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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Justiervorrichtung für Werkzeugmaschinen
sowie auf ein Verfahren zur Justierung zweier unmittelbar zusammenwirkender
Komponentenpaare einer Werkzeugmaschine.
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Im
Stand der Technik sind Bearbeitungsgeräte bzw. Werkzeugmaschinen bekannt,
die mit einer Abtriebs- bzw. Ausgangsspindel versehen sind, an der
ein Werkzeug montiert ist. Ebenfalls im Stand der Technik sind Werkzeugwechsler
bekannt, die das Werkzeug an der Spindel der Werkzeugmaschine bei Bedarf
automatisch gegen ein anderes Werkzeug wechseln, das sich beispielsweise
in einem Werkzeugmagazin befindet. Werkzeugspeicher bzw. Werkzeugmagazine
sind auch im Stand der Technik bekannt, und werden unter anderem
als Scheiben- oder Kettenmagazine ausgebildet. Zudem sind Werkzeughandlingvorrichtungen
im Stand der Technik bekannt, die Werkzeuge auf verschiedenste Art
und Weise aufnehmen, entlang verschiedener Bahnen bewegen und präzise am
gewünschten
Ort wieder abgeben. Beim Zusammenspiel der Werkzeugmaschine mit
dem Werkzeugwechsler und/oder des Werkzeugwechslers mit dem Werkzeugmagazin
sowie den anderen vorstellbaren Kombinationen aus den vorangehend
genannten Einrichtungen ist es unbedingt erforderlich, dass die
Komponenten exakt zueinander ausgerichtet sind, so dass eine problemlose
und fehlerfreie Übergabe
des Werkzeugs von einer Komponente zur anderen Komponente gewährleistet
werden kann. Fehler bei der Übergabe
eines Werkzeugs vermindern die Betriebszeit (Hauptzeit) der Werkzeugmaschine
und können
zu einer Beschädigung
und/oder Zerstörung
des Werkzeugs und/oder Teilen der Werkzeugmaschine und/oder des
Werkzeugwechslers und/oder der Werkzeughandlingvorrichtung und/oder
des Werkzeugsmagazins führen.
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Die
Ausrichtung, also die Justierung, ist sowohl bei der Montage der
Komponenten erforderlich, als gegebenenfalls auch nach einer gewissen
Betriebszeit, da Schwingungen und Erschütterungen während des Betriebs des Bearbeitungsgeräts dazu führen können, dass
sich die Komponenten dejustieren. Die exakte Justierung der Komponenten
zueinander ist bisher allerdings schwierig und zeitaufwendig, da
sie üblicherweise
analytisch, d.h. durch Versuche mittels einer echten Werkzeugaufnahmevorrichtung
oder einem kompletten Werkzeug erfolgt. Auf diese Weise ist die
richtige Position der Komponenten zueinander schwierig zu ermitteln.
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Aus
der
DE 19 600 054
C2 ist eine Werkzeugmaschine mit mindestens einer Spindel
und mindestens einem mit einer in einer Hubrichtung bewegbaren Konsole
angeordneten Werkzeugwechsler bekannt. Mittels des Werkzeugwechslers
werden Werkzeughalter zwischen einer Magazinposition und einer Spindelposition
an der Spindel überführt. Weiterhin
ist eine auf die Konsole wirkende Hubvorrichtung zum Überführen eines
Werkzeughalters zwischen der Spindelposition und einer Arbeitsposition in
einer Werkzeugaufnahme der Spindel vorgesehen. Werkzeugwechsler
und die Hubvorrichtung werden durch eine gemeinsame Antriebsvorrichtung
angetrieben, die an der Konsole angeordnet ist.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Justiervorrichtung
sowie ein Justierverfahren für
eine Werkzeugmaschine zu schaffen, das einen einfachen und schnellen
Justiervorgang ermöglicht.
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Ein
vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
eine noch exaktere Justierung der Komponenten zueinander ermöglicht wird,
als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einer Justiervorrichtung
für Werkzeugmaschinen gemäß dem Patentanspruch
1 und einem Verfahren zur Justierung der genannten Einrichtungen
nach Anspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der
Justiervorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
Kern der Erfindung besteht demzufolge prinzipiell darin, an den
jeweils zusammenwirkenden Komponenten einer Werkzeugmaschine eine
Werkzeugaufnahmeattrappe anzuordnen, die mit einer Justierhilfe
für eine
Erfassung einer Abweichung im Zusammenspiel der jeweiligen Komponentenpaare zusammenwirkt.
Auf diese Weise lässt
sich die Anzahl von Probeläufen
unter Verwendung dieser Attrappe auf ein Minimum reduzieren, wodurch
Zeit und Kosten beim Einrichten der Werkzeugmaschine eingespart
werden.
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Die
Justiervorrichtung für
Werkzeugmaschinen hat konkret eine Werkzeugaufnahmeattrappe bestehend
aus einem Spindelteil sowie eine Werkzeugattrappe. Der Spindelteil
ist an einer Ausgangsspindel einer Werkzeugmaschine befestigbar
und simuliert eine richtige Werkzeugaufnahmevorrichtung bekannter
Bauart. Die Werkzeugattrappe simuliert zumindest in den Bereichen,
in denen sie mit einem Werkzeugwechsler zusammenwirkt, ein richtiges Werkzeug
und ist an einem Werkzeugwechsler der Werkzeugmaschine befestigbar.
Die Werkzeugaufnahmeattrappe sowie die Werkzeugattrappe weisen jeweils
Positionsbestimmungseinrichtungen in Form von Positionsbohrungen,
Vorsprüngen
und dgl. auf, die bei korrekter Ausrichtung eine vorbestimmte Relativlage
zueinander annehmen müssen.
Vorzugsweise sind die Positionsbestimmungseinrichtungen als Durchgangsbohrungen
ausgebildet, während
die Justierhilfe einen Dorn oder Schaft aufweist, der bei korrekter
Ausrichtung der beiden Komponenten zueinander durch die sich hierbei
zu überlagernden Bohrungen
hindurchgeschoben werden kann. Auf diese Weise lassen sich Abweichungen
der beiden zusammenwirkenden Komponenten sowohl in radialer Richtung
wie auch in deren Winkellage zueinander erfassen und ggf. sogar
korrigieren.
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Der
Schaft der Justierhilfe kann vorteilhaft zylinder- oder kegelförmig sein.
Die Bohrungen können
vorzugsweise kreisförmige
Bohrungen sein und einen Innendurchmesser haben, der nur geringfügig größer als
der Außendurchmesser
des Schafts der Justierhilfe ist (Spiel- oder Presspassung möglich).
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In
dem Schaft kann auch eine Bohrung in axialer Richtung vorgesehen
sein, um das Gewicht der Justierhilfe zu verringern und/oder um
den Justiervorgang zu vereinfachen, indem ein Versatz der Justierhilfe
zu dem Spindelteil bzw. der Werkzeugaufnahmeattrappe im Inneren
der Justierhilfe optisch ermittelt wird. Die Justierhilfe kann auch
ein Bolzen aus Vollmaterial sein.
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Das
Spindelteil bzw. die Werkzeugaufnahmeattrappe kann mit einem Abschnitt
versehen sein, der in/auf die Spindel der Werkzeugmaschine ein-/aufschiebbar
ist.
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Die
Werkzeugattrappe kann mit einer ringförmigen Nut versehen sein, in
die eine entsprechend ausgebildete Greiferzange einer Werkzeugzuführungsvorrichtung
eingreifen kann, um die Werkzeugattrappe sicher und präzise zu
halten.
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Bei
der Justiervorrichtung für
Werkzeugmaschinen kann die Werkzeugattrappe neben der einen Bohrung
in axialer Richtung auch eine weitere Bohrung in axialer Richtung
haben, die einen kleineren Durchmesser hat als der Außendurchmesser
des Schafts der Justierhilfe, wobei am Übergang von der einen Bohrung
zu der anderen Bohrung der Werkzeugattrappe ein Absatz ausgebildet
ist, an dem die Stirnfläche
des Schafts der Justierhilfe anliegt, wenn die Justierhilfe durch
die eine Bohrung der Werkzeugattrappe und die Bohrung der Werkzeugaufnahmeattrappe
eingeschoben ist.
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Der
Werkzeugspeicher kann ein Werkzeugmagazin sein. Dieses Werkzeugmagazin
kann wiederum ein Kettenmagazin oder ein Scheibenmagazin sein. So
kann auch die Werkzeugzuführungsvorrichtung
ein Werkzeugwechsler oder eine Werkzeughandlingvorrichtung sein.
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All
diese Komponenten können
einzeln oder zusammen vorzugsweise aus Metall ausgebildet sein,
um eine große
Formstabilität
und eine lange Lebensdauer zu haben. Um diese Eigenschaften zu konservieren,
können
sie vor Korrosion geschützt sein.
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Die
Justiervorrichtung für
Werkzeugmaschinen kann mit all ihren verschiedenen denkbaren Ausführungsformen
verwendet werden, wenn die Werkzeugaufnahmevorrichtung eine Werkstückaufnahmevorrichtung
ist, und statt des Werkzeugs ein Werkstück zu handhaben ist.
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Die
Werkzeugaufnahmeattrappe kann so ausgebildet sein, dass er zu einer
HSK-(Hohlschaftkegel), SK-(Steilkegel), MAS-BT-, Capto-, MK-(Morsekegel), KM, Yamazaki,
VDI- oder CAT-Aufnahme passt.
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Das
Verfahren zum Justieren der Relativlage zweier unmittelbar zusammenwirkender
Komponenten einer Werkzeugmaschine weist die in Patentanspruch 7
angegebenen Schritte auf. Die Position der Werkzeugattrappe gegenüber der
Werkzeugaufnahmeattrappe kann vorjustiert werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die Justierhilfe in die Bohrung der Werkzeugattrappe nach einem
Feinjustieren der Werkzeugattrappe hinsichtlich der spindelseitigen
Werkzeugaufnahmeattrappe erfolgen.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Justiervorrichtung
für Werkzeugmaschinen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher
beschrieben. Hierbei ist:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeug/-Werkzeugaufnahmeattrappe und einer Justierhilfe
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
im getrennten Zustand;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Werkzeug-/Werkzeugaufnahmeattrappe und
einer Justierhilfe gemäß dem Ausführungsbeispiel
im zusammenwirkendem Zustand.
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Gemäß der 1 besteht
die Justiervorrichtung im wesentlichen aus drei Funktionseinheiten: Eine
erste Funktionseinheit für
das Anbringen an eine erste Komponente einer Bearbeitungsstation stellvertretend
für ein
Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme, eine zweite Funktionseinheit
für das
Anbringen an eine zweite Komponente einer Bearbeitungsstation stellvertretend
für ein
Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme, wobei die zweite Komponente
mit der ersten Komponente zusammenwirkt und eine Justierhilfe für einen
Abgleich der Relativlage zwischen der ersten und zweiten Funktionseinheit.
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Konkreter
ausgedrückt
zeigt die 1 unter anderem eine Werkzeugaufnahmeattrappe 11 in Form
einer Hülse 18,
die vorliegend einer herkömmlichen
HSK-Aufnahmevorrichtung (Hohlschaftkegel-Aufnahmevorrichtung) oder
einer andersartigen bekannten Aufnahme entspricht bzw. diese simuliert. Die
Werkzeugaufnahmeattrappe 11 ist demzufolge so ausgebildet,
dass sie mit der Abtriebswelle/Spindel einer nicht weiter gezeigten
Werkzeugmaschine oder einer Halterung eines nicht weiter gezeigten Werkzeugmagazins
in Eingriff bringbar ist. Die Hülse 18 ist
ferner mit einer kreisförmigen
axialen Durchgangsbohrung 16 versehen, die mit der Justierhilfe 2 zusammenwirkt.
Hierfür
weist die Durchgangsbohrung 16 an einem Mittenabschnitt
einen radial nach innen vorstehenden Absatz oder Kante auf, welche als
ein Anschlag dient, wie nachstehend noch beschrieben wird.
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Ferner
ist in 1 eine hülsenförmige Werkzeugattrappe 12 gezeigt,
in der ebenfalls eine axiale Durchgangsbohrung 15 ausgebildet
ist, deren Durchmesser im wesentlichen dem der Durchgangsbohrung 16 der
Werkzeugaufnahmeattrappe 11 entspricht. An der Werkzeugattrappe 12 ist
eine für
die Werkzeugmaschine spezifische Eingriffseinrichtung ausgebildet,
welche jener von realen Werkzeugen entspricht bzw. diese simuliert.
Vorliegend besteht die simulierte Eingriffseinrichtungseinrichtung
aus einem Stirnflansch 14 und einer axial unmittelbar sich dahinter
befindlichen radial umlaufenden Nut 13, in die die Greifeinrichtung
eines nicht weiter dargestellten Werkzeugwechslers und/oder einer
Werkzeugzuführeinrichtung
eingreifen kann.
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Schließlich zeigt
die 1 die Justierhilfe 2 in Form eines Bolzens
mit einem Schaft 21 sowie einen Bolzenkopf 24,
in dem ebenfalls eine axial verlaufende Bohrung 22 ausgeführt ist,
um Gewicht einzusparen. Der Außendurchmesser
des Schafts 21 ist gewählt,
dass dieser unter geringem vorbestimmtem Spiel in die Durchgangsbohrungen 15, 16 der
Werkzeugattrappe 12 sowie der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 einsteckbar
ist. Zudem hat der Schaft 21 eine axiale Länge, so
dass die eine Stirnfläche 23 des
Schafts 21, wenn dieser durch die Werkzeugattrappe 12 hindurch
bis in die Werkzeugaufnahmeattrappe 11 eingeschoben ist,
an dem Absatz 17 anschlägt,
wohingegen der Bolzenkopf 24 mit seiner dem Schaft 21 zugewandten
Stirnringseite 25 nicht in Kontakt mit der Werkzeugattrappe 12 gerät.
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Die
Werkzeugmaschine wird in diesem Ausführungsbeispiel über einen
Werkzeugwechsler (nicht gezeigt) als Werkzeugzuführungsvorrichtung mit Werkzeugen
versorgt, die der Werkzeugwechsler aus einem Kettenmagazin (nicht
gezeigt) entnimmt und in dieses zurückbringt. In diesem Ausführungsbeispiel
wird die Position der Werkzeugmaschine als fix angenommen und die
Justierung erfolgt über
eine Justierung des Werkzeugwechslers und des Kettenmagazins.
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Hierfür wird wie
folgt vorgegangen:
Zunächst
wird die Werkzeug-/Werkzeugaufnahmeattrappe 11 in eine
entsprechende Aussparung einer Spindel (nicht gezeigt) einer Werkzeugmaschine
eingeführt
und eingespannt. Diese ist in diesem Ausführungsbeispiel eine HSK-Aufnahme,
wobei die Werkzeugaufnahmeattrappe 11 natürlich auch
einen anderen Werkzeugaufnahmetyp entsprechend der verwendeten Werkzeugmaschine
simulieren kann. Die Werkzeugattrappe 12 wird so an der
Greifzange (nicht gezeigt) des Greifarms des Werkzeugwechslers befestigt,
dass die Greifzange mit der seitlich umlaufenden Nut 13 der
Werkzeugattrappe 12 im Eingriff ist und die Werkzeugattrappe 12 mittels
einer an der Greifzange angeordneten Spannvorrichtung wie ein richtiges
Werkzeug einspannt. Dann wird der Greifarm des Werkzeugwechslers
so geschwenkt, dass die Werkzeugattrappe 12 im Wesentlichen
in Deckung mit der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 gelangt.
D.h. in dieser Position müssen
die Durchgangsbohrungen 16 und 15 der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 und
der Werkzeugattrappe 12 im wesentlichen deckungsgleich
(axial zueinander) sein. Falls die Position der Werkzeugattrappe 12 von
dessen Sollposition abweicht, kann nach Augenmaß ein Vorjustieren des Werkzeugwechslers
durchgeführt
werden. Die Justierung betrifft dabei allgemein die Neigung der
Drehachse des Werkzeugwechslers und deren Position jeweils in den
drei Raumrichtungen.
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Anschließend wird
der Bolzen 2 durch die Bohrung 15 der Werkzeugattrappe 12 in
die Bohrung 16 der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 eingeschoben,
bis die Stirnseite 23 des Bolzens an dem Absatz 17 der
Werkzeugaufnahmeattrappe 11 anliegt. Der Bolzen 2 ist
so bemessen, dass die Werkzeugattrappe 12 selbst dann nicht
mit der Fläche 25 des
Bolzenkopfs 24 in Kontakt ist, wenn ein einzuhaltender
Spalt 3 zwischen der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 und der
Werkzeugattrappe 12 deutlich größer als die in diesem Ausführungsbeispiel
vorbestimmten 0,5 mm ist. Sollte der Bolzen 2 nach dem
Einschieben in die Bohrung 15 der Werkzeugattrappe 12 die
Werkzeugaufnahmeattrappe 11 so berühren, dass ein Einschieben
des Bolzenschafts 21 in die Bohrung 16 der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 nicht
möglich
ist, so kann mit Hilfe einer herkömmlichen Messuhr die Abweichung
der Position der Werkzeugattrappe 12 von der Sollposition
in der Weise bestimmt werden, dass an den zwei Extrempunkten des
Koordinatensystems, das der Justierung zu Grunde liegt, die Abweichung
gemessen wird, und der Werkzeugwechsler dementsprechend nachjustiert
wird. Hierbei ist auch darauf zu achten, dass eine Neigung der Drehachse des
Werkzeugwechslers gegenüber
der Spindelachse der Werkzeugmaschine ausgeglichen wird. Dies kann
iterativ erfolgen, bis sich der Bolzen 2 in die Bohrung 16 der
Werkzeugaufnahmeattrappe 11 einschieben lässt. Dann
ist zu überprüfen, ob
die Stirnfläche
bzw. der Stirnflansch 14 der Werkzeugattrappe 12 zu
der ihr gegenüber
liegenden Stirnfläche
der Werkzeugaufnahmeattrappe 11 parallel ist. Dies lässt sich
am leichtesten überprüfen, indem
man ringsum die Breite des Spalts 3 misst, den die Werkzeugaufnahmeattrappe 11 und
die Werkzeugattrappe 12 bilden. Gegebenenfalls ist die
Lage und Neigung des Werkzeugwechslers entsprechend zu verändern. Zuletzt
wird der Werkzeugwechsler entlang der Achsrichtung seiner Drehachse
so justiert, dass der Spalt 3 eine Breite von 0,5 mm annimmt.
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Ist
dies erreicht, so ist der Justiervorgang zwischen der Werkzeugmaschine
und dem Werkzeugwechsler abgeschlossen, und die endgültige Position
des Greiferarms wird in dem Werkzeugwechsler gespeichert. Nun kann
man das Werkzeugmagazin, das heißt das Kettenmagazin, gegenüber dem
Werkzeugwechsler in der selben Weise justieren. Hierbei ist darauf
zu achten, dass die Justierung des Werkzeugwechslers nicht mehr
verändert
wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass mit Hilfe der Werkzeug-/Werkzeugaufnahmeattrappen
das Ausmessen der Abweichungen der tatsächlichen Position zu der Sollposition
der zu justierenden Komponenten leichter durchzuführen ist,
und somit schneller und kostengünstiger
erfolgt, da die Werkzeug-/Werkzeugaufnahmeattrappen optimal für den Justiervorgang
konstruiert/dimensioniert sind.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Bolzen 2,
wenn er in beide Teile 11, 12 der Werkzeug-/Werkzeugaufnahmeattrappen
eingeschoben ist, die Übergabeposition
des Greiferarms sichert.
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Abschließend sei
noch darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebene mechanische
Justierhilfe natürlich
auch durch eine optische oder optoelektronische Justierhilfe unter
Verwendung beispielsweise von Lasern, lichtempfindlicher Sensoren u.
dgl. ersetzt oder ergänzt
sein kann. Auch sind die Werkzeug-/Werkzeugaufnahmeattrappen nicht
auf die Ausbildung von Durchgangsbohrungen beschränkt, sondern
es könnte
auch eine Vorrichtung nach dem Kimme/Korn-Prinzip vorgesehen sein.