EP0268622A1 - Verfahren, messgerät, feinverstellbare werkzeughalterung mit kompensationseinrichtung für prozessintegrierte qualitätssicherung in spanenden nc-werkzeugmaschinen - Google Patents

Verfahren, messgerät, feinverstellbare werkzeughalterung mit kompensationseinrichtung für prozessintegrierte qualitätssicherung in spanenden nc-werkzeugmaschinen

Info

Publication number
EP0268622A1
EP0268622A1 EP87903265A EP87903265A EP0268622A1 EP 0268622 A1 EP0268622 A1 EP 0268622A1 EP 87903265 A EP87903265 A EP 87903265A EP 87903265 A EP87903265 A EP 87903265A EP 0268622 A1 EP0268622 A1 EP 0268622A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
cutting edge
measuring
edge
tools
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP87903265A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Klaus Habermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mas Vertriebs fur Zerspanungstechnik GmbH
Original Assignee
Mas Vertriebs fur Zerspanungstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mas Vertriebs fur Zerspanungstechnik GmbH filed Critical Mas Vertriebs fur Zerspanungstechnik GmbH
Publication of EP0268622A1 publication Critical patent/EP0268622A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/03—Boring heads
    • B23B29/034—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0904—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool before or after machining
    • B23Q17/0919—Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
    • B23Q17/0923—Tool length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0904—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool before or after machining
    • B23Q17/0919—Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
    • B23Q17/0933—Cutting angles of milling cutters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B23Q17/2216—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool into its holder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2457—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/248—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods

Definitions

  • the invention relates to a method, measuring device, finely adjustable tool holder with compensation device for process-integrated quality assurance, in particular for automatic condition monitoring of tool cutting edges in cutting NC machine tools.
  • the future factory sees itself as computer-controlled and flexibly automated. It has a continuous production process and is linked in terms of energy, materials and information technology.
  • a number of systems for tool breakage and wear monitoring are known, which are mainly used with good success during machining. However, they are only able to reliably record the actual happening at the cutting point under certain conditions.
  • Costly techniques of wear monitoring via force increase and force progression such as the learning process during the first idle times of a lot, can only take into account known known constant parameters. All variables that cannot be recorded often falsify the measurement result considerably.
  • a number of non-contact measuring devices which monitor the presence of a tool (twist drill) cutting edge in the transmitted light or reflex method.
  • the arrangement of the device in the work area is very susceptible to contamination due to contamination.
  • Tool length monitoring outside the work area e.g. on the tool magazine
  • Tool length monitoring outside the work area e.g. on the tool magazine
  • Machine-specific disturbance variables such as position spread and reversal span increase the measurement uncertainty.
  • Measuring-controlled, interchangeable precision turning tools are known, the cutting edge of which is automatically adjusted to a reference point on the inserted tool by means of an actuating unit in the work area.
  • Disadvantages are the measurement uncertainty, which results from the position of the reference point due to the clamping error and is transferred fully to the cutting edge, and the contamination of the coupling elements between the actuating unit and the fine bore cartridge in the working area.
  • Manufacturing systems have a tool presetting station with computer-guided tool presetting.
  • a device with contactless cutting edge scanning and digital position display, data transmission (correction values) to the machine control and a bar code printer for labeling the tools are part of the standard configuration.
  • the cutting edge must be corrected after two measurements on the cover with inductive measuring key.
  • the measurement, control and regulation system in the machine carries out both the setting in the ⁇ m range before the machining and the wear compensation after the machining, so that time-consuming and costly pre-setting is carried out.
  • - Position and workpiece measurement (control cut) can be omitted.
  • a significant advantage is the effective determination of wear through the micrometer-accurate measurement of all changes in the cutting edge - mainly flank and rake face wear as well as the cutting edge rounding.
  • the end of the service life is determined using 2 measured values:
  • the positioned cutting edge is guided by the x-axis in a 40 ⁇ m step through the laser beam and the contours are recorded in each position by a line camera. This creates a real picture of the cutting contour on the whole
  • the largest distance is decisive for the evaluation of the state of wear b (eg 0.35mm) measured horizontally from the edge of the insert, taking into account the material, cutting material, tool geometry and cutting conditions as well as the determined wear values, the optimum tool life is determined in a series of tests. Compensation devices on precision lathes and special units are known which automatically adjust non-exchangeable, finely adjustable tool holders via wedge, eccentric, slide, elastic deformation or tilt by the work spindle.
  • the disadvantage is that only firmly screwed tools can be controlled by the spindle.
  • Non-contact cutting edge detection by measuring the cutting edge position to a fixed reference edge on the work spindle. Random sources of error during the measurement are largely compensated for by the arrangement of the reference edge and by averaging a large number of measured values.
  • Systematic error sources are continuously corrected by the machine control system by recording machine and process states and comparing them with programs stored in the memory (analytically and empirically determined limit values, signal patterns and process models). In the event of a deviation, correction values are automatically entered.
  • Any quick-change tool holder can be used instead of a handle.
  • stepper motor-controlled compensation device for automatic setting lifting and wear compensation of all measurement-controlled tools.
  • the regulation takes place via the clamping elements of the steep ice (bolt, collet, pull rod, etc.) or a separate push rod through the work spindle and a controlled stop.
  • Measuring device with light source and two CCD line cameras with light source and two CCD line cameras.
  • Measuring device with a movable light source and a CCD line camera or with a movable light source and several vertically fixed CCD line cameras.
  • Measuring device with scanned laser beam and photodiode Measuring device with scanned laser beam and photodiode.
  • Measuring device with light source and a height-adjustable CCD line camera. 1 shows the measurement configuration using the example of a machining center by means of a measuring device with a scanned laser beam.
  • the methods and devices described can be used on any manufacturing device such as machining centers, turning machines, special machines, etc.
  • the receiver module 1 with zero edge 6 is pivoted into the work space after opening a flap in the sheet metal cladding.
  • the work spindle 4 moves in measuring position, y-axis: with cutting edge 2 in zero plane V- vertical, z-axis: with reference edge 7 in measuring plane ⁇ T- horizontal x-axis: with reference edge 7 in the middle between transmitter 5 and receiver module 1
  • the distance 'c' between zero edge 6 and reference edge 7 is first measured using the laser tape (description Fig. 4). Then the work spindle 4 travels in the z-axis with the cutting edge 2 in the measuring plane ⁇ d ". The distance V between the zero edge 6 and the cutting edge 2 is measured.
  • FIG. 2 shows the structure of the components of the measuring device with a light source and two CCD line cameras.
  • a strip 8 with stepped reference edges is required instead of the reference edge 7.
  • a machining center of medium size (SK 50) as an example, diameters between 8 and 240 mm should be able to be turned. Since the cutting edge 2 is always measured at zero level for measurement reasons, a fixed reference edge 'wanders' in a range of approx. 120 mm vertically from measured. Bar 8 covers this area (with 11 edges approx. W4xL12mm)
  • the positioning of the cutting ' *. edge 2 in, the reference strip 8 in * d * , the position of the spindle 4 in the y-axis is measured with the beam 17 and evaluation by the line camera 18.
  • the cutting edge 2 is moved in the measurement plane "" d "and the position thereof is determined by means of a beam 13 and evaluation by a line camera 14. The distance between the cutting edge 2 and an edge of the reference bar determined in this way is given to the machine control as a digital word 19.
  • FIG 3 shows the structure of the components of the measuring device with a light source and a CCD line camera.
  • the transmitter module 5 is also first moved with the optical axis of the light source 10 at the height of the reference edge 7, while at the same time the spindle 4 with the cutting edge 2 is positioned in the zero plane and the reference edge 7 in the measurement plane * d * .
  • the position of the reference edge 7 is first determined using the beam 17 and line camera 14.
  • the spindle 4 again moves in the z-axis with the cutting edge 2 in the measuring plane ⁇ T, the light source 10, depending on the cutting diameter, at a distance vertically in the zero plane V. Then the cutting edge position is measured with the height-adjustable beam 13 and evaluation by the same line camera 14. The distance between the cutting edge 2 and the reference edge 7 determined in this way is output to the machine control as digital word 19.
  • the beam 13 is widened by a beam expander 11 made from aberration-free, diffraction-limited lenses and generates a silhouette from the cutting edge 2. This is reproduced on the CCD line camera 5 to 6 times enlarged via condenser lens 25 and collecting optics of the line camera 14.
  • the image extends in the form of a light-dark transition over several elementary diodes, which are exposed with different light intensities.
  • the different gray values of each individual pixel are collected in an analog memory and made accessible to a computer.
  • the cutting edge position is defined via gray value interpolation and high-resolution A / D converter.
  • a gray scale interpolation and compensation of the random / systematic sources of error (as described on page 6, item 2) achieve a measuring accuracy of approx. 0.004 mm.
  • FIG. 3 Another possibility of a measurement setup would be similar to FIG. 3 with a light source which can be moved at a distance, but on the receiver side a row of vertically fixed CCD lines which can cover the entire measurement range. The line in the light-dark area forwards the measured values to the evaluation electronics.
  • Fig. 4 shows . the construction of the components of the measuring device with scanned laser beam and photodiode.
  • the transmitter module 5 which is set up vibration-free outside the machine, consists of a He-Ne laser whose beam is directed via mirrors 16 onto a rotating polygon mirror 26.
  • a mirror rotation and collimator lens 20 produce a beam that is shifted parallel to itself and has a constant linear velocity (light band 9 with a height required for the application, for example 120 mm), which zero edge 6 and reference edge 7 up to 350 times per second scans.
  • the synchronous motor is controlled by a quartz generator which also provides the time base for the time measurement.
  • the time-limited light band is fed to the photodiode 24 via the condenser lens 25.
  • the process is used when measuring the distance between zero edge 6 and
  • the light sources of the measuring devices according to FIGS. 2 and 3 can also consist of a halogen lamp or other light sources.
  • the digital word 19 (actual value) supplied by the evaluation electronics 15 is compared by the machine control with a setpoint value assigned to each fine turning tool.
  • the setpoint stored in the machine control was saved once for each tool after a correct drilling was achieved. If there is a match, the program is continued; if there is a deviation, the cutting edge position is corrected via the control system.
  • FIGS. 1 to 4 and 8 are design examples of measuring devices for machining centers. For each application, the measuring device must be designed accordingly, depending on the machine type and task.
  • the measuring method, type, number and arrangement of the components, and their feeding into the measuring position are adapted to the respective requirements.
  • Fig. 5 shows a finely adjustable tool holder with steep taper for automatic change.
  • Cutting edge 2 is fed and lifted by means of elastic deformation using a wedge and can be reproduced with a precision of microns.
  • the actuation takes place via a 2.5 ° slope of the control rod 32 (stroke 1 mm axially - 0.0437 mm radial) and pull rod 36, which simultaneously clamps the tool via spring column 35.
  • the cutting edge is manually pretensioned with approx. 0.15 mm to, for example, dimension 031.85 " (for 032H7) using adjusting screw 31.
  • the adjustment does not have to be repeated when changing inserts or cutting edges, since after tool change and tensioning via pull rod 36 (approx. 2 mm stroke), the cutting edge is set to a presetting dimension of approx. 032.01.
  • the compensation device is used to correct the setting dimension ⁇ 32.017.
  • the basic illustration shown in FIG. 5 is for use Designed for machining centers Every tool must be designed for specific applications, taking workpiece, machining and machine data into account.
  • FIG. 6 shows schematically the work spindle 4 of a machining center with a stepper motor-controlled compensation device and fine adjustment via a pull rod.
  • piston 44 releases the collet actuation 41.
  • the spring column 42 places the collet actuation 41 on the controlled stop "g'an after the collet 40 has tightened the end of the drawbar 36 which is designed like a clamping bolt.
  • the system of the collet actuation 41 on the adjustable stop is tracked by the greater spring force of the spring column 42.
  • the spring column 35 secures the tension of the finely adjustable tool holder with a minimum force of approximately 1700 kg.
  • the piston 44 is moved approx. 2 mm to the stop " for the piston 43, ie; the collet actuation 41 is lifted from the stop * g", the stop "g'd for the piston 47 ate to the target adjusted.
  • piston 47 lifts up from surface * h * , stepper motor 45 adjusts finely adjustable stop 46, piston 47 contacts surface * h * , the position of stop V ' st is corrected.
  • the piston 44 now lifts from the stop * fab and the spring column 42 applies the collet actuation 41 to "g".
  • the cutting edge 2 is thus set to the desired dimension.
  • Axial stroke 0.416 mm at 1 revolution of stepper motor 45
  • the tension of Tools that cannot be precisely adjusted are as described, but with a stroke of approximately 7 mm of the collet actuation 41 without abutment against the stop ⁇ g "(piston 47 retracted)
  • the spindle is stopped to relax.
  • Piston 44 compresses spring column 42 with collet actuation 41 and piston 44.
  • Collet 40 opens with a stroke of 7 mm, the tool 3 is ejected with a stroke of 1 mm and can be changed.
  • FIG. 7 shows schematically the work spindle 4 of a machining center with a stepper motor-controlled compensation device with fine adjustment via a push rod.
  • the spring column 42 clamps the tool 50 via collet 40 and actuation 41.
  • the push rod 51 is now actuated via the piston 47 until the piston 47 abuts against the stop "h" and at the same time the cutting edge 2 is adjusted to the setting dimension via the actuating rod 52.
  • piston 47 is lifted off, stop 46 is adjusted to the determined dimension via stepper motor 45 as already described, piston 47 is again placed on * h * .
  • FIG. 8 shows the structure of the components of the measuring device with a light source and a height-adjustable line camera 14.
  • the position of the spindle 4 in is determined by means of a light band 9 and evaluation by the line camera 14 Measure y-axis.
  • the cutting edge 2 is moved in the measuring plane 'd ' of the positioning slide 21 into position 2 and the position of the cutting edge is measured, if necessary a correction process is initiated as already described.
  • the exact positioning of the carriage 21 can be carried out using a second line camera, scale and analog-controlled controller.
  • certain adaptations are necessary on the machine tool and control. If the machines supplied, in particular machining centers, are to be equipped with automatic cutting edge monitoring, an autonomous measuring and control system can be used with little control effort and changes to the sheet metal cladding.
  • a system as in FIGS. 1 to 4 and 8 can be used as the measuring device.
  • a radially finely adjustable tool holder can be adjusted to the ⁇ m with a spring-loaded coupling with a stepper motor-controlled compensation device.
  • the measuring method, type, number and arrangement of the components, as well as their feeding into the measuring position are adapted to the respective requirements.
  • the inaccuracy can be significantly reduced for precise turning operations by integrating a measuring, control and regulation system into the lathe.
  • a delivery chute is attached to the main spindle on a vibration-free, thermostable base of the machine bed. If a cutting edge is to be finely divided after the finishing process, the turret is first pivoted 120 ° with the cutting edge in the cleaning position and then another 60 ° in the measuring position, while the x-axis positions itself on the diameter to be turned. (With the cutting edge at 180 ° to the workpiece and the y-axis withdrawn in front of the measuring point)
  • a protective flap opens above the chuck and the delivery chute moves the measuring device into the measuring position.
  • the measuring device is calibrated to the workpiece axis • using a calibration bar.
  • the calibration bar is then withdrawn and the cutting edge is moved into the measuring position with the y-axis.
  • the arrangement of the tools in the chuck / workpiece area * was chosen so that no collision can occur.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Description

Verfahren, Messgerät, feinverstellbare WerkzeughaKerung mit Kompensations¬ einrichtung für prozessintegrierte Qualitätssicherung in spanenden NC-Werkzeugmaschinen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, Meßgerät, feinverstellbareWerkzeύg- halterung mit Kompensationseinrichtung für prozessintegrierte Qualitäts¬ sicherung, insbesondere zur automatischen ZustandUberwachung von Werkzeug¬ schneiden in spanenden NC-Werkzeugmaschinen.
Die zukünftige Fabrik versteht sich als rechnergesteuert und flexibel automatisiert. Sie verfügt über einen stetigen Fertigungsablauf und ist energie-, material- und informationstechnisch verknüpft.
Die klassische Forderung nach erhöhter Produktivität und Kostenreduzierung bleibt uneingeschränkt erhalten und kann durch Erhöhung der effektiven Nutzlaufzeit mit vermindertem Personalbedarf realisiert werden. Gefordert sind heute Produkte hoher Qualität welche in kurzen Durchlauf¬ zeiten schnell, zuverlässig und absolut fehlerfrei gefertigt werden.
Die Beschaffung von Fertigungsanlagen, die diesen Anforderungen gerecht werden, sind mit hohem Kapitalaufwand verbunden. Das gleichermaßen steigende Ausfallrisiko, sowie die Forderung der Maschinenbetreiber, den Nutzungsgrad auf Jahre hinaus zu garantieren, zwingt zur Schaffung technischer Voraussetzungen für die optimale Nutzung der Anlagen.
Für die als Zielvorstellung angestrebte Realisierung einer technischen Verfügbarkeit von über 90 %, wird der Prozessüberwachung und -Steuerung eine besondere Bedeutung zugeordnet.
In der spanenden Fertigung verursachen Werkzeuge, bei der Erkennung und Beseitigung von Funktionsstörungen einen erheblichen Anteil an Ausfall¬ zeiten.
Es sind eine Reihe von Systemen der Werkzeugbruch- und Verschleißüber- wachung bekannt, welche hauptsächlich während der Bearbeitung mit gutem Erfolg eingesetzt werden. Sie sind jedoch nur unter gewissen Voraussetzungen in der Lage zuverlässig, das tatsächliche Geschehen an der Zerspanstelle zu erfassen.
Trotz aufwendiger Bewertungsstrategien von Sensorsignalen ist die Verschleiß überwachung von dem kleinsten überwachbaren Zerspanquerschnitt abhängig. Um Fehlmeldungen zu vermeiden werden eine Reihe von Werkzeugen aus der Ober- wachung ausgeblendet.
Kostspielige Techniken der Verschleißüberwachung über Kraftanstieg und Kraftverlauf, wie das Lernverfahren während der ersten Standzeiten eines Loses, können nur bekannte gleichbleibende Parameter berücksichtigen. Alle nicht erfaßbaren Variablen verfälschen oft erheblich das Meßergebnis.
Sehr störanfällig ist auch die Überwachung einer Mindestkraft (Werkzeug im Einsatz) bei kurzen Schnitten und stark streuenden Bearbeitungskräften.
Signale weiter entfernter Meßorte werden durch Reibungs- und Beschleu¬ nigungskräfte, Dämpfung, Massenträgheitsmomente, sowie Einbußen bei der Erfassung dynamischer Kraftänderungen verfälscht, sodaß die Messgüte als nicht zufriedenstellend bewertet werden muß.
Eine Kombination mehrerer Überwachungssysteme wird notwendig wenn verschie¬ dene Werkzeugtypen in einer Arbeitsspindel eingesetzt werden und diese unter Einwirkung mehrerer Zerspankraftkomp0nenten variablen Eingriffsver¬ hältnissen und Zerspanbarkeitseigenschaften ausgesetzt sind.
Durch die geringe Erkennungsgenauigkeit in der Verschleißbestimmung sowie die fehlende Bruchüberwachung einer Reihe von Werkzeugen mit einer Belastung im Bereich der Leerlauf!eistung der Arbeitsspindel, ist eine zuverlässige Aus¬ kunft über den Betriebszustand aller eingesetzten Werkzeuge nicht möglich.
Es sind eine Reihe berührungsloser Meßeinrichtungen bekannt, welche im Durchlicht- oder Reflexverfahren des Vorhandensein einer Werkzeug- (Spiral¬ bohrer) schneide überwachen.
Die Anordnung des Gerätes im Arbeitsraum ist durch Verschmutzung sehr störanfällig. Die Werkzeuglängenüberwachung außerhalb des Arbeitsraumes (z.B. am Werkzeugmagazin) ist für Bohrwerkzeuge geeignet, jedoch bei der Fertigung mehrerer Bohrungen in Folge mit gleichem Werkzeug, nicht geeignet. Zur Festlegung des Programmstartpunktes einer voreingestellten automatisch eingewechselten Schneide (auf CNC-Drehmaschinen) wird der Istwert optisch gemessen und über automatische Nullpunktverschiebung der x-Achse, der Soll¬ wert angefahren.
Gerätespezifische Fehlerquellen wie Lageabweichungen der Komponenten zum Maschinennullpunkt durch Wärmegang, andererseits maschinenspezifische Störgrößen wie Positionsstreubreite und Umkehrspanne erhöhen die Meßun¬ sicherheit.
Es sind meßgesteuerte, einwechselbare Feindrehwerkzeuge bekannt, deren Schneide zu einem Referenzpunkt auf dem eingewechseltem Werkzeug automatisch über eine Stelleinheit im Arbeitsraum justiert wird.
Nachteilig ist die Meßunsicherheit welche aus der spannfehlerbedingten Lage des Referenzpunktes resultiert und sich voll auf die Schneide über¬ trägt, sowie die Verschmutzung der Kupplungselemente zwischen Stelleinheit und Feinbohrpatrone im Arbeitsraum.
Auch zeitabhängige Trendabweichungen können mit dieser Meßsteuerung nicht korrigiert werden.
Die meisten in Betrieb befindlichen fleχ. Fertigungssysteme haben einen Werk- zeugvoreinstellplatz mit rechnergeführter Werkzeugvoreinstellung. Ein Gerät mit berührungsloser Schneidenabtastung und digitaler Positionsan¬ zeige, Datenübertragung (Korrekturwerte) an die Maschinensteuerung sowie ein Bar-Code-Drucker zur Etikettierung der Werkzeuge gehören zur Standartkonfi¬ guration.
Die so eingestellten Feindrehwerkzeuge müssen nun nach einwechseln in die Arbeitsspindel (Spannfehler) entweder einen
-Kontrollschnitt durchführen mit anschließender Werkstückmessung (Messdorn) und eventueller Korrektur wie bereits beschrieben oder
-die Schneide muß nach zweimaliger Messung auf Umschlag mit Induktivmeßtas.ter korrigiert werden. Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß durch das Mess- Steuer-und Regelsystem in der Maschine sowohl die Einstellung im μm-Bereich vor der Bearbeitung, als auch die Verschleißkompensatiόn nach der Bearbei¬ tung durchgeführt werden, sodaß eine zeit- und kostenaufwendige Vorein- - Stellung und Werkstückmessung (Kontrollschnitt) entfallen kann.
Ein wesentlicher Vorteil ist die effektive Verschleißbestimmung durch die μm-genaue Messung aller Veränderungen der Schneidkante - hauptsächlich Frei¬ flächen-und Spanflächenverschleiß sowie die Schneidkantenabrundung. Dadurch wird der tatsächliche Zustand der Schneide im Augenblick der Messung erfasst und nicht wie üblich der voraussichtliche Verschlei zustand über den prozentualen Kraftanstieg (C-Wert = 30 % bis 270 %) abgeleitet.
Das Standzeitende wird mit Hilfe von 2 Meßwerten ermittelt:
1. Ein durch die Summe der Schneiden-Korrekturen von der Maschinensteuerung ermittelter Wert z. B. VB=400μm.
2. Ein durch Abtasten der Hauptschneide im gesamten Verschleißbereich er- stelltes Bild der vorhandenen Konturen.
Dazu wird die positionierte Schneide mittels x-Achse' im 40 μm-Schritt durch den Laserstrahl geführt und in jeder Position die Konturen durch eine Zeilen¬ kamera erfaßt. So entsteht ein reeles Bild der Schneidkontur auf die ganze
Schnitttiefe a (Bearbeitungszugabe) und Verschleißbreite b mit folgendem Raster: horizontal z.B. 10 Schritten 0,04 mm b=0,4 mm vertikal z.B. 115 Bildpunkte"a 0,013 mm a=1,5 mm Maßgebend für die Bewertung des Verschleißzustandes ist der größte Abstand b ( z.B.0,35mm ) gemessen horizontal ab Kante Wendeplatte. Unter Berücksichtigung von Werkstoff, Schneidstoff, Werkzeuggeometrie und Schnittbedingungen sowie der ermittelten Verschleißwerte wird in einer Ver¬ suchsreihe die optimale Standzeit ermittelt. Es sind Kompensationseinrichtungen an Feindrehmaschinen undSondereinheiten bekannt, welche nichtaustauschbare feinverstellbare Werkzeughalterungen über Keil, Exzenter, Schieber, elastische Verformung oder abkippen, durch die Arbeitsspindel automatisch verstellen.
Nachteilig ist, daß nur fest verschraubte Werzeuge durch die Spindel messge¬ steuert werden können.
Es ist deshalb Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und Einrichtungen zu nennen, welche automatisch im unbeaufsichtigten Betrieb, alle zum Einsatz kommenden Werkzeuge auf Bruch und Verschleiß, mit gleichzeitiger Kompensation der Schneidkantenlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird im Rahmen der nachstehend genannten Verfahren und Ein¬ richtungen erfindungsgemäß in folgenden Schritten gelöst:
l«ϊ2E_d§C_§§ä!r--§i---_09> nach Werkzeugwechsel:
-prüfen ob das vorgesehene Werkzeug zum Einsatz kommt, -Durchmesser/Längen-(Einstellmaß)kontroπe, auch an kombinierten Stufen¬ senk/Drehwerkzeugen, an allen Schneiden am Durchmesser durch rotieren der Spindel in die erforderliche Winkelläge, besonders wichtig wenn durch Fehlen oder fehlerhafte Einstellung einer Schneide der Bruch an teuren Folgewerk¬ zeugen vermieden werden soll,
-automatische Durchmessereinstellung im μ -Bereich ohne Voreinstellung des Werkzeuges.
Q§£-3_d§r_§§§rbeitung, pach sorgfältiger Reinigung der Schneiden:
-Bruchkontrolle aller Werkzeugschneiden nach jedem Arbe-itsgang, vor allem wenn mehrere Arbeitsgänge in Folge mit gleichem Werkzeug duchgeführt werden,
-Verschleißkontrolle von Werkzeugen, vor allem um Zugaben für Folgewerk¬ zeuge zu überwachen und die ganze Standlänge komplizierter Werkzeuge zu nutzen,
-automatische Meßsteuerung über Meßgerät,, aschinensteuerung, Kompensations¬ einrichtung und feinverstellbaren Werkzeughalter.
-die effektive Verschlei bestimmung durch Erfassung der tatsächlichen Schnei¬ denkontur beim Meßvorgang erlaubt eine genaue Festlegung des Standzeitendes für Werkzeugwechsel. Somit wird ein eventueller Bruch mit F olgeschäden'bei vorzeitigem Ver¬ schleiß vermieden, die volle festgesetzte Standlänge genutzt und dadurch Schneidstoffkosten gespart.
2.berührungslose Schneidkantendetektion durch Vermessung der Schneidkanten¬ lage zu einer festen Referenzkante auf der Arbeitsspindel. Zufällige Fehlerquellen bei der Messung werden durch die Anordnung der Referenzkante und durch Mittelung einer Vielzahl von Messwerten weitgehend kompensiert.
Systematische Fehlerquellen werden durch die Maschinensteuerung laufend korrigiert indem Maschinen- und Prozeßzustände erfasst und mit im Speicher abgelegten Programmen (analytisch und empirisch bestimmten Grenzwerten, Signalmustern und Prozeßmodellen) verglichen werden. Bei Abweichung werden automatisch Korrekturwerte eingegeben.
3.automatisch (über Steilkegel) einwechselbarer Werkzeughalter mit Feinver- stellung über Druck- oder Zugstange durch die Arbeitsspindel. Eine Voreinstellung bei Schneiden- oder Plattenwechsel ist nicht notwendig. Lediglich einmal bei der Montage des Klemmhalters werden alle Feindreh¬ werkzeuge grob eingestellt, damit die gleichen Einsatzbedingungen geschaffe werden.
Statt Steil egel kann jede schnellwechälebare Werkzeugaufnahme verwendet werden.
4.schrittmotorgesteuerte Kompensationseinrichtung zum automatischen Einstelle Abheben und Verschleißkompensation aller meßgesteuerten Werkzeuge. Das Regeln erfolgt über die Spannelemente des Steilkegeis (Bolzen, Spann¬ zange, Zugstange usw.) oder einer seperaten Druckstange durch die Arbeitsspindel und einem gesteuerten Anschlag. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig.1 Prinzipskizze
Werkzeug, Maschinenspindel, Meßgerät in Meßstellung
Flg.2 Blockschema
Meßgerät mit Lichtquelle und zwei CCD-Zeilenkameras.
F1g.3 Blockschema
Meßgerät mit einer verfahrbaren Lichtquelle und einer CCD-Zeilen¬ kamera oder mit einer verfahrbaren Lichtquelle und mehreren ver¬ tikal fest angebrachten CCD.-Ze.ilenkameras.
Flg.4 Blockschema
Meßgerät mit gescanntem Laserstrahl und Photodiode.
Fig.5 Prinzlgskizze
Feinverstellbarer Werkzeughalter mit Steilkegel
Fig.6 Prinzipskizze
Arbeitsspindel mit schrittmotorgesteuerter Kompensationseinrich¬ tung über Zugstange
Fig.7 Prinzipskizze
Arbeitsspindel mit schrittmotorgesteuerter Kompensationseinrich¬ tung über Druckstange.
Fig.8 Blockschema
Meßgerät mit Lichtquelle und einer höhenverstellbaren CCD-Zeilen¬ kamera. In Fig.1 ist die Messkonfiguration am Beispiel Bearbeitungszentrum durch ein Messgerät mit gescanntem Laserstrahl dargestellt.
Nach zweckangepaßter Auslegung für die jeweilige Fertigungsaufgabe sind die beschriebenen Verfahren und Einrichtungen auf jeder Fertigungsein¬ richtung wie Bearbeitungszentren,Dre hmaschinen, Sondermaschinen etc. einsetzbar.
Für den optimalen Einsatz im unbeaufsichtigten Betrieb flexibel auto¬ matisierter Fertigungsanlagen, sind gewisse Voraussetzungen (wie z.B. ge steuerte Achsen, automatischer Werkzeugwechsel, Werkzeugmagazin, orien¬ tierter Spindelhal't etc.) zu berücksichtigen.
Das Empfängermodul 1 mit Nul kante 6 wird nach öffnen einer Klappe in de Blechverkleidung in den Arbeitsraum eingeschwenkt. Gleichzeitig verfährt die Arbeitsspindel 4 in Messpαsition, y-Achse : mit Schneidkante 2 in Nullebene V- vertikal, z-Achse : mit Referenzkante 7 in Meßebene \T- horizontal x-Achse : mit Referenzkante 7 mittig zwischen Sender- 5 und Empfänger¬ modul 1
Nach Positionierung wird zuerst der Abstand 'c'zwischen Nullkante 6 und Referenzkante 7 mit Hilfe des Laserbandes gemessen (Beschreibung Fig.4). Danach fährt die Arbeitsspindel 4 in z-Achse mit Schneidkante 2 in Mess¬ ebene ~d". Es folgt die Messung des Abstandes Vzwischen Nullkante 6 und Schneidkante 2.
Die Differenz zwischen b und c ergibt das gesuchte Abstandsmaß zwischen
Referenzkante und Schneidkante.
Beschreibung des Korrekturvorganges auf Seite 11
Fig.2 zeigt den Aufbau der Komponenten des Meßgerätes mit einer Licht¬ quelle und zwei CCD-Zeilenkameras.
Für dies Meßanordnung wird statt der Ref.kante 7 eine Leiste 8 mit abge¬ stuften Referenzkanten benötigt. Nimmt man als Beispiel ein Bearbeitungszentrum mittlerer Größe (SK 50) an, sollen Durchmesser zwischen 8 und 240 mm feingedreht werden können. Da die Schneidkante 2 aus messtechnischen Gründen immer in Nullebene vermessen wird, 'wandert'eine feste Referenzkante in einem Bereich von ca. 120 mm vertikal von gemessen. Diesen Bereich erfasst die Leiste 8 (mit 11 Kanten von ca. B4xL12mm)
Nach einschwenken des Sendermoduls 5, der Positionierung der Schneid- '*. kante 2 in , der Referenzleiste 8 in *d* , wird mit Strahl 17 und Aus¬ wertung durch die Zeilenkamera 18 die Lage der Spindel 4 in y-Achse vermessen.
Danach wird die Schneidkante 2 in Meßebene ""d"gefahren und mit Strahl 13 sowie Auswertung durch Zeilenkamera 14, deren Lage bestimmt. Das so ermittelte Abstandsmaß zwischen Schneidkante 2 und einer Kante der Referenzleiste wird als Digitalwort 19 an die Maschinensteuerung ab¬ gegeben.
Grauwertinterpolation- Beschreibung Seite .10
Soll/Istwertvergleich in der Maschinensteuerung-Beschreibung Seite 1.1 Der Strahl der Lichtquelle 10 wird über die. Senderoptik 11 aufgeweitet und durch den Strahlteiler 12 jeweils auf CCD1 und über Spiegel 16 auf CCD2 geleitet.
Fig.3 zeigt den Aufbau der Komponenten des Meßgerätes mit einer Licht¬ quelle und einer CCD-Zeilenkamera.
Bei dieser Meßanordnung wird ebenfalls zuerst das Sendermodul 5 mit der optischen Achse der Lichtquelle 10 in Höhe der Referenzkante 7 gefahren, während gleichzeitig auch die Spindel 4 mit Schneidkante 2 in Nullebene und Referenzkante 7 in Meßebene *d*positioniert wird.
Auch hier wird mit Strahl 17 und Zeilenkamera 14 zuerst die Lage, der Referenzkante 7 bestimmt.
Danach verfährt die Spindel 4 abermals in z-Achse mit Schneidkante 2 in Meßebene \T , die Lichtquelle 10 je nach Schneidendurchmesser mit Abstand vertikal in Nullebene V. Danach wird mit dem in der Höhe verstellbaren Strahl 13 und Auswertung durch die gleiche Zeilenkamera 14 die Schneidkantenlage vermessen. Das so ermittelte Abstandsmaß zwischen Schneidkante 2 und Referenzkante 7 wird als Digitalwort 19 an die Maschinensteuerung abgegeben.
Der Strahl 13 wird durch einen Strahlaufweiter 11 aus aberrationsfreien, beugungsbegrenzten Linsen aufgeweitet und erzeugt von der Schneidkante 2 .ein Schattenbild, welches über Kondensorlinse 25 und SammelOptik der Zeilenkamera 14, 5 bis 6 mal vergrößert auf der CCD-Zeilenkamera abge¬ bildet wird.
Die Abbildung erstreckt sich in Form eines Hell-Dunkel-Überganges über mehrere Elementardioden, welche mit unterschiedlicher Lichtintensität belichtet werden.
Die unterschiedlichen Grauwerte jedes einzelnen Bildpunktes werden in einem Analogspreicher gesammelt und einem Rechner zugänglich gemacht, über Grauwertinterpolation und hochauflösenden A/D-Wandler wird die Schneidkantenlage definiert.
Durch Grauwertinterpolation und Kompensation der zufälligen/systema¬ tischen Fehlerquellen (wie auf Seite 6, Pkt. 2 beschrieben) wird eine Meßgenauigkeit von ca. 0,004 mm erreicht.
Eine weitere Möglichkeit eines Mesßaufbaus wäre ähnlich Fig.3 mit einer im Abstand verfahrbaren Lichtquelle, jedoch auf der Empfängerseite eineReihe von vertikal fest angeordneten CCD-Zeilen welche den gesamten Meßbereich erfassen können. Die jeweils im Hell-Dunkelbereich befindliche Zeile gibt die Meßwerte an die Auswerteelektronik weiter.
Fig. 4 zeigt.den Aufbau der Komponenten des Meßgerätes mit gescanntem Laserstrahl undPhotodiode.
Ein Anwendungsfall dieses Meßgerätes in Messposition auf einem Bearbei- tungszentrum, ist in Fig.1 Dargestellt- der Ablauf auf Seite 8 beschrie¬ ben. Bei dieser Anordnung besteht das, außerhalb der Maschine schwingungsfrei aufgestellte Sendermodul 5 aus einem He-Ne Laser dessen Strahl über Spiegel 16 auf einen rotierenden Polygonspiegel 26 geleitet wird.
Durch Spiegeldrehung und Kollimatorlinse 20, wird ein parallel zu sich selbst verschobener Strahl mit konstanter linearer Geschwindigkeit er¬ zeugt (Lichtband 9 mit einer für den Anwendungsfall benötigten Höhe z. B. 120 mm) welcher Nullkante 6 und Referenzkante 7 bis zu 350 mal pro Sekunde abtastet (scannt).
Die Steuerung des Synchronmotors erfolgt über einen Quarzgenerator der auch die Zeitbasis für die Zeitmessung liefert.
Das zeitlich begrenzte Lichtband wird über die Kondensorlinse 25 der Photodiode 24 zugeleitet.
Abhängig von der Drehbewegung des Motors werden hochaufgelöste elektro¬ nisch zählbare Signal-Inkremente erzeugt, welche während der Strahlunter¬ brechung gezählt und durch die Auswerteelektronik 15 das Abstandsmaß ermittelt wird.
Der Vorgang wird bei der Messung des Abstandes zwischen Nullkante 6 und
Schneidkante 2 wiederholt.
Die Differenz der beiden Maße ergibt den gesuchten Abstand.
Die Lichtquellen der Meßgeräte nach,Fig.2 und 3 können je nach Anwen¬ dungsfall auch aus einer Halogenlampe oder anderen Lichtquellen be¬ stehen.
Das von der Auswerteelektronik 15 gelieferte Digitalwort 19 (Istwert) wird durch die Maschinensteuerung mit einem, jedem Feindrehwerkzeug zu¬ geordneten Sollwert verglichen..
Der in der Maschinensteuerung abgelegte Sollwert wurde einmal für jedes Werkzeug, nach Erzielung einer korrekten Bohrung abgespeichert. Bei Übereinstimmung wird das Programm fortgesetzt, bei Abweichung wird über das Steuer-/RegelSystem die Schneidkantenlage korrigiert.
Die Null- bzw. Referenzkante 6 und 7, werden nur für genaue Messungen im μm-Bereich benötigt. Die Prinzipskizzen Fig.1 bis 4 und 8 sind Auslegungsbeispiele von Me߬ geräten für Bearbeitungszentren. Für jeden Anwendungsfall muß das Meßge¬ rät je nach Maschinentyp und Aufgabenstellung entsprechend ausgelegt werden.
Damnach wird Meßmethode, Art, Anzahl und Anordnung der Komponenten, so¬ wie deren Zuführung in Meßstellung (einschwenken oder einfahren) den jeweiligen Anforderungen angepaßt.'
Fig.5 zeigt einen feinverstellbaren Werkzeughalter mit Steilkegel für automatischen Wechsel.
Schneide 2 wird durch elastische Verformung mittels Keil μm-genau re¬ produzierbar zugestellt und abgehoben.
Die Betätigung erfolgt über eine Schräge 2,5 ° der Steuerstange 32 (Hub 1mm axial - 0,0437 mm radial) und Zugstange 36, welche über Feder¬ säule 35 gleichzeitig das Werkzeug spannt.
Bei Montage des Werkzeuges wird einmalig eine Justierung vorgenommen, damit alle Feindrehwerkzeuge auf die gleichen Funktionsbedingungen ab¬ gestimmt sind. Dazu wird über Stellschraube 31 die Schneide mit ca. 0,15 mm auf z.B. Maß 031,85 "(für 032H7) von Hand vorgespannt. Die Justierung muß bei Wendeplatten - oder Schneidenwechsel nicht wieder¬ holt werden, da nach Werkzeugwechsel und Spannung über Zugstange 36 (ca. 2mm Hub) die Schneide auf ein Voreinstellmaß von ca.032,01 ein¬ gestellt wird. Nach messen der Schneidkantenlage wird über die Kompen¬ sationseinrichtung auf Einstellmaß^ 32,017 korrigiert. Die in Fig.5 gezeigte Prinzipdarstellung ist für den Einsatz auf Be¬ arbeitungszentren ausgelegt. Jedes Werkzeug muß anwendungsspezifisch ausgelegt sein, wobei Werkstück-, Bearbeitungs-, und Maschinendaten zu berücksichtigen sind.
Darüber hinaus müssen Kennlinien, Federkraft und Federwege beider Feder¬ säulen (Werkzeug/Spindel) aufeinander abgestimmt sein. Fig.6 zeigt schematisch die Arbeitsspindel 4 eines Bearbeitungszentrums mit schrittmotorgesteuerter Kompensationseinrichtung und Feinverstellung über Zugstange.
Nach einwechseln einer nicht voreingestellten Feinbohrstange 3 Ausführun im Prinzip wie in Fig.5 gezeiigt-gibt Kolben 44 die Spannzangenbetätigung 41 frei.
Die Federsäule 42 legt die Spannzangenbetätigung 41 auf den gesteuerten Anschlag "g'an, nachdem Spannzange 40 das spannbolzenähnlich ausgeführte Ende der Zugstange 36 angezogen hat.
Die Anlage der Spannzangenbetätigung 41 auf den verstellbaren Anschlag Verfolgt durch die größere Federkraft der Federsäule 42. Die Federsäule 35 sichert die Spannung des feinverstellbaren Werkzeug¬ halters mit einer Mindestkrafrvon ca. 1700 kp.
Ist nach Messung der Schneidkante 2 eine Zustellung notwendig, wird Kol¬ ben 44 ca. 2 mm auf Anschlag "f'des Kolbens 43 verschoben d.h.; Spannzangenbetätigung 41 von Anschlag *g" abgehoben, der Anschlag "g'des Kolbens 47 auf Soll aß verstellt.
Dazu hebt Kolben 47 von Fläche *h*ab, der Schrittmotor 45 verstellt den feinverstellbaren Anschlag 46, der Kolben 47 legt auf Fläche *h*an, die Position des Anschlages V'st korrigiert.
Nun hebt Kolben 44 von Anschlag *fab und die Federsäule 42 legt Spann¬ zangenbetätigung 41 auf "g'an. Die Schneide 2 ist somit auf Sollmaß eingestellt.
Schrittmotor: 1. Umdr. = 200 Schritte = 1,8 °
45 ax. 2 Umdr./See. feinverst. Anschlag 46: Steigung 1,25 mm; i=1:3
Hub axial: 0,416 mm bei 1 Umdr. des Schrittmotors 45 Schneide 2: Hub radial.0,018 mm bei 0,416 Hub axial der Steuer¬ stange 32 und 1 Umdr. des Schrittmotors 45 (bei 1 Schritt = 0,00009 mm radial) Die Spannung von nicht feinverstellbaren Werkzeugen erfolgt wie beschrie¬ ben jedoch mit Hub ca. 7 mm der Spannzangenbetätigung 41 ohne Anlage auf Anschlag ~g"(Kolben 47 zurückgezogen) Zum Entspannen wird die Spindel stillgesetzt. Kolben 44 komprimiert Federsäule 42 mit Spannzangenbetätigung 41 und Kolben 44. Spännzange 40 öffnet bei Hub 7 mm, das Werkzeug 3 wird mit Hub 1 mm ausgestoßen und kann gewechselt werden.
Fig.7 zeigt schematisch die Arbeitsspindel 4 eines Bearbeitungszentrums mit schrittmotorgesteuerter Kompensationeinrichtung mit Feinverstellung über Druckstange.
Nach einwechseln einer nicht vereingesteilten Feinbohrstange 50-Aus- führung wie gezeigt- gibt Kolben 44 die Spannzangenbetät'igung 41 mit Hub 7 mm frei.
Die Federsäule 42 spannt über Spannzange 40 und Betätigung 41 das Werkzeu 50.
Nun wird über Kolben 47 die Druckstange 51 betätigt bis Kolben 47 auf An¬ schlag "h'anliegt und gleichzeitig die Schneide 2 auf Einstellmaß zustell über StellStange 52.
Wird bei der Messung festgestellt daß eine Korrektur notwendig ist, wird Kolben 47 abgehoben, Anschlag 46 über Schrittmotor 45 wie bereits be¬ schrieben auf das ermittelte Maß verstellt, der Kolben 47 erneut auf *h* angelegt.
Fig.8 zeigt den Aufbau der Komponenten des Meßgerätes mit einer Lichtquel und einer höhenverstellbaren Zeilenkamera 14.
Nach Zuführung des Meßgerätes in Meßposition, Positionierung der Schneid¬ kante 2 in Nullebene V, der Referenzkante 7 in Meßebene *d'und des Positionierschlittens in Stellung 1, wird mittels Lichtband 9 und Aus¬ wertung durch die Zeilenkamera 14 die Lage der Spindel 4 in y-Achse ver¬ messen.
Dadurch wird die Schneidkante 2 in Meßebene 'd' der Positionierschlitten 21 in Stellung 2 gefahren und die Lage der Schneidkante gemessen, wenn nötig ein Korrekturvorgang eingeleitet wie bereits beschrieben. Die genaue Positionierung des Schlittens 21 kann über eine zweite Zeilen¬ kamera, Maßstab und analog gesteuerten Regler erfolgen. Für den Einsatz der beschriebenen Verfahren und Geräte sind an Werkzeug¬ maschine und Steuerung gewisse Anpassungen notwendig. Sollen gelieferte Maschinen, insbesondere Bearbeitungszentren mit der au tomatischen Schneidenzustandüberwachung ausgerüstet werden, kann mit geringem Steuerungsaufwand und Änderung der Blechverkleidung ein autono- mes Meß-Steuer-RegelSystem eingesetzt werden.
Als Meßgerät kann ein System wie in Fig.1 bis 4 und 8 zur Anwendung kommen.
Nach Vermessung der Referenzkante 7 und Positionierung der Schneidkante in Meßebene "d'kann ein radial feinverstellbarer Werkzeughalter über ein gefederte Kupplung mit einer schrittmotorgesteuerten Kompensationsein¬ richtung μm-genau verstellt werden.
Auch hier wird Meßmethode, Art, Anzahl und Anordnung der Komponenten, sowie deren Zuführung in Meßstellung dem jeweiligen Anforderungen ange- passt.
In Versuchsreihen ermittelte Werte ergaben bei meßgesteuerten Drehope¬ rationen in Revolverdrehmaschinen bei der Summierung aller Abweichungen einen Gesamtfehler von bis zu 15 μ .
Die Ungenauigkeit kann für genaue Drehoperationen durch Integration eines Meß-, Steuer-, Regelsystems in die Drehmaschine, wesentlich reduziert werden. Hierzu wird ein Zustellschütten über der Hauptspindel auf eine vibrationsfreien, thermostabilen Grundlage des Maschinenbettes befestigt. Soll eine Schneide nach dem Schlichtvorgang feineingesteilt werden, wird der Revolver erst 120 ° mit der Schneide in Reinigungs- dann um weiter 60 ° in Meßstellung geschwenkt, während die x-Achse auf den zu drehenden Durchmesser positionert. (Mit der Schneide auf 180 ° zum Werkstück und der y-Achse zurückgezogen vor der Meßstelle)
Gleichzeitig öffnet eine Schutzklappe oberhalb des Spannfutters und der Zustellschütten fährt die Meßeinrichtung in Meßstellung. Nun erfolgt die Eichung der Meßeinrichtung zur Werkstückachse• mittels ein Eichleiste.
Danach wird die Eichleiste zurückgezogen und die Schneide mit der y-Achse in Meßstellung gefahren. Die Anordnung der Werkzeuge im Futter-/Werk- stückbereich wurde*so gewählt daß keine Kollision entstehen kann.
-16- Nun erfolgt die Differenzmessung der Schneidkante zu einer Referenzkante der Leiste und Verarbeitung der Meßdaten wie bereits beschrieben. Danach wird die Meßeinrichtung in den Schutzraum eingefahren und die Klappe geschlossen. Die Bearbeitung kann fortgesetzt werden.
B e z_u g_s,_z_e_i_c_h_e_n_l _i_s_t_e
1. Empfängermodul
2. Schneidkante
3. feinverstellbarer Werkzeughalter mit Zugbetätigung
4. Arbeitsspindel der Maschine
5. Sendermodul
6. Nullkante
7. Referenzkante
8. Leiste mit abgestuften Referenzkanten
9. Lichtband
10. Lichtquelle
11. Senderoptik - Strahlaufweiter
12. Strahlteiler
13. Strahl 1
14. .CCD-Zeilenkamera 1
15. Auswerteelektronik
16. Spiegel
17. Strahl 2
18. CCD-Zeilenkamera 2
19. Meßwert in Form eines DigitalWortes
20. Kolimatorlinse
21. .-Positionierschlitten 22.
23.
24. Photodiode
25. Kondensorlinse
26. Polygonspiegel 27.
28. Photodiodensignal
29.
30.
31. Stellschraube für Klemmhalter
32. Steuerstange
33. Klemmhalterfixierschraube
34. .
35. Federsäule in Werkzeughal er
36. Zugstange 37. Kühlmittelzuführung
38.
39.
40. Spannzange
41. Spannzangenbetätigung
42. Federsäule in Arbeitsspindel
43. Zwischenanschlag *f'für Abhebung
44. Kolben für Spannen/Entspannen
45. Schrittmotor
46.- feinversteilbarer Anschlag "h*
47. Kolben für Anschlag
48. Kühlmitteldrehzuführung 49.
50. feinverstellbarer Werkzeughalter mit Druckbetätigung
51. Druckstange
52. StellStange 53.
54. 55.
a = Nullebene b = Abstand zwischen Schneidkante 2 und Nullkante 6 c = Abstand zwischen Referenzkante 7 und Nullkante 6 d = Messebene e = verti ale HöhenVerstellung f = Zwischenanschlag g = Anschlag für Zugstange h = feinverstellbarer Anschlag

Claims

asE_|_έ=ι=Q__|-ϊD_i_B_πsy=s-ϊ_ι__
I.Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung von Werkzeugschneiden, dadurch gekennzeichnet,
d a ß alle Funktionen der Einstellung, Überwachung und Korrektur der Schneidkantenlage in der Maschine durch ein Mess-/Steuer-/RegelSystem übernommen wird, sodaß auf eine aufwendige Voreinstellung von Feindreh¬ werkzeugen, zusätzliche Maßkontrollen durch Meßtaster oder Meßdorne ver¬ zichtet werden kann.
Die Überwachung wird in folgenden Schritten durchgeführt: vor der Bearbeitung- nach Werkzeugwechsel,
-Werkzeugtypkontrolle (ob vorgesehenes Werkzeug zum Einsatz kommt) -Durchmesser-/Längen-(E1nstellmaß) kontrolle, wenn nötig an allen zum Ein¬ satz kommenden Schneidkanten.
nach der Bearbeitung- nach sorgfältiger Reinigung der Schneidkante, .
-Bruchkontrolle, wenn nötig an allen zum Einsatz kommenden Schneidkanten -Verschleißkontrolle an Schlichtwerkzeugen
2.Verfahren zur effektiven Verschleißbestimmung an Werkzeugschneiden in der Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach der Bearbeitung- nach einer vorbestimmten Anzahl von Einsätzen, eine μm-genaue Vermessung de Schneidkante in 2.Achsen durchgeführt wird, sodaß der Zeitpunkt des Werk¬ zeugwechsels sehr genau, nach dem tatsächlichen Verschleißzustand festge¬ legt werden kann.
Das Standzeitende kann mit 2 Meßwerten bestimmt werden. 2.1-. Ein durch die Summe der Korrekturen in Zustellrichtung ermittelter Wert der Maschinensteuerung. 2.2.Ein durch Abtasten in 2 Achsen ermittelte.- tatsächliche Kontur der Hauptschneide im gesamten Verschleißbereich.
3.Verfahren.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d a ß der Durchmesser eines Feindrehwerkzeuges in zweckentsprechender
Ausführung (z.B. wie in Fig.5 und 7 gezeigt) nach Werkzeugwechsel, vor der Bearbeitung, ohne Voreinstellung, μm-genau auf Einstellmaß eingestellt wird.
Spannfehler können das Meßergebnis nicht beeinflußen, da in Bezug auf eine feste Referenzkante gemessen wird.
Zufällige Fehlerquellen bei der Messung werden durch die Anordnung der Referenzkante und durch Mittelung einer Vielzahl von Messwerten weitge¬ hend kompensiert.
Systematische Fehlerquel en werden durch die Maschinensteuerung laufend korrigiert indem Maschinen- und Prozeßzustände erfaßt und mit im Speicher abgelegten Programmen (analytisch und empirisch bestimmten Grenzwerten, Signalmustern und Prozeßmode11en) verglichen werden. Bei Abweichung werden automatisch Korrekturwerte eingegeben.
4.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
d a ß die Durchmesser aller zum Einsati kommenden Feinbearbeitungswerkzeuge nach der Bearbeitung und sorgfältiger Reinigung in Bezug zu einer festen Referenzkante geprüft und bei Bedarf automatisch korrogiert werden.
Die Verschleißkorrektur muß nur in Ausnahmefällen durchgeführt werden (bei verschleißintensiven Werkstoffen oder bei der Fertigung mehrerer Bohrungen in Folge) da nach jedem Werkzeugwechsel eine Durchmessereinstellung durch¬ geführt wird.
5.Messgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, d a ß durch die Anordnung der einschwenkbaren und schwingungsgedämpft auf¬ gestellten Komponenten, eine Bezugsmessung zu einer Referenzkante ermöglich welche einerseits zur Spindelachse ein festes Maß hat (z.B. 120 mm bei SK 5 andererseits durch die Postionierung der Schneidkante in der Nullebene, sich die Lage vertikal je nach Schneidendurchmesser verändert. Auswertselektronik und Maschinensteuerung, duch Mittelung einer Vielzahl von Messwerten, bzw. Korrekturprogramme bei der Messung in einer Verti¬ kalachse, eine Messungenauigkeit von max. 0,004 mm erreicht wird.
Je nach Aufgabenstellung und Einsatzbedingungen kann eines der in Fig.2 bis4,8beschriebenen Gräte.zur Anwendung kommen.
Jedes Gerät ist für Messungen im μm-Bereich mit Referenzkante, oder für Grobmessungen ohne Referenzkante in zwei Achsen rechtwinklig zum Strahl geeignet.
6.feinverstellbarer Werkzeughalter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d a ß mit einer Zugbewegung der am Ende als Spannbolzen ausgeführten Zug¬ stange, sowohl die Spannungs des automatisch Wechselbaren Werkzeuges über die Federsäule, als auch die Zustellung/Abhebung der Schneidkante durch¬ geführt wird.
Durch die gesteuerte Bewegung der Zugstange in gespanntem Zustand des Werk¬ zeuges wird:
-der Durchmesser des nicht voreingestellten Werkzeuges vor der Bearbeitung, in der Maschinen μm-genau eingestellt
-nach der Bearbeitung, μm-genau reproduzierbar zugestellt oder abgehoben.
7.Arbeitsspindel mit schrittmotorgesteuerter Kompensationseinrichtung über Zugstange, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet,
d a ß ein zweckentsprechendes Werkzeug nach dem Einwechseln in die Spindel mit.einer Mindestspannkraft (bei SK 50 ca. 1700 kp) mittels Spannzange ge¬ spannt, während über die Spannelemente gleichzeitig die Schneidkante μm-gen postioniert wird.
Die aus den Kennlinien der beiden Federsäulen..(in Werkzeug und Spindel) res tierende Kraft, legt die Spannzangenbetätigung an den über Schrittmotor feinverstellbaren Anschlag an.
Zwecks Zustellen/Abheben der Schneidkante hebt der Kolben der Spannzangen¬ betätigung auf einen Zwischenanschlag ab.
8.Arbeitsspindel mit schrittmotorgesteuerter Komensationseinrichtung über Druckstange, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
d a ß ein zweckentrprechendes Werkzeug nach Einwechseln und Spannen in der Arbeitsspindel, mit einer Druckstange durch die Spannzangenbetäti¬ gung feinverstellt wird.
Die Betätigung der Druckstange erfolgt über einen Kolben, welcher sich an einen schrittmotorgesteuerten Anschlag anlegt, während gleichzeitig die Schneidkante zugestellt wird.
Durch Abheben des Kolbens vom Anschlag wird die Schneidkante abgehoben.
9.Autonomes Meß-Steuer-RegelSystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
d a ß alle bisher beschriebenen Funktionen einschließlich die Kompen¬ sationseinrichtungen nach Anspruch 7 und 8 außerhalb der Maschine (nicht in der ArbeitsSpindel) angeordnet sind. über Schnittstellen wird die-Steuerung des Meßvorganges sowie die Me߬ wertverarbeitung durch die Maschinensteuerung übertragen.
EP87903265A 1986-06-12 1987-06-04 Verfahren, messgerät, feinverstellbare werkzeughalterung mit kompensationseinrichtung für prozessintegrierte qualitätssicherung in spanenden nc-werkzeugmaschinen Withdrawn EP0268622A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3619738 1986-06-12
DE3619738 1986-06-12
DE3640060 1986-11-24
DE3640060 1986-11-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0268622A1 true EP0268622A1 (de) 1988-06-01

Family

ID=25844569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP87903265A Withdrawn EP0268622A1 (de) 1986-06-12 1987-06-04 Verfahren, messgerät, feinverstellbare werkzeughalterung mit kompensationseinrichtung für prozessintegrierte qualitätssicherung in spanenden nc-werkzeugmaschinen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0268622A1 (de)
WO (1) WO1987007550A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6464752A (en) * 1987-08-31 1989-03-10 Ingersoll Milling Machine Co Method and device for conforming size of rotary cutting tool
DE3743717A1 (de) * 1987-12-23 1989-07-06 Alfred Dipl Ing Spitzley Optoelektronische messvorrichtung zur automatischen vermessung der werkzeugschneidkantenlage mit handelsueblichen werkzeugvoreinstellgeraeten
DE4033181A1 (de) * 1990-10-19 1992-04-30 Rainer Ludwig Pruefeinrichtung
DE4238504C2 (de) * 1992-11-14 1996-04-25 Chiron Werke Gmbh Verfahren zum Vermessen eines Werkzeuges
DE4330988C2 (de) * 1993-09-13 1995-07-06 Gildemeister Devlieg System Verfahren zum Einstellen von Reibahlen und dergleichen
DE19607599A1 (de) * 1996-02-29 1997-09-04 Hueller Hille Gmbh Verfahren zur Korrektur der Positionsbestimmung von Werkstücken und Werkzeugen in Bearbeitungsmaschinen
US6496273B1 (en) 1999-05-05 2002-12-17 Renishaw Plc Position determining apparatus for coordinate positioning machine
US7777900B2 (en) * 2007-10-23 2010-08-17 Gii Acquisition, Llc Method and system for optically inspecting parts
JP5452973B2 (ja) * 2009-04-28 2014-03-26 富士機械製造株式会社 撮像装置及びその撮像装置を備える切削機械
EP3450936A1 (de) 2017-09-05 2019-03-06 Renishaw PLC Optische vorrichtung und optisches verfahren zur beurteilung des strahlprofils einer kontaktlosen werkzeugeinstellungsvorrichtung
TWI809276B (zh) * 2020-05-29 2023-07-21 捷力精密機械股份有限公司 智能化工件量測之方法
WO2022067593A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 成都飞机工业（集团）有限责任公司 验刀装置及验刀方法
CN113523347B (zh) * 2021-06-26 2022-09-30 深圳市亿铭粤科技有限公司 一种手机外壳加工具有废料回收功能的钻孔装置
CN116922159B (zh) * 2023-09-19 2023-12-01 上海航天壹亘智能科技有限公司 智能刀柄的加工方法及系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD96884A1 (de) * 1971-01-25 1973-04-12
DE2405694A1 (de) * 1974-02-06 1975-08-21 Ludwigsburger Masch Bau Einrichtung zur herstellung toleranzgenauer bohrungen in werkstuecken
US4229127A (en) * 1979-01-22 1980-10-21 Kennametal Inc. Boring bar
JPS5761407A (en) * 1980-07-10 1982-04-13 Toyoda Mach Works Ltd Boring quill
GB8331248D0 (en) * 1983-11-23 1983-12-29 Kearney & Trecker Marwin Ltd Inspecting articles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8707550A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1987007550A1 (en) 1987-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0985493B1 (de) Werkzeugmaschine mit automatischer Prozesssteuerung/Überwachung
DE69305768T2 (de) Werkzeugmaschine
DE102012106139B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Werkzeugverschleißes in einer Werkzeugmaschine zur geometrisch bestimmten Zerspanung
EP1719585B1 (de) Maschine zur Bearbeitung von optischen Werkstücken, namentlich Kunststoff-Brillengläsern
EP0268622A1 (de) Verfahren, messgerät, feinverstellbare werkzeughalterung mit kompensationseinrichtung für prozessintegrierte qualitätssicherung in spanenden nc-werkzeugmaschinen
DE102008000489B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reparatur eines Schleifringes im eingebauten Zustand
DE3008365A1 (de) Voreinstellgeraet fuer werkzeuge auf drehmaschinen
DE2346796A1 (de) Automatisches richtverfahren und richtmaschine dafuer mit mehreren richtstellen
DE10208990A1 (de) Verfahren zum Messen und/oder Überwachen von Prozeßschritten beim Bearbeiten von Werkstücken sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
EP0804983B1 (de) Werkzeug mit Sensor
DE3941756C2 (de)
DE102019002103A1 (de) Bearbeitungssystem
EP3322556A1 (de) Werkzeugmaschineneinheit mit einer werkzeug-spannvorrichtung
DE69305910T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Augenlinsen
EP1884303B1 (de) Verfahren zum Zentrieren von Werkstücken sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
DE3228521A1 (de) Werkzeug-wechselhalter
EP0346288B1 (de) Verfahren und Einrichtung zum berührungslosen Ausmessen eines Werkstückes
DE19825922C2 (de) Linsenrad-Schleifmaschine
DE2928876A1 (de) Langdrehautomat
DE102019126937A1 (de) Werkzeugmaschine
EP0485662B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum voreingestellten Umrüsten bei spanabhebenden Bearbeitungsmaschinen
EP3933526B1 (de) Verfahren zum überwachen und steuern einer werkzeugmaschine und werkzeugmaschine
DE2853488A1 (de) Bohrwerk
DE1961010A1 (de) Werkzeugmaschine
DE69712222T2 (de) Verfahren zur steuerung einer werkzeugmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19880211

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LI NL SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 19891009

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19920822

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: HABERMANN, DIETER, KLAUS