter in Verbindung mit einer "R"-Ebenen-Ein
stellung und nach einem nachfolgenden Übergehen zu der
"R"-Ebenen-Einstellung und Messen der Entfernung von
dem Werkzeugpunkt zu der Werkstückoberfläche und manuel
lem Einstellen der Werkzeuglänge für jedes verwendete
Werkzeug verwendet. Alternativ dazu werden manuell vor
eingestellte Werkzeuge verwendet. Ein weiteres Verfahren
ist es, Spindel- und Tischabtastzyklen zu verwenden,
die zeitaufwendig und teuer sind.
In herkömmlichen teleskopierbaren Werkzeugadaptern,
wie sie in US-PS 45 79 487 beschrieben sind, war es
notwendig, einen montierten einteiligen Drehkraftarm
zu verwenden, um in Verbindung mit einem an einer Maschi
ne montierten Umformer zu arbeiten.
Um diese wirtschaftlichen Nachteile zu überwinden, wird
die Verwendung eines teleskopierbaren Werkzeughalters
zum Fräsen, Bohren und Gewindebohren vorgesehen, der
einen Adapter aufweist, der einen Werkzeugkörper hat,
der so eingerichtet ist, daß er im Konus der Maschinen
spindel gehalten wird. Ein federbelasteter gleitender
Werkzeughalter ist in die Bohrung des Werkzeugkörpers
gepaßt, wird durch ein Gleitteil angetrieben und durch
Anschlagblocks gehalten. Eine Werkzeugbetätigungsstange
ist in dem gleitenden Werkzeughalter befestigt und ragt
durch die Mitte des Werkzeugkörpers und einen Festhalte
knopf, der verwendet wird, um mit den Maschinenwerkzeug
verriegelungen in Standardbearbeitungszenterspindeln
zu arbeiten. Die Werkzeugbetätigungsstange bewirkt einen
Kontakt mit einer Spindelsteuerstange, die durch die
Mitte der Spindel und den Maschinenwerkzeug-Verriege
lungsmechanismus arbeitet.
Die Spindelsteuerstange ist drehbar an einem gleitenden
Element befestigt. Die Lage und Kraft auf das gleitende
Element wird durch die Bearbeitungszentrums-CNC mit
Hilfe eines positionsempfindlichen Codierers oder Umfor
mers in Kombination mit einem elektrischen linearen
Servomotor gesteuert. Im Betrieb zieht der Servomotor
die Spindelsteuerstange zurück, bis zu einem Zeitpunkt,
nachdem die Spindel-Motorwerkzeug-Verriegelung die Bear
beitungseinrichtungen sicher in dem Spindelkonus gehalten
hat. Zu diesem Punkt wird die Spindelsteuerstange durch
den Servomotor mit einem verminderten Strom vorgeschoben,
bis sie die Werkzeugbetätigungsstange berührt. Die Posi
tion des Codierers wird durch die Maschinen-CNC verar
beitet, um einen "Null"-Einstellpunkt zu begründen und
die Werkzeuganwesenheit und den Typ des Werkzeugs in
der Spindel zu verifizieren. Jeder Typ der Bearbeitungs
einrichtung hat seine eindeutige Anfangsposition.
Verschiedene Werkzeugadapter können verwendet werden,
um den Typ der maschinellen Bearbeitung unterzubringen,
der für Bohrtätigkeiten mit einem Bearbeitungszentrum
erforderlich ist, ein Werkzeugadapter, der mit einem
Werkzeughalter mit Spannfutter-Typ eingerichtet ist,
wird jedoch im allgemeinen verwendet. Die Futteranord
nung wird in dem gleitenden Werkzeughalter montiert.
Im Bohrbetrieb wird der Spindelwerkzeugadapter zur Werk
stückoberfläche mit einer schnellen Vorschubgeschwindig
keit durch die Z-Achse bewegt, bis der Bohrer die Werk
stückoberfläche berührt. Bei diesem Punkt stoppt der
Bohrer das Vorschieben, aber die Spindelachse bewegt
sich weiter in Richtung auf die Werkstückoberfläche.
Dies bewirkt, daß sich der Werkzeughalter in den Werk
zeugkörper hineinschiebt, der seinerseits bewirkt, daß
die Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange
und das gleitende Element relativ zur Spindelmeßlinie
bewegt. Diese Teleskopierbewegung ist in der Lage, die
gesteuerte niedrige Kraft auf den Servomotor zu überwin
den und den Codierer zu verschieben. Die Codiererver
schiebung, wie sie von dem Werkzeugverifikationspunkt
gemessen wird, wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet,
die die Z-Achse in einer vorbestimmten Strecke auf
Null-Geschwindigkeit verzögert. Die durchlaufene Strecke
ist dieselbe wie die Bewegung des sich ineinanderschie
benden Werkzeughalters, wobei er fest in den Adapter
körper hineingesetzt wird. Wenn die vorbestimmte Umfor
merposition erreicht ist, wird die Maschinen-CNC die
Z-Achse bei diesem Punkt versetzen und unmittelbar den
Bohrer oder die Z-Achse mit einer programmierten Vor
schubgeschwindigkeit zu einer programmierten Tiefe von
dem Versatzpunkt, der die Werkstückoberfläche ist, vor
schieben. Bei der programmierten Tiefe wird die Spin
del zu einem Punkt zurückgezogen, der das Werkzeug von
der Werkstückoberfläche außer Eingriff bringt, falls
ein weiteres Loch zu bohren ist, oder die Spindel wird
zu einer Werkzeugwechselposition zurückgezogen, falls
ein weiteres Werkzeug erforderlich ist.
Falls der Bohrer bricht, bevor die programmierte Tiefe
erreicht ist, wird der federbelastete Werkzeughalter
in dem Adapterkörper abheben. Diese Tätigkeit wird be
wirken, daß die Werkzeugbetätigungsstange sich mit dem
Werkzeughalter bewegt, wobei wiederum die niedrige Kraft
auf den linearen Servomotor die Spindelsteuerstange
verschiebt, die bewirkt, daß sich das gleitende Element
bewegt und der Umformer aus seiner vorbestimmten Posi
tion verschoben wird, was der Maschinen-CNC anzeigt,
daß eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
In einer modernen CNC-Logik kann die anfängliche Ober
flächenlagenposition in einen Speicher getan werden.
Diese Information kann verwendet werden, um zu bestimmen,
wenn ein Bohrer in einer vorherigen Tätigkeit gebrochen
ist, aber dies unentdeckt geblieben ist. Falls der Bohrer
gebrochen war, würde die Oberflächenlagenposition des
neuen Zyklus abweichend von der mit einem Bohrer mit
voller Länge sein. Dieser Positionsunterschied wird
der Maschinen-CNC anzeigen, daß eine Fehlfunktion aufge
treten ist.
Falls die Erfassung eines gebrochenen Bohrers nicht
erforderlich ist, kann dieselbe Logik und die Werkzeug
adaptertätigkeit verwendet werden, um zu fühlen, wenn
ein Bohrer durch die Werkstückdicke durchgebrochen ist.
Dies kann der Fall sein, wenn Bohrer mit größeren Durch
messern zum Bohren von Durchgangslöchern von unregel
mäßigen Oberflächen aus von großen Gußteilen oder
Schweißungen verwendet werden.
Zum Gewindebohren wird ein teleskopierbarer Werkzeug
adapter ähnlich zu dem zum Bohren verwendet, wobei der
Unterschied in der Konstruktion des gleitenden Halters
liegt. Anstelle eines Futterhalters wird ein herkömm
licher Gewindebohrerantrieb verwendet. Die Gewindebohr
einrichtung kann entweder drehmomentbegrenzend oder
nicht sein.
Im Betrieb wird der Spindelwerkzeugadapter zur Werkstück
oberfläche mit einer schnellen Vorschubgeschwindigkeit
durch die Z-Achse bewegt, bis der nichtrotierende Gewin
debohrer die Werkstückoberfläche berührt. Bei diesem
Punkt stoppt der Gewindebohrer die Vorwärtsbewegung,
aber die Spindelachse bewegt sich weiter in Richtung
auf die Werkstückoberfläche. Dies bewirkt, daß der Werk
zeughalter sich in den Werkzeugkörper hineinschiebt,
der seinerseits bewirkt, daß die Werkzeugbetätigungsstan
ge die Spindelsteuerstange und das gleitende Element
relativ zu der Spindelmeßlinie bewegt. Diese teleskopie
rende Bewegung ist in der Lage, die gesteuerte niedrige
Kraft auf den Servomotor zu überwinden und den Codierer
zu verschieben. Die Codiererverschiebung wird durch
die Maschinen-CNC verarbeitet, die die Z-Achse in einer
vorbestimmten Strecke auf Null-Geschwindigkeit verzögert.
Die durchquerte Strecke ist gleich der halben telesko
pierenden Bewegung des Werkzeughalters. Wenn die vorbe
stimmte Umformerposition erreicht ist, wird die Maschi
nen-CNC die Z-Achse an diesen Punkt verschieben und
wird bewirken, daß die Spindel mit einer programmierten
Drehzahl rotiert. Der Werkzeughalterfederdruck und die
gesteuerte niedrige Kraft von dem Servomotor durch die
Steuerstange wird bewirken, daß der Gewindebohrer in
das Werkstück hineingeführt wird. Wenn der Gewindebohrer
in das Werkstück hineingeführt wird, wird der Codierer
von seiner vorbestimmtem Position verschoben, wobei
diese Verschiebung der Maschinen-CNC anzeigt, die Spindel
oder Z-Achse in das Werkstück mit der Geschwindigkeit,
mit der der Gewindebohrer fortschreitet, zu verschieben,
wobei der Betrag der Verschiebung durch den Nachlauf-Feh
ler des Z-Achsenservosystems bestimmt wird.
Die Steuerung folgt der Position der Spindelachse und
bei einer programmierten von der Werkstückoberfläche
ausgehenden Tiefe, die eingestellt wurde, als die vorbe
stimmte Umformerposition erreicht worden war, wird die
Spindel reversiert. Der Gewindebohrer bewirkt dann,
daß sich das Werkzeug in den Werkzeugadapter hinein
schiebt, was bewirkt, daß der Codierer auf die andere
Seite seiner vorbestimmen Position verschoben wird.
In diesem Fall bewirkt das Umformersignal, daß sich
die Z-Achse zurückzieht oder von der Werkstückoberfläche
wegbewegt. Sie zieht sich so lange weiter zurück, bis
der Gewindebohrer die Werkstückoberfläche freigibt,
falls in einem weiteren Loch ein Gewinde zu schneiden
ist, oder die Spindel zieht sich zu einer Werkzeugwech
selposition zurück, falls ein weiteres Werkzeug erforder
lich ist.
Falls bei Verwendung eines das Drehmoment nicht begren
zenden Gewindebohrerantriebs der Gewindebohrer brechen
sollte, bevor er die programmierte Tiefe erreicht hat,
können zwei mögliche Ereignisse eintreten.
Falls der Gewindebohrer zerbricht und ein großes Stück
der Gewindebohrerlänge weggeschleudert wird, wird sich
der federbelastete Werkzeughalter schnell von der vor
herigen Position weg bewegen und der Codierer wird sich
um einen gleichen Betrag von seiner vorbestimmten Posi
tion weg bewegen.
Falls kein Teil des Gewindebohrers weggeschleudert wird,
wird sich die Spindelachse weiter leicht vorschieben,
bis der Codierer seine vorbestimmte Position erreicht,
weil ein gebrochener Gewindebohrer nicht in das Werk
stück hineinläuft. In jedem Fall wird der Codierer der
Maschinen-CNC anzeigen, daß eine unpassende Codierer
position vorhanden ist und daß eine Fehlfunktion aufge
treten ist.
Falls bei der Verwendung eines drehmomentbegrenzenden
Gewindebohrerantriebs der Gewindebohrer stumpf wird,
wird sich der Gewindebohrerantrieb festlaufen, und der
Gewindebohrer wird das Vorlaufen stoppen, bevor die
programmierte Tiefe erreicht ist. Dies wird bewirken,
daß die Spindelachse leicht vorwärtsschreitet, bis der
Codierer seine vorbestimmte Position erreicht. Der Codie
rer wird der Maschinen-CNC anzeigen, daß eine unpassende
Codiererposition da ist und daß eine Fehlfunktion aufge
treten ist.
Falls in einer vorherigen Bearbeitungstätigkeit ein
Loch, in das der Gewindebohrer einlaufen sollte, nicht
gebohrt worden ist, kann der Gewindebohrer nach dem
Oberflächenlokalisierungszyklus nicht anfangen, in das
Werkstück hineinzulaufen. Nach einer angemessenen Zeit
wird die Maschinen-CNC erkennen, daß der Codierer immer
noch in seiner vorbestimmten Position ist, und wird
eine Fehlfunktion anzeigen.
Bei moderner CNC-Logik kann die anfängliche Oberflächen
lagenposition in einen Speicher getan werden. Diese
Information kann verwendet werden, um zu bestimmen,
falls ein Gewindebohrer in einer vorherigen Tätigkeit
gebrochen, aber unentdeckt geblieben ist. Falls der
Gewindebohrer gebrochen ist, würde die Oberflächen
lageposition des neuen Zyklus abweichend von der mit
einem Gewindebohrer mit voller Länge sein. Dieser Posi
tionsunterschied wird der Maschinen-CNC anzeigen, daß
eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
Zum Fräsen wird ein teleskopierbarer Werkzeugadapter
ähnlich zu dem zum Bohren verwendeten benutzt, wobei
der Unterschied der ist, daß der Fräsadapter so ausge
bildet ist, daß er während des Fräsens in teleskopiertem
oder komprimiertem Zustand bleibt. Der Werkzeughalterteil
des Adapters ist ebenfalls geeignet, um verschiedene
Typen von Fräsern oder, in einigen Fällen, einzahnigen
Schlagmessern zu montieren.
Im Betrieb wird, nachdem der Werkzeugadapter im Spindel
konus durch die Maschinenwerkzeug-Verriegelung verriegelt
ist und die Spindelsteuerstange vorgeschoben ist, bis
sie die Werkzeugbetätigungsstange zur Werkzeug
verifikation berührt, der Strom zum Servomotor um einen
gesteuerten Betrag vergrößert, bis es einen ausreichenden
Widerlagerdruck auf die Werkzeugbetätigungsstange gibt,
um die Kraft einer Feder eines verriegelnden Mitnehmers
in dem Fräsadapter zu überwinden. Dieser Widerlagerdruck
bewegt einen verriegelnden Mitnehmer um eine kurze
Strecke zu einem Zwangsanschlag. Die Position des Codie
rers wird dann durch die Maschinen-CNC verarbeitet,
um das Lösen des verriegelnden Mitnehmers zu verifizieren
und einen Punkt festzulegen, von dem sich der Werk
zeughalter bewegt, um zu messen. Der Spindelwerkzeug
adapter wird dann zur Werkstückoberfläche mit einer
schnellen Geschwindigkeit durch die Z-Achse bewegt,
bis der nicht rotierende Fräser die Werkstückoberfläche
berührt. Bei diesem Punkt hört der Fräser auf, sich
vorwärtszubewegen, aber die Spindelachse bewegt sich
weiter in Richtung auf die Werkstückoberfläche. Dies
bewirkt, daß sich der Werkzeughalter in den Werkzeug
körper hineinschiebt, der wiederum bewirkt, daß die
Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange und
das gleitende Element relativ zur Spindelmeßlinie bewegt.
Die teleskopierende Bewegung ist in der Lage, die ge
steuerte niedrige Kraft auf den Servomotor zu überwinden
und den Codierer zu verschieben. Die Codiererverschiebung
wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, die die Z-Ach
se in einer vorbestimmten Strecke auf Null-Geschwin
digkeit verzögert. Die durchquerte Strecke ist dieselbe
wie die Bewegung des teleskopierenden Werkzeughalters,
wobei er fest in den Werkzeugkörper gesetzt wird. Der
untere Teil des Werkzeughalter-Außendurchmessers hat
einen selbstlösenden Konus, der in einen passenden innen
liegenden Durchmesserkonus des Werkzeugkörpers für
starres Fräsen gesetzt ist. Wenn die vorbestimmte Um
formerposition erreicht ist, wird die Maschinen-CNC
die Z-Achse bei diesem Punkt beeinflussen und den Strom
zum Steuerstangenservomotor vermindern, was der Feder
des verriegelnden Mitnehmers erlaubt, den verriegelnden
Mitnehmer zu einer verriegelten Position zu bewegen.
Der Werkzeughalter wird starr in der gesetzten Position
durch eine Reihe von Kugeln verriegelt, die in einer
Reihe von Löchern in dem Werkzeughalter in Verbindung
mit der Mitnehmeroberfläche auf dem Innendurchmesser
des Werkzeugkörpers und dem Außendurchmesser des beweg
lichen verriegelnden Mitnehmers arbeitet, die in dem
Werkzeughalter wirkt. Die Reihe von Löchern für die
verriegelnden Kugeln sind am oberen Ende des Werk
zeughalters gelegen und in Winkeln von weniger als 90°
von der Adaptermittellinie eingearbeitet. Die verriegeln
den Kugeln sind dann in der Lage, das obere Ende des
Werkzeughalters radial starr zu tragen, während er starr
im unteren Konus sitzt.
Nachdem die Z-Achse verschoben ist und der Fräsadapter
verriegelt ist, startet die Maschinen-CNC unmittelbar
die Spindelrotation und den erforderliche Achsenvorschub,
um einen Fräsbetrieb gemessen von der Oberfläche des
Werkstücks durchzuführen.
Wenn das Fräsen beendet ist, fährt die Spindelachse
zu der Werkzeugwechselposition zurück. Zu diesem Zeit
punkt kann, falls es wünschenswert ist, den Fräser in
verriegelter Position zu verwenden, der Adapter in dem
automatischen Werkzeugwechselmagazin gelagert werden.
Falls jedoch beim nächsten Mal ein Oberflächenabtast
zyklus erforderlich ist, kann der Adapter durch Vergrö
ßern des Stromes zu dem Steuerstangenservomotor zurückge
setzt werden. Dies bewegt den Verriegelungsmitnehmer
und komprimiert die Verriegelungsmitnehmerfeder, was
den Verriegelungskugeln erlaubt, sich aus der inneren
Mitnehmernut in dem Werkzeugkörper zu bewegen. Der Wider
lagerdruck des Servomotors und die Kraft der Adapterfeder
setzen den Werkzeughalter zu seiner normalen Oberflächen
abtastposition zurück.
In Werkzeugmaschinen werden normalerweise manuell einge
stelle Aufbohr- bzw. Ausdrehwerkzeuge verwendet. Diese
werden normalerweise an der Maschine durch die Bedien
person voreingestellt oder durch Verwendung von Meßuhren
oder anderen Meßeinrichtungen eingestellt. Falls die
Lochdurchmessergröße das Toleranzband überschreitet,
wird ein anderes manuelles Einstellverfahren verwendet.
In einigen Fällen, wenn automatische Einstellwerkzeuge
verwendet werden, ist es notwendig, sie in Inkrementen
durch die Verwendung von äußeren Einrichtungen während
einer Zyklusunterbrechung einzustellen. Andere automa
tisch einstellbare Bohrstangen haben keinen ausreichenden
Einstellbereich, um verschiedene Konturen maschinell
zu bearbeiten, oder ihre Betätigungseinrichtung ist
extrem groß und teuer. Einige der automatisch einstell
baren Werkzeuge können nicht durch den automatischen
Maschinenwerkzeugwechsler gehandhabt werden.
In herkömmlichen automatischen Ausdrehwerkzeugen, wie
sie in US-PS 46 12 831 beschrieben sind, benötigte man
einen montierten einteiligen Drehkraftarm, um in Verbin
dung mit einer an der Maschine montierten servobetrie
benen Betätigungseinheit zu arbeiten.
Um dieses Betriebsverhalten und die wirtschaftlichen
Nachteile zu überwinden, wird ein automatisches Aufbohr-
bzw. Ausdrehwerkzeug angegeben, das einen Hauptbetriebs
körper aufweist, der in einen Festhalteknopf eingepaßt
und angeordnet ist, um im Konus der Maschinenspindel
mit Hilfe einer Maschinenwerkzeug-Verriegelung gehalten
zu werden. Eine Feder spannt den Betriebsmechanismus
einer drehbar gelagerten Bohrstange vor. Die Bohrstange
wird mit Hilfe einer Mitnehmerstange eingestellt, die
einteilig mit einem Teil der Bohrstange ist, das gegen
über dem Schneidwerkzeug liegt. Der Drehpunkt liegt
zwischen der Mitnehmerstange und dem Schneidwerkzeug.
Die Position der Mitnehmerstange um den Drehpunkt wird
durch die Position eines gleitfähig in dem Haupt
betriebskörper gelagerten linearen Mitnehmers festgelegt.
Der lineare Mitnehmer ist an einer federbelasteten Werk
zeugbetätigungsstange befestigt, die durch den Haupt
betätigungskörper und den Festhalteknopf läuft, und
wird durch sie in einer vollständig zurückgezogenen
Position gehalten. Im Betrieb wird die Position der
Betätigungsstange und des linearen Mitnehmers durch
die Position der Spindelsteuerstange unter der Steuerung
der Maschinen-CNC begründet, wie zuvor beschrieben.
Die Federkraft auf die Werkzeugbetätigungsstange wirkt
in der entgegengesetzten Richtung der Kraft von der
Spindelsteuerstange, deswegen wird Kontakt zwischen
den beiden Stangen unter allen Betriebsbedingungen auf
rechterhalten. Wenn der lineare Mitnehmer die Position
wechselt, bewirkt die Mitnehmerstangenbewegung um den
Bohrstangenzapfen, daß die Bohrstange in einen gesteuer
ten Winkel kippt. Diese Bewegung bewegt effektiv die
Lage des Aufbohrwerkzeugs oder stellt diese ein, um
die Größe des gebohrten Lochs zu vergrößern oder zu
vermindern. Unter Betriebsbedingungen wird der Strom
zu dem linearen Servomotor, der die Position der Spindel
steuerstange steuert, überwacht, um zu verifizieren,
daß Kontakt zwischen der Spindelsteuerstange und der
federbelasteten Werkzeugbetätigungsstange aufrechter
halten wird.
Der Hauptbetätigungskörper des Aufbohrwerkzeuges wird
in einen gleitbar montierten linearen Mitnehmer gepaßt,
der eine sehr flach geneigte Mitnehmeroberfläche hat.
Der Winkel der Mitnehmeroberfläche gegenüber dem "Län
genverhältnis" der drehbar montierten Bohrstange bestimmt
die Genauigkeit und den Einstellschritt, der während
des Bohrens gemacht werden kann. Das "Längenverhältnis"
der Stange ist die Entfernung von der Mitnehmerstange
zum Drehpunkt geteilt durch die Entfernung vom Drehpunkt
zu der Werkzeugspitze. Für Präzisionsaufbohren kann
ein ausgewählter Werkzeugwinkel eine 0,00001′′ (0,254 µm)-
Werkzeugspitzenbewegung bei jeweils 0,0001′′ (2,54 µm)
Bewegung der servogesteuerten Spindelbetätigungsstange
bewirken, und es kann, da normalerweise die Auflösung
für servogesteuerte Einrichtungen 0,0001′′ (2,54 µm)
oder weniger ist, eine sehr feine Einstellung vorgenommen
werden. Die ausgewählte Stange hat nicht nur das geeig
nete "Längenverhältnis", sondern ebenfalls die richtige
Länge und den richtigen Durchmesser, um die gewünschte
Aufbohrtätigkeit durchzuführen. Es sollte bemerkt werden,
daß diese Gestaltung erlaubt, Löcher über einen großen
Durchmesser- und Längenbereich aufzubohren.
Nach der Auswahl und Zusammenstellung des korrekten
linearen Mitnehmers, der Bohrstange und des Werkzeuges
wird der lineare Mitnehmer in seiner vollständig zurück
gezogenen Postion durch die federbelastete Werkzeugbe
tätigungsstange positioniert. Diese Position liefert
den kleinsten Durchmesser, den das Aufbohrwerkzeug bear
beitet. Bei diesem Punkt wird das Werkzeug normalerweise
mit Meßgeräten auf die Mitte der erlaubten Toleranz
voreingestellt. Das Werkzeug wird dann entweder manuell
geladen oder durch den automatischen Maschinenwerkzeug
wechsler in die Maschinenspindel eingeführt. Davor wird
die Spindelsteuerstange vollständig zurückgezogen. Nach
dem das Aufbohrwerkzeug in den Spindelkonus durch die
Spindelmaschinenwerkzeug-Verriegelung, die auf den Werk
zeugfesthalteknopf wirkt, befestigt ist, wird die Steuer
stange durch den Servomotor mit einem verminderten Strom
vorgeschoben, bis sie die Werkzeugbetätigungsstange
berührt. Die Postion des Codierers wird durch die Ma
schinen-CNC verarbeitet, um die Werkzeuganwesenheit
und den Typ des Werkzeugs in der Spindel zu verifizieren
und einen "Null"-Einstellpunkt festzulegen.
Während des Betriebs wird das Loch ausgedreht und nach
folgend entweder durch eine an der Maschine montierte
Sonde oder ein außerhalb der Maschine befindliches In
spektionsinstrument untersucht. Für den Fall, daß der
Lochdurchmesser aus der Toleranz herausfällt, wird eine
Einstellung durch die servogesteuerte Spindelsteuerstange
vorgenommen, die die Werkzeugbetätigungsstange und
den linearen Mitnehmer bewegt, der bewirkt, daß die
vorbelastete Mitnehmerstange auf die Mitnehmeroberfläche
wirkt, um die Bohrstange zu schwenken. Der Betrag der
Einstellung ist das Ergebnis der Sonden- oder Inspek
tionsinstrumentinformation, die durch die Maschinen-CNC
verarbeitet worden ist. Dieser Prozeß kann in program
mierten Intervallen wiederholt werden, bis der Produk
tionslauf beendet ist.
Zum Konturieren und Gewindeschneiden wird der Hauptbe
triebskörper des Ausdrehwerkzeuges im allgemeinen mit
einem linearen Mitnehmer ausgestattet, der einen größeren
Mitnehmerwinkel hat als der, der für Feinausdrehen ver
wendet wird. Die Bewegung des Mitnehmers bewirkt eine
größere Verschiebung der Werkzeugspitze für das "Längen
verhältnis" der ausgewählten Stange. Diese vergrößerte
Werkzeugspitzenbewegung erlaubt einen breiteren Bereich
des Konturierens und Gewindeschneidens. Die für diese
Betriebsweisen erforderliche Genauigkeit ist normaler
weise nicht so groß wie für feines Ausdrehen.
Dieser Werkzeugtyp wird auf die gleiche Weise wie das
zuvor beschriebene Feinausdrehwerkzeug voreingestellt.
Beim Konturieren kann die servobetriebene Spindelsteuer
stange konstant die Position ändern, da die Stange in
das Loch durch die Spindel oder Z-Achse eingeführt wird.
Die Veränderungsgeschwindigkeit der Spindelsteuerstangen
position gegenüber der Veränderungsgeschwindigkeit der
Z-Achsenposition bestimmt die Form des konturierten
Lochs.
In vorhandenen Abtastsystemen ist der Ausgang der Stift
auslenkungseinrichtung ein diskretes Triggersignal.
Der Betrag der Stiftauslenkung vor der Bewegung ist
wegen des Keuleneffekts einer Dreipunktlagerung rich
tungsempfindlich.
Die vorhandenen Abtastsysteme erfordern einen geeigneten
an der Maschine montierten induktiven Empfänger, der
Signale von einer komplexen Schalteranordnung im Innern
des Sondenkopfes empfängt, oder einen komplizierteren
Tastkopf, der nicht nur eine komplexe Schalteranordnung,
sondern ebenfalls andere Einrichtungen hat, die Flieh
kraftschalter und/oder Infrarotsignale oder ähnliches
verwenden, um einem an der Maschine montierten Empfänger
anzuzeigen, daß der Stiftmechanismus getriggert worden
ist.
Die vorhandenen Tastsysteme sind nicht in der Lage,
Signale proportional zur Stiftauslenkung zu senden oder
das Maß der Achsenverzögerung zu einer diskreten Null
position zum Triggern der Maschinenachsenlage zu steuern.
In vorhandenen Tasteinrichtungen, wie sie in US-Patent
anmeldung 0 01 801, eingereicht am 2. Januar 1987, be
schrieben sind, war es notwendig, einen montierten ein
teiligen Drehkraftarm zu verwenden, um in Verbindung
mit einer an der Maschine montierten Umformereinheit
zu arbeiten.
Um diese und andere Nachteile zu überwinden, wird ein
Tastsystem angegeben, das so eingerichtet ist, daß es
in Verbindung mit einem herkömmlichen an der Maschine
montierten Codierer oder Umformer arbeitet, der mit
Hilfe einer Steuerstange durch die Mitte der Spindel
betätigt wird.
Es werden Tasteinrichtungen angegeben, die einen Haupt
trägerkörper aufweisen, der in dem Konus der Maschi
nenspindel gehalten wird. Der Stift wird in einem feder
belasteten Betriebskopf festgehalten, der durch eine
Antireibungsgleitanordnung, die an dem Hauptträgerkörper
montiert ist, getragen wird.
Falls die Sonde lediglich zum Lokalisieren einer Ober
fläche senkrecht zu der Spindelmittellinie verwendet
wird, wird die Stiftablenkung auf die Bewegung parallel
zu der Spindelmittellinie begrenzt.
Falls die Sonde lediglich zum Abtasten einer Oberfläche
parallel zu der Mittellinie der Spindel verwendet wird,
wird die Stiftablenkung auf die Bewegung senkrecht zu
der Spindelmittellinie begrenzt.
Falls die Sonde zum Lokalisieren einer Oberfläche senk
recht und parallel zu der Spindelmittellinie oder einer
Winkeloberfläche verwendet wird, wird der federbelastete
Betriebskopf so montiert, daß er eine Stiftablenkung
von jedem Winkel erlaubt.
In allen Fällen ist der Stift auf eine neutrale Posi
tion federvorgespannt. Die neutrale Position legt den
Versatzpunkt des Codierers fest, nachdem die Tasteinrich
tung in den Spindelverkonus eingefügt und durch die
Spindel-Maschinenwerkzeug-Verriegelung gesichert worden
ist. Der Codierer wird verschoben, nachdem die Spindel
steuerstange, die vor der Sondeneinführung zurückgezogen
worden ist, durch den linearen Servomotor mit einem
verminderten Strom vorgeschoben worden ist, bis sie
die Betätigungsstange der Sondeneinrichtung berührt.
Diese Position des Codierers wird durch die Maschinen-CNC
verarbeitet, um ebenfalls Werkzeuganwesenheit und Werk
zeugtyp in der Spindel zu verifizieren. Jeder Typ eines
Werkzeugs oder einer Sonde hat seine eigene eindeutige
Anfangsposition.
Der Trägerkörper der Tasteinrichtung beherbergt eine
Kugelnutenbuchse, die durch eine Endkappe gehalten wird.
Ein Mittelschaft mit äußeren Nuten, geschliffen für
eine vorbelastete Passung, gleitet leicht in der Kugel
buchse. Der Mittelschaft ist an einer Werkzeugbetäti
gungsstange befestigt. Eine Feder oder eine Kombination
von Federn bestimmt eine neutrale Zwangslage der Betäti
gungsstange und der Mittelschaftanordnung. Der Mittel
schaft liefert entweder direkt oder durch einen Anti
reibungsmechanismus eine neutrale Zwangsposition des
Abtaststiftes.
In einer Tasteinrichtung, die für eine Stiftauslenkung
parallel zu der Sondenmittellinie angeordnet ist, ist
ein Stiftmontagekopf an dem federvorgespannten Mittel
schaft befestigt.
Während eines Tastzyklus wird die an der Spindel montier
te Tasteinrichtung zu dem Werkstück mit einer schnellen
Vorschubgeschwindigkeit durch die Z-Achse bewegt, bis
der Stift die Werkstückoberfläche berührt. Bei diesem
Punkt stoppt der Stift die Vorwärtsbewegung, aber die
Spindelachse bewegt sich weiter in Richtung auf die
Werkstückoberfläche. Dies bewirkt, daß der Mittelschaft
und der Montagekopf sich in den Trägerkörper hineinschie
ben, was seinerseits bewirkt, daß die Werkzeugbetäti
gungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleitelement
relativ zu der Spindelmeßlinie bewegt. Diese telesko
pierende Bewegung ist in der Lage, die gesteuerte niedri
ge Kraft des linearen Servomotors zu überwinden und
den Codierer zu verschieben.
Die Codiererverschiebung bewirkt, daß ein Signal zu
der Maschinen-CNC in dem Augenblick gesendet wird, wo
die Probe die Werkstückoberfläche berührt. Das erzeug
te Schrittfunktionssignal wird verwendet, um die sonden
kompatible Logik in der CNC zu triggern. Die Sequenz
erfordert normalerweise eine Achsenreversierbewegung
bei einer niedrigeren Zufuhrgeschwindigkeit, um das
Sondensystemausgangssignal und die Positionslage zu
lesen, wenn der Stift die Werkstückoberfläche verläßt.
Falls alternativ dazu die Sondensequenz das Proportional
signal verwendet, dann signalisiert die Verschiebung
des Codierers der Zufuhrgeschwindigkeitssteuerschaltung
der CNC, graduell die Zufuhrgeschwindigkeit zu einer
programmierten Position des Umformers in einer für die
normale Verzögerung notwendigen Strecke auf Null zu
vermindern. Bei der programmierten Position wird ein
Triggersignal zu der Positionsdetektorlogik in der CNC
gesendet. Die Umformerposition wird algebraisch zu der
Achsenposition addiert, um die Werkstückoberflächenlage
zu bestimmen.
Ein anderes Verfahren zur Verwendung des Proportionalsig
nals ist es, die Verschiebung des Umformergleiters der
Zufuhrgeschwindigkeitssteuerschaltung der CNC zu melden,
um die Zufuhrgeschwindigkeit auf einer für die normale
Verzögerung notwendigen Strecke auf "Null" zu vermindern.
Die CNC wird dann algebraisch die Umformergleiterver
schiebung zu der Maschinenachsenposition addieren, um
den exakten Punkt zu bestimmen, an dem der Stift die
Werkstückoberfläche berührt.
Die gesteuerte Verzögerung, die eine Null-Vorschubge
schwindigkeit erlaubt, erzeugt eine genaue Werkstückober
flächenlokalisierungssequenz.
Wenn Oberflächenflachheit zu bestimmen ist, wird die
Spindel in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben,
bis der Stift die Werkstückoberfläche berührt. Die Spin
del wird dann in bezug auf die Werkstückoberfläche um
einen Betrag positioniert, der dem Stift erlaubt, axial
um einen bestimmten Betrag von der neutralen Stiftposi
tion verschoben zu werden. Das Werkstück wird dann in
bezug zu der Spindel in einer Ebene senkrecht zu der
Spindelmittellinie bewegt. Jede Oberflächenabweichung
von einer wahren flachen Ebene bewirkt, daß sich der
Stift axial bewegt, was bewirkt, daß der Umformergleiter
von der zuvor definierten festen Lage von der neutralen
Position verschoben wird. Die durch die Oberflächenab
weichung verursachte axiale Bewegung wird durch die
CNC von dem elektronischen variablen Verschiebungs
umformer gelesen. Falls die Werkstückoberfläche kontu
riert ist und die Kontur durch eine Dreiachsenmaschine
erzeugt worden ist, dann kann die Oberfläche auf ähnliche
Weise untersucht werden. Die Werkstückoberfläche wird
bestimmt durch Verwenden eines Teilprogramms, um die
Bewegung der drei Achsen zu steuern, und Lesen der Ab
weichung durch den Betrag der Umformerverschiebung.
Ein anderes Verfahren würde sein, das Werkstück in eine
Ebene senkrecht zu der Spindelmittellinie mit der voll
ständig zurückgezogenen Spindel zu bewegen. Bei gegebenen
Koordinaten der Werkstücklage wird die Spindel vorge
schoben, bis der Stift die Werkstückoberfläche berührt.
Die Spindel wird dann um einen programmierten Betrag
zurückgezogen, der ausreichend ist, daß der Stift von
der Werkstückoberfläche abhebt, und das Werkstück wird
zu einer anderen Koordinate bewegt.
Die Verwendung des Verfahrens, bei dem die Abweichungen
kontinuierlich durch die CNC von dem Umformerausgang
gelesen werden, erzeugt eine vollständigere und genauere
Werkstückoberflächenbestimmung.
In einer Tasteinrichtung, die für eine Stiftauslenkung
senkrecht zu der Spindelmittellinie eingerichtet ist,
ist die Stiftmontagekopfanordnung an der Stirnfläche
des Trägerkörpers befestigt und weist einen Stift
montagekopf auf, der zwischen zwei parallelen Oberflä
chen senkrecht zu der Spindelmittellinie gelegen ist
und mit Hilfe von präzisionsvorbelasteten Antireibungs
kugellagern getragen wird. Die Kugellager sind in einem
Abstandshaltering gehalten und, da sie flache Oberflächen
berühren, erlauben sie, daß sich der Stiftkopf frei
parallel zu den Montageoberflächen bewegt. Der Stiftkopf
steht in Eingriff mit einer Richtungsfesthalteeinrich
tung, die die obige Bewegung erlaubt, aber die verhin
dert, daß sich der Kopf dreht, um so jede Abweichung
in Lesefehlern zu verhindern, wenn der Stift die Werk
stückoberfläche berührt. Der Stiftkopf hat ein 90° abge
schrägtes Präzisionsloch, das gegenüber dem Stift in
der Oberfläche gelegen ist.
Eine Präzisionskugel wirkt in dem abgeschrägten Loch.
Ein Mittelschaft hat ebenfalls ein 90° abgeschrägtes
Präzisionsloch an einem Ende, das ebenfalls auf die glei
che Kugel wirkt. Der Mittelschaft wird durch eine Kugel
buchse getragen. Das entgegengesetzte Ende des Mittel
schaftes ist an der Werkzeugbetätigungsstange befestigt.
Der Mittelschaft und die Werkzeugbetätigungstangenan
ordnung sind federbelastet, so daß das abgeschrägte
Loch auf dem Mittelschaft, das gegen die dem abge
schrägten Loch in dem Stiftkopf gegenüberliegende Kugel
wirkt, bewirkt wird, daß der Stiftkopf eine neutrale
Position entlang einer Ebene senkrecht zur der Stift
mittellinie sucht.
Jede Auslenkung des Stiftes in dieser Ebene bewegt den
Stiftkopf auf seiner Antireibungskugellagerung, was
bewirkt, daß die zwischen dem abgeschrägten Loch in
dem Stiftkopf und dem abgeschrägten Loch in dem Mittel
schaft arbeitende Kugel entlang der Seite der abgeschräg
ten Löcher beider Teile rollt. Die resultierende Seiten
kraft auf den Mittelschaft wird durch die Kugelbuchse
getragen, deswegen sind alle Bewegungen, die notwendig
sind, um die Seitenkraft gegen den Stift in eine axiale
Kraft parallel zum Stift zu übersetzen, vollständig
reibungsfrei. Die resultierende axiale Kraft bewirkt,
daß sich der Mittelschaft axial entlang dieses Kugel-Nu
ten-Schafts bewegt, und der Stift wird parallel zu der
neutralen Position bleiben, wenn er entlang einer Ebene
senkrecht zu der Sondenmittellinie ausgelenkt wird.
Eine andere Gestaltung der Tasteinrichtung ist ähnlich
gestaltet wie die obige, die erlaubt, daß sich der Stift
axial in bezug zu dem Trägerkörper, der den Stiftkopf
trägt, bewegt. Diese axiale Bewegung ist ebenfalls feder
belastet und bewirkt, daß der Stift eine neutrale Posi
tion in drei Richtungen sucht. Der Stiftmontagekopf
ist in einem steilen abgeschrägten Loch getragen, wenn
er in seiner axialen neutralen Position ist. Die Abschrä
gung ist steil genug, um eine steife Unterstützung ohne
Seitenspiel zu geben, aber ist selbstlösend entlang
ihrer Mittellinie.
Wenn es erforderlich ist, die obere und untere Oberflä
che eines Werkstückes in Ebenen senkrecht zu Spindelmit
tellinie zu lokalisieren, wird ein Paar gegenüberliegende
Federn verwendet, die gegen Zwangsfestlegungsschultern
wirken, um eine neutrale Position des Stiftmontagekopfs
festzulegen. Ein Stift, der zum Berühren entweder der
oberen oder der unteren Oberfläche gestaltet ist, ist
an dem Montagekopf befestigt.
In Fällen des Ausdrehens extrem genauer Löcher ist es
wünschenswert, den Lochdurchmesser zu untersuchen,
bevor das Teil von dem Maschinentisch entfernt wird
oder vorzugsweise bevor das Ausdrehwerkzeug von der
Spindel entfernt wird oder selbst bevor die Spindel
relativ zu der Mitte des Loches bewegt wird. Idealer
weise wird das Loch ausgedreht, geprüft und erneut ausge
dreht, um jeden Fehler zu korrigierten, ohne das Werkzeug
von der Spindel zu entfernen oder ohne daß die Spindel
relativ zu der Mitte des Lochs bewegt worden ist.
Wenn Standardausdrehwerkzeuge oder die oben beschriebe
nen automatischen Typen in automatischen Bearbeitungs
zentren verwendet werden, ist es notwendig, das Ausdreh
werkzeug von der Spindel zu entfernen, um eine Tastein
richtung einzufügen, um den Lochdurchmesser zu unter
suchen. Es ist ebenfalls notwendig, die Spindel relativ
zu der Mitte des Lochs zu bewegen. Es ist beim Feinaus
drehen an sich bekannt, daß das Entfernen und Wiederein
fügen des Ausbohrwerkzeugs zu Lochgrößenvarianzen bei
tragen kann und daß die Wiederholbarkeits-Toleranzen
in der Position der Maschinenmittelachse zu Loch
lagenvarianzen beitragen kann.
Um die Grenzen von herkömmlichen Ausdreh- und In
spektionseinrichtungen zu überwinden, wird eine automa
tische Ausdrehwerkzeug- und Sondenkombination angegeben,
die in der Lage ist, den idealen Ausbohr-Prüf-Ausbohr-
Zyklus durchzuführen. Dieses Kombinationswerkzeug weist
einen Hauptbetriebskörper auf, der mit einem Festhalte
knopf versehen und so angeordnet ist, daß er im Konus
der Maschinenspindel mit Hilfe einer Maschinenwerk
zeug-Verriegelung gehalten wird. Eine Feder belastet
den Betriebsmechanismus einer drehbar montierten Bohr
stange vor. Die Bohrstange ist mit Hilfe einer Mitnehmer
stange eingestellt, die einteilig mit einem Teil der
Bohrstange ist, der gegenüber dem Schneidwerkzeug liegt.
Der Drehpunkt liegt zwischen der Mitnehmerstange und
dem Schneidwerkzeug gelegen. Ein Bohrkopf, der entweder
einteilig mit der Bohrstange ist oder an dieser montiert
ist, liefert eine einstellbare Montage für das Schneid
werkzeug. Eine einstellbare Montage für den Sondenstift
ist ebenfalls in dem Bohrkopf vorgesehen. Die Position
der Mitnehmerstange um den Drehpunkt wird begründet
durch die Position eines linearen Mitnehmers festgelegt,
der gleitfähig in dem Hauptbetriebskörper montiert ist.
Zwei verschiedene, aber in Verbindung stehende Mitnehmer
oberflächen existieren in dem linearen Mitnehmer. Eine
Oberfläche hat eine sehr flache Steigung für die Werk
zeugeinstellung, die andere Oberfläche hat eine steilere
Neigung, die entgegen der ersten Neigung abgewinkelt
ist und für den Tastzyklus verwendet wird. Der lineare
Mitnehmer ist an einer federbelasteten Werkzeugbetäti
gungsstange, die durch den Hauptbetriebskörper und den
Festhalteknopf läuft, befestigt und wird in ihr in einer
vollständig zurückgezogenen Position gehalten. Im Betrieb
wird die Position der Betätigungsstange und des linearen
Mitnehmers durch die Position der Spindelsteuerstange
unter der Steuerung der Maschinen-CNC festgelegt, wie
zuvor beschrieben. Die Federkraft auf die Werkzeugbe
tätigungsstange wirkt in der entgegengesetzten Richtung
der Kraft von der Spindelsteuerstange, deswegen wird
der Kontakt zwischen den beiden Stangen unter allen
Ausdrehbedingungen aufrechterhalten. Da der lineare
Mitnehmer die Position ändert, bewirkt die Mitnehmer
stangenbewegung um den Bohrstangendrehpunkt, daß sich
die Bohrstange zu einem gesteuerten Winkel neigt. Diese
Bewegung bewegt effektiv die Lage des Ausbohrwerkzeuges
oder stellt diese ein, um die Größe des gerade zu boh
renden Lochs zu vergrößern oder zu vermindern. Unter
Betriebsbedingung wird der Strom zu dem linearen Servo
motor, der die Position der Spindelsteuerstange steuert,
überwacht, um zu verifizieren, daß Kontakt zwischen
der Spindelsteuerstange und der federbelasteten Werkzeug
betätigungsstange aufrechterhalten wird.
Der Hauptbetriebskörper des Ausdrehwerkzeugs ist mit
einem schiebbar montierten linearen Mitnehmer mit einer
sehr flach ansteigenden Mitnehmeroberfläche versehen.
Der Winkel der Mitnehmeroberfläche gegenüber dem "Längen
verhältnis" der drehbar montierten Bohrstange bestimmt
die Genauigkeit und das Inkrement der Einstellung, das
während des Ausdrehens gemacht werden kann. Das "Längen
verhältnis" der Stange ist die Entfernung von der Mit
nehmerstange zu dem Drehpunkt dividiert durch die Ent
fernung von dem Drehpunkt zu der Werkzeugspitze. Für
Präzisionsausdrehen kann ein ausgewählter Mitnehmerwinkel
eine Werkzeugspitzenbewegung von 0,00001′′ (0,254 µm)
für jede 0,0001′′ (2,54 µm) Bewegung der servogesteuerten
Spindelsteuerstange liefern und, da die Auflösung für
servogesteuerte Einrichtungen normalerweise 0,00001′′
(0,254 µm) oder weniger ist, kann eine sehr feine Ein
stellung vorgenommen werden.
Die ausgewählte Stange hat nicht nur das geeignete "Län
genverhältnis", sondern ebenfalls die korrekte Länge
und den Durchmesser, um die den gewünschten Ausdrehbe
trieb durchzuführen. Es sollte bemerkt werden, daß diese
Gestaltung das Ausdrehen von Löchern über einen großen
Bereich von Durchmessern und Längen erlaubt.
Nach der Auswahl und Zusammenstellung des richtigen
linearen Mitnehmers, der Bohrstange und des Werkzeugs
wird der lineare Mitnehmer in seiner vollständig zurück
gezogenen Position durch die federbelastete Werkzeugbe
tätigungsstange positioniert. Diese Position liefert
den kleinsten Durchmesser, den das Ausdrehwerkzeug bear
beiten wird. Bei diesem Punkt wird dann das Werkzeug
entweder manuell geladen oder durch den automatischen
Maschinenwerkzeugwechsler in die Maschinenspindel einge
fügt. Davor wird die Spindelsteuerstange vollständig
zurückgezogen. Nachdem das Ausdrehwerkzeug im Spindel
konus durch die Spindel-Maschinenwerkzeug-Verriegelung,
die auf den Werkzeugfesthalteknopf wirkt, befestigt
ist, wird die Steuerstange durch den Servomotor mit
einem verminderten Strom vorgeschoben, bis sie die Werk
zeugbetätigungsstange berührt. Die Position des Codierers
wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, um die Werk
zeuganwesenheit und den Werkzeugtyp in der Spindel zu
verifizieren und um einen "Null"-Einstellpunkt festzu
legen.
Nach der Verifizierung wird das Loch mit Ausdrehwerkzeug
einstellungen, wie beschrieben, ausgedreht.
Nachdem das Loch ausgedreht worden ist, wird das Kombina
tionsausdrehwerkzeug von dem Loch zurückgezogen und
ein Prüfzyklus durchgeführt. Es sollte bemerkt werden,
daß die Sondenstifteinstellung zuvor durch eine Kalibra
tionssequenz, die eine geeichte Ringleere mit demselben
Durchmesser wie das auszudrehende Loch verwendet, einge
richtet wird. Zwei Arten von Kalibrationszyklen sind
im folgenden Text beschrieben.
Wenn sich das Kombinationsausdrehwerkzeug außerhalb
des Lochs befindet, schiebt die Spindelsteuerstange
den linearen Mitnehmer zu einem Punkt vor, wo die Mit
nehmerstange in Kontakt mit der steilen Neigungsposition
des Mitnehmers ist. Diese Position des Mitnehmers loka
lisiert sowohl das Schneidwerkzeug als auch den Stift,
so daß sie den Durchmesser des ausgedrehten Lochs noch
nicht berühren. Nachdem das Kombinationswerkzeug wiederum
in das Loch vorgeschoben worden ist, wird der lineare
Mitnehmer an einem Punkt positioniert, der dem Stift
erlaubt, den Innendurchmesser des Lochs zu berühren.
Die Maschinen-CNC verarbeitet dann die Codiererposition
und vergleicht sie mit der während des Kalibrationszyklus
eingerichteten Position. Der lineare Mitnehmer wird
wiederum für den Stift und das Werkzeug positioniert,
um das Loch freizugeben, so daß das Werkzeug zurückge
zogen werden kann.
Für den Fall, daß der Lochdurchmesser kleiner ist, als
die Toleranz erlaubt, wird eine Einstellung durch die
servogesteuerte Spindelsteuerstange gemacht, die die
Werkzeugbetätigungsstange und den linearen Mitnehmer
bewegt, was bewirkt, daß die vorbelastete Mitnehmer
stange, die auf die Mitnehmeroberfläche wirkt, die Bohr
stange schwenkt. Dieser Einstellbetrag ist das Ergebnis
der Sondenzyklusinformation, die durch die Maschinen-CNC
verarbeitet worden ist. Dieser Prozeß kann in program
mierten Intervallen so lange wiederholt werden, bis
der Produktionslauf beendet ist. Eine genauere Beschrei
bung der Tastsequenz erscheint im weiteren Text.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung sind dieselben Bezugszei
chen in verschiedenen Ansichten verwendet und beziehen
sich auf dieselben Teile, und die Schnittansichten sind
entlang der Richtung der Pfeile an den Enden der Schnitt
linien gefertigt. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bearbeitungs
zentrums, das eine typische Einrichtung der in
die Spindel eingefügten Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Bearbeitungszentrums,
Fig. 3 den Schnitt 3-3 nach Fig. 1 der Spindel eines
Bearbeitungszentrums, die mit der Erfindung ver
sehen ist,
Fig. 4 den Schnitt 4-4 nach Fig. 3 einer Umformereinheit
der Erfindung,
Fig. 5 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 des Werkzeugadapter
teils der Erfindung, der zum Bohren eingerichtet
ist,
Fig. 6 den Schnitt ähnlich zu Fig. 5 des teilweise kom
primierten Werkzeugadapterteils der Erfindung,
der zum Gewindebohren eingerichtet ist,
Fig. 7 den Schnitt ähnlich zu Fig. 5 des Werkzeugadap
terteils der Erfindung, der zum Fräsen einge
richtet ist, wobei der Adapter ausgefahren ist,
Fig. 8 den Schnitt ähnlich zu Fig. 7 des Werkzeugadap
terteils der Erfindung, der zum Fräsen einge
richtet ist, wobei der Adapter in einer verriegel
ten Position ist,
Fig. 9 den Schnitt 9-9 nach Fig. 8,
Fig. 10 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
des Ausdrehwerkzeugteils der Erfindung,
Fig. 11 den Schnitt 11-11 nach Fig. 10,
Fig. 12 den Schnitt 12-12 der Fig. 10,
Fig. 13 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine
Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmittellinie
eingerichtet ist,
Fig. 14 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine
Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmittellinie
sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung einge
richtet ist,
Fig. 15 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine
Stiftauslenkung senkrecht zu der Sondenmittellinie
eingerichtet ist,
Fig. 16 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von Fig.
15, der die Kugel und Details der abgeschrägten
Löcher zeigt,
Fig. 17 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine
Stiftauslenkung senkrecht und parallel zu der
Sondenmittellinie eingerichtet ist,
Fig. 18 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von
Fig. 17, der die Kugel und Details der abgeschräg
ten Löcher zeigt,
Fig. 19 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
der Tasteinrichtung der Erfindung, der für eine
Stiftauslenkung senkrecht zu der Sondenmittellinie
und ebenfalls für eine Stiftauslenkung parallel
zu der Sondenmittellinie sowohl in Plus- als
auch in Minusrichtung eingerichtet ist,
Fig. 20 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von
Fig. 19, der die Kugel und Details der abgeschräg
ten Löcher zeigt,
Fig. 21 den Schnitt 21-21 nach Fig. 19,
Fig. 22 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von
Fig. 19, der ein Detail der unteren Lokalisie
rungsfeder zeigt,
Fig. 23 den Schnitt des 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5
des Kombinationsausdrehwerkzeug-Sondenteils der
Erfindung,
Fig. 24 den Schnitt 24-24 nach Fig. 23,
Fig. 25 den Schnitt 25-25 nach Fig. 23,
Fig. 26 das mechanische Schema der Erfindung, ebenfalls
entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 ähnlich zu
Fig. 3,
Fig. 27 ein elektro-mechanisches Schema der Erfindung
entlang Linie 27-27 von Fig. 26.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Bearbeitungszentrum mit
vertikaler Spindel, das eine Basis 6 aufweist, die einen
beweglichen Sattel 5 trägt. Die Sattelbewegung wird
als Y-Achse bezeichnet. Der Sattel trägt einen Werkstück
haltetisch 4. Die Tischbewegung wird als X-Achse bezeich
net. Die Basis 6 trägt ebenfalls den Maschinenständer
3. An dem Maschinenständer 3 ist ein automatischer Werk
zeugwechsler 2 montiert. Der Ständer 3 liefert ebenfalls
eine verschiebbare Montageoberfläche für den Spindelstock
1. Die vertikale Bewegung des Spindelstocks 1 wird als
Z-Achse bezeichnet. Eine numerische Computersteuerung
7 steuert alle Funktionen des Bearbeitungszentrums.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Spindel eines typi
schen Bearbeitungszentrums. Durch die Mitte der Spindel
wirkt eine Spindelsteuerstange 12 hindurch, die an einem
rotierenden in einem Gehäuse 19 auf Lagern 18 getragenen
Verbindungsschaft 17 befestigt ist. Eine Lagerkappe
20 klemmt den äußeren Ring von Lagern 18 in das Gehäuse
19, eine Klemmmutter 21 klemmt innere Laufringe von
Lagern 18 an den Verbindungsschaft 17. Die Spindelsteuer
stange 12 läuft durch einen typischen Maschinenwerk
zeug-Verriegelungsmechanismus, der teilweise durch ein
Spannfutter 10 und einen Betriebsmechanismus 11 ange
deutet ist. Ein Werkzeugverriegelungsmittelschaft 16
ist an einer teleskopierbaren Kupplung 15 befestigt,
die erlaubt, daß eine axiale Bewegung zwischen der Spin
delsteuerstange 12 und dem Mittelschaft 16 auftritt,
aber erlaubt, daß der Mittelschaft 16 rotierend den
Verbindungsschaft 17 antreibt.
Eine typische Bearbeitungseinrichtung 9 wird im Konus
der Spindel 8 getragen und durch einen Knopf 14 mit
Hilfe eines Maschinenwerkzeugs-Verriegelungsspannfutters
10 festgehalten. Eine Werkzeugbetätigungsstange 13 steht
mit der Spindelsteuerstange 12 in Berührung. Fig. 4
zeigt ein Gehäuse 19, das an Gleitelement 22 befestigt
ist, das die Position der Steuerstange 12 (Fig. 3) und
die Kraft auf sie durch einen linearen Servomotor 25, 26
und Umformer 27, 28 unter der Steuerung der numerischen
Computersteuerung 7 (Fig. 2) steuert. Das Gleitelement
22 wird auf einer Basis 23 durch eine vorbelastetes
Wälzlager 24 getragen und geführt. Falls Kühlflüssigkeit
durch das Werkzeug erforderlich ist, wird der Verbindungs
schaft 17 so modifiziert, daß eine rotierende Kühlflüs
sigkeitskupplung 31 montiert wird. Die Spindelsteuer
stange 12 wird ebenfalls verändert zu einer hohlen Röhre,
um Kühlflüssigkeitsfluß in dem Werk
zeugverriegelungsfutterbereich, der vom Spannfutter
10 besetzt ist, zu erlauben.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen teleskopierbaren
Werkzeugadapter 9, der zum Bohren eingerichtet ist.
Der Adapter weist einen Adapterkörper und einen Fest
halteknopf 14 auf. Im Körper 43 ist verschiebbar ein
Werkzeughalter 49 getragen, der durch einen Keil 53
angetrieben und durch einen Anschlagblock 47 gegen Druck
von einer Feder 45 gehalten wird. Eine Werkzeugbetäti
gungsstange 44 ist an dem Werkzeughalter 49 durch einen
Werkzeughalterbolzen 46 befestigt. Ein Bohrer 52 ist
im Futter 51 durch eine Futterverriegelungsmuttereinheit
50 eingespannt. Ein Passungsabstandshalter 40 ist an
der Betätigungsstange 44 durch eine Abstandshalterschraube
41 befestigt.
Bevor der teleskopierbare Werkzeugadapter 9 in die Spin
del 8 eingeführt wird, wird die Steuerstange 12 (Fig.
3) vollständig durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4)
zurückgezogen. Nach der Einführung bewegt der Linearmotor
25, 26 die Steuerstange 12 mit einem verminderten Strom
oder niedriger Kraft so lange, bis die Steuerstange
12 die Abstandshalterschraube 14 der Betätigungsstange
44 berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch
die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen
"Null"-Einstellpunkt festzulegen und um die Werkzeug
anwesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der
Werkzeugtyp wird bestimmt durch die Beziehung der Ab
standshalterschraube 41 zu der Meßlinie des Konus von
Adapterkörper 43. Die "Null"-Einstellung eliminiert
jede Ungenauigkeit wegen der thermischen Ausdehnung
von Spindelanordnungskomponenten relativ zu der Länge
der Spindelsteuerstange 12.
Beim Bohren mit Oberflächenabtastung wird die Spindel
8 in Richtung auf das Werkstück fortbewegt, bis der
Bohrer 52 die Werkstückoberfläche berührt. Die Spindel
oder Z-Achse wird sich weiter vorwärtsbewegen, was be
wirkt, daß der Werkzeughalter 49 sich in den Adapterkör
per 43 hineinschiebt und die Feder 45 komprimiert. Diese
Bewegung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungs
stange 44 die Spindelsteuerstange und das Gleitelement
22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 verschiebt
den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformerverschiebung
bewirkt, daß die Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27)
die Z-Achse auf Null-Geschwindigkeit in der Strecke
verzögert, die das Ende des Werkzeughalters 49 zurück
legen muß, um fest im Werkzeugadapterkörper 43 zu sitzen.
Bei diesem Punkt wird die Z-Achsenposition auf Null
gesetzt, und der Bohrer 42 wird in das Werkstück zu
einer Tiefe in das Werkstück vorgeschoben, die von der
Werkstückoberfläche aus durch die numerische Com
putersteuerung gemessen wird.
Falls der Bohrer brechen sollte, bevor die Tiefe erreicht
ist, bewirkt die Feder 45, daß der Werkzeughalter 49
im Werkzeugkörper 43 abhebt, wobei dadurch der Spindel
steuerstange 12 und dem Umformer 27, 28 erlaubt wird,
sich zu verschieben. Diese Bewegung bewirkt, daß der
Umformer 27, 28 ein Fehlersignal an die numerische Com
putersteuerung sendet, die den Zyklus anhält, bis das
Problem korrigiert ist.
Fig. 6 zeigt einen teleskopierbaren Werkzeugadapter
9, der zum Gewindeschneiden eingerichtet ist. Der Adapter
weist einen Adapterkörper 62 und den Festhalteknopf
40 auf. Im Körper 62 ist ein Werkzeughalter 76 gleitend
verschiebbar getragen. Der Werkzeughalter 76 wird durch
einen Keil 65 angetrieben und durch einen Anschlagblock
66 gegen Druck von einer Feder 64 gehalten. Eine Werk
zeugbetätigungsstange 63 ist im Werkzeughalter 76 befe
stigt. Ein passend 61824 00070 552 001000280000000200012000285916171300040 0002003816737 00004 61705er Abstandshalter 61 ist an der Betä
tigungsstange 63 durch eine Abstandshalterschraube 60
befestigt. Verriegelt in den Werkzeughalter 76 durch
Rastkugeln 71, die durch ein Futter 70 in ihrer Position
gehalten werden, ist ein Gewindebohrerantrieb 72 des
Direktantriebtyps oder des Drehmomentbegrenzungstyps.
Der Gewindebohrer 73 wird durch den Antrieb 72 gehalten
und angetrieben. Bevor der telekopierbare Werkzeugadapter
zum Gewindebohren in die Spindel eingeführt wird, wird
die Steuerstange 12 zurückgezogen. Nach Einführung wird
die Steuerstange 12 auf dieselbe Art in Umlauf gesetzt,
wie für den Bohradapter beschrieben.
Beim Gewindeschneiden mit Oberflächenabtastung wird
die Spindel 8 in Richtung auf das Werkstück 75 vorge
schoben, das für das Gewindeschneiden vorbereitet worden
ist, indem es ein zuvor hergestelltes Loch 74 aufweist,
das durch den Gewindebohrer 73 mit einem Gewinde versehen
wird. Der Gewindebohrer 73 rotiert zu dieser Zeit nicht.
Der Vorschub der Spindel oder Z-Achse wird weiter fort
gesetzt, was bewirkt, daß sich der Werkzeughalter 76
in den Adapterkörper 72 hineinschiebt und die Gewinde
bohrer-Widerlagerdruckfeder 64 komprimiert. Der Betrag
des Federdruckes kann durch Verändern des Kompressions
maßes von Feder 64 geändert werden, um sie der Größe
von Gewindebohrer 73 anzupassen. Diese Bewegung bewirkt
ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungsstange 63 die
Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement 22 (Fig.
3) verschiebt. Das Gleitelement 22 verschiebt den Umfor
mer 27, 28 (Fig. 4). Der Umformer veranlaßt die numeri
sche Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27), die
Z-Achse auf Null-Geschwindigkeit in ungefähr der halben
Strecke, die der Werkzeughalter 76 in dem Adapterkörper
62 zurücklegen muß, zu verzögern.
Bei diesem Punkt wird die Z-Achsenposition zu Null ge
setzt. Die Spindel beginnt zu rotieren, und der durch
die Feder 64 bestimmte Druck bewirkt, daß der Gewinde
bohrer in das Loch 74 bis zu einer Tiefe geführt wird,
die von der Werkstückoberfläche durch die numerische
Computersteuerung gemessen wird. Die Vorschubgeschwin
digkeit wird durch die Gewindesteigung des Gewindebohrers
73 und die Drehzahl der Spindel 8 bestimmt.
Wenn sich der Gewindebohrer 73 in das Loch 74 bewegt
hat, beginnt der Werkzeughalter 76, sich aus dem Adapter
körper 62 herauszubewegen. Dies bewirkt wiederum, daß
Spindelsteuerstange 12 und Umformer verschoben werden,
was die numerische Computersteuerung veranlaßt, die
Spindel oder Z-Achse mit derselben Vorschubge
schwindigkeit, aber leicht hinter dem Gewindebohrer
73 vorzuschieben.
Wenn die geeignete Gewindebohrertiefe erreicht ist,
reversiert die Spindel, was bewirkt, daß der Gewin
debohrer sich aus dem Loch zurückzieht. Diese Tätigkeit
drückt den Werkzeughalter 76 weiter in den Adapterkörper
62, was bewirkt, daß der Umformer 27, 28 erneut verscho
ben wird. Diese Bewegung zeigt der numerischen Computer
steuerung an, die Bewegung der Z-Achse zu reversieren,
und die Z-Achse wird dem Gewindebohrer aus dem Loch
heraus folgen, bis der Gewindebohrer 73 von der Werk
stückoberfläche abgehoben hat.
Falls der Gewindebohrer 73 brechen sollte, bevor die
geeignete Tiefe erreicht ist, wird sich der Werkzeug
halter 76 sehr schnell vorschieben, falls ein Teil des
Gewindebohrers weggeschleudert ist, oder er wird mit
dem Vorschieben aufhören, weil ein gebrochener Gewinde
bohrer nicht weiter eingeführt wird. In jedem Fall wird
der Übertrager 27, 28 verschoben, was der numerischen
Computersteuerung eine Außerhalb-der-Synchronisation-Be
dingung anzeigt, was bewirkt, daß der Zyklus gestoppt
wird, bis das Problem korrigiert worden ist.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch einen teleskopierbaren
Werkzeugadapter 9, der zum Fräsen eingerichtet ist.
Der Adapter weist einen Adapterkörper 82 und den Fest
halteknopf 14 auf. Im Adapterkörper 82 ist ein Werkzeug
halter 98 gleitend verschiebbar gelagert, der durch
einen Keil 92 angetrieben und durch einen Anschlag
block 93 gegen den Druck einer Feder 84, die gegen eine
Werkzeughalterscheibe 85 wirkt, gehalten wird. Werkzeug
halterverriegelungskugeln 87 arbeiten in Verbindung
mit einer Mitnehmernut 86 auf dem Innendurchmesser des
Adapterkörpers 82 und einer Mitnehmeroberfläche 90 auf
dem Außendurchmesser des Verriegelungsmitnehmers 91.
Eine Verriegelungsmitnehmerfeder 88 hält einen Druck
auf den Verriegelungsmitnehmer 91 und Verriegelungskugeln
87 während des Fräsens aufrecht. Eine Werkzeugbetäti
gungsstange 83 ist an dem Verriegelungsmitnehmer 91
befestigt. Eine Abstandshalterschraube 80 befestigt
einen Passungsabstandhalter 81 an der Betätigungsstange
83. Ein Fräser 97 ist am Werkzeughalter 98 durch eine
Verriegelungsschraube 96 befestigt. Ein Spanschutz 95
ist an dem Werkzeughalter 98 befestigt, um zu verhindern,
daß sich Späne im Werkzeughalterkonus 99 und dem Adapter
körperkonus 100 ansammeln.
In Fig. 8 ist derselbe Fräsadapter wie in Fig. 7 gezeigt,
nachdem er durch die Z-Achse vorgeschoben worden ist,
bis der Fräser 97, der die Werkstückoberfläche 101 be
rührt, den Werkzeughalter 98 in den Adapterkörper 82
hineinschiebt, bis der Werkzeughalterkonus 99 fest in
dem Adapterkörperkonus 100 sitzt und Verriegelungskugeln
87, die in einer Reihe von leicht angewinkelten Löchern
89 in dem Werkzeughalter 98 wirken, in eine Verriege
lungsposition in der Mitnehmernut 87 am Innendurchmesser
des Adapterkörpers durch Druck von einer Mitnehmerver
riegelungsfeder 88 gegen einen Verriegelungsmitnehmer
91 mit einer Mitnehmeroberfläche 90 mit einem Verriege
lungswinkel, der so negativ ist, daß Schneidkräfte von
einigen Fräsertyptätigkeiten den Werkzeughalter 87 nicht
abheben können, verriegelt haben. Der Werkzeughalter
98 wird radial starr im Adapterkörper 82 am unteren
Ende durch Konusoberflächen 99 und 100 und am oberen
Ende durch Verriegelungskugeln 87 gehalten, die in Lö
chern 99 wirken, die mit einem Winkel von weniger als
90° von der Mittellinie des Werkzeughalterkörpers 98
bearbeitet sind. Dieser Winkel verhindert jede radiale
Bewegung des oberen Endes des Werkzeughalters 98, wenn
die Verriegelungskugeln 87 starr in der Mitnehmernut
87 des Adapterkörpers 82 durch den Verriege
lungsmitnehmerwinkel 90 auf Verriegelungsmitnehmer 91
verriegelt sind.
Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch die Reihe von Löchern
89 in dem Werkzeughalter 98, in denen die Ver
riegelungskugeln 87 in Verbindung mit der inneren Mit
nehmernut 86 von Adapterkörper 82 und Mitnehmeroberfläche
90 von Verriegelungsmitnehmer 91 wirken, um eine sehr
starre Einrichtung zum Halten des Werkzeughalters 98
in einer Zwangslage im Adapterkörper 82 zu bilden.
Bevor der teleskopierbare Werkzeugadapter zum Fräsen
in die Spindel 8 eingeführt wird, wird die Spindel
steuerstange 12 durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4)
zurückgezogen. Nach der Einführung schiebt der Linear
motor 25, 26 die Steuerstange 12 mit einem verminderten
Strom oder niedriger Kraft vor, bis die Steuerstange
12 die Abstandshalterschraube 80 der Betätigungsstange
83 berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch
die numerische Computersteuerung 7 (Fig. 2) verarbeitet,
um die Werkzeuganwesenheit und den Werkzeugtyp zu veri
fizieren. Der Werkzeugtyp wird durch die Beziehung der
Abstandshalterschraube 80 und die Meßlinie des Konus
des Adapterkörpers 82 bestimmt. Nach der Werkzeugveri
fikation wird der Strom zum Linearmotor 25, 26 um einen
gesteuerten Betrag vergrößert, bis ein ausreichender
Widerlagerdruck auf der Werkzeugbetätigungsstange 83
vorhanden ist, um die Kraft der Mitnehmerver
riegelungsfeder 88 zu überwinden. Der Widerlagerdruck
wird den Verriegelungsmitnehmer 91 gegen die Schulter
des Werkzeughalters 98 bewegen. Die Position des Umfor
mers 27, 28 wird wiederum durch die numerische Computer
steuerung 7 verarbeitet, um einen "Null"-Einstellpunkt
festzulegen. Ein niedriger Strom wird im Linearmotor
25, 26 während eines Oberflächenabtastbetriebs aufrecht
erhalten.
Während eines Oberflächenabtastfräsbetriebs wird die
nicht rotierende Spindel 8 in Richtung auf das Werkstück
101 vorwärtsbewegt, bis der Fräser 97 die Werkstückober
fläche berührt. Die Spindel oder Z-Achse wird weiter
vorwärtsbewegt, was bewirkt, daß sich der Werkzeughalter
98 in den Adapterkörper 82 hineinschiebt und die Feder
84 komprimiert. Diese Bewegung ist in der Lage, die
gesteuerte niedrige Kraft auf Linearmotor 25, 26 zu
überwinden und bewirkt auch, daß die Werkzeugbetätigungs
stange 83 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement
22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 wird den
Umformer 27, 28 (Fig. 4) verschieben. Die Umformerver
schiebung wird bewirken, daß die numerische Computer
steuerung 7 (Fig. 2 und 27) die Z-Achse auf Null-Ge
schwindigkeit in der Strecke, die benötigt wird, damit
der Konus 99 von Werkstückhalter 98 fest im Konus 100
von Adapterkörper 82 sitzt, verzögert.
Der Strom zum Linearmotor 25, 26 wird auf fast Null
vermindert, was der Verriegelungsmitnehmerfeder 88 er
laubt, den Verriegelungsmitnehmer 90 in die Verriege
lungspostion zu bewegen, wobei der Werkzeughalter 98
starr in den Adapterkörper 82 gesetzt wird. Bei diesem
Punkt wird die Z-Achse zu "Null" gesetzt und die nume
rische Computersteuerung beginnt, die Spindel 8 zu drehen
und die erforderliche Achse vorzuschieben, um einen
Fräsbetrieb durchzuführen, der von der Oberfläche des
Werkstücks 101 aus gemessen wird.
Nachdem der Fräsbetrieb beendet ist, wird der Werkzeug
halter 98 von der ineinandergeschobenen Position durch
ausreichende Vergrößern des Stromes zum Linearmotor
25 entriegelt, 26, um den Verriegelungsmitnehmer 91
zu bewegen und die Verriegelungsmitnehmerfeder 88 zu
komprimieren, was den Verriegelungskugeln 87 erlaubt,
sich aus der Mitnehmernut 86 des Adapterkörpers 82 zu
bewegen. Der Widerlagerdruck vom Linearmotor 25, 26
und deswegen die Kraft von Feder 84 wird den Werkzeug
halter zu seiner normalen oberflächenabtastenden Position
zurücksetzen.
Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch ein automatisches
Ausdrehwerkzeug, das einen Betriebskörper 114
und den Festhalteknopf 14 aufweist. Der Betriebskörper
114 ist mit einem Drehpunktblock 118 versehen, um eine
Unterstützung für eine Drehpunktbuchse 122 und einen
Drehpunktverriegelungsbolzen 127 zu schaffen. Eine Bohr
stange 125 wird in dem Drehpunktblock 118 geführt und
durch die Drehpunktbuchse 122 gehalten. Eine komprimier
bare Dichtung 121 hält Schmutz von der Drehpunktblock
anordnung fern. Vorspannfedern 120 bewirken, daß die
Bohrstange 125 um die Buchse 122 schwenkt, was eine
Mitnehmerstange 117, die an der Bohrstange 125 befestigt
ist, gegen einen Mitnehmerschlitz 131 in dem linearen
Mitnehmer 115 zwingt. Der lineare Mitnehmer 115 ist
gleitend verschiebbar im Betriebskörper 114 montiert.
Eine Werkzeugbetätigungsstange 113 ist am linearen Mit
nehmer 115 befestigt und hält den linearen Mitnehmer
115 vollständig zurückgezogen durch die Kraft von einer
Stangenfeder 112, die gegen einen Passungsabstandshalter
111 wirkt, der an der Betätigungsstange 113 durch eine
Abstandshalterschraube 110 befestigt ist. Eine einstell
bare Schneidwerkzeughülse 126 ist an der Bohrstange
125 montiert. Die Position des Schneidwerkzeugs 126
wird normalerweise in einer Werkzeugraumumgebung vorein
gestellt.
Bevor das automatische Aufdrehwerkzeug in die Spindel
8 eingeführt wird, wird die Steuerstange 12 (Fig. 3)
durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4) vollständig zurück
gezogen. Nach der Einführung schiebt der Linearmotor
25, 26 die Steuerstange 12 mit einem verminderten Strom
oder niedriger Kraft vor, bis die Steuerstange 12 die
Abstandshalterschraube 110 der Betätigungsstange 113
berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch
die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen
"Null"-Einstellpunkt festzulegen und um die Werkzeug
anwesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der
Werkzeugtyp wird durch die Beziehung der Ab
standshalterschraube 110 zu der Meßlinie des Konus des
Betriebskörpers 114 bestimmt. Die "Null"-Einstellung
verhindert jede Ungenauigkeit wegen der thermischen
Ausdehnung der Spindelanordnungskomponenten in bezug
zu der Länge der Spindelsteuerstange 12.
Während eines Produktionslaufs von Teilen wird das ge
rade auszudrehende Loch durch zuvor beschriebene Einrich
tungen gemessen und ein Einstellwert wird an die numeri
sche Computersteuerung übertragen. Die Spindelsteuerstan
ge 12 wird durch den Linearmotor 25, 26 vorgeschoben.
Der Vorschubweg wird durch den linearen Umformer 27,
28 gemessen und durch den Mitnehmerwinkel des Mitnehmer
schlitzes 131 des linearen Mitnehmers 115 und das "Län
genverhältnis" der Bohrstange 125 bestimmt. Wenn die
Spindelsteuerstange 12 vorgeschoben wird, werden Werk
zeugbetätigungsstange 113 und der lineare Mitnehmer
114 um die gleiche Entfernung vorgeschoben, wobei sie
die Feder 112 zusammenpressen. Die Bewegung des linearen
Mitnehmers 115 und des Mitnehmerschlitzes 131 bewirken,
daß die Mitnehmerstange 117 die Bohrstange 125 um die
Drehpunktbuchse dreht. Diese Drehung bewegt das Schneid
werkzeug 126 um die richtige Distanz, die notwendig
ist, um die Werkzeugabnutzung zu kompensieren. Während
der Einstellung und des Bearbeitungsbetriebs bewirken
Vorspannfedern 120 eine Zwangslast auf die Bohrstange
125, so daß kein Spiel zwischen Bohrstange 125, Dreh
punktbuchse 122, Mitnehmerstange 117, linearem Mitnehmer
115 und Bohrer im Betriebskörper 114 vorhanden sein
kann. Bei Konturierungsbetrieb wird der Servomotor 25,
26 vor- und zurückbewegt, während der Spindelstock 1
(Fig. 1 - Z-Achse) vorgeschoben wird. Die Phasenbeziehung
dieser Bewegungen, die durch die numerische Computer
steuerung 7 gesteuert werden, bestimmt die Gestaltung
der konturierten Teile.
Fig. 11 ist ein Schnitt durch die Mitnehmerstange 117,
die die Mitnehmerstange mit einer Preßpassung in Bohr
stange 125 und einer Gleitpassung im linearen Mitnehmer
115 zeigt. Der lineare Mitnehmer 115 wird im gebohrten
Loch des Betriebskörpers 114 vollständig getragen.
Fig. 12 ist ein Schnitt durch Drehpunktblock 118, der
zeigt, wie die Breite der Bohrstange 125 in der Innenkon
tur des Drehpunktblocks 118 angepasst ist. Bohrstange
125 schwenkt um Buchse 122. Ein Schulterabstandshalter
128 ist eingepasst, um jedes Endspiel zwischen der inne
ren Abmessung von Drehpunktblock 118 und Breite der Bohr
stange 125 auszuschließen. In normaler Bearbeitungspraxis
kann ein Endspiel auftreten, aber durch den Passungsab
standshalter 128 und Spannen des Verriegelungsbolzens
127 mit Hilfe einer Unterlagsscheibe 130 und Verriege
lungsmuttern 129 wird eine leichte Auslenkung im Dreh
punktblock 118 bewirkt werden und somit ein Endspiel
ausgeschlossen. Ein Schnitt durch Vorspannfedern 120
ist ebenfalls gezeigt.
Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch eine Tasteinrichtung,
die für eine Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmit
tellinie eingerichtet ist. Die Tasteinrichtung weist
einen Trägerkörper 156 und einen Festhalteknopf 14 auf.
Eine Kugel-Nuten-Buchse 147 und ein Schaftanschlagbund
146 sind in der Bohrung des Trägerkörpers 156 durch
eine Kappe 148 befestigt. Ein Stift 153 ist an einem
Stiftmontagekopf 154 befestigt. Ein Mittelschaft 155
ist in der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch äußere geschlif
fene Nuten getragen. Der Stiftmontagekopf 154 ist an
einem Ende des Mittelschaftes 155 befestigt. Eine Werk
zeugbetätigungsstange 144 und eine Anschlagunterleg
scheibe 145 sind am entgegengesetzten Ende befestigt.
Eine Sondenvorspannfeder 143 wird auf der Betätigungs
stange 144 geführt und bestimmt die neutrale Position
des Stiftes durch Aufrechterhalten eines Druckes zwischen
der Anschlagunterlegscheibe 145 und dem Federanschlag
142. Ein Passungsabstandshalter 141 ist an der Betäti
gungsstange 144 durch eine Abstandshalterschraube 140
befestigt. Ein Balg 150 und ein Schutz 151 schützen
den Nutenschaft 155.
Bevor irgendeine der in Fig. 13, 14, 15, 17 und 19 ge
zeigten Tasteinrichtungen in die Spindel 8 eingeführt
wird, wird die Steuerstange 12 (Fig. 3) durch den Linear
motor 25, 26 (Fig. 4) vollständig zurückgezogen. Nach
der Einführung schiebt der Linearmotor 25, 26 die Steuer
stange 12 mit einem verminderten Strom oder niedriger
Kraft vor, bis die Steuerstange 12 die Abstandshal
terschraube der geeigneten Werkzeugbetätigungsstange
berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch
die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen
"Null" Einstellpunkt festzulegen und um die Werkzeugan
wesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der Werk
zeugtyp wird durch die Beziehung der Abstandshalter
schraube zu der Meßlinie des Betriebskörpers bestimmt.
Die "Null"-Einstellung beseitigt jede Ungenauigkeit
wegen der thermischen Ausdehnung der Spindelanordnungs
komponenten in Bezug zu der Länge der Spindelsteuerstange
12. Im Betrieb wird die Spindel 8 in Richtung auf das
Werkstück 158 vorgeschoben, bis Stift 153 die Werkstück
oberfläche berührt. Die Spindel oder Z-Achse wird weiter
vorfahren, was bewirkt, daß sich Stift 153, Stiftmontage
kopf 154, Mittelschaft 155 und Werkzeugbetätigungsstange
144 relativ zum Trägerkörper 146 und zur Spindel 8 bewe
gen. Diese Bewegung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeug
betätigungsstange 144 die Spindelsteuerstange 12 und
das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Gleitelement
22 verschiebt den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformer
verschiebung bewirkt, daß die numerische Computersteue
rung 7 (Fig. 2 und 27) die Z-Achse auf Nullgeschwindig
keit verzögert.
Die Verschiebung von Umformer 27, 28 (Fig. 4 und 27)
wird der numerischen Computersteuerung 7 (Fig. 2 und 27)
signalisieren, daß der Sondenstift 153 die Werkstückober
fläche 158 berührt hat. Die CNC kann dieses Signal in
irgendeiner der folgenden Arten verwenden.
Da der Umformer 27, 28 in einer Null- oder Neutrallage
vor dem Tastzyklus ist, bewirkt der Anfangskontakt des
Stiftes 153 gegen die Werkstückoberfläche 158 die Ver
schiebung des Umformers aus seinem Nullzustand. Dieses
Signal triggert die sondenkompatiblen Schaltungen in
den CNC, die geeignet sind, dieses Signal für eine
Achsenpositions- und Lagebestimmung zu verwenden. In
dieser Betriebsweise wird die Spindelachse überschiessen
und ihre Richtung mit einer niedrigeren Vorschubgeschwin
digkeit reversieren und erneut einem Nullzustand signali
sieren, wenn der Stift 153 die Werkstückoberfläche 158
verläßt. Dieses letzte Nullsignal wird verwendet, um
die Achsenposition festzulegen. Vorherige Kalibrationen
werden dann verwendet, um die tatsächliche Werkstückober
flächenlage zu bestimmen.
Eine alternative Methode ist es, die CNC 7 die Achsen
bewegung in einer festen Entfernung durch Verwenden
des Umformersignals verzögern zu lassen, um die Achsenvor
schubgeschwindigkeit während der Verzögerung zu steuern,
bis die feste Entfernung erreicht ist. Die Umformerposi
tion wird dann algebraisch zu der Achsenposition addiert,
um die Werkstückoberflächenlage zu bestimmen.
Eine weitere alternative Methode ist es, eine normale
Verzögerung nach dem Sondenkontakt auftreten zu lassen,
bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist. Die Umformerpo
sition wird algebraisch zu der Achsenposition addiert,
um die Werkstückoberfläche zu bestimmen.
In Fig. 14 ist eine Tasteinrichtung gezeigt, die für
eine Stiftauslenkung sowohl in Plus- als auch in Minus
richtung parallel zu der Sondenmittellinie geeignet
ist. Die Sondeneinrichtung weist einen Trägerkörper
164 und den Festhalteknopf 14 auf. Die Kugel-Nuten-Buch
se 147 ist in einer Bohrung des Trägerkörpers 164 durch
die Kappe 148 befestigt. Ein Stift 173 ist an einem
Stiftmontagekopf 180 befestigt. Ein Mittelschaft 174
wird in der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch äußere geschlif
fene Nuten getragen. Der Stiftmontagekopf 179 ist an
einem Ende des Mittelschafts 155 befestigt, Werkzeugbe
tätigungsstange 163 und Anschlagunterlegscheibe 145
sind am entgegengesetzten Ende befestigt. Eine obere
Festlegungsfeder 162 und eine untere Festlegungsfeder
175 sind auf der Werkzeugbetätigungsstange 163 befestigt.
Eine äußere Mittelbuchse 178 ist im Trägerkörper 164
durch eine Klemmuffe 168 und eine Klemmutter 176 ge
klemmt. Eine innere Mittelbuchse 177 ist mit der Betäti
gungsstange 163 durch Stift 166 verstiftet. Die obere
Festlegungsfeder 162 wird zwischen einem oberen gleiten
den Federstützring 165 und einem Passungsabstandshalter
161 durch eine Abstandshalterschraube 160 gehalten.
Die untere Festlegungsfeder 175 ist durch den unteren
gleitenden Federstützring 167 und die Anschlagunterleg
scheibe 145 gehalten. Wenn Stift 173 in einer neutralen
Position ist, d.h. wenn Stift 173 nicht mit irgendeiner
Werkstückoberfläche in Berührung steht, liefert die
obere Feder 162, deren Kompressionskraft zwischen der
Abstandshalterschraube 160 und der verstifteten inneren
Buchse 177 aufgenommen ist, eine Zwangslage für Stift
173 in der Minusrichtung durch den gleitenden Stützring
165, der gegen die äußere Buchse 178 wirkt. Die untere
Feder 175, deren Kompressionskraft zwischen dem Mittel
schaft 174 und der gestifteten inneren Buchse 177 aufge
nommen ist, liefert eine Zwangslage für den Stift 173
in der Plusrichtung durch den gleitenden Stützring 167,
der gegen die festgeklemmte äußere Buchse 178 wirkt.
Die innere Buchse 177 und die äußere Buchse 178 haben
gleiche Längen.
Die obere Festlegungsfeder 162 ist ausreichend vorge
spannt, so daß keine Auslenkung der Feder 162 während
der "Null"-Einstellung-Werkzeugvoreinstellung und der
Verifikationssequenz der Spindelsteuerstange 12 auftritt.
Im Betrieb wird die Spindel 8 in Richtung auf das Werk
stück vorgeschoben, bis die Stiftvorderseite 171 von
Stift 173 die Werkstückoberfläche berührt. Die Spindel
oder Z-Achse wird weiter vorfahren, was bewirkt, daß
sich Stift 173, Stiftmontagekopf 179, Mittelschaft 174
und Werkzeugbetätigungsstange 163 relativ zum Träger
körper 156 und der Spindel 8 bewegen. Diese Bewegung
bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungsstange
163 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement
22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 verschiebt
den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformerverschiebung
bewirkt, daß die numerische Computersteuerung 7 (Fig.
2 und Fig. 27) die Z-Achse zu Nullgeschwindigkeit verzö
gert und die Umformerverschiebungsinformation zum Bestim
men der Lage der Werkstückoberfläche verarbeitet, wie
zuvor für die Sonde in Fig. 13 beschrieben. Wenn die
Spindel in einem Tastzyklus, der eingerichtet wurde,
um die untere Seite eines Werkstückteiles zu lokalisie
ren, zurückgezogen wird, bewirkt die Stiftseite 172
die Werkstückoberfläche 169 berühren, was wiederum be
wirkt, daß mit der Übertragerposition verbundene Kompo
nenten verschoben werden, um dadurch zu bewirken, daß
Signale auftreten, die die Werkstückoberflächenlage
bestimmen.
Fig. 15 zeigt eine Tasteinrichtung, die für eine Stift
auslenkung senkrecht zur Sondenmittellinie eingerichtet
ist. Die Sondeneinrichtung weist einen Trägerkörper
193 und den Festhalteknopf 14 auf. Die Kugel-Nuten-Buchse
147 ist im Trägerkörper 193 durch eine Kappe 195 be
festigt. Eine obere parallele Platte 196, ein Plattenab
standshalter 197 und eine untere parallele Platte 199
sind an der Kappe 195 befestigt und durch sie festgelegt.
Ein Stift 204 ist an einem Stiftmontagekopf 209 be
festigt. Der Stiftmontagekopf 209 wird zwischen der
oberen parallelen Platte 196 und der unteren parallelen
Platte 199 durch Kugellager 211 getragen, die in einem
Abstandshalterring 210 gehalten sind. Ein Richtungsfest
haltering 206 hat obere Keile, die in Schlitz 207 des
Stiftmontagekopfs 209 wirken, und untere Keile, die
in Schlitz 204 der unteren parallelen Platte 199 wirken.
Diese Zusammenstellung erlaubt dem Montagekopf 209,
sich frei in einer Ebene senkrecht zu der Sondenmittel
linie zu bewegen, aber es wird verhindert, daß er sich
um die Sondenmittellinie dreht. Ein am Montagekopf 209
durch Klammer 202 befestigter Balg 201 und eine Abdeckung
200 sind an der unteren parallelen Platte 199 befestigt.
Der Mittelschaft 155 wird in der Kugel-Nuten-Buchse
147 durch geschliffene Nuten getragen. Eine Werkzeugbe
tätigungsstange 213 und eine Anschlagunterlegscheibe
192 sind an dem Mittelschaft 155 befestigt. Eine Sonden
vorspannfeder 194 ist auf der Betätigungsstange 213
geführt und wird zwischen der Anschlagunterlegscheibe
192 und dem Federanschlag 142 gehalten. Ein Passungsab
standshalter 191 ist an der Betätigungsstange 213 durch
eine Abstandshalterschraube 190 befestigt.
Fig. 16 bzw. Fig. 18 zeigt einen vergrößten Schnitt
eines 90° abgeschrägten Lochs oder Mitnehmers 215 im
Montagekopf 209. Eine Präzisionskugel 214 wirkt in Mit
nehmer 215 und Mitnehmer 216 des Mittelschaftbodens
217. Druck von der Vorspannfeder 194 gegen Mitnehmer
215, Kugel 214 und Mitnehmer 216 hält den Stiftmontage
kopf in einer neutralen Position in einer Ebene senkrecht
zu der Sondenmittellinie und ebenfalls in einer Ebene
parallel zu der Sondenmittellinie durch festes Setzen
des Stiftmontagekopfes 230 in Konus 233 der Scheibe
220.
Im Betrieb wird die Spindel in Richtung auf die Werk
stückoberfläche 226 bewegt, um eine Oberfläche senkrecht
zu der Sondenmittellinie zu lokalisieren. Wenn Stift
224 die Werkstückoberfläche 226 berührt, wird der Stift
montagekopf 230 aus seiner neutralen Position verscho
ben, was bewirkt, daß der Mittelschaft 155 axial durch
die Kugel 214 verschoben wird.
In einer anderen Betriebsweise wird die Spindel in Rich
tung auf die Werkstückoberfläche 225 in eine Richtung
senkrecht zu der Sondenmittellinie quer bewegt, um eine
Oberfläche parallel zu der Mittellinie zu lokalisieren.
Wenn der Stift 224 die Werkstückoberfläche 225 berührt,
wird die Scheibe 220 sofort aus ihrer neutralen Position
durch Druck von Stiftmontagekopf 230 durch den steilen
Konus 233 verschoben. Die Verschiebung bewirkt, daß
Mitnehmer 232 im Stiftmontagekopf 230 den Mittelschaft
155 axial um einen Betrag verschiebt, der gleich der
Verschiebung von Stift 224 durch Kugel 214 ist, die
auf der Rampe des Mitnehmers 232 im Sondenmontagekopf
230 und Mitnehmer 216 im Mittelschaftboden bzw. Mittel
schafteinsatz 217 rollt.
Die axiale Verschiebung des Mittelschafts 155 durch
die Auslenkung des Stiftes 224 in einer Richtung parallel
oder senkrecht zu der Sondenmittellinie wird ebenfalls
die Werkzeugbetätigungsstange 213 relativ zu Trägerkörper
193 und Spindel 8 bewegen. Diese Bewegung bewirkt eben
falls, daß die Werkzeugbetätigungsstange 213 die Spindel
steuerstange 212 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) ver
schiebt. Gleitelement 22 verschiebt den Umformer 27,
28 (Fig. 4). Die Umformerverschiebung bewirkt, daß die
numerische Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27)
die Achsenbewegung auf Nullgeschwindigkeit verzögert
und die Umformerverschiebungsinformation zum Bestimmen
der Lage der Werkstückoberfläche verarbeitet, wie zuvor
für die Sonde in Fig. 13 beschrieben.
In Fig. 19 ist eine Sondeneinrichtung gezeigt, die für
eine Stiftauslenkung senkrecht und parallel zur Sonden
mittellinie sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung
eingerichtet ist. Die Sondeneinrichtung weist den Träger
körper 193 und den Festhalteknopf 14 auf. Die Kugel-Nu
ten-Buchse 147 ist in der Platte 196 befestigt, Platten
abstandshalter 197 und untere parallele Platte 199 sind
an der Endkappe 195 befestigt und durch sie festgelegt.
Eine Scheibe 245 ist zwischen der oberen parallelen
Platte 196 und der unteren parallelen Platte 199 durch
Kugellager 211, die im Abstandshalterring 210 festgehal
ten sind, getragen. Ein Richtungsfesthaltering 206 hat
obere Keile, die in Schlitz 254 der Scheibe 245 wirken
und untere Keile, die in Schlitz 256 der unteren Platte
199 wirken. Diese Zuammenstellung erlaubt der Scheibe
245, sich frei in einer Ebene senkrecht zu der Sondenmit
tellinie zu bewegen, aber es wird verhindert, daß sie
sich um die Sondenmittellinie dreht. Stift 252 ist am
Stiftmontagekopf 253 befestigt, der durch einen in
Schlitz 244 der Scheibe 245 wirkenden Stift 243 vom
Rotieren abgehalten wird. Der Stiftmontagekopf 253 ist
radial in der Scheibe 245 durch eine Präzisionspassung
zwischen dem inneren Montagedurchmesser der Scheibe
245 und dem äußeren Durchmesser des Stiftmontagekopfs
253 festgelegt. Der Stiftmontagekopf 253 wird axial
mit Hilfe der unteren Festlegungsfeder 260 (Fig. 22),
die zwischen dem Bund des Montagekopfs 253 und dem glei
tenden Stützring 257 komprimiert und durch eine am Mon
tagekopf 253 durch Stift 252 befestigte Muffe 259 festge
legt. Der gleitende Stützring 257 bestimmt tatsächlich
die axiale Lage in einer neutralen Position, indem er
auf der Schulter 263 der Scheibe 245 aufsitzt. Ein Balg
241 ist mit Hilfe einer Klammer 242 an die Scheibe 245
geklemmt, eine Balgabdeckung 240 und der Balg 241 sind
an der unteren parallelen Montageplatte 199 durch eine
Schraube 208 befestigt. Der Mittelschaft 155 wird in
der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch äußere geschliffene
Nuten gehalten. Die Werkzeugbetätigungsstange 213 und
die Anschlagunterlegscheibe 192 sind am Mittelschaft
155 befestigt. Die Sondenvorspannfeder 194 ist auf der
Betätigungsstange 213 geführt und wird zwischen der
Anschlagunterlegscheibe 192 und dem Federanschlag 142
festgehalten. Der Passungsabstandshalter 191 ist an
der Betätigungsstange 213 durch die Abstandshalterschrau
be 190 befestigt. In Fig. 20 ist ein vergrößerter Schnitt
eines 90° abgeschrägten Lochs oder Mitnehmers 255 im
Stiftmontagekopf 253 gezeigt. Die Präzisionskugel 214
wirkt im Mitnehmer 255 und Mitnehmer 216 des Mittel
schaftendes 217. Druck von der Vorspannfeder 194 durch
den Mittelschaft 155, Kugel 214 und Montagekopf 253
hält den gleitenden Stützring 257 gegen die Schulter
263. Die komprimierte Last in der unteren Festlegungsfe
der 260 ist größer als die Vorspannkraft der Feder 194.
Deswegen erscheint in der Festlegungsfeder 260 keine
zusätzliche Kraft, wenn sie in der neutralen Position
ist. Der Stiftmontageknopf 253 und Scheibe 245 werden
in einer neutralen Position in einer Ebene senkrecht
zu der Mittellinie durch Druck auf die Präzisionskugel
214, die in Mitnehmer 255 des Stiftmontagekopfes 253
und Mitnehmer 216 des Mittelschaftendes 217 wirkt, von
Feder 194 festgehalten.
Im Betrieb wird die Spindel in Richtung auf die Werk
stückoberfläche bewegt zum Lokalisieren einer Oberfläche
senkrecht zu der Sondenmittellinie in einer Minusrich
tung. Wenn die Oberfläche 251 von Stift 252 die Werk
stückoberfläche 246 berührt, wird der Stiftmontagekopf
252 aus seiner neutralen Position verschoben, was be
wirkt, daß die untere Festlegungsfeder 260 komprimiert
wird. Diese Bewegung bewirkt, daß die Vorspannfeder
den Mittelschaft 155 axial in einer Minusrichtung ver
schiebt.
In einer anderen Betriebsweise wird die Spindel in Rich
tung auf die Werkstückoberfläche 247 in einer Richtung
senkrecht zu der Sondenmittellinie zum Lokalisieren
einer Oberfläche parallel zur Mittellinie bewegt. Wenn
die Oberfläche 250 des Stiftes 252 die Werkstückober
fläche 247 berührt, wird die Scheibe 245 sofort aus
ihrer neutralen Position durch Druck vom Stiftmontagekopf
252 verschoben. Die Verschiebung bewirkt, daß Mitnehmer
255 im Stiftmontagekopf 252 den Mittelschaft 155 axial
um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschiebung
des Stiftes 252 durch Kugel 214 ist, die auf der Rampe
von Mitnehmer 255 im Sondenmontagekopf 253 und Mitnehmer
216 im Mittelschaftboden 217 rollt.
Die axiale Verschiebung des Mittelschafts 155 durch
die Auslenkung des Stiftes 252 in eine Richtung senkrecht
zu der Sondenmittellinie oder parallel zu der Sonden
mittellinie sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung
bewegt ebenfalls die Werkzeugbetätigungsstange 213 rela
tiv zum Trägerkörper 193 und zur Spindel 8. Diese Bewe
gung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungsstange
213 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement
22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 wird den
Umformer 27, 28 (Fig. 4) verschieben. Die Umformerver
schiebung bewirkt, daß die numerische Computersteuerung
7 (Fig. 2 und 27) die Achsenbewegung auf Nullgeschwindig
keit verzögert und die Umformerverschiebungsinformation
zum Bestimmen der Lage der Werkstückoberfläche verarbei
tet, wie zuvor für die Sonde in Fig. 13 beschrieben.
In Fig. 21 ist detailliert die Sondenkopf-Richtungsfest
halteanordnung gezeigt, die einen Richtungsfesthaltering
206 mit oberen Keilen 261, die mit Schlitz 254 von Schei
be 245 (Fig. 19) in Eingriff stehen, und unteren Keilen
262, die mit Schlitz 256 der unteren parallelen Platte
199 in Eingriff stehen, aufweist.
Fig. 23 zeigt einen Schnitt durch ein Kombinationsson
den-Ausdreh-Werkzeug, das den Betriebskörper 114 und
den Festhalteknopf 14 aufweist. Betriebskörper 114 ist
mit einem Drehpunktblock 270 versehen, um einen Träger
für eine Drehpunktmuffe 279 und einen Drehpunktverriege
lungsbolzen 274 zu liefern. Eine Bohrstange 272 wird
in dem Drehpunktblock 270 zwischen Radialwälzlagern
278 geführt. Eine komprimierbare Dichtung 283 hält
Schmutz von der Drehpunktblockanordnung fern. Vorspann
federn 271 bewirken, daß sich die Bohrstange 272 um
die Muffe 279 auf Lagern 278 dreht, wobei die an der
Bohrstange 272 befestigte Mitnehmerstange 117 gegen
den Mitnehmerschlitz 280 und 281 im linearen Mitnehmer
282 gedrückt wird. Die Werkzeugbetätigungsstange 113
ist am linearen Mitnehmer 282 befestigt und zieht den
linearen Mitnehmer 282 durch die Kraft von der Stangen
feder 112, die gegen den an der Betätigungsstange 113
durch die Abstandshalterschraube 110 befestigten Pas
sungsabstandshalter 111 wirkt. Die einstellbare Schneid
werkzeugbuchse 126 ist an der Bohrstange 272 montiert.
Die Position des Schneidwerkzeugs 126 wird normalerweise
in einer Werkzeugraumumgebung voreingestellt. Der Sonden
stift 273 ist an der Bohrstange 272 in einer einstell
baren Buchse 284 montiert. Die Stiftposition wird unter
Verwendung einer geeichten Ringlehre während eines nach
stehend beschriebenen Kalibrationszyklus eingestellt.
Bevor das Kombinations-Sonden-Drehwerkzeug in die Spin
del 8 eingeführt wird, wird die Steuerstange (Fig. 3)
vollständig durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4) zurück
gezogen. Nach der Einführung schiebt der Linearmotor
25, 26 die Steuerstange 12 vor, bis sie die Abstandshal
terschraube 110 der Betätigungsstange 113 berührt. Die
Position des Umformers 27, 28 wird durch die numerische
Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen "Null"-Ein
stellpunkt festzulegen und die Werkzeuganwesenheit und
den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der Werkzeugtyp wird
durch die Beziehung der Abstandshalterschraube 110 zu
der Meßlinie des Konus des Betriebskörpers 114 bestimmt.
Die "Null"-Einstellung eliminiert alle Ungenauigkeiten
wegen der thermischen Ausdehnung der Spindelanordnungs
komponenten relativ zu der Länge der Spindelsteuerstange
12.
Nachdem das Loch mit dem auf den erforderlichen Durch
messer voreingestellten Werkzeug 126 gedreht worden
ist, wird das Kombinations-Sonden-Drehwerkzeug verwendet,
um das gerade gedrehte Loch durch Verwendung einer der
beiden Verfahren zu messen, die in Drehen, Tasten, Dreh
zyklus Nr. 1 oder Drehen, Tasten, Drehzyklus Nr. 2 be
schrieben sind. Der in diesen Zyklen beschriebenen Ein
stellwert wird an die numerische Computersteuerung 7
übertragen. Die Spindelsteuerstange 12 wird durch den
Linearmotor 25, 26 vorgeschoben. Der Vorschubbetrag
wird durch den linearen Umformer 27, 28 gemessen und
wird durch den Mitnehmerwinkel des Mitnehmerschlitzes
280 des linearen Mitnehmers 282 und das "Längenverhält
nis" der Drehstange 272 bestimmt. Wenn die Spindelsteuer
stange 12 vorgeschoben wird, werden Werkzeugbetätigungs
stange 113 und linearer Mitnehmer 282 um dieselbe Strecke
vorgeschoben, wobei sie die Feder 112 komprimieren.
Die Bewegung des linearen Mitnehmers 282 und des Mitneh
merschlitzes 280 bewirken, daß die Mitnehmerstange 117
die Bohrstange 272 um die Drehpunktmuffe 279 auf Lagern
278 dreht. Diese Drehung bewegt das Schneidwerkzeug
126 um die richtige Strecke, die notwendig ist, um die
Werkzeugabnutzung zu kompensieren. Während der Einstel
lung und der Bearbeitung halten Vorspannfedern 271 eine
Zwangslast auf die Bohrstange 272, so daß kein Spiel
zwischen Bohrstange 272, Drehpunktmuffenlagern 278,
Mitnehmerstange 117, linearem Mitnehmer 282 und Bohrung
im Betriebskörper 114 vorhanden sein kann.
Fig. 24 ist ein Schnitt durch den Drehpunktblock 270,
der die Bohrstange 272 zeigt, die in einer konturierten
inneren Form des Drehpunktblocks 270 durch Axialwälzlager
277 festgelegt ist. Bohrstange 272 schwenkt um Muffe
279 auf radialen Lagern 278. Die Länge der Muffe 279
ist eingepasst, um jedes Endspiel zwischen den inneren
Abmessungen von Drehpunktblock 270 und kombinierter
Breite von Bohrstange 272 und Axiallager 277 auszu
schließen. In normaler Bearbeitungspraxis kann ein End
spiel auftreten, aber durch das Einpassen der Muffe
279 und Spannen des Verriegelungsbolzens 274 mit Hilfe
von Unterlegscheiben 276 und Verriegelungsmuttern 275
wird eine leichte Auslenkung im Drehpunktblock 270 be
wirkt, wodurch das Endspiel ausgeschaltet wird. Die
Passung des äußeren Laufrings des Radiallagers 278 in
der Bohrung der Bohrstange 272 liefert eine Vorbelastung
der auf Muffe 279 gelagerten Radiallager 278. Muffe
279 hat eine enge Passung in der Bohrung des Drehpunkt
blockes 270. Deswegen ist die gesamte Drehpunktmontage
der Bohrstange 272 im Drehpunktblock 270 frei von Spiel
und Wälzlager liefern eine reibungsfreie Bewegung. Dies
ist notwendig für die während der Tastzyklen notwendige
Empfindlichkeit.
Ein Schnitt durch die Vorspannfedern 271 ist ebenfalls
gezeigt.
Fig. 25 ist ein Schnitt durch die Mitnehmerstange 117
mit einer Preßpassung in der Bohrstange 272 und einer
Gleitpassung im linearen Mitnehmer 282. Der lineare
Mitnehmer 282 wird vollständig im gebohrten Loch des
Betriebskörpers 114 getragen.
Es wird Bezug auf Fig. 23, 24, 25, 26 und 27 genommen.
Dieser Zyklus ist zu verwenden, wenn Ausrehen und Tasten
auszuführen ist, während die Spindel direkt über dem
Loch gehalten wird. Der Stiftradius (von der Spindel
mitte) muß kleiner sein als der Schneidwerkzeugradius
zum Freimachen, aber die Differenz darf nicht größer
als der Einstellbereich des Werkzeugs sein.
Schritt 1 Montiere eine geeichte Ringlehre am Maschinen
tisch mit demselben Innendurchmesser wie
das auszudrehende Loch.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über die Mitte der
Ringlehre.
Schritt 3 Führe das ausgewählte Kombinationsdrehwerk
zeug in die Spindel.
Schritt 4 Stelle sicher, daß der Stift vollständig
in die einstellbare Montage 284 zurückgezogen
ist.
Schritt 5 Fahre Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25,
26 aus zu einer Position, in der die Mitneh
merstange 117 am Meßpunkt des Probenabschnitts
von Mitnehmer 281 festgelegt ist (anfänglicher
Lehreneinstellpunkt).
Schritt 6 Schiebe Werkzeug in das Meßlehren-Loch vor.
Schritt 7 Stelle Stift 273 auf den Meßlehren-Lochdurch
messer unter Verwendung einer Fühlerlehre
für minimales Spiel ein.
Schritt 8 Ziehe Mitnehmer um 0,010 Zoll (254 µm) durch
die Steuerung des Linearmotors 25, 26 zurück.
Schritt 9 Schiebe Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor
25, 26 um 0,010 Zoll (254 µm) mehr als die
Fühlerlehren-Dicke hinter den anfänglichen
Lehren-Einstellpunkt (Schritt 5) vor.
Schritt 10 Stift 273 berührt den Innendurchmesser der
Lehre, was eine weitere Winkelverschiebung
der Bohrstange 272 durch die Vorspannfeder
271 um die Drehpunktmuffe 279 verhindert.
Mitnehmerstange 117 verliert den Kontakt
mit der Sondenstangenoberfläche 281. Die
Mitnehmerschlitzbreite W an diesem Punkt
ist größer als der Durchmesser der Mitnehmer
stange 117, was ein geeignetes Spiel liefert.
Schritt 11 Der Strom zum Linearmotor 25, 26 wird vermin
dert, aber nicht reversiert.
Schritt 12 Die Kraft von der Betätigungsstangenfeder
112 überwindet die niedrigere Kraft vom Li
nearmotor 25, 26, die den Mitnehmer 282 zu
rückzieht.
Schritt 13 Mitnehmer 282 und Linearmotor 25, 26, hören
auf zurückzulaufen, wenn die Sondenmitnehmer
oberfläche 281 wiederum die Mitnehmerstange
117 berührt. Die Kraft der Stangenfeder 112
weniger der auf die Mitnehmerstange 117 wir
kenden Kraft des Linearmotors ist nicht aus
reichend, um die Kraft von Vorspannfeder
271 zu überwinden.
Schritt 14 Die Position des Codierers 27, 28 wird durch
die CNC-Steuerung 7 verarbeitet, um die kor
rekte Lehren-Einstellabmessung festzulegen.
Schritt 15 Positioniere Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor
25, 26 in der in Schritt 8 bestimmten Posi
tion. Sowohl Stift als auch Werkzeug geben
Bohrung frei.
Schritt 16 Ziehe Werkzeug aus der Ringlehre frei zurück.
Zu verwenden, wenn Ausdrehen und Tasten ohne Bewegung
der Spindelmitte relativ zum Lochmitten Bohrwerkzeug
gemacht werden muß.
Schritt 1 Führe das ausgewählte Kombinationsausdrehwerk
zeug in die Spindel ein.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über das auszudrehende
Loch fest.
Schritt 3 Drehe Loch mit voreingestelltem Bohrwerkzeug
mit vollständig zurückgezogenem Mitnehmer 282
aus.
Schritt 4 Ziehe Werkzeug vollständig aus der Bohrung
zurück.
Schritt 5 Positioniere Mitnehmer 282 mit dem Linear
motor 25, 26 an dem durch Schritte 5 und
8 des Kalibrationszyklus Nr. 1 festgelegten
Punkt, sowohl Stift als auch Sonde geben
die Bohrung frei.
Schritt 6 Schiebe Werkzeug in die Bohrung vor.
Schritt 7 Schiebe Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor
25, 26 zu dem in Schritt 9 des Kalibrations
zyklus Nr. 1 festgelegten Punkt vor.
Schritt 8 Stift 273 berührt den Bohrungsinnendurchmes
ser, was eine weitere Winkelverschiebung
der Bohrstange 272 durch die Vorspannfeder
271 um die Drehpunktmuffe 279 verhindert.
Die Mitnehmerstange 171 wird den Kontakt
mit der Sondenmitnehmeroberfläche 281 verlie
ren. Die Mitnehmerschlitzbreite W bei diesem
Punkt ist größer als der Durchmesser der
Mitnehmerstange 117, was ein geeignetes Spiel
liefert.
Schritt 9 Der Strom zum Linearmotor 25, 26 wird vermin
dert aber nicht reversiert.
Schritt 10 Die Kraft von der Betätigungsstangenfeder
112 überschreitet die niedrigere Kraft des
den Mitnehmer 282 zurückziehenden Linearmotors
25, 26.
Schritt 11 Mitnehmer 282 und Linearmotor 25, 26 hören
mit dem Zurückziehen auf, wenn die Sondenmit
nehmeroberfläche 281 wiederum die Mitnehmer
stange 117 berührt. Die Kraft der Stangenfeder
112 weniger die Kraft des auf die Mitnehmer
stange 117 wirkenden Linearmotors 25, 26
ist nicht ausreichend, um die Kraft der Vor
spannfeder 271 zu überwinden.
Schritt 12 Die Position des Codierers 27, 28 wird durch
die CNC-Steuerung 7 verarbeitet.
Schritt 13 Die CNC-Steuerung vergleicht die Position
des Codierers 27, 28 in obigem Schritt 12
mit Schritt 14 des Kalibrationszyklus Nr.
1. Jeder Unterschied bestimmt den Betrag der
erforderlichen Korrektur in der Position
des Mitnehmers 282 zum Beenden des Ausdrehens.
Schritt 14 Positioniere Mitnehmer 282 mit dem Linear
motor 25, 26 an dem durch Schritte 5 und
8 des Kalibrationszyklus Nr. 1 festgelegten
Punkt. Sowohl Stift als auch Sonde geben
die Bohrung frei.
Schritt 15 Ziehe Werkzeug frei aus dem Bohrloch zurück.
Schritt 16 Fahre den Mitnehmer 282 zu der im obigen
Schritt 13 bestimmten Position aus.
Schritt 17 Stelle das Bohrloch fertig.
Zu verwenden, falls die Bohrstangenanordnung erfordert,
daß das Schneidwerkzeug an einem viel größeren Radius
ist als der Sondenstift, oder, falls eine Ringlehre
mit anderem Durchmesser als das auszudrehende Loch ver
wendet wird.
Schritt 1 Montiere eine geeichte Innendurchmesser-Ring
lehre an dem Maschinentisch mit einem bekann
ten Durchmesser.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über der Mitte der
Ringlehre fest.
Schritt 3 Führe ein ausgewähltes Kombinationsausdreh
werkzeug in die Spindel ein.
Schritt 4 Fahre den Mitnehmer 282 vollständig unter
Verwendung des Linearmotors 25, 26 aus.
Schritt 5 Schiebe das Werkzeug in das Lehren-Loch vor.
Stift und Werkzeug geben das Loch frei.
Schritt 6 Vermindere den Strom zum Linearmotor 25,
26, der gerade ausreichend ist, um den Mit
nehmer 282 in der ausgeschobenen Position
zu halten.
Schritt 7 Schiebe X- oder/und Y-Achse mit einer program
mierten Vorschubgeschwindigkeit vor, bis
Stift 273 die Lehren-Bohrung berührt, was
seinerseits die Werkzeugvorspannfeder 271
zusammendrückt, die die Mitnehmerstange 117
in Richtung auf die Spindelmitte schwenkt.
Diese Tätigkeit erlaubt, daß die Betätigungs
stangenfeder den Linearmotor 25, 26 und Co
dierer 27, 28 verschiebt. Der Mitnehmerwinkel
Q ist ausgewählt, um ein 1:1 Verhältnis zwi
schen der Auslenkung des Stiftes 273 und
der Verschiebung des Codierers 27, 28 zu
erzeugen. Die Codiererverschiebung wird die
X-, Y-Achsenbewegung beenden. Die Codiererpo
sition wird dann algebraisch zu der X-, Y-Po
sition relativ zur Mitte des Lehren-Lochs
addiert, was die tatsächliche X-, Y-Ver
schiebung ergibt.
Schritt 8 Die Kenntnis der X-, Y-Verschiebung und des
Lehren-Durchmessers ist ausreichend, um die
Sonde zu kalibrieren.
Schritt 9 Lege Spindelmitte über die Mitte der Ring
lehre fest.
Schritt 10 Ziehe Spindel zurück.
Schritt 1 Führe ein ausgewähltes Kombinationsausdreh
werkzeug in die Spindel ein.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über der Mitte des
auszudrehenden Lochs fest.
Schritt 3 Drehe Loch mit voreingestelltem Drehwerkzeug
mit vollständig zurückgezogenem Mitnehmer
282 aus.
Schritt 4 Ziehe Werkzeug aus dem ausgedrehten Loch
vollständig zurück.
Schritt 5 Fahre Mitnehmer 282 vollständig unter Verwen
dung des Linearmotors 25, 26 aus.
Schritt 6 Schiebe Werkzeug in das gerade ausgedrehte
Loch vor.
Schritt 7 Vermindere den Strom zu dem Linearmotor 25,
26, der gerade ausreichend ist, um den Mit
nehmer 282 in der ausgefahrenen Position
zu halten.
Schritt 8 Schiebe X- oder/und Y-Achse mit einer program
mierten Vorschubgeschwindigkeit vor, bis
der Stift 273 die Lehren-Bohrungen berührt,
was seinerseits die Vorspannfeder 271 kompri
miert, die die Mitnehmerstange 117 in Richtung
auf die Spindelmitte schwenkt. Diese Tätigkeit
erlaubt der Betätigungsstangenfeder den Li
nearmotor 25, 26 und den Codierer 27, 28
zu verschieben. Der Mitnehmerwinkel Q ist
ausgewählt, um ein 1:1 Verhältnis zwischen
der Auslenkung des Stiftes 273 und der Ver
schiebung des Codierers 27, 28 zu erzeugen.
Die Codiererverschiebung beendet die X-,
Y-Achsenbewegung. Die Codiererposition wird
dann algebraisch zu der X-, Y-Position relativ
zur Mitte des Lehren-Loches addiert, was
die tatsächliche X-, Y-Verschiebung ergibt.
Schritt 9 Die CNC-Steuerung 7 vergleicht die X-, Y-Ver
schiebung in Schritt 8 mit der X-, Y-Verschie
bung in Schritt 7 von Kalibrationszyklus
Nr. 2. Addieren der X-, Y-Differenz zu der
Differenz zwischen dem bekannten Lehren-Durch
messer und dem fertiggestellten auszudrehenden
Durchmesser bestimmt den Korrekturbetrag,
der in der Position des Mitnehmers zum Beenden
des Ausdrehens erforderlich ist.
Schritt 10 Lege die Spindelmitte über der Mitte des
auszudrehenden Loches fest.
Schritt 11 Ziehe Spindel zurück.
Schritt 12 Fahre Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25,
26 zu der in Schritt 9 bestimmten Position
aus.
Schritt 13 Beende das Bohrloch.
Schritt 14 Ziehe Spindel zurück.
In Fig. 26 und 27 ist ein mechanisches Schema gezeigt,
das einen Spindelstock 1 mit einer Spindel 8 aufweist,
die eingerichtet ist, um einen Konus 282 einer typischen
Bearbeitungseinrichtung 9 mit einer Werkzeugbetätigungs
stange 13 festzuhalten. Die Spindelsteuerstange 12 ist
drehbar mit dem Gleitelement 22 durch Lager im Gehäuse
19 verbunden. Das Gleitelement 22 wird gleitend ver
schiebbar in der Basis 23 getragen. An der Basis 23
ist ein Codierer oder Umformer 27 befestigt, der in
Verbindung mit einem Gleitmaßstab 28 arbeitet, der an
dem Gleitelement 22 montiert ist, um die Positionslagein
formation des Gleitelementes 22 an die CNC-Steuerung
7 zu liefern. Ebenfalls an der Basis 23 ist eine Spulen
anordnung 25 des Linearservomotors befestigt, der in
Verbindung mit einer Dauermagnetanordnung 26, die an
dem Gleitelement 22 befestigt ist, arbeitet. Die nume
rische Computersteuerung 7 bestimmt die Richtung und
den Kraftbetrag, die durch den Linearservomotor 25,
26 erzeugt werden. Die Kraft des Linearmotors 25, 26
kann zu niedrigen Pegeln zur Verwendung in dem Werkzeug
verifikations- und -Anwesenheitszyklus, der Null-Ein
stellsequenz und dem Oberflächenabtasten mit Werkzeug
adaptern und Tasteinrichtungen gesteuert werden. Höhere
Kräfte vom Linearmotor 25, 26 werden zum Rücksetzen
des Fräsadapters, zum automatischen Ausdrehwerkzeugbe
trieb zum Präzisionsausdrehen und zum Konturieren ausge
übt. Der lineare Umformer 27, 28 folgt der Gleitelement
lage in allen Niedrigkraftanwendungen und teilt die
Position des Gleitelements 22 für alle diese Anwendungen
der numerischen Computersteuerung 7 mit. Der lineare
Umformer 27, 28 liefert ebenfalls Lageistwert-Informatio
nen an die numerische Computersteuerung während des
Regelbetriebs mit, wenn der Linearmotor 25, 26 in Anwen
dungsfällen mit hoher Kraft arbeitet. Endschalter 290
werden für Sicherheitszwecke verwendet, um ein Über
schreiten des Sollwerts zu verhindern.
Die detaillierten Funktionen der obigen Elemente sind
für die vier Basisbearbeitungseinrichtungen bereits
beschrieben worden, d.h. Oberflächenabtastadapter, auto
matisches Ausdrehwerkzeug, Multiabtasteinrichtung und
Kombinations-Tast-Ausdrehwerkzeug.
Claims (22)
1. Bearbeitungseinrichtung für numerisch-computerge
steuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spindel, eine Steuerstange, die durch diese
Spindel läuft, ein Gleitelement, wobei die Steuer
stange mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linea
rer Motor und ein mit dem Gleitelement verbundener
Umformer, um die Position und Kraft des Gleitelementes
zu steuern, ein federbelasteter teleskopierbarer
Werkzeughalter und eine Betätigungsstange in dem
Werkzeughalter, die geeignet ist, um mit der Steuer
stange in Eingriff zu stehen, vorgesehen sind, wobei
die Betätigungsstange die Steuerstange verschiebt,
um das Gleitelement zu verschieben, um den Umformer
zu verschieben, wobei der Umformer eine elektronische
Verbindungsvorrichtung zu der Achsenvorschubgeschwin
digkeit der numerischen Computersteuerung zum Steuern
der Spindelverzögerung von schneller Bewegung zu
Nullbewegung hat und der Umformer ein Signal erzeugt,
um die Werkstückoberflächenlage an die numerische
Computersteuerung zu übertragen, um die Spindel zu
einer programmierten Tiefe mit einer programmierten
Vorschubgeschwindigkeit vorzuschieben.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein federbelasteter teleskopierbarer Werkzeughal
ter vorgesehen ist, der sich während eines Bohrbe
triebs vom Sitz abhebt, falls der Bohrer bricht,
wobei dieses Abheben den Umformer verschiebt, bevor
die programmierte Tiefe erreicht ist, was der nume
rischen Computersteuerung anzeigt, daß eine Fehlfunk
tion aufgetreten ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der federbelastete teleskopierbare Werkzeughalter
so eingerichtet ist, daß er Gewindeschneider antreibt
und teilweise während der Verzögerung zu einer vorbe
stimmten Position des Umformers komprimiert wird,
wodurch ein In-Position-Signal an die numerische
Computersteuerung übertragen wird, dieses In-Posi
tion-Signal die Werkstückoberflächenlage bestimmt
und die Spindelrotation auslöst; die Spindelrotation
bewirkt, daß der Gewindeschneider in das Werkstück
vorgeschoben wird, was bewirkt, daß der Gewindebohrer
halter den Umformer verschiebt; diese Verschiebung
der numerischen Computersteuerung signalisiert, die
Spindel mit der Gewindebohrervorschubgeschwindigkeit
zu einer programmierten Tiefe vorzuschieben, die
Spindelrotation bei der programmierten Tiefe rever
siert wird, was bewirkt, daß der Werkzeughalter den
Umformer zu einer Position hinter der vorbestimmten
Position bewegt wird, der Spindelvorschub reversiert
wird, wobei er dem Gewindebohrer aus dem Loch folgt
und sich die Spindel zu einer programmierten Position
in Bezug auf das Werkstück zurückzieht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein federbelasteter teleskopierbarer Werkzeughal
ter vorgesehen ist, der seine Betriebsposition während
des Gewindebohrens ändert, falls der Gewindebohrer
brechen oder festlaufen sollte, wobei die Veränderung
der Betriebsposition den Umformer verschieben wird,
bevor die programmierte Tiefe erreicht ist, was der
numerischen Computersteuerung signalisiert, daß eine
Fehlfunktion aufgetreten ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der teleskopierbare Werkzeughalter geeignet ist,
Fräser anzutreiben und fest in dem Werkzeugadapterkör
per während des Fräsens sitzt und in der gesetzten
Position unabhängig von Bearbeitungslasten mit Hilfe
eines federbelasteten Kugel-Verriegelungsmechanismus
festgehalten wird, der eine innere Mitnehmernut in
dem Adapterkörper, eine Reihe von Kugeln, die in
einer Reihe von Löchern in dem teleskopierbaren Werk
zeughalter festgelegt sind und eine äußere Mitnehmer
oberfläche mit einem Verriegelungswinkel, der mit
den Kugeln zusammenwirkt, aufweist, wobei die äußere
Mitnehmeroberfläche auf einen federbelasteten Mitneh
mer gelegt ist, der an einer Werkzeugbetätigungsstange
befestigt und gleitend verschiebbar in einer inneren
Bohrung des gleitenden Werkzeughalters montiert ist
und die Federlast auf den Verriegelungswinkel die
Kugeln gegen die innere Nut in dem Adapterkörper
drückt, was den Werkzeughalter starr während des
Bearbeitungsbetriebs in den Sitz drückt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der teleskopierbare Werkzeughalter einen selbst
lösenden äußeren Konus auf dem unteren Teil aufweist,
der ausgebildet ist, daß er fest in einem passenden
inneren Konus des Adapterkörpers sitzt, wenn der
Werkzeughalter in der voll ineinander geschobenen
Position ist, wobei die Mitte der für die Kugeln
vorgesehenen Löcher des Werkzeughalters unter einem
Winkel von weniger als 90° von der Mittellinie des
Werkzeughalters angeordnet sind und der Winkel der
Löcher eine radiale Stabilität für den Werkzeughalter
am dem Konus des Werkzeughalters gegenüberliegenden
Ende durch die Kugeln liefert, die zwangsweise zwi
schen der inneren Mitnehmernut in dem Adapterkörper
und dem Winkel der Löcher durch den Verriegelungswin
kel des federbelasteten gleitenden Mitnehmers verrie
gelt sind, wodurch der Werkzeughalter starr sowohl
axial als auch radial verriegelt ist, um jedes Spiel
zwischen dem Werkzeugadapterkörper und dem Werkzeug
halter während des Bearbeitungsbetriebs auszu
schließen.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Servomotor die Spindelsteuerstange gegen
die Werkzeugbetätigungsstange mit ausreichender Kraft
bewegt, wenn der Bearbeitungsbetrieb fertig ist,
um die Federkraft auf den gleitenden Mitnehmer zu
überwinden, wobei der Verriegelungswinkel des gleiten
den Mitnehmers von den Kugeln weg bewegt wird, was
der Werkzeughalterfeder erlaubt und hilft, den Werk
zeughalter zu der Werkstückabtastzyklusposition zu
rückzustellen.
8. Ausdreheinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine Steuerstange, wobei die Steuer
stange durch die Spindel läuft, ein Gleitelement,
wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden
ist, ein linearer Motor und Umformer, die mit dem
Gleitelement verbunden sind, um die Position und
Kraft des Gleitelementes zu steuern, und ein einstell
bares in der Spindel montiertes Ausdrehwerkzeug vorge
sehen sind, wobei das einstellbare Ausdrehwerkzeug
einen in der Spindel befestigten Hauptbetriebskörper,
eine Bohrstange mit einstellbarer Vorbelastung, eine
Mitnehmerstange, wobei die Mitnehmerstange an einem
Ende der Bohrstange befestigt und die Bohrstange
drehbar an dem Betriebskörper befestigt ist, einen
linearen Mitnehmer zum Steuern der Position der glei
tend in den Trägerkörper gelagerte Mitnehmerstange,
eine an dem linearen Mitnehmer befestigte Werkzeugbe
tätigungsstange, eine Betätigungsstangenfeder, wobei
die Betätigungsstangenfeder die Betätigungsstange
und den linearen Mitnehmer in einer vollständig zu
rückgezogenen Position hält, einen Ausdrehkopf, wobei
der Ausdrehkopf an dem der Mitnehmerstange gegenüber
liegenden Ende der Bohrstange befestigt ist, ein
in dem Ausdrehkopf montiertes Schneidwerkzeug, wobei
die Spindelsteuerstange die Werkzeugbetätigungsstange
während des Betriebs berührt und die Kraft der Betäti
gungsstangenfeder überwindet, um die Position der
Werkzeugbetätigungsstange und des linearen Mitnehmers
zu bestimmen, und eine Vorspannfeder aufweist, wobei
die Vorspannfeder auf einem Ende des Betriebskörpers
angeordnet ist, um die Bohrstange in eine Richtung
zu drehen, um der Kraft des linearen Mitnehmers,
der mit der Mitnehmerstange in Eingriff steht, gegen
über zu stehen, um die Bohrstange in eine vorgewählte
Position zu drehen, um die Lage des Schneidwerkzeugs
zum Steuern des Durchmessers des gebohrten Loches
festzulegen.
9. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist, und ein linearer
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbunden
sind, um die Position und Kraft des Gleitelementes
zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel
montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel mon
tierten Trägerkörper, einen an einem unter Federvor
spannung stehenden Mittelschaft gleitend verschiebbar
in dem Trägerkörper montierten Stiftmontagekopf,
eine an dem Mittelschaft befestigte Werkzeugbetäti
gungsstange, einen Stift in dem Stiftmontagekopf,
wobei Montagekopf, Mittelschaft und Betätigungsstange
relativ zu dem Trägerkörper beweglich sind, und ein
Objekt aufweist, wobei die Werkzeugbetätigungsstange
verschoben wird, wenn der Stift durch das Objekt
ausgelenkt wird, während sich die Tasteinrichtung
in einer Minusrichtung parallel zu der Achse der
Spindel bewegt, wobei die Verschiebung der Werkzeugbe
tätigungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleit
element verschiebt, der Umformer durch das Gleitele
ment verschoben wird, der Umformer elektronische
Verbindungsvorrichtungen zu der Achsenvorschubge
schwindigkeit der numerischen Computersteuerung zum
Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung
zu Nullgeschwindigkeit aufweist, der Umformer so
ausgebildet ist, daß er die Positionserfassungsschal
tungen der numerischen Computersteuerung triggert,
wenn die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontage
kopf und dem Trägerkörper beginnt, um der relativen
Bewegung zu folgen, bis Nullgeschwindigkeit erreicht
ist, wobei der Ausgang der Erfassungsschaltung durch
die numerische Computersteuerung verarbeitet wird,
um die relative Position des Objekts zu dem Stift
zu verarbeiten, wenn die Tasteinrichtung in einer
Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel
bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausge
lenkt wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zum Bestimmen der Kontur eines Objekts rela
tiv zu einer Ebene senkrecht zu der Achse der Spin
del geeignet ist, wenn der Stift entlang des Objekts
in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel
bewegt wird.
11. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist und ein linearer
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver
bunden sind, um die Position und Kraft des Gleitele
mentes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in
der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der
Spindel montierten Trägerkörper, einen an einem
federvorbelasteten gleitfähig in dem Trägerkörper
montierten Stiftmontagekopf, eine Vorrichtung zum
Festhalten gegenüberliegender Vorspannkräfte, um
eine neutrale Zwangsposition des Stiftmontagekop
fes zu liefern, eine an dem Mittelschaft befestigte
Werkzeugbetätigungsstange, einen Stift in dem Stift
montagekopf, wobei Stift, Montagekopf, Mittelschaft
und Betätigungsstange relativ beweglich zu dem Trä
gerkörper sind, und ein Objekt aufweist, wobei die
Werkzeugbetätigungsstange verschoben wird, wenn
der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird, während
sich die Tasteinrichtung in einer Plus- oder Minus
richtung parallel zu der Achse der Spindel bewegt,
die Verschiebung der Werkzeugbetätigungsstange die
Spindelsteuerstange und das Gleitelement verschiebt,
der Umformer durch das Gleitelement verschoben wird,
der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrich
tung zu der Achsenvorschubgeschwindigkeit der nume
rischen Computersteuerung zum Steuern des Spindelvor
schubs von schneller Bewegung zu Nullvorschubge
schwindigkeit hat und der Umformer so ausgebildet
ist, daß er die Positionserfassungsschaltung der
numerischen Computersteuerung triggert, wenn die
relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf
und dem Trägerkörper beginnt, um der relativen Bewe
gung zu folgen, bis Nullgeschwindigkeit erreicht
ist, wobei der Ausgang der Positionserfassungsschal
tung durch die numerische Computersteuerung ver
arbeitet wird, um die relative Position des Objekts
zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung
in einer Plus- oder Minusrichtung parallel zu der
Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch
das Objekt ausgelenkt wird.
12. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linearer
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbun
den sind, um Position und Kraft des Gleitelements
zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel
montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel mon
tierten Trägerkörper, einen relativ zu dem Träger
körper in einer Richtung senkrecht zu der Achse
der Spindel beweglichen Stiftmontagekopf, einen
Stift in dem Montagekopf, ein Objekt und eine Vor
richtung zum Verschieben der Spindelsteuerstange
aufweist, wobei das Gleitelement und der lineare
Umformer in eine Richtung senkrecht zu der Achse
der Spindel bewegt werden, wenn der Stift durch
das Objekt ausgelenkt wird, der Umformer eine elek
tronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsenvor
schubgeschwindigkeit der numerischen Computersteue
rung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller
Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit aufweist
und der Umformer so ausgebildet ist, daß er die
Positionserfassungsschaltungen der numerischen Compu
tersteuerung triggert, wenn die relative Bewegung
zwischen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper
beginnt und der relativen Bewegung folgt, bis Nullge
schwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der
Positionserfassungsschaltung durch die numerische
Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative
Position des Objekts zu dem Stift zu bestimmen,
wenn die Tasteinrichtung in einer Richtung senkrecht
zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift
durch das Objekt ausgelenkt wird.
13. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist, und ein linearer
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver
bunden sind, um die Position und Kraft des Gleitele
mentes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in
der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der
Spindel montierten Trägerkörper, einen Mittelschaft,
eine Feder, um den Mittelschaft vorzubelasten, wobei
der Mittelschaft axial verschiebbar in dem Trägerkör
per montiert ist, um eine an dem Mittelschaft be
festigte Werkzeugbetätigungsstange, einen Stiftmon
tagekopf des starren Scheibentyps, der relativ zu
dem Trägerkörper in eine Richtung senkrecht zu der
Achse der Spindel beweglich ist, einen Mitnehmer
in dem Stiftmontagekopf, eine in dem Mitnehmer des
Montagekopfs getragene Kugel, einen Mitnehmer in
dem Mittelschaft zum Aufnehmen der Kugel, wobei
die Feder des Mittelschafts einen Druck auf die
Kugel und die Mitnehmeroberflächen ausübt, um eine
neutrale Position des Stiftmontagekopfs festzulegen,
einen Stift in dem Stiftmontagekopf, ein Objekt,
wobei jede Verschiebung des Stiftes, wenn er in
eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel
gegen das Objekt bewegt wird, bewirkt, daß die in
den Mitnehmeroberflächen wirkende Kugel den Mittel
schaft und die Werkzeugbetätigungsstange um einen
Betrag verschiebt, der gleich der Verschiebung des
Stiftes ist, wobei der Stift parallel zu der Achse
der Spindel während der Stiftverschiebung bleibt
und ein schwimmend montierter Richtungsfesthaltering,
der die starre Scheibe an den festen Trägerkörper
verkeilt, aufweist, wobei die Verschiebung der Werk
zeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange und
das Gleitelement verschiebt, der Umformer durch
das Gleitelement verschoben wird, wobei der Umformer
eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der
Achsenvorschubgeschwindigkeit der numerischen Compu
tersteuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von
schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit
aufweist und der Umformer die Positionserfassungs
schaltungen der numerischen Computersteuerung trig
gert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stift
montagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der
relativen Bewegung folgt, bis Nullgeschwindigkeit
erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfas
sungsschaltung durch die numerische Computersteuerung
verarbeitet wird, um die relative Position des Ob
jekts zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tastein
richtung in eine Richtung senkrecht zu der Achse
der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das
Objekt ausgelenkt wird.
14. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist und einen linearen
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver
bunden sind, um die Lage und Kraft des Gleitelements
zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel
montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel mon
tierten Trägerkörper, einen relativ zu dem Trägerkör
per in einer Plusrichtung parallel zu der Achse
der Spindel und in einer Richtung senkrecht zu der
Achse der Spindel bewegbaren Stiftmontagekopf, einen
Stift in dem Montagekopf, ein Objekt und eine Vor
richtung zum Verschieben der Spindelsteuerstange
aufweist, wobei das Gleitelement und der lineare
Umformer ein Signal abgeben, wenn der Stift durch
das Objekt ausgelenkt wird, wenn die Tasteinrichtung
in eine Minusrichtung parallel zu der Achse der
Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse
der Spindel bewegt wird, wobei der Umformer eine
elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsen
vorschubgeschwindigkeit der numerischen Computer
steuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von einer
schnellen Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit
aufweist und der Umformer die Positionserfassungs
schaltungen der numerischen Computersteuerung trig
gert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stift
montagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der
relativen Bewegung folgt, bis Nullgeschwindigkeit
erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfas
sungsschaltung durch die numerische Computersteuerung
verarbeitet wird, um die relative Position des Objek
tes zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrich
tung in eine Minusrichtung parallel zu der Achse
der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der
Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch
das Objekt ausgelenkt wird.
15. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linearer
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbun
den sind, um die Position und Kraft des Gleitelemen
tes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der
Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spin
del montierten Trägerkörper, einen Mittelschaft,
eine Feder, um den Mittelschaft vorzubelasten, wobei
der Mittelschaft axial in dem Trägerkörper verschieb
bar montiert ist, um eine an dem Mittelschaft be
festigte Werkzeugbetätigungsstange, eine relativ
zu dem Trägerkörper in eine Richtung senkrecht zu
der Achse der Spindel bewegliche starre Scheibe
einen Stiftmontagekopf, wobei die starre Scheibe
so eingerichtet ist, daß sie den Stiftmontagekopf
in einem steil verjüngten Loch in der Scheibe fest
legt, wobei der Stiftmontagekopf einen passenden
Konus hat, um in das Loch zu passen, einen Mitnehmer
in dem Stiftmontagekopf, eine in dem Mitnehmer in
dem Stiftmontagekopf getragene Kugel, einen Mitnehmer
in dem Mittelschaft zum Aufnehmen der Kugel, wobei
die Feder des Mittelschaftes einen Druck auf die
Kugel und die Mitnehmeroberfläche ausübt, der Druck
den Montagekopf axial in dem verjüngten Loch festlegt
und den Stiftmontagekopf und die starre Scheibe
radial in einer neutralen Position festlegt, einen
Stift in dem Stiftmontagekopf, ein Objekt, wobei
jede Verschiebung des Stiftes, wenn er in eine Minus
richtung parallel zu der Achse der Spindel oder
in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel
gegen das Objekt bewirkt, daß die Kugel, die in
den Mitnehmeroberflächen wirkt, den Mittelschaft
und die Werkzeugbetätigungsstange um einen Betrag
verschiebt, der gleich der Verschiebung des Stiftes
ist, und der Stift parallel zu der Achse der Spindel
während der Stiftverschiebung bleibt, und einen
schwimmend montierten Richtungsfesthaltering, der
die starre Scheibe mit dem festen Trägerkörper ver
keilt, aufweist, wobei die Verschiebung der Werkzeug
betätigungsstange die Spindelsteuerstange und das
Gleitelement verschiebt, der Umformer durch das
Gleitelement verschoben wird, der Umformer eine
elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsen
vorschubgeschwindigkeit der numerischen Computer
steuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von
schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit
hat, der Umformer die Positionserfassungsschaltung
der numerischen Computersteuerung triggert, wenn
die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf
und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewe
gung folgt, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist,
wobei der Ausgang der Positionserfassungsschaltung
durch die numerische Computersteuerung verarbeitet
wird, um die relative Position des Objektes zu dem
Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in
eine Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel
oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der
Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt
ausgelenkt wird.
16. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist, und ein linearer
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver
bunden sind, um die Position und die Kraft des Gleit
elementes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die
in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in
der Spindel montierten Trägerkörper, einen relativ
zu dem Trägerkörper in eine Plus- und Minusrichtung
parallel zu der Achse der Spindel und in eine Rich
tung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegbaren
Stiftmontagekopf, einen Stift in dem Stiftmontage
kopf, ein Objekt und eine Vorrichtung zum Verschieben
der Spindelsteuerstange aufweist, wobei das Gleitele
ment und der lineare Umformer verschoben werden,
wenn der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird,
wenn die Tasteinrichtung in eine Plus- oder Minus
richtung parallel zu der Achse der Spindel oder
in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel
bewegt wird, der Umformer eine elektronische Verbin
dungsvorrichtung zu der Achsenvorschubgeschwindigkeit
der numerischen Computersteuerung zum Steuern des
Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullvor
schubgeschwindigkeit hat und der Umformer die Posi
tionserfassungsschaltung der numerischen Computer
steuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwi
schen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper
beginnt und der relativen Bewegung folgt, bis Nullge
schwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der
Positionserfassungsschaltung durch die numerische
Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative
Position des Objekts zu dem Stift zu bestimmen,
wenn die Tasteinrichtung in eine Plus- oder Minus
richtung parallel zu der Achse der Spindel oder
in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel
bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausge
lenkt wird.
17. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte
Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer
stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange
mit dem Gleitelement verbunden ist, einen linearen
Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbun
den sind, um die Position und die Kraft des Gleitele
mentes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in
der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der
Spindel montierten Trägerkörper, einen Mittelschaft,
eine Feder, um den Mittelschaft vorzubelasten, wobei
der Mittelschaft axial in dem Trägerkörper verschieb
bar montiert ist, eine an dem Mittelschaft befestigte
Werkzeugbetätigungsstange, eine relativ zu dem Trä
gerkörper in eine Richtung senkrecht zu der Achse
der Spindel bewegbare starre Scheibe, einen Stiftmon
tagekopf, wobei die starre Scheibe so eingerichtet
ist, daß sie den Stiftmontagekopf in einer konischen
Bohrung in der starren Scheibe festlegt, eine an
dem Stiftmontagekopf befestigte vorbelastete Federan
ordnung, wobei die Federanordnung den Montagekopf
in der konischen Bohrung axial positioniert, einen
Mitnehmer in dem Stiftmontagekopf, eine in dem Mit
nehmer in dem Stiftmontagekopf getragene Kugel,
einen Mitnehmer in dem Mittelschaft zum Aufnehmen
der Kugel, wobei die Vorspannfederanordnung des
Stiftmontagekopfes einen Vorspannwert hat, der größer
ist als der Wert der Mittelschaftfeder, die Mittel
schaftfeder den Stiftmontagekopf und die Federvor
spannanordnung axial und die starre Scheibe radial
in einer neutralen Position festlegt, einen Stift
in dem Stiftmontagekopf, ein Objekt, wobei jede
Verschiebung des Stiftes, wenn er in eine Plus-
oder Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel
oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der
Spindel gegen dieses Objekt bewegt wird, bewirkt
daß die in den Mitnehmeroberflächen wirkende Kugel
den Mittelschaft und die Werkzeugbetätigungsstange
um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschie
bung des Stiftes ist, der Stift parallel mit der
Achse der Spindel während der Stiftverschiebung
bleibt, und einen schwimmend montierten Richtungs
festhaltering, der die starre Scheibe mit dem festen
Trägerkörper verkeilt, aufweist, wobei die Verschie
bung der Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuer
stange und das Gleitelement verschiebt, der Umformer
durch das Gleitelement verschoben wird, der Umformer
eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der
Achsenvorschubgeschwindigkeit der numerischen Compu
tersteuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von
schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit
hat und der Umformer die Positionserfassungsschaltung
der numerischen Computersteuerung triggert, wenn
die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf
und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewe
gung folgt, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist,
wobei der Ausgang der Positionserfassungsschaltung
durch die numerische Computersteuerung verarbeitet
wird, um die relative Position des Objektes zu dem
Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in
eine Plus- oder Minusrichtung parallel zu der Achse
der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der
Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch
das Objekt ausgelenkt wird.
18. Kombinations-Abtast-Ausdreh-Einrichtung für numerisch
computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine Steuerstange,
wobei die Steuerstange durch die Spindel läuft,
ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem
Gleitelement verbunden ist, ein linearer Motor und
Umformer, die mit dem Gleitelement verbunden sind,
um die Position und Kraft des Gleitelementes zu
steuern, und eine Kombination aus Sonde und ein
stellbarem Ausdrehwerkzeug, die in der Spindel zum
Ausdrehen, Messen und Korrigieren des Durchmessers
eines ausgedrehten Lochs ohne Entfernen des Kombina
tionswerkzeugs von der Spindel vorgesehen sind,
wobei das Kombinationswerkzeug einen in der Spindel
befestigten Hauptbetriebskörper, eine vorbelastete
einstellbare Bohrstange, eine Mitnehmerstange, wobei
die Mitnehmerstange an einem Ende der Bohrstange
befestigt ist und die Bohrstange drehbar an dem
Betriebskörper befestigt ist, einen linearen Mit
nehmer zum Steuern der Position der Mitnehmerstange,
die verschiebbar in dem Trägerkörper montiert ist,
eine an dem linearen Mitnehmer befestigte Werkzeug
betätigungsstange, eine Betätigungsstangenfeder,
wobei die Betätigungsstangenfeder die Betätigungs
stange und den linearen Mitnehmer in einer vollstän
dig zurückgezogenen Position hält, einen Ausdrehkopf,
wobei der Ausdrehkopf an dem Ende der Bohrstange
entgegengesetzt zu der Mitnehmerstange befestigt
ist, ein in dem Ausdrehkopf montiertes Schneidwerk
zeug, ein in dem Ausdrehkopf gegenüber dem Schneid
werkzeug montierter Sondenstift, wobei die Spindel
steuerstange die Werkzeugbetätigungsstange während
des Betriebs berührt und die Kraft der Betätigungs
stangenfeder überwindet, um dabei die Position der
Werkzeugbetätigungsstange und des linearen Mitnehmers
zu bestimmen, und eine Vorspannfeder aufweist, wobei
die Vorspannfeder an einem Ende des Betriebskörpers
montiert ist, um die Bohrstange in eine Richtung
zu drehen, damit sie den auf die Mitnehmerstange
wirkenden Kräften des linearen Mitnehmers entgegen
wirkt und der mit der Mitnehmerstange in Verbindung
stehende lineare Mitnehmer die Bohrstange zu einer
vorgewählten Position dreht, um das Schneidwerkzeug
zum Steuern des Durchmessers des ausgedrehten Loches
festzulegen, wobei der lineare Mitnehmer zwei unter
schiedliche Mitnehmerwinkel hat, einen unteren Mit
nehmerwinkel, wobei der untere Mitnehmerwinkel flach
ist, um gegen die Mitnehmerstange für den Bohrbetrieb
zu wirken und einen oberen Mitnehmerwinkel, wobei
der obere Mitnehmerwinkel steil ist, und in eine
Richtung entgegengesetzt zu dem unteren Mitnehmerwin
kel liegt, um gegen die Mitnehmerstange für den
Tastbetrieb zu wirken, wobei die Spindelsteuerstange
den linearen Mitnehmer so positioniert, daß der
obere Mitnehmerwinkel mit der Mitnehmerstange in
Eingriff steht, nachdem ein Loch ausgedreht worden
ist, und das Kombinationswerkzeug aus dem Loch zu
rückgezogen worden ist, die Position des linearen
Mitnehmers einen Winkel der Bohrstange bestimmt,
der ein Spiel in dem ausgedrehten Loch für das
Schneidwerkzeug und den Sondenstift liefert, wobei
das Kombinationswerkzeug in das ausgedrehte Loch
vorgeschoben wird, die Spindelsteuerstange den linea
ren Mitnehmer zu einem in einem vorherigen Kalibra
tionsverfahren bestimmten Punkt vorschiebt, was
der Vorspannfeder erlaubt, die Bohrstange zu drehen,
bis der Stift den inneren Durchmesser des gebohrten
Lochs berührt, bei diesem Punkt die Mitnehmerstange
nicht in Kontakt steht mit irgendeiner Mitnehmerober
fläche, der Strom zu dem Linearmotor vermindert
wird, was der Betätigungsstangenfeder erlaubt, den
linearen Mitnehmer so zu positionieren, bis der
obere Mitnehmer-Kontakt mit der Mitnehmerstange
herstellt, aber nicht bewirkt, daß der Stift Kontakt
mit dem gebohrten Loch verliert, die lineare Mitneh
merposition die Positon der Werkzeugbetätigungs
stange, der Spindelsteuerstange, des Gleitelements
und des Umformers bestimmt und die Umformerposition
dann durch die numerische Computersteuerung verarbei
tet und mit einer in einem vorherigen Kalibrierungs
verfahren bestimmten Position verglichen wird, um
die tatsächliche Größe des ausgedrehten Loches zu
bestimmen.
19. Numerisch-computergesteuertes Bearbeitungszentrum,
gekennzeichnet durch eine Spindel, eine durch die
Spindel verlaufende Steuerstange, ein Gleitelement,
wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden
ist, einen linearen Motor und Umformer, die mit
dem Gleitelement verbunden sind, um die Position
und Kraft auf das Gleitelement zu steuern, eine
Bearbeitungseinrichtung, die in der Spindel befestigt
ist und eine Werkzeugbetätigungsstange, die in der
Bearbeitungseinrichtung betreibbar ist, wobei die
Position der Werkzeugbetätigungsstange relativ zu
der Bearbeitungseinrichtung vor der Einführung in
die Spindel gesetzt ist, die Position durch den
Typ der Bearbeitungseinrichtung bestimmt wird, der
Linearmotor das Gleitelement und die Spindelsteuer
stange mit einer gesteuerten Kraft vorschiebt, bis
die Spindelsteuerstange gegen die Werkzeugbetäti
gungsstange festliegt und der Umformer die Position
der Werkzeugbetätigungsstange an die numerische
Computersteuerung signalisiert, wobei die numerische
Computersteuerung die Werkzeuganwesenheit und den
Typ der Bearbeitungseinrichtung, die in der Spindel
befestigt ist, festlegt.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich
net, daß die numerische Computersteuerung die tat
sächliche Position des Umformers festlegt, nachdem
die Spindelsteuerstange gegen die Werkzeugbetäti
gungsstange festliegt, um die Bewegung der Betäti
gungsstange während des Betriebs der Bearbeitungsein
richtung zu messen, um dabei jeden Fehler wegen
der thermischen Ausdehnung der Spindel oder der
Spindelsteuerstange auszuschließen.
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich
net, daß die Spindelsteuerstange, die gegen die
Werkzeugbetätigungsstange mit Hilfe des Linearmotors
und des Umformers wirkt, die Funktion der Bearbei
tungseinrichtung während des Betriebs steuert.
22. Numerisch-computergesteuertes Bearbeitungszentrum,
gekennzeichnet durch eine Spindel, eine in der Spin
del befestigte Bearbeitungseinrichtung, eine Einrich
tung in der Spindel, die mit der numerischen Compu
tersteuerung zum Bestimmen des Typs der Bearbeitungs
einrichtung in Verbindung steht, um jeden Fehler
wegen der thermischen Ausdehnung der Spindel auszu
schließen und um den Mechanismus der Bearbeitungsein
richtung zu betreiben.
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