DE102004062047B4

DE102004062047B4 - Werkzeugeinstellmessvorrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102004062047B4
Application number: DE200410062047
Authority: DE
Inventors: Jürgen Röders
Original assignee: P&L GmbH and Co KG
Current assignee: P&L GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: WO2006066672A1; CN101090801A; JP2008524004A; DE102004062047A1

Abstract

Werkzeugeinstellmessvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einem Gehäuse (1) mit einer nach oben offenen Ausnehmung (2), in welcher eine Messscheibe (3) vertikal bewegbar gelagert ist, wobei die Messscheibe (3) elastisch gegen zumindest einen Anschlag (4) vorgespannt ist, wobei im Kontaktbereich zwischen der Messscheibe (3) und dem Anschlag (4) elektrische Kontakte (5) angeordnet sind und wobei zumindest die Oberseite der Messscheibe (3) mit einem verschleißfesten Material versehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugeinstellmessvorrichtung für eine Werkzeugmaschine. Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Messdose, mit welcher eine Dimensionskontrolle und/oder Einstellkontrolle eines Werkzeugs möglich ist.

Für die Bearbeitung von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen werden Bearbeitungswerkzeuge eingesetzt. Um die gewünschte Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen, muss das Maß des Bearbeitungswerkzeuges (z.B. die Länge oder der Durchmesser eines Fräswerkzeuges) bekannt sein.

Bei gesteuerten Werkzeugmaschinen wird das abzuarbeitende Bearbeitungsprogramm für ein bestimmtes Bearbeitungswerkzeug vor der Bearbeitung erstellt bzw. programmiert. Dabei wird insbesondere die Geometrie des Bearbeitungswerkzeuges bereits bei der Programmierung festgelegt. Bei Fräsmaschinen kann dies beispielsweise die Länge und der Durchmesser eines Schaftfräswerkzeuges sein. Für die Bearbeitung muss dann ein Werkzeug eingesetzt werden, dass möglichst exakt den Vorgaben der Programmierung entspricht.

Bestimmte Maße müssen durch die richtige Auswahl des Werkzeuges erfüllt werden, z.B. der Durchmesser des Schaftfräswerkzeuges. Es gibt aber auch Maße, die durch eine Anpassung der Zustellung während der Bearbeitung noch korrigiert werden können. So kann bei einer Fräsmaschine bei der Bearbeitung mit einem Schaftfräswerkzeug die Werkzeuglänge durch eine Veränderung der Zustellung in der Werkzeugachse angepasst werden. Um eine solche Anpassung automatisch vorzunehmen, werden in modernen Werkzeugmaschinen Messmittel eingesetzt, die eine automatische Vermessung der Bearbeitungswerkzeuge ermöglichen. Dies sind üblicher Weise Messlaser, die wie eine Lichtschranke aufgebaut sind, oder auch unterschiedliche Bauarten von Messdosen.

Mit zunehmender Genauigkeit der Bearbeitung auf modernen gesteuerten Werkzeugmaschinen (NC-Maschinen) wird die Genauigkeit der Werkzeugvermessung in der Maschine immer wichtiger. Die bisher bekannten Techniken der Werkzeugvermessung erreichen nur begrenzte Genauigkeiten.

Aus der DE 37 37 471 C2 ist eine Messeinrichtung für Schneidwerkzeuge bekannt, bei welcher ein Werkzeughalter entlang einer Längsachse in eine Bezugsstellung verfahrbar ist, um mit einem unmittelbar mit dem Schneidwerkzeug in Eingriff zu bringenden Verschiebeanker in Kontakt zu kommen, welcher wiederum in seiner Längsachse beweglich ist. Die Messeinrichtung umfasst ortsfest gehaltene Signal-Erzeugungsmittel, welche über einen axialen Abstand mit dem Verschiebeanker magnetisch gekoppelt sind und ein Signal abgeben, dass sich entsprechend dem axialen Abstand des Verschiebeankers von den Signal-Erzeugungsmitteln ändert.

Eine weitere Vorrichtung zum Einstellen einer programmierbaren Werkzeugmaschine offenbart die DE 90 13 915 U1 . Dabei ist ein druckempfindliches Element vorgesehen, gegen welches ein Werkzeug andrückbar ist und welches sich dabei verformt oder bewegt. Weiterhin ist ein Detektor vorgesehen, der erkennt, wenn das druckempfindliche Element um ein vorgegebenes Maß verformt oder bewegt ist, wobei festgestellt wird, ob sich das an dem druckempfindlichen Element anliegende Werkzeug in einem bekannten definierten Abstand zur Nullpunktoberfläche befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Auf bau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein Höchstmaß an Präzision aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung schafft einen neuartigen Aufbau einer Werkzeugeinstellmessvorrichtung bzw. einer Messdose, die extrem hohe Messgenauigkeiten ermöglicht.

Eine Messscheibe aus Keramik oder anderem geeignetem Material wird auf einer Seite hochgenau eben gearbeitet, beispielsweise durch Schleifen. Die Messscheibe ist rund ausgeführt, kann aber auch viereckig sein oder andere Formen haben. Das Material der Messscheibe wird so gewählt, dass diese durch einen Messvorgang mit einem scharfen harten Schneidwerkzeug nicht beschädigt wird und auch bei vielen Messungen praktisch keinem Verschleiß unterliegt.

Ein Rand der Messscheibe wird auf der Seite, die hochgenau eben geschliffen ist, mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet, falls die Messscheibe nicht bereits aus einem leitenden Material besteht. In diesem Fall kann die Messfläche, der innere Bereich der Messscheibe auf der hochgenau ge arbeiteten Seite, auch mit einem elektrisch isolierendem Material versehen werden, um elektrische Kontakte mit dem Bearbeitungswerkzeug während des Messvorganges zu vermeiden. Wichtig ist, dass die leitende Kontaktfläche eine hohe Parallelität zur Messfläche aufweist.

Die beschriebene Messscheibe wird in ein Gehäuse mit der hochgenauen Seite nach oben zeigend montiert. In dem Gehäuse hat die Messscheibe in der Richtung senkrecht zu der hochgenau ebenen Seite so viel Spiel (Freiraum für Bewegung), wie für einen Messvorgang benötigt. In dem Gehäuse sind oberhalb der Messscheibe drei Kontakte in einer Ebene unter ca. 120 Grad angeordnet. Die Kontakt können zum Schutz vor Spänen oder anderem vom darüber liegenden Gehäuse abgedeckt sein. Unterhalb der Messscheibe befindet sich im Gehäuseboden eine Auflagefläche für die Messscheibe und in deren Zentrum eine Öffnung, z.B. eine Bohrung.

Durch die Bohrung kann mit Luftdruck eine Kraft von unten auf die Messscheibe ausgeübt werden. Wenn der Luftdruck stark genug eingestellt wird, hebt die Messscheibe vom Gehäuseboden ab und wird gegen die drei Kontakte gedrückt. Über die Stärke des Luftdruckes ist die Anpresskraft einstellbar. Die Kontakte sollten so stabil ausgeführt werden, dass diese durch das Anpressen der Messscheibe nicht eingedrückt werden oder sonst ihre Position verändern. Sie können dazu beispielsweise auf einem stabilen Ring angeordnet sein.

Wenn die Messscheibe gegen die drei Kontakte gedrückt wird, kann über diese ein Stromkreis geschlossen werden. Die Kontakte werden über den elektrisch leitenden äußeren Ring der Messscheibe elektrisch geschlossen. Die Ausgangslage der Messscheibe wird so erkannt und die Messdose ist messbereit. Bei einem Messvorgang mit einem Bearbeitungswerkzeug wird dieses von der Werkzeugmaschine von oben senkrecht in Richtung auf die hochgenau ebene Fläche der Messdose verfahren. In dem Mo ment, in dem das Bearbeitungswerkzeug auf die Messscheibe trifft, wird diese von zumindest einem der drei Kontakte weggedrückt. Der Stromkreis über diesen Kontakt wird unterbrochen. Das kann über eine geeignete Schaltung sicher und sehr schnell erkannt werden. Damit wird die Länge des Werkzeuges erfasst. Die Maschine unterbricht den Verfahrvorgang (stoppt) kurz nach Öffnen einer der Kontakte, um Beschädigungen der Messdose zu vermeiden. Dadurch wird verhindert, dass die Messscheibe zu weit in die Messdose gedrückt wird.

Das Messsignal wird im Moment des Öffnens einer der Kontakte beispielsweise an die Steuerung der NC-Maschine gegeben. In diesem Moment kann dann beispielsweise die Position der für den Messvorgang verfahrenden Achse ebenfalls von der Steuerung erfasst werden und damit das zu bestimmende Maß, z.B. die Länge, des Bearbeitungswerkzeuges gemessen werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit, die Messkraft fast beliebig einstellen zu können. Der Luftdruck, der die Messscheibe gegen die drei Kontakte drückt, kann so gering eingestellt werden, dass dieser gerade ausreicht, das Eigengewicht der Messscheibe zu halten. Eine sehr geringe Kraft des Werkzeuges genügt bereits, um einen der Kontakte zu öffnen und das Messsignal zu unterbrechen.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Ausfallsicherheit. Da die Messscheibe wie ein Öffnerkontakt arbeitet, können Fehler wie Kabelbruch oder ähnliches sicher erkannt werden. Es kommt in der Ruhestellung der Messscheibe nicht zum Schließen des Stromkreises. Eine Messung wird in diesem Fall gar nicht erst gestartet. Somit wird eine mögliche Beschädigung sicher vermieden.

Die Strom- bzw. Spannungshöhe kann so gering gewählt werden, dass die Kontakte und die Messscheibe geschont werden und es nicht zu einem Verschleiß oder ähnlichem durch Funkenschlag kommt.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die seitlichen Flächen im Gehäuse leicht konisch auszuführen. Wenn die Messscheibe nach einem Messvorgang wieder nach oben gedrückt wird, wird so eine gute Zentrierung sichergestellt.

Um die Messfläche gut senkrecht zu der Verfahrrichtung der Maschine bei dem Messvorgang ausrichten zu können, ist es vorteilhaft, diese auf eine kleine Platte zu stellen und mit Stellgewinden in drei Ecken für die Ausrichtung der Ebene zu versehen. In jeder Ecke können zum sicheren Spannen der Ebene in einer Position eine Zug- und eine Druckschraube angeordnet sein, die gegeneinander verspannt werden.

Wenn die Parallelität der Kontaktfläche zur Messfläche nicht ausreichend genau ist, muss zusätzlich eine geeignete Sicherung gegen Verdrehung der Messscheibe in der Ebene vorgesehen werden. Dies kann durch eine Bohrung mit einem kleinen Stift oder eine Nut oder eine andere geeignete geometrische Ausführung erreicht werden.

Statt mit Druckluft kann die Messscheibe auch mit Hilfe von mindestens einer Feder gegen die Kontakte gedrückt werden. Durch geeignete Wahl der Feder oder der Federn ist die Vorspannkraft ebenfalls einstellbar.

Da die Messfläche bei einer zylindrischen Messscheibe unterhalb der Abdeckung für die Kontakte liegt, ist bei dieser Anordnung die Reinigung nicht so einfach und es kann sich leichter Dreck auf der Messfläche sammeln. Vorteilhaft ist eine abgesetzte Messscheibe. Die Messfläche liegt bei dieser Messscheibengeometrie höher als die Abdeckung der der Kontakte. Dreck kann durch Abwischen einfach entfernt werden. Der Spalt zwischen Messscheibe und Abdeckung kann sehr klein gewählt werden, so dass sich dort kein Dreck ablagern kann. Zusätzlich wird bei der Variante der Vorspannung der Messscheibe mit Luft, die ausströmende Luft den Spalt zwischen Messscheibe und Abdeckung sauber halten. Bei der Variante mit einer oder mehreren Federn ist eventuell zusätzlich eine geeignete Dichtung vorzusehen, z.B. eine leichtgängige Balgdichtung.

Es ist auch denkbar, die Messscheibe wie einen Pilz auszuführen, so dass der Spalt zwischen Messscheibe und Abdeckung von oben durch die vergrößerte Messfläche abgedeckt wird. In diesem Fall ist die Messscheibe gegebenenfalls zweiteilig auszuführen, um die Herstellung zu vereinfachen. Die beiden Teile können durch Kleben oder Schrauben verbunden werden.

Um die Messfläche gegen Verschmutzung zu schützen kann auch ein Sperrluftvorhang installiert werden, der waagerecht über die Messvorrichtung hinwegbläst. Späne oder Schmutzpartikel, die in Richtung der Messfläche fallen, werden von diesem Sperrluftvorhang erfasst und seitlich weggeblasen, ehe diese die Messfläche erreichen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung, und
3 bis 5 jeweils perspektivische Ansichten und Schnittansichten unterschiedlicher Ausgestaltungsformen der Messscheibe.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 1, welches beispielsweise zylindrisch ausgebildet ist. Die Untersei te des Gehäuses 1 ist plan geschliffen. Das Gehäuse 1 kann mit zusätzlichen Justierelementen, beispielsweise Stellschrauben oder Ähnlichem, versehen sein, um dieses auszurichten. Weiterhin kann das Gehäuse (nicht dargestellt) mit Befestigungsmitteln versehen sein, um dieses an geeigneter Stelle an einer Werkzeugmaschine zu montieren.
Zentrisch ist in dem Gehäuse 1 eine Ausnehmung 2 ausgebildet, in welche eine Zuführleitung 9 mündet. Diese dient, wie noch beschrieben werden wird, zur Zuführung von Druckluft.
Im oberen Bereich der Ausnehmung 2 ist eine plan geschliffene Messscheibe 3 aus einem verschleißbeständigen Material so gelagert, dass die Messscheibe 3 vertikal bewegbar ist. In der Darstellung der 1 ist die Messscheibe 3 in einer oberen, durch einen Überdruck in der Ausnehmung 2 hervorgerufenen Stellung dargestellt, in welcher die Messscheibe 3 gegen Kontakte 5 anliegt, die im Bereich eines ringförmigen isolierenden Anschlags 4 des Gehäuses ausgebildet ist. Das Gehäuse ist bei dem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet und umfasst demgemäß einen Gehäusedeckel 10, welcher entsprechend an dem Grundkörper des Gehäuses 1 befestigt, beispielsweise verschraubt, ist.
Der ringförmige Anschlag 4 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt.
Auf der Oberseite der Messscheibe 3 ist ein plan geschliffener, aus einem elektrisch leitenden Material bestehender Kontaktring 11 aufgebraucht. Durch Anlage des Kontaktrings 11 an die Kontakte 5 ergibt sich somit eine Kontaktierung und ein entsprechender Stromfluss zwischen den einzelnen Kontakten 5. Zur Verdeutlichung der Darstellung ist nur ein einziger Kontakt 5 dargestellt. Bevorzugterweise sind drei derartige Kontakte gleichmäßig um den Umfang verteilt.
Sobald die Messscheibe 3 sich in dem vorgespannten, in 1 gezeigten Zustand befindet, ist ein elektrischer Strom durch die Kontakte 5 durchleitbar. Hierdurch wird der Ruhezustand der Messscheibe 3 erfassbar. Wenn nun, wie beschrieben, ein Werkzeug in die zentrische Ausnehmung 12 des Gehäusedeckels 10 eingeführt und abgesenkt wird, wird das Werkzeug die Oberfläche der Messscheibe 3 berühren. Hierdurch wird die Messscheibe 3 aus ihrer vorgespannten Lage versetzt. Dies führt zu einer Änderung der Kontaktierung der Kontakte 5, welche elektrisch erfassbar und über die Steuerung der Werkzeugmaschine verarbeitbar sind. Hierdurch ergibt sich ein hochpräziser Sensoreffekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, durch welchen die Dimensionierung eines Werkzeuges mit höchster Präzision und innerhalb eines kürzesten Zeitraumes detektierbar ist. Erfindungsgemäß erfolgt somit eine elektrische Verbindung der Kontakte 5 mittels des Kontaktrings 11. Wenn eine dieser Verbindungen unterbrochen wird, da die Messscheibe 3 nach unten gedrückt wird, ändert sich der Stromfluss zwischen den einzelnen Kontakten. Hieraus ergibt sich eine Signaländerung, welche messtechnisch nutzbar ist. Der Kontaktring 11 bildet somit eine Brücke zwischen den einzelnen Kontakten 5. In Abhängigkeit von der Größe und der Ausgestaltung der Messscheibe können beispielsweise drei Kontakte 5 gleichmäßig um den Umfang verteilt sein, beispielsweise um 120 Grad.
Die 3 bis 5 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungsformen der Messscheibe. In 4 ist eine Messscheibe gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Messscheibe ist in Form einer plan geschliffenen Scheibe ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist im Zentrum der Messscheibe 3 ein Ansatz 7 vorgesehen, welcher so dimensioniert ist, dass er passend zu der zentrischen Ausnehmung 12 des Gehäusedeckels 10 ausgestaltet ist. Im vorgespannten Zustand (analog der Darstellung der 1) passt somit der Ansatz 7 exakt in die zentrische Ausnehmung 12, so dass sich insgesamt eine plane Oberfläche zusammen mit der Oberfläche 8 des Gehäuses ergibt. Verschmutzungen oder Eindringen von Verunreinigungen können somit unterbunden werden.
In ähnlicher Weise wirkt die in 5 gezeigte Ausgestaltung der Messscheibe 3, bei welcher der Ansatz 7 pilzförmig ausgebildet ist.
Das Bezugszeichen 6 zeigt eine Zentrierung, welche in Form einer konischen Wandung des Gehäusedeckels 10 ausgebildet ist.
Durch die konische Zentrierung 6 wird sichergestellt, dass die Messscheibe 3 nach einem Absenken bei einem Kontakt mit einem nicht dargestellten Werkzeug für den nächsten Messvorgang wieder in ihre zentrierte, in 1 dargestellte Ausgangsposition zurückkehrt. Verkantungen oder Verklemmungen der Messscheibe sind somit ausgeschlossen.

1: Gehäuse
2: Ausnehmung
3: Messscheibe
4: Anschlag
5: Kontakt
6: Zentrierung
7: Ansatz
8: Oberfläche des Gehäuses
9: Zuführleitung
10: Gehäusedeckel
11: Kontaktring
12: Zentrische Ausnehmung

Claims

Werkzeugeinstellmessvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einem Gehäuse (1) mit einer nach oben offenen Ausnehmung (2), in welcher eine Messscheibe (3) vertikal bewegbar gelagert ist, wobei die Messscheibe (3) elastisch gegen zumindest einen Anschlag (4) vorgespannt ist, wobei im Kontaktbereich zwischen der Messscheibe (3) und dem Anschlag (4) elektrische Kontakte (5) angeordnet sind und wobei zumindest die Oberseite der Messscheibe (3) mit einem verschleißfesten Material versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (3) aus einem verschleißfesten Material gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Messscheibe (3) plan ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich der Messscheibe (3) mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (3) aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (3) durch pneumatischen Überdruck in der Ausnehmung (2) elastisch vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (3) durch ein elastisches Element vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorspannkraft einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit einer Zentrierung (6) für die Messscheibe (3) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (3) mit einem oben liegenden Ansatz (7) zum bündigen Ausrichten mit der Oberfläche 8 des Gehäuses (1) versehen ist.