DE4141141A1

DE4141141A1 - Messeinheit zum vermessen eines bearbeitungswerkzeugs

Info

Publication number: DE4141141A1
Application number: DE19914141141
Authority: DE
Inventors: Eberhard Zoller
Original assignee: E Zoller GmbH and Co KG
Current assignee: E Zoller GmbH and Co KG
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-06-17

Description

Bei bekannten optisch-mechanischen Meß- und Einstellgeräten für Werkzeuge von Bearbeitungs- oder Werkzeugmaschinen trägt ein auf einer vertikalen oder horizontalen Bettführung beweglicher Koordinatenschlitten ein Betrachterobjektiv, über das mit Hilfe einer Feinverstelleinrichtung ein in einem Werkzeughalter befe stigtes Werkzeug eingestellt bzw. vermessen werden kann. Das Werkzeug mit seinem Werkzeughalter ist in einer Aufnahme ge spannt, die der Werkzeughalteraufnahme der Bearbeitungsmaschine entspricht. Damit in einem Bearbeitungsvorgang beispielsweise ein Bohrwerkzeug die vorgeschriebene Bohrtiefe genau einhält, muß die Position der Werkzeugspitze in bezug auf die Aufnahme des Werkzeughalters bestimmt werden. Es kommt folglich darauf an, die Länge und den Durchmesser des Werkzeuges an einem be stimmten Punkt, z. B. der Werkzeugspitze, optisch zu messen. Um diese Meßaufgabe zu erfüllen, besitzen Meß- und Einstellgeräte normalerweise einen Koordinatenschlitten mit Meßsystemen und digitalen Zählern sowie einem Durchlichtprojektor mit Durch licht.

Neuerdings sind zum Schärfen von Schneidwerkzeugen, wie Fräser aller Art, Bohrer, Stufenbohrer, Senker, Gewindebohrer und der gleichen CNC-gesteuerte Werkzeugschleifmaschinen bekannt, die mit vier bis sechs CNC-gesteuerten Achsen solche Werkzeuge vollautomatisch schleifen. Zur Durchführung des vollautomati schen Schleifvorganges an diesen Werkzeugen genügt es jedoch nicht, deren Länge und Durchmesser zu kennen; vielmehr müssen zusätzliche Kenngrößen erfaßt werden, wie z. B. Spiralsteigung und Spiralwinkel, außerdem der Positionierwinkel, wo die Schleifscheibe beim Schleifen zu beginnen hat, ferner Nuttiefe, Schneidenlänge und Länge der Stirnschneide sowie Verschleiß am Umfang der Stirnseite und darüber hinaus Mittenversatz des Werkzeuges, Schneidenradius, Schneidenfase, Fasenwinkel und die Schneidenzahl selbst.

Um ein Werkzeug auf einer CNC-gesteuerten Schleifmaschine zu bearbeiten, müssen die vorgenannten Parameter ermittelt und der Maschine eingegeben werden. Diese Parameter kann man innerhalb der Maschine messen und dabei die Maschine selbst stillsetzen, wodurch jedoch Produktionszeit verloren geht. Erfahrungsgemäß kann man davon ausgehen, daß das Messen der genannten Parameter in der Maschine selbst genauso lange dauert wie das Schleifen des entsprechenden Werkzeuges. Zur Vermeidung der beim Messen entstehenden Stillstandszeiten der Maschine kann man die Werk zeuge außerhalb der Schleifmaschine auf einem Meßgerät vermes sen. Um diese Meßaufgabe zu erfüllen, werden an das betreffende Meßgerät wesentlich umfangreichere Ansprüche gestellt, als dies bei herkömmlichen Einstell- und Meßgeräten der Fall ist. Um für ein zu schleifendes Werkzeug, beispielsweise für einen Schaft fräser, die vorgenannten Parameter auf einem Meßgerät zu ermit teln, muß das Meßgerät mit einer zur Erfassung der vorgenannten Parameter geeigneten Einrichtung ausgestattet sein.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinheit für Werkzeuge so auszustatten, daß mindestens sämtliche zur Be arbeitung eines Werkzeugs auf einer CNC-gesteuerten Schleifma schine notwendigen Parameter gemessen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Meßeinheit vorgeschlagen, deren Merkmale sich aus den nachfolgenden Pa tentansprüchen ergeben. Bei einer grundsätzlichen Ausführungs form der Erfindung besteht die Meßeinheit aus einer Baugruppe mit zwei Projektoren, nämlich einem Durchlicht- und einem Auf lichtprojektor, die in beliebiger Art so auf dem Koordinaten schlitten angeordnet sind, daß mit dem einen oder dem anderen Projektor sämtliche zu erfassenden Kenngrößen des Werkzeuges gemessen werden können. Bei der die Meßeinheit bildende Bau gruppe kann der bereits von einem Einstellgerät vorhandene Durchlichtprojektor mittels eines Auflichtprojektors ergänzt werden, der vorzugsweise mittels eines Schwenkarmes in beliebi ge Winkelstellungen gebracht werden kann. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Ergänzungsbaueinheit, die aus einem auf einem Schwenkarm angeordneten Auflichtprojektor mit Auflicht quelle zum Anbau an ein bereits vorhandenes Meßgerät bestimmt ist.

Die so entwickelte neue Meßeinheit mit zwei Projektoren und ei nem Schwenkarm ermöglicht es, rationell und ohne Umrüstungen schnell und genau Werkzeuge zu vermessen, insbesondere damit sie auf einer CNC-gesteuerten Schleifmaschine geschärft werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt, jeweils schema tisch,

Fig. 1 das auf einem Durchlichtprojektor bei der Vermessung entstehende Bild einer Werkzeugschneide,

Fig. 2 ein Beispiel eines zu vermessenden Schneidwerkzeuges mit Werkzeughalter,

Fig. 3 eine Frontansicht des die erfindungsgemäße Meßeinheit tragenden Koordinatenschlittens,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Meßeinheit, bei der sich der schwenkbare Auflichtprojektor in ei ner ersten Meßstellung befindet, und

Fig. 6 eine Seitenansicht wie in Fig. 5, bei der der Auf lichtprojektor eine zweite Meßstellung einnimmt.

Auf einer nicht gezeigten senkrechten Führung eines Meß- und Einstellgerätes für Werkzeuge ist entsprechend Fig. 3 und 4 ein in der Z-Richtung verstellbarer Koordinatenschlitten 10 ange ordnet, von dessen Führungsbasis 12 zwei zueinander gespreizt verlaufende waagerechte Tragarme 14, 16 ausgehen. Quer durch die abgewinkelten, zueinander parallelverlaufenden Endab schnitte der Tragarme 14, 16 erstreckt sich die optische Achse 18 eines ein Betrachterobjektiv enthaltenden Tubus 20 für einen Durchlichtprojektor 22, wobei der Tubus 20 als ein in einer Öffnung des Tragarms 16 festklemmbares und den Projektor 22 tragendes Halterohr ausgebildet oder innerhalb dieses Halteroh res angeordnet sein kann. Am Tragarm 14 ist eine auf die opti sche Achse 18 ausgerichtete Durchlichtquelle 24 befestigt.

Der Koordinatenschlitten 10 steht über seine senkrechte, bei spielsweise säulenförmige Führung in Verbindung mit einem nicht gezeigten, waagerecht in der X-Richtung verstellbaren Koordina tenschlitten. Für ein beispielsweise in Fig. 2 dargestelltes Werkzeug 25 und seinen Werkzeughalter 26 ist innerhalb des Bet tes des Meß- und Einstellgerätes eine um eine senkrechte Achse B verdrehbare Spindelaufnahme vorgesehen. Auf die Achse B ist der Koordinatenschlitten 10 normalerweise, wie in Fig. 3, 4 ge zeigt, mittig ausgerichtet. Sämtlichen Koordinatenschlitten sind Meß- und Ableseeinrichtungen zugeordnet, so daß auf einer beispielsweise elektronischen Digitalanzeige das durch Verstel lung des jeweiligen Schlittens variierende Abstandsmaß der op tischen Achse 18 von der Spindelaufnahme (Z-Maß) und von deren Achse B = Werkzeugachse (X-Maß) abgelesen werden kann, nachdem entsprechend Fig. 1 die auf dem Bildschirm des Projektors z. B. als Schnittpunkt eines projizierten Fadenkreuzes erkennbare op tische Achse 18 auf die zu vermessende Schneide oder eine ande re Stelle des zu vermessenden Werkzeugs 25 eingestellt worden ist.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf einem durch den Tragarm 16 nach innen vorstehenden Abschnitt des Tubus oder Halterohres 20 ein abgewinkelter Schwenkarm 28 gelagert, an dessen anderem Ende auf einem Stativ 30 ein Auflichtprojektor 32 befestigt ist. Die Unterseite des Stativs 30 setzt sich in einen gemäß Fig. 5 rechtwinklig angeschlossenen Linsentubus 34 fort, der sich durch den Schwenkarm 28 erstreckt und dessen op tische Achse 36 die optische Achse 18 des Linsentubus 20 gemäß Fig. 4 rechtwinklig schneidet. An beliebiger Stelle nahe dem Auflichtprojektor 32, z. B. am Schwenkarm 28 oder am Tubus 34 ist eine Auflichtquelle 38 befestigt, die das zu vermessende Werkzeug 25 beleuchtet.

Der den Auflichtprojektor 32 tragende Schwenkarm 28 ist auf dem Halterohr 20 zwischen den in Fig. 5 und 6 gezeigten Endstellun gen um 90° schwenkbar, die durch Festanschläge definiert sein können. In der Stellung A gemäß Fig. 4, 5 verbleibt der Schwenkarm 28 innerhalb des von den beiden Tragarmen 14, 16 des Koordinatenschlittens 10 umgrenzten Bereiches und hält an seinem durch die Abwinkelung versetzten Ende den Objektivtubus 34 des Auflichtprojektors 32 in solch seitlicher Entfernung von der optischen Achse 18, daß die Messungen mit dem Durchlicht projektor 22 nicht behindert werden. Der Auflichtprojektor 32 ragt auf seinem Stativ 30 nach oben über den Schlitten 10 vor und befindet sich entsprechend Fig. 5 zusammen mit dem Durch lichtprojektor 22 im Blickfeld der Bedienungsperson. Je nach Art der durchzuführenden Messung wird der Durchlichtprojektor 22 oder der Auflichtprojektor 32 eingeschaltet. In der Stellung B des Auflichtprojektors 32 gemäß Fig. 6, die zum stirnseitigen Messen des Werkzeuges 25 dient, erstreckt sich der nach oben verdrehte Schwenkarm 28 vor dem Bildschirm des Durchlichtpro jektors 22.

Um bestimmte Kenngrößen des zu vermessenden Werkzeugs zu erfassen, beispielsweise den Mittenversatz eines Werkzeugs, kann es zweckmäßig bzw. erforderlich sein, Messungen in Rich tung der Y-Achse (siehe Pfeil in Fig. 4) durchzuführen. Zu die sem Zweck kann die Führung des in Richtung der X-Achse ver stellbaren Koordinatenschlittens auf einem in der Y-Richtung verstellbaren dritten Koordinatenschlitten angeordnet sein. Die Verstellbarkeit in der Y-Richtung kann auch durch einen an ei ner anderen Stelle des Systems vorgesehenen Koordinatenschlit ten erfolgen, beispielsweise dadurch, daß auf der Führungsbasis 12 des Schlittens 10 eine zusätzliche Führung für einen in der Y-Richtung verstellbaren Schlitten angeordnet ist, der dann seinerseits die erfindungsgemäße Meßeinheit mit den beiden Projektoren trägt.

Für die Meßeinheit nach der Erfindung wird vorzugsweise der be reits in einem herkömmlichen Einstell- und Meßgerät vorhandene Durchlichtprojektor 1 verwendet, der zusammen mit dem Durch licht 2 sämtliche Messungen am Werkzeug übernimmt, soweit sie mit einem Durchlichtprojektor meßbar sind. Dazu gehören bei spielsweise bei dem Fräswerkzeug 25 nach Fig. 1 die Parameter

Werkzeuglänge L,
Durchmesser D,
Schneidenlänge SL,
Schneidenradius SR,
Schneidenfase SFR.

Die Meßeinheit ist durch den am Schwenkarm 28 befestigten Auf lichtprojektor 32 ergänzt, der und seine optische Achse 26 in der Stellung A gemäß Fig. 4, 5 radial stehen, so daß alle ra dialen Messungen am Werkzeug vorgenommen werden können, z. B. in bezug auf die Parameter

Spiralsteigung S,
Spiralwinkel SB,
Positionierwinkel A,
Schneidenverschleiß am Umfang SVU.

Durch Verschwenken des Schwenkarms 28 um 90° erreicht der Auf lichtprojektor 32 die Stellung B gemäß Fig. 6, in der nunmehr das Werkzeug stirnseitig vermessen werden kann, um die noch verbleibenden Parameter zu erfassen, wie

Nutentiefe NT,
Länge der Stirnschneide LST,
Schneidenverschluß Stirnseite SVS,
Mittenversatz M.

Zum Erfassen und Vermessen sämtlicher Kenngrößen eines nachzu schärfenden oder nachzurichtenden Bearbeitungswerkzeuges 25 ist auf einem in Richtung von drei räumlich zueinanderstehenden Ko ordinaten X, Y, Z verstellbaren Koordinatenschlitten 10 ein Durchlichtprojektor 22 befestigt, wobei eine Koordinatenrich tung Z zur Hauptachse B des in einer verdrehbaren Spindelauf nahme gespannten Werkzeuges 25 parallel verläuft. Die optische Achse 18 des Betrachterobjektivs des Durchlichtprojektors 22 erstreckt sich parallel zur zweiten Koordinatenrichtung Y. Auf dem Koordinatenschlitten 10 ist ein Auflichtprojektor 32 ange ordnet, dessen optische Achse 36 parallel zur dritten Koordina tenrichtung X verläuft und die optische Achse 18 des Durch lichtprojektors rechtwinklig schneidet. Der Auflichtprojektor 32, dessen Bildschirm in die gleiche Richtung wie der des Durchlichtprojektors 22 weist, ist zwischen einer radial zum Werkzeug 25 und einer auf die Stirnseite des Werkzeuges gerich teten Betrachterstellung um 90° um die optische Achse 18 des Durchlichtprojektors verschwenkbar. Der Schwenkarm 28 kann auch an einer anderen Stelle als auf dem Tubus 20 auf dem Koordina tenschlitten 10 gelagert sein, beispielsweise an dessen Tragarm 14, wobei in diesem Fall der Schwenkarm 28 ungefähr spiegelsym metrisch zu der in Fig. 4 dargestellten Anordnung verlaufen würde.

Claims

1. Meßeinheit zum Vermessen eines in einer insbesondere rotativ verstellbaren Spindelaufnahme gespannten Werkzeuges, wobei Kenngrößen des Werkzeuges unter Zugrundelegung bestimmter geo metrischer Bezugsorte, z. B. Oberkante der Spindelaufnahme, Werkzeug- bzw. Spindelachse usw. in verschiedenen Koordinaten richtungen mit Hilfe in diesen Richtungen verstellbarer op tisch-mechanischer Mittel, insbesondere eines Koordinaten schlittens und eines darauf angeordneten Durchlichtprojektors erfaßt bzw. zur Anzeige gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit aus einer Baugruppe mit zwei Projektoren besteht, nämlich einem Durchlicht- und einem Auflichtprojektor (22 bzw. 32).

2. Meßeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mit dem Durchlichtprojektor (22) versehenen Koordi natenschlitten (10) zusätzlich ein Auflichtprojektor (32) so angeordnet ist, daß dessen optische Achse (36) die optische Achse des Durchlichtprojektors rechtwinklig schneidet, und daß der Auflichtprojektor (32) auf einem Schwenkarm befe stigt ist, der um die optische Achse (18) des Durchlichtprojek tors (22) zwischen einer Radialstellung bezüglich des Werkzeu ges und einer zur stirnseitigen Werkzeugvermessung um 90° versetzten zweiten Stellung sowie in beliebige andere Winkel stellungen schwenkbar ist.

3. Meßeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildschirme beider Projektoren (22, 32) in die gleiche Richtung weisen.

4. Meßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der um die optische Achse (18) des Betrach terobjektivs des Durchlichtprojektors (22) drehbar gelagerte Schwenkarm (28) mit einem abgeknickten Endabschnitt parallel zur genannten optischen Achse verläuft und unter seitlichem Ab stand von dieser das Betrachterobjektiv (34) des Auflichtpro jektors (32) trägt.

5. Meßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlichtprojektor (22) und die auf seine optische Achse (18) ausgerichtete Durchlichtquelle (24) auf zwei vom Koordinatenschlitten (10) ausgehenden Tragarmen (14, 16) befestigt sind und daß der Schwenkarm (28) in der Ra dialstellung des Auflichtprojektors (32) innerhalb des Abstands zwischen den beiden Tragarmen liegt, aus dem der Auflichtpro jektor (32) nach oben vorsteht.

6. Meßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflichtprojektor (32) bzw. die opti sche Achse (36) seines Betrachterobjektivs (34) mit Hilfe des Schwenkarms (28) in beliebige Winkelstellungen bezüglich des Werkzeuges einstellbar und in den um 90° zueinander versetzten Endstellungen durch Anschläge festgelegt ist.

7. Meßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinatenschlitten (10) mittelbar in den drei sich zueinander räumlich erstreckenden Hauptachsen X, Y und Z verstellbar ist, um Werkzeuge axial, radial und stirn seitig bezüglich sämtlicher vorkommender Kenngrößen (Parameter) zu vermessen.