DE102009026484B4

DE102009026484B4 - Bearbeitungsvorrichtung und Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten von Werkstücken

Info

Publication number: DE102009026484B4
Application number: DE102009026484A
Authority: DE
Inventors: Willi Diemer
Original assignee: Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: DE102009026484A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Bearbeitungsvorrichtung (100; 200) und ein Bearbeitungsverfahren zur Verfügung. Die Bearbeitungsvorrichtung (100; 200) weist dabei eine Haltevorrichtung (112; 212) zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks (111; 211), eine Werkzeugaufnahme (114; 214) zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeuges (222) und mindestens eine Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218), die an einer vorbestimmten Position an der Haltevorrichtung (112; 212) oder der Werkzeugaufnahme (114; 214) angeordnet ist, auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer Haltevorrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, einer Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeuges und mindestens einer Erfassungseinheit.
Stand der Technik
Bearbeitungsvorrichtungen wie Drehmaschinen bzw. Fräsmaschinen haben den Nachteil, dass diese nur dann exakte Bearbeitungsergebnisse liefern, wenn die Maschine „warmgefahren” ist, d. h. die Maschine solange betrieben wurde, bis alle Elemente der Maschine eine Temperatur aufweisen, auf welche der Betrieb der Maschine ausgelegt wurde.
Dieser Warmfahrvorgang der Maschine ist nicht nur sehr zeitintensiv (der Warmfahrvorgang kann in Abhängigkeit von der Größe der Maschine bis zu einem halben Tag oder länger andauern) sondern auch energieaufwändig, da während dieser Zeit die Maschine betrieben wird, ohne dass Werkstücke bearbeitet werden. Um diesem Umstand zu umgehen, sind im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie ebenfalls sehr zeitund/oder kostenintensiv sind, und so die Taktzeit bzw. den Arbeitstakt der Maschine stark erhöhen.
So sind zum Einen Verfahren zur Temperaturkompensation bekannt, bei welchen oft über einen wochenlangen Zeitraum hinweg die Temperaturkennlinie einer Bearbeitungsvorrichtung beim Warmfahren ermittelt wird, um so eine Bearbeitung in Abhängigkeit der Raumtemperatur und des Betriebszustandes durchführen zu können. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass die Ermittlung viel Zeit in Anspruch nimmt und die Resultate der Kompensationskennlinie unzufriedenstellend sind, da viele mögliche Einflussfaktoren, wie z. B. Zugluft oder Temperaturgradienten im Raum, das Verhalten der Maschine ungünstig beeinflussen können, so dass im Ergebnis unzufriedenstellende Bearbeitungsergebnisse erzielt werden.
Zum Anderen wurde vorgeschlagen, ein Sensorelement in der Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsvorrichtung aufzunehmen und mittels dieses Sensorelements eine feste Position innerhalb eines Bearbeitungszentrums anzufahren, um so Lageabweichungen der Maschine festzustellen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es sehr zeitaufwendig ist und die Taktzeit der Maschine damit erhöht. Ferner entstehen durch die Taktzeiterhöhung der Maschine zusätzliche Kosten.
Die DE 102 51 829 B4 offenbart eine Bearbeitungseinrichtung, bei welcher zur Messung des thermischen Drifts ein Austauschen des Werkzeuges gegen einen Abtastkopf oder eine Referenzmarkierung erforderlich ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren zu schaffen, das mindestens einige der bekannten Probleme aus dem Stand der Technik löst und ferner dazu geeignet ist, die Taktzeit der Bearbeitungsvorrichtung zu verringern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung geschickt einzusetzen, um die Taktzeit der Maschine zu verringern. Demgemäß weist eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zum geometrisch bestimmten Bearbeiten von Werkstücken, eine Haltevorrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeuges und mindestens eine Erfassungseinheit, die an einer vorbestimmten Position an der Haltevorrichtung oder der Werkzeugaufnahme fest bzw. dauerhaft angeordnet ist, zum Erfassen eines Ist-Abstandes zwischen der Haltevorrichtung und der Werkzeugaufnahme, auf. Dabei ist die Bearbeitungsvorrichtung ausgebildet, einen Soll-Abstand zwischen der Werkzeugaufnahme und der Haltevorrichtung anzufahren und auf Grundlage der Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem von der Erfassungseinheit erfassten Ist-Abstand die Bearbeitung des Werkstücks zu steuern. Dabei ist die Erfassungseinheit derart ausgebildet, dass bei in der Werkzeugaufnahme aufgenommenem Bearbeitungswerkzeug der Ist-Abstand erfassbar ist.
Eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung wird dabei beispielsweise durch ein Bearbeitungszentrum oder eine Transferstraße, mit welcher es beispielsweise möglich ist zu Fräsen und zu Bohren dargestellt. Durch das feste Anordnen der Erfassungseinheit, welche z. B. ein Sensor, ein Analogsensor oder dergleichen sein kann, an einer vorbestimmten Position an entweder der Haltevorrichtung oder der Werkzeugaufnahme ist es mit wenig Zeitaufwand möglich, einen Soll-Abstand zwischen Werkzeugaufnahme und Haltevorrichtung mittels der Werkzeugaufnahme oder, insofern die Haltevorrichtung ebenfalls verfahrbar ist, mittels der Haltevorrichtung anzufahren und diesen Soll-Abstand mit dem von der an der Werkzeugaufnahme oder an der Haltevorrichtung an einer vorbestimmten Position angeordneten Erfassungseinheit erfassten Ist-Abstand zu vergleichen. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, einen Werkzeugwechsel durchzuführen, um den Abstand zwischen Haltevorrichtung und Werkzeugaufnahme zu bestimmen. Ferner können so sämtliche Magazinplätze in der Bearbeitungsvorrichtung, die zur Aufnahme von Werkzeugen dienen, zur Aufnahme von Werkzeugen verwendet werden und müssen nicht mit einem Sensorelement oder dergleichen belegt werden und es kann Zeit, welche für einen Werkzeugwechsel benötigt werden würde, eingespart werden. Auf diese Weise verringert sich die Taktzeit mit Vorteil. Die Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem Ist-Abstand, welche sich im Zuge des Warmfahrens der Maschine verändert, dient dazu, die Bearbeitung des Werkstücks zu steuern bzw. zu beeinflussen, da in Abhängigkeit von der Differenz Positionen, welche die Haltevorrichtung und/oder die Werkzeugaufnahme anfahren sollen unterschiedlich angefahren werden, um ein exaktes Bearbeitungsergebnis zu erreichen. Erfassungseinheiten im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Analogsensoren der Firmen Balluff GmbH und Baumer GmbH.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung ist die Erfassungseinheit ausgebildet, den Ist-Abstand in Z-Richtung, welche die Richtung zu dem zu bearbeitenden Werkstücks darstellt, zu messen, wobei insbesondere auch in X- und Y-Richtung gemessen werden kann. Auf diese Weise ist es mit Vorteil möglich, mit genau einer Erfassungseinheit sämtliche Ist-Abstände zwischen Haltevorrichtung und Werkzeugaufnahme zu erfassen und mit den angefahrenen Soll-Abständen zu vergleichen. Auf diese Weise wird ein besonders exaktes Bearbeitungsergebnis erzielt. Alternativ ist es möglich für jede Richtung (X, Y, Z) eine Erfassungseinheit vorzusehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Erfassungseinheit dazu ausgebildet, den Ist-Abstand berührungslos zu erfassen. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Erfassungseinheit nicht bis auf „Anschlag” an die Haltevorrichtung oder die Werkzeugaufnahme gefahren werden muss, sondern dass ein vorgegebener Soll-Abstand, wie z. B. 0,500 mm, angefahren werden kann und mit dem tatsächlichen Ist-Abstand verglichen werden kann, um die Differenz zu ermitteln. Auf diese Weise wird mit Vorteil eine etwaige Zerstörung der Erfassungseinheit durch ein Überschwingen beim Anfahren. eines „Null-Abstandes” vermieden.
Die Haltevorrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks kann ferner integral mit der Bearbeitungsvorrichtung ausgebildet sein.
Ferner kann die Erfassungseinheit dazu ausgebildet sein einen Ist-Abstand zwischen einer Werkstückzuführeinrichtung, wie einem Be- und Entladeportal, einer Robotereinheit zum Zuführen des Werkstücks oder dergleichen, und der Haltevorrichtung zu erfassen. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich die Werkstückzuführeinrichtung in Abhängigkeit von der Ermittelten Differenz zwischen dem erfassten Ist-Abstand und dem eingestellten Soll-Abstand mit Vorteil zu steuern.
Bevorzugt ist ferner eine Vorgabeeinrichtung zum Steuern eines Sollweges, um welchen die Haltervorrichtung oder die Werkzeugaufnahme in Abhängigkeit der von der Erfassungseinheit erfassten Differenz bewegt wird, vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, mittels der Vorgabeeinrichtung, welche insbesondere eine Computereinheit, eine Logikschaltung oder dergleichen sein kann, einen Sollweg vorzugeben, um exakte Bearbeitungsergebnisse mit der Vorgabeeinrichtung zu erreichen.
Die Erfindung weist ferner ein Bearbeitungsverfahren für eine Bearbeitungsvorrichtung auf. Dabei wird zunächst ein Soll-Abstand. zwischen einer Haltevorrichtung und einer Werkzeugaufnahme angefahren, wobei eine Erfassungseinheit an einer vorbestimmten Position an der Haltevorrichtung oder an der Werkzeugaufnahme fest bzw. dauerhaft angeordnet ist, anschließend wird ein Ist-Abstand mittels der Erfassungseinheit zwischen der Haltevorrichtung und der Werkzeugaufnahme erfasst, wobei während des Erfassens des Ist-Abstandes das Bearbeitungswerkzeug in der Werkzeugaufnahme aufgenommen ist, daraufhin wird der Soll-Abstand mit dem Ist-Abstand verglichen und ein Differenzabstand ermittelt und letztlich wird die Bearbeitung des Werkstücks mittels der Bearbeitungsvorrichtung auf Grundlage des Differenzabstandes gesteuert. Durch Durchführen der Bearbeitungsschritte in dieser Reihenfolge ist es mit Vorteil möglich, die Bearbeitung des Werkstücks auf Grundlage des Differenzabstandes zu steuern und damit exakter zu gestalten, ohne dass ein Zeitverlust und damit die Erhöhung der Taktzeit durch einen Werkzeugwechsel hin zu einem Sensorelement einzuplanen ist. Ferner ist es durch festes bzw. definiertes Anordnen der Erfassungseinheit an der Haltevorrichtung oder an der Werkzeugaufnahme möglich, den Abstand bzw. die Position der Erfassungseinheit stets exakt festzulegen, wohingegen bei Einführung eines Sensorelements in die Werkzeugaufnahme Positionierungsunterschiede innerhalb der Werkzeugaufnahme, welche teilweise durch Verschmutzungen bedingt sein können, auftreten können. Auf diese Weise entstehen Ungenauigkeiten bei der Ermittlung des Differenzabstandes und damit bei der Steuerung der Folgebearbeitung der Werkstücke.
Der Ist-Abstand zum Werkstück kann in einer Ausführungsform des Verfahrens berührungslos erfasst werden. Auf diese Weise ist es daher mit Vorteil möglich, einen definierten sich von Null unterscheidenden Soll-Abstand anzufahren und diesen mit dem durch die Erfassungseinheit ermittelten Ist-Abstand zu vergleichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Erfassungseinheit dazu ausgebildet, den Ist-Abstand in Z-Richtung, bevorzugt in X-, Y- und Z-Richtung zu erfassen und die Bearbeitungsvorrichtung in Abhängigkeit des jeweiligen Differenzabstandes zu steuern. Auf diese Weise ist eine Bearbeitung auf Grundlage des Differenzabstandes in allen drei Achsrichtungen besonders exakt durchführbar.
Dabei sind die Verfahrensschritte des Anfahrens, des Erfassens und des Vergleichens binnen 5 Sekunden, bevorzugt in einem Zeitraum von 0 bis 3 Sekunden durchführbar. Auf diese Weise erhöht sich die Taktzeit der Maschine kaum merklich, insbesondre da nicht nach jeder Bearbeitung des Werkstücks der Soll-Abstand angefahren werden muss und der Ist-Abstand mit dem Soll-Abstand verglichen werden muss.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Differenzabstand in die Ermittlung anzufahrender Folgeabstände mit einbezogen. In diesem Zusammenhang wird das ermittelte Differenzmaß in der ermittelten Verfahrrichtung proportional auf einzustellende Folgeabstände angewendet, so dass eine besonders exakte Bearbeitung mit der Bearbeitungsvorrichtung ermöglicht wird.
Ferner zeichnet sich das Bearbeitungsverfahren dadurch aus, dass mit sinkendem Differenzabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vergleichsschritten das Zeitintervall und/oder die Anzahl der zu bearbeitenden Werkstücke bis zur nächsten Durchführung der Schritte des Anfahrens, des Erfassens und des Vergleichens zunimmt. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Messungen sukzessiv zu erhöhen. Damit sinkt die Taktzeit, da auf diese Weise weniger Zeit für die Durchführung dieser Schritte veranschlagt werden muss.
Ferner erfolgt das Erfassen des Ist-Abstandes mit in die Werkzeugaufnahme eingelegtem Werkzeug. Auf diese Weise ist es möglich, Zeit, welche für das Auswechseln des Werkstücks einzuplanen wäre, einzusparen, um so die Taktzeit weiter zu verringern bzw. es ist nicht notwendig das Werkzeug der Werkzeugaufnahme gegen ein Sensorelement auszutauschen und dafür Zeit zu veranschlagen, in der nun ein Werkstück bearbeitet werden kann. Ferner kann so ein Magazinplatz, welcher für das Sensorelement zu veranschlagen wäre, eingespart werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine detaillierte Darstellung einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
3 zeigt ein Flussdiagramm, welches die Schritte eines Bearbeitungsverfahrens einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es wird dabei die Bearbeitungsvorrichtung näher beschrieben. Ein Ziel der Bearbeitungsvorrichtung ist es, die Bearbeitung eines Werkstücks exakt zu steuern.
Dabei zeigt 1 schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung 100. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 umfasst eine Haltevorrichtung 112 zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks 111 sowie eine Werkzeugaufnahme 114 zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeuges 122.
In der Werkzeugaufnahme 114 wird ein Bearbeitungswerkzeug 122 aufgenommen, mit welchem das auf der Haltevorrichtung angeordnete Werkstück 111 bearbeitet wird. In Abhängigkeit von dem Temperaturzustand der Bearbeitungsvorrichtung oder von anderen Einflussfaktoren tritt eine Abweichung bzw. eine Differenz zwischen einer mittels der Werkzeugaufnahme 114 oder der Haltevorrichtung 112 anzufahrenden Position auf, welche das Bearbeitungsergebnis verschlechtern würde und daher möglichst vor der Bearbeitung des Werkstücks 111 korrigiert werden sollte.
Um diese Differenz zu korrigieren, ist wahlweise an der Haltevorrichtung 112 eine Erfassungseinheit 118, wie z. B. eine Sensoreinheit oder dergleichen, oder an der Werkzeugaufnahme 114 eine Erfassungseinheit 116 (in 1 gestrichelt dargestellt), wie z. B. ein Sensor, insbesondere ein Analogsensor, oder dergleichen, ausgebildet.
Es wird mittels einer der beiden Erfassungseinheiten 116, 118 erfasst, ob eine von der Haltevorrichtung 112 oder von der Werkzeugaufnahme 114 angefahrene Position tatsächlich der anzufahrenden Position entspricht. Dazu wird mindestens eine der beiden Erfassungseinheiten 116, 118 bis auf einen Soll-Abstand an die jeweilige Einheit gefahren, an welcher sie nicht angeordnet ist. In anderen Worten, es wird also z. B. die an der Werkzeugaufnahme 114 an einer vorbestimmten Position angeordnete Erfassungseinheit 116 bis auf einen Soll-Abstand an eine Kante des Werkstücks 111 oder an eine Kante der Haltevorrichtung 112 gefahren. Dabei ist es unerheblich, ob sich die Werkzeugaufnahme 114 zu der Haltevorrichtung 112 hin bewegt oder umgekehrt. Anschließend wird der angefahrene Soll-Abstand, welcher im Bereich von bis zu 5 mm, bevorzugt bis zu 1 mm, noch bevorzugter bis zu 0,5 mm, beträgt, mit einem von der Erfassungseinheit 116 ermittelten Ist-Abstand verglichen. Diese Abstände können sich aufgrund der oben genannten Einflussfaktoren unterscheiden.
Alternativ ist statt der Erfassungseinheit 116 eine Erfassungseinheit 118 auf der Haltevorrichtung 112 ausgebildet und es wird auf ähnliche Weise wie oben die Erfassungseinheit 118 hin zu einer Kante der. Werkzeugaufnahme 114 bewegt, wobei als Endmaß ein Soll-Abstand zwischen Erfassungseinheit und Werkzeugaufnahme eingestellt wird. Danach wird der Soll-Abstand mit dem von der Erfassungseinheit 118 gemessenen Ist-Abstand verglichen.
Unabhängig davon, auf welche Art der Ist-Abstand ermittelt wird, also ob der Ist-Abstand mittels der Erfassungseinheit 116 oder mittels der Erfassungseinheit 118 ermittelt wird, wird der erfasste Ist-Abstand mit dem angefahrenen Soll-Abstand verglichen und die Differenz zwischen Soll- und Ist-Abstand gebildet.
Diese Differenz wird anschließend bei der Folgebearbeitung des oder der nächsten Werkstücke 111 mit in die von der Werkzeugaufnahme 114 und damit des Werkzeuges und/oder in die von der Haltevorrichtung 112 anzufahrenden Bearbeitungspunkte eingerechnet, so dass diese Punkte exakt angefahren werden können. Auf diese Weise ist es möglich, Differenzen zwischen einem Soll-Abstand und einem Ist-Abstand, welche aufgrund der oben genannten Einflussfaktoren auftreten, zu kompensieren und dadurch sehr exakte Bearbeitungsergebnisse bei gleichzeitiger Senkung der Taktzeit zu erzielen, da nicht, um die Bearbeitungsvorrichtung zu kalibrieren, statt eines Werkzeugs, eine Sensoreinheit aus einem Magazin entnommen werden muss und Zeit für den Werkzeugwechsel verloren geht und damit die Taktzeit erhöht wird. Vielmehr kann ein Werkzeug während der Ermittlung der Differenz mit Vorteil in der Werkzeugaufnahme 114 verbleiben.
Im Folgenden wird eine Bearbeitungsvorrichtung 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben. Die Bearbeitungsvorrichtung 200 entspricht dabei im Grunde genommen der Bearbeitungsvorrichtung 100, umfasst jedoch noch weitere Elemente, so dass weitere vorteilhafte Wirkungen erzielt werden können.
Die in 2 gezeigte Bearbeitungsvorrichtung 200 umfasst dabei eine Haltevorrichtung 212, auf welcher ein Werkstück 211 angeordnet ist. Die Haltevorrichtung ist dabei in der in 2 gezeigten X- und Y-Richtung jeweils verfahrbar (in X-Richtung durch einen Pfeil angedeutet). Die Bearbeitungsvorrichtung 200 kann insbesondere durch eine Fräsmaschine, bzw. ein Bearbeitungszentrum mit zumindest automatischem Werkzeugwechsel und Werkzeugspeicher oder einer Transferstraße verkörpert werden.
An der Haltevorrichtung 212 ist ein Maschinenständer 220 angeordnet, an welchem eine Werkzeugaufnahme 214 angeordnet ist, wobei die Werkzeugaufnahme 214 in der in 2 gezeigten Y- und Z-Richtung verschiebbar ist (in Z-Richtung durch einen Pfeil angedeutet).
Die Werkzeugaufnahme 214 ist dazu ausgebildet, ein in 2 gestrichelt angedeutetes Werkzeug 222 zur Bearbeitung des Werkstücks 211 aufzunehmen.
An der Haltevorrichtung 212 ist eine Erfassungseinheit 218 ausgebildet. Alternativ ist es ebenfalls möglich, an der Werkzeugaufnahme 214 eine Erfassungseinheit 216 (in 2 gestrichelt dargestellt) auszubilden. Mittels mindestens einer dieser Erfassungseinheiten 216, 218 ist es insbesondere im laufenden Betrieb möglich, einen Ist-Abstand zwischen Erfassungseinheit und Haltevorrichtung 212 oder Werkzeugaufnahme 214 nach dem Anfahren eines vorgegebenen Soll-Abstandes zu erfassen und die Bearbeitung des Werkstücks 211 im Anschluss auf Grundlage der Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem von der Erfassungseinheit erfassten Ist-Abstand zu steuern.
Die Erfassungseinheit 216, 218 ist dabei an einer vorbestimmen Position an der Haltevorrichtung (Erfassungseinheit 218) bzw. an der Werkzeugaufnahme 214 (Erfassungseinheit 216) auszubilden und verbleibt dauerhaft, also während der gesamten Bearbeitung und während dem Ermitteln der Differenz an der vorbestimmten Position.
Es ist dabei möglich, die Erfassungseinheit 216, 218 so auszubilden, dass diese in Abhängigkeit von angefahrenen Soll-Abständen Ist-Abstände in X-, Y- und Z-Richtung erfassen kann, um so sämtliche translatorischen Verfahrmöglichkeiten zu erfassen und anschließend die Bearbeitung des Werkstücks in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem Ist-Abstand zu steuern.
Um einen Ist-Abstand zu erfassen, wird dabei unabhängig von der Erfassungsrichtung (X, Y, Z) ein Soll-Abstand zu der Haltevorrichtung 212 oder dem Werkstück 211 (bei bekannten Werkstückgeometrien) bei Anordnung der Erfassungseinheit 216 an der Werkzeugaufnahme 214 angefahren. Bei Anordnung der Erfassungseinheit 218 an der Haltevorrichtung 212 wird ein Soll-Abstand zwischen Werkzeugaufnahme 214 und Haltevorrichtung 212 angefahren. Der Soll-Abstand kann dabei 5 mm, bevorzugt bis zu 1 mm, noch bevorzugter bis zu 0,5 mm betragen. Anschließend wird mittels der Erfassungseinheit 216, 218 der Ist-Abstand erfasst und mit dem Soll-Abstand verglichen und die Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem erfassten Ist-Abstand gebildet. In Abhängigkeit von diesem Differenzbetrag wird die Bearbeitung des Werkstücks 211 gesteuert.
Ferner kann eine Erfassungseinheit dazu ausgebildet sein den Ist-Abstand in mindestens zwei Richtungen, also z. B. in X- und Y-Richtung, zu erfassen. Dabei wird zunächst der Ist-Abstand einer Richtung an einer Kante erfasst und die Differenz ermittelt und anschließend diese Kante so seitlich angefahren, dass die Erfassungseinheit die Kante zur Hälfte überdeckt und aus dem sich einstellenden Wert der Ist-Abstand in der anderen Richtung ermittelt.
Ferner kann die Erfassungseinheit 216, 218 dazu verwendet werden die rotatorischen Verfahrwege der Werkzeugaufnahme 214 einzustellen, indem die Werkzeugaufnahme so um einen vorbestimmten Winkel gedreht wird, dass nach der Drehung die Erfassungseinheit einen Ist-Abstand zu einer Kante der Werkzeugaufnahme 214 oder der Haltevorrichtung 212 einnimmt, oder die Erfassungseinheit eine Kante in etwa zur Hälfte überdeckt und eine Ist-Drehung aus dem sich einstellenden Wert ermittelt wird.
An der Bearbeitungsvorrichtung 200 ist ferner eine Vorgabeeinrichtung 230, wie z. B. ein Computer, eine Logikschaltung oder dergleichen, vorgesehen, um zumindest eine der Erfassungseinheiten sowie die Haltevorrichtung 212 und die Werkzeugaufnahme 214 bei zumindest der Ermittlung der Differenz zu steuern. Die Vorgabeeinrichtung 230 kann ferner dazu ausgebildet sein, die vollständige Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung 200 zu übernehmen.
Ferner ist es mittels einer der Erfassungseinheiten 216, 218 möglich einen Ist-Abstand zwischen einer Werkstückzuführeinrichtung (nicht gezeigt), wie einem Be- und Entladeportal, und einer an der Haltevorrichtung 212 oder der Werkstückaufnahme 214 angeordneten Erfassungseinheit zu erfassen. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich die Werkstückzuführeinrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Abstandes und der Differenz zum Soll-Abstand zu steuern. Ferner kann die Werkstückzuführeinrichtung so nach einem Crash, bei welchem Informationen über Lage bzw. Position falsch geschrieben werden bzw. verloren gehen, erneut eingestellt werden, so dass die Werkstückzuführeinrichtung auf Grundlage der Differenz zwischen einem angefahrenen Soll-Abstand und einem von der Erfassungseinheit 216, 218 erfassten Ist-Abstand gesteuert werden kann.
Im Folgenden wird in 3 ein Flussdiagramm beschrieben, das die Schritte eines Bearbeitungsverfahrens in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wie z. B. einem Bearbeitungsverfahren für eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung, zeigt.
Dieses Verfahren kann beispielsweise von der in 1 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung 100 ausgeführt werden.
Dabei wird in einem ersten Schritt 302 ein Soll-Abstand zwischen einer Haltevorrichtung und einer Werkzeugaufnahme angefahren, wobei eine Erfassungseinheit an einer vorbestimmten Position fest bzw. dauerhaft an der Haltevorrichtung oder an der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
In einem zweiten Schritt 304 wird ein Ist-Abstand mittels der Erfassungseinheit zwischen der Haltevorrichtung und der Werkzeugaufnahme erfasst.
In einem dritten Schritt 306 wird der Soll-Abstand mit dem Ist-Abstand verglichen und ein Differenzanstand ermittelt.
Anschließend wird in einem vierten Schritt 208 eine Bearbeitung des Werkstücks mittels der Bearbeitungsvorrichtung auf Grundlage des Differenzabstandes gesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, die Bearbeitung an eine etwaige Differenz zwischen Soll- und Ist-Abstand anzupassen, um so eine exakte Bearbeitung zu ermöglichen ohne dass Zeit für die Einführung eines Sensors in die Werkzeugaufnahme einkalkuliert werden muss.
Dabei ist es beispielsweise möglich, dass der Ist-Abstand mittels der Erfassungseinheit berührungslos erfasst wird, wodurch der Ist-Abstand mit besonders hoher Geschwindigkeit angefahren werden kann, da ein geringes Überschwingen beim Anfahren nicht zu einer Beeinträchtigung der Erfassungseinheit führt.
Die Schritte 302, 304 und 306 sind dabei bevorzugt binnen 5 Sekunden, noch bevorzugter in einem Zeitraum von 0 bis 3 Sekunden durchführbar, da ein Werkzeugwechsel zu einer Erfassungseinheit in der Werkzeugaufnahme nicht erforderlich ist, da die Erfassungseinheit dauerhaft bzw. fest an der vorbestimmten Position angeordnet ist, und so mit Vorteil Zeit eingespart werden kann.
Der ermittelte Differenzabstand wird anschließend mit Vorteil in die Ermittlung bzw. die Berechnung weiterer anzufahrender Folgeabstände mit einbezogen.
Die Häufigkeit, in der die Schritte 302, 304 und 306 durchgeführt werden, kann mit sinkendem ermitteltem Differenzabstand abnehmen, da ein sinkender Differenzabstand ein Indikator für eine warmgefahrene Maschine, bei welcher sich die Differenzabstände in der Regel nicht mehr verändern, ist. Dabei ist das. Erfassen des Ist-Abstandes mit in die Werkzeugaufnahme eingelegtem Werkzeug möglich. Auf diese Weise wird mit Vorteil Bearbeitungszeit eingespart und die Taktzeit sinkt.
Aus der vorhergehenden Beschreibung erkennt der Fachmann, dass verschiedene Modifizierungen und Variationen der Bearbeitungsvorrichtung und des Bearbeitungsverfahrens durchgeführt werden können, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird. Es ist ferner möglich, die Bearbeitungsvorrichtung in einer Vielzahl von Applikationen einzusetzen, in der exakte Bearbeitungsergebnisse ohne einen zeitaufwendigen und energieaufwendigen Hochlauf der Maschine gefordert werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs notwendig.
Das praktische Beispiel anhand einer Fräseinheit, mit welchem die Erfindung beschrieben wurde, soll lediglich zum besseren. Verständnis der Erfindung dienen und soll diese nicht einschränken. Der Fachmann erkennt sofort, dass viele unterschiedliche Anwendungsgebiete sich aus der Erfindung ergeben. Deshalb wird der wahre Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gekennzeichnet.

Claims

Bearbeitungsvorrichtung (100; 200) umfassend: – eine Haltevorrichtung (112; 212) zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks (111; 211); – eine Werkzeugaufnahme (114; 214) zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeuges; und – mindestens eine Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218), die an einer vorbestimmten Position an der Haltevorrichtung (112; 212) oder der Werkzeugaufnahme (114; 214) angeordnet ist, zum Erfassen eines Ist-Abstandes zwischen der Haltevorrichtung (112; 212) und der Werkzeugaufnahme (114; 214), wobei die Bearbeitungsvorrichtung (100; 200) ausgebildet ist einen Soll-Abstand zwischen der Werkzeugaufnahme (114; 214) und der Haltevorrichtung (112; 212) anzufahren, und auf Grundlage der Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem von der Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218) erfassten Ist-Abstand, die Bearbeitung des Werkstücks (111; 211) zu steuern, und wobei die Bearbeitungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei in der Werkzeugaufnahme aufgenommenem Bearbeitungswerkzeug der Ist-Abstand erfassbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218) an der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218) an der Haltevorrichtung (112; 212) angeordnet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218) ausgebildet ist den Ist-Abstand in Z-Richtung, bevorzugt in X-, Y- und Z-Richtung, zu messen.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Abstand ungleich Null ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218) ausgebildet ist den Ist-Abstand berührungslos zu erfassen.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (116; 118; 216; 218) dazu ausgebildet ist, einen Ist-Abstand zwischen einer Werkstückzuführeinrichtung und der Haltevorrichtung (112; 212) zu erfassen.
Barbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorgabeeinrichtung (230) zum Steuern eines Soll-Weges in Abhängigkeit der von der Erfassungseinheit erfassten Differenz an der Bearbeitungsvorrichtung (200) vorgesehen ist.
Bearbeitungsverfahren für eine Bearbeitungsvorrichtung, umfassend folgende Schritte: – Anfahren eines Soll-Abstandes zwischen einer Haltevorrichtung und einer Werkzeugaufnahme, wobei eine Erfassungseinheit an einer vorbestimmten Position an der Haltevorrichtung oder an der Werkzeugaufnahme angeordnet ist, – Erfassen eines Ist-Abstandes mittels der Erfassungseinheit zwischen der Haltevorrichtung und der Werkzeugaufnahme, wobei das Erfassen des Ist-Abstandes mit in der Werkzeugaufnahme aufgenommenem Bearbeitungswerkzeug durchgeführt wird, – Vergleichen des Soll-Abstandes mit dem Ist-Abstand und Ermitteln eines Differenzabstandes – Steuern einer Bearbeitung des Werkstücks mittels der Bearbeitungsvorrichtung auf Grundlage des Differenzabstandes.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Abstand berührungslos erfasst wird.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit den Ist-Abstand in z-Richtung, bevorzugt in X-, Y-, und Z-Richtung, erfassen kann und der Schritt des Steuerns in Abhängigkeit des jeweiligen Differenzabstandes erfolgt.
Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass de Verfahrensschritte binnen 5 Sekunden, bevorzugt in einem Zeitraum von 0 bis 3 Sekunden, durchgeführt werden.
Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzabstand in die Ermittlung anzufahrender Folgeabstände miteinbezogen wird.
Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit sinkendem Differenzabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vergleichsschritten, das zeitintervall und/oder die Anzahl der zu bearbeitenden Werkstücke bis zur nächsten Durchführung der Schritte des Anfahrens, des Erfassens und des Vergleichens zunimmt.