DE19851411A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Fräs- oder Bohrwerkzeugen und zur Geometriekompensation im Automatikbetrieb an Werkzeugmaschinen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Fräs- oder Bohrwerkzeugen und zur Geometriekompensation im Automatikbetrieb an WerkzeugmaschinenInfo
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken mit den Schritten: Einstellen des Werkzeugs in die Bearbeitungsstellung, Anfahren von berührungslosen Meßvorrichtungen für das Werkzeug in dessen Bearbeitungsstellung und Vermessen des rotierenden Werkzeugs sowie ggf. Kompensation möglicher geometrischer Abweichungen. Alle Schritte ohne Bedienereingriff.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs-
oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch
angeordneten Werkstücken.
Aufgrund von Ungenauigkeiten in den Führungen der
Bearbeitungsvorrichtung sowie aufgrund der Abnutzung der Werkzeuge
kommt es beim Bearbeiten von Werkstücken zu Ungenauigkeiten bei
der Bearbeitung, insbesondere ergeben sich Absätze beim
segmentweisen Fräsen mit unterschiedlichen Werkzeugstellungen. Um
diese Absätze möglichst klein zu halten, besteht einmal die
Möglichkeit, die Absätze durch manuelle Nacharbeit zu beseitigen,
was bei großen Werkstücken aus schwer zu bearbeitendem Material
zeitaufwendig, schwierig und ungenau ist, sowie die weitere
Möglichkeit, das Werkzeug durch manuellen Bedienereingriff an der
Maschine neu zu justieren.
Bekannt ist des weiteren das Vermessen eines Werkzeugs an einem
Meßtopf, an den das Werkzeug in einer vorgegebenen Meßstellung
berührend herangefahren wird. Dieser Meßtopf erlaubt es, das
Werkzeug in den Achsen X, Y, Z zu vermessen, jedoch erfolgt das
Vermessen nur punktweise und ergibt kein vollständiges Bild der
Geometrie des Werkzeugs. Des weiteren lassen sich Ungenauigkeiten
in den Bewegungsantrieben der Bearbeitungsvorrichtung nicht
berücksichtigen bzw. messen.
Schließlich ist es auch noch bekannt, das Werkzeug durch einen
Meßtaster zu ersetzen, der die Kontur einer nahegelegenen
Eichkugel anfährt. Bei diesem Verfahren lassen sich weder die
Abnutzung des Werkzeugs noch Ungenauigkeiten in den
Bewegungsantrieben der Bearbeitungsvorrichtung feststellen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Vermessen von Fräs- oder Bohrwerkzeugen in einer
Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, die es erlauben,
Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung, insbesondere Absätze beim
segmentweisen Fräsen mit unterschiedlichen Werkzeugstellungen zu
vermeiden, wobei dieses Verfahren und die Vorrichtung einen
Automatikbetrieb ermöglichen sollen.
Ausgehend von dieser Problemstellung wird ein Verfahren zum
Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs-
oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch
angeordneten Werkstücken vorgeschlagen, das erfindungsgemäß aus
den Schritten besteht:
- - Einstellen des Werkzeugs in die Bearbeitungsstellung,
- - Anfahren von berührungslosen Meßvorrichtungen für das Werkzeug in dessen Bearbeitungsstellung und
- - Vermessen des rotierenden Werkzeugs sowie ggf.
- - Kompensation möglicher geometrischer Abweichungen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß nur dann ein
genaues Vermessen eines Werkzeuges möglich ist, bei dem sowohl die
Veränderungen der Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs aufgrund von
Abnutzung als auch Ungenauigkeiten in den Bewegungsantrieben der
Bearbeitungsvorrichtung berücksichtigt werden können, wenn das
Werkzeug in der Bearbeitungsstellung vermessen wird und sich dabei
dreht. Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht,
wobei sich das Anfahren der Meßvorrichtungen automatisch; steuern
und sich in der Meßvorrichtung die tatsächliche Verlagerung der
Werkzeugkontur zu der theoretischen Soll-Position ermitteln läßt.
Hieraus werden die Korrekturwerte wenigstens in den Achsen X, Z
oder Y, Z, vorzugsweise jedoch in den Achsen X, Y, Z ermittelt und
automatisch in die Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung
eingegeben. Ein Bedienereingriff ist somit nicht mehr notwendig.
Statt, wie bekannt, Einzelkomponenten an Einflußfaktoren zu
vermessen, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein
Gesamtergebnis erhalten, das sich direkt für die Steuerung der
Bearbeitungsvorrichtung verwenden läßt.
Vorzugsweise können zwei Laser-Strahl-Lichtschranken auf einer
Meßplatte in X- und Y-Richtung angeordnet sein und das rotierende
Werkzeug für die Messung in X- und Y-Richtung wird waagerecht
seitlich an die Laserstrahlen und für die Messung in Z-Richtung
senkrecht von oben an einen Laserstrahl herangefahren.
Zum Vermessen des Werkzeugs kann dieses an eine am Aufspanntisch
angeordnete Meßvorrichtung herangefahren werden. Ebenso ist es
möglich, das Werkzeug an eine getrennt von dem Aufspanntisch an
einer Meßplatte an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnete
Meßvorrichtung heran zu fahren.
Wenn die Meßvorrichtung getrennt von dem Aufspanntisch an einer
Meßplatte angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn sich die
Meßplatte zum Vermessen des Werkzeugs in den Bewegungsbereich des
Werkzeugs bewegen läßt, während der Werkstückbearbeitung jedoch
aus dem Bewegungsbereich des Werkzeugs herausgeführt ist. Dabei
kann die Bewegung der Meßplatte vorzugsweise aus einer
Schwenkbewegung bestehen.
Zur Lösung des eingangs erwähnten Problems wird des weiteren eine
Vorrichtung zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung
angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf
einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken vorgeschlagen, die
Einrichtungen zum Einstellen des Werkzeugs in die
Bearbeitungsstellung und eine Meßeinrichtung an der
Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Vermessen des sich in
der Bearbeitungsstellung befindlichen, rotierenden Werkzeugs
aufweist.
Die Meßvorrichtung kann vorzugsweise aus auf einer Meßplatte
angeordneten Laser-Strahl-Lichtschranken bestehen, wobei die
Meßplatte entweder am Aufspanntisch für das Werkstück oder
getrennt von dem Aufspanntisch an der Bearbeitungsvorrichtung
angeordnet sein kann. In diesem Fall kann die Meßplatte in den
Bewegungsbereich des Werkzeugs bewegbar, vorzugsweise schwenkbar
an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Bearbeitungskopf mit einem Fräswerkzeug in
der Bearbeitungsstellung beim Vermessen in der
Y-Achse,
Fig. 2 einen Bearbeitungskopf mit einem Fräswerkzeug beim
Vermessen in der X-Achse und
Fig. 3 einen Bearbeitungskopf mit einem Fräswerkzeug beim
Vermessen in der Z-Achse.
Von einer Bearbeitungsvorrichtung, im dargestellten Beispiel eine
Fräsmaschine, ist ein in Richtung der Achsen A, B, C bewegbarer
Bearbeitungskopf 1 dargestellt. An dem Bearbeitungskopf 1 ist
eine Motorfrässpindel 2 angeordnet, die ein hochtourig laufendes
Fräswerkzeug 3 mit einem Kugelfräskopf trägt. Dieses Fräswerkzeug
3 befindet sich in einer Bearbeitungsstellung, in die es nach
Beendigung eines Bearbeitungsvorgangs in einer anderen
Bearbeitungsstellung mittels im einzelnen nicht dargestellter
Bewegungsantriebe gebracht wurde. Auf einer Meßplatte 4 sind eine
Laser-Strahl-Lichtschranke 5 mit einer Laserstrahl 6 sowie
rechtwinklig dazu eine weitere Laser-Strahl-Lichtschranke 7 mit
einem Laserstrahl 8 angeordnet. Die Meßplatte 4 kann in im
einzelnen nicht dargestellter Weise an oder auf einem
Aufspanntisch für ein nicht dargestelltes Werkstück angeordnet
sein. Mit Hilfe der Laser-Strahl-Lichtschranken 5, 7 auf der
Meßplatte 4 läßt sich der in seiner Bearbeitungsstellung
befindliche Kugelkopf des Fräswerkzeugs 3 vermessen. Zu diesem
Zweck wird der Kugelkopf, wie in Fig. 1 dargestellt, zunächst in
Y-Richtung in Richtung des Laserstrahls 6 verfahren, derart, daß
der Laserstrahl 6 den Kugelfräskopf an seinem größeren Durchmesser
berührt. Da sich das Werkzeug beim Vermessen dreht, ist es
möglich, seine Geometrie unter Berücksichtigung der Abnutzung und
seiner Position in der Bearbeitungsstellung im Bearbeitungskopf 1
zu vermessen. In gleicher Weise wird eine Messung in X-Richtung
vorgenommen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Schließlich wird
auch noch eine Messung in Z-Richtung, wie in Fig. 3 dargestellt,
vorgenommen, indem der Kugelfräskopf senkrecht von oben gegen den
Laserstrahl 6 oder den Laserstrahl 8 bewegt wird.
Aus den Meßwerten des rotierenden Originalwerkzeugs ergeben sich
sämtliche Einflußfaktoren, die eine Ungenauigkeit beim Bearbeiten
des Werkstücks, insbesondere Absätze beim segmentweisen Fräsen mit
unterschiedlichen Werkzeugstellungen verursachen, ermittelt und
lassen sich automatisch berücksichtigen. Bei diesen
Einflußfaktoren, die eine Ungenauigkeit beim Fräsen verursachen,
handelt es sich beispielsweise um Fehler in der Geometrie der
Maschine, in der Werkzeugaufnahme für das Werkzeug und
Veränderungen in der Geometrie des Werkzeugs durch Abnutzung.
Diese Einflußfaktoren werden durch das Vermessen des Werkzeugs in
seiner spezifischen Schrägstellung, in der auch bei der folgenden
Bearbeitung der Eingriff am Werkstück erfolgt, gewährleistet.
Nach jeder Veränderung der Bearbeitungsstellung wird das
rotierende Werkzeug erneut in die Meßvorrichtung gefahren, und die
tatsächliche Verlagerung der Werkzeugkontur zur theoretischen
Soll-Position wird ermittelt. Hieraus werden die Korrekturwerte in
den drei Linearachsen X, Y und Z automatisch als Offset-Werte
errechnet. Ein Bedienereingriff ist somit nicht mehr notwendig.
Die Meßplatte 4 kann auch getrennt von dem Aufspanntisch für das
Werkstück an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sein. In
diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn sich die Meßplatte in und aus
den Bewegungsbereich des Werkzeugs bewegen, vorzugsweise schwenken
läßt.
Claims (11)
1. Verfahren zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung
angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf
einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken mit den
Schritten:
- 1. Einstellen des Werkzeugs in die Bearbeitungsstellung,
- 2. Anfahren von berührungslosen Meßvorrichtungen für das Werkzeug in dessen Bearbeitungsstellung und
- 3. Vermessen des rotierenden Werkzeugs sowie ggf.
- 4. Kompensation von möglichen geometrischen Abweichungen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das rotierende Werkzeug in
den Achsen X, Y, Z vermessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwei
Laser-Strahl-Lichtschranken auf einer Meßplatte in X- und
Y-Richtung angeordnet sind und das rotierende Werkzeug für die
Messung in X- und Y-Richtung waagerecht seitlich an die
Laserstrahlen und für die Messung in Z-Richtung senkrecht von
oben an einen Laserstrahl herangefahren wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das
Werkzeug zum Vermessen an die am Aufspanntisch angeordnete
Meßvorrichtung herangefahren wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das
Werkzeug zum Vermessen an die getrennt von dem Aufspanntisch
an einer Meßplatte an der Bearbeitungsvorrichtung angeordneten
Meßvorrichtung herangefahren wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Meßplatte zum Vermessen
des Werkzeugs in den Bewegungsbereich das Werkzeugs bewegt
wird.
7. Vorrichtung zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung
angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen (3) zum Bearbeiten von
auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken mit
- 1. Einrichtungen (1) zum Einstellen des Werkzeugs (3) in die Bearbeitungsstellung und
- 2. einer Meßeinrichtung (5, 7) an der Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Vermessen des sich in der Bearbeitungsstellung befindlichen, rotierenden Werkszeugs (3).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit auf einer Meßplatte (4)
angeordneten Laser-Strahl-Lichtschranken (5, 7).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Meßplatte (4)
am Aufspanntisch für das Werkstück angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Meßplatte (4)
getrennt von dem Aufspanntisch an der Bearbeitungsvorrichtung
angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Meßplatte (4) in den
Bewegungsbereich des Werkzeugs (3) bewegbar an der
Bearbeitungsvorrichtung angeordnet ist.
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