DE3330280A1

DE3330280A1 - Selbsttaetige mess-/ausgleichsvorrichtung fuer werkzeugdurchmesser

Info

Publication number: DE3330280A1
Application number: DE19833330280
Authority: DE
Inventors: Isao Takezawa; Shunsuke Nagoya Aichi Wakaoka
Original assignee: Okuma Tekkosho KK; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1983-08-22
Publication date: 1984-04-12
Also published as: GB2129162A; US4590580A; DE3330280C2; GB8322638D0; GB2129162B; JPS5969248A; JPS6350140B2

Description

S 466 M

Selbsttätige Meß-VAusgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Meß-/Ausgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei der das Werkzeug auf einer Arbeitsspindel angebracht und zur Bearbeitung gedreht wird.

Es ist eine selbsttätige Vorrichtung für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, insbesondere für eine zentrale spanabhebende Bearbeitungseinrichtung bekannt, bei der Werkzeuge automatisch gewechselt, die Werkzeuggrößen automatisch gemessen werden und der Abriebwert automatisch ausgeglichen wird. Allerdings muß bei dieser bekannten Vorrichtung der Betrieb des Werkzeugs angehalten werden, damit es weitergeschaltet und in seine Lage gebracht werden kann. Hierfür ist ein Steuerprogramm oder eine zusätzliche Vorrichtung nötig, was Schwierigkeiten bei der Handhabung verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, .τιi t der Schwankungen im Durchmesser der Schneidwerkzeuge eines Stirnfräsers, einer Bohrstange oder einer sonstigen Fräsvorrichtung und dgl. automatisch und leicht gemessen und ausgeglichen werden können, und die bestens geeignet ist, um das Ausmaß des Abriebs eines Bezugswerkzeugs und eines Arbeitswerkzeugs der Werkzeugmaschine zu messen.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Aus-

führungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Lage, in der Meßfühler gemäß der Erfindung an der Werkzeugmaschine anzubringen sind;

Fig. 2A und 2B graphische Darstellungen der Ausgabedaten der mit den Meßfühlern erzielten Meßwerte bei einem Stirnfräser;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Fließschema des Betriebs der Vorrichtung;

Fig. 5A und 5B schematische Ansichten zur Darstellung der individuellen Messung des Durchmessers auf der X- bzw. Y-Achse.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist ein Bett 1 einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, z.B. einer bekannten horizontalen, zentralen spanabhebenden Bearbeitungseinrichtung auf, mit der Werkstücke unter Verwendung umlaufender Werkzeuge bearbeitet werden. Auf dem Bett 1 ist ein Tisch 2 sowie ein Aufspanntisch 3 angebracht. Der Aufspanntisch 3 ist am Bett 1 in solcher Lage befestigt, daß er die Bewegung des Tisches 2 nicht stört und daß eine Arbeitsspindel horizontal drehbar gelagert werden kann. Am Aufspanntisch 3 sind kontaktlos arbeitende Meßfühler 5 und 6 angebracht. Der Meßfühler 5 mißt radiale Werte in vertikaler Richtung, d.h. in Y-Richtung, eines Arbeitswerkzeugs 4 und eines hier nicht gezeigten Bezugswerkzeugs, die beide auf der Arbeitsspindel angebracht sind, welche sich in Meßstellung befindet. Der Meßfühler 6 mißt in ähnlicher Weise die genannten Werte in horizontaler Richtung bzw. in X-Richtung. Die genannten kontaktlosen Meßfühler 5 und 6 können beliebige handelsübliche Detektoren oder Meßfühler sein, vorausgesetzt, daß ihr Ausgang proportional zum Abstand zwischen dem

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angebrachten Meßfühler und einem zu messenden Werkzeug ist. Handelt es sich bei dem Arbeitswerkzeug 4 um einen Stirnfräser mit zwei Schneideinrichtungen, dann wird von den Meßfühlern 5 und 6 die Wellenhöhe bzw. deren Durchschnittswert immer dann ausgegeben, wenn die Schneideinrichtungen an den Meßfühlern 5 und 6 vorbeilaufen, wie in Fig. 2A bzw. 2B gezeigt. Fig. 2A zeigt den Ausgangswert Y des Meßfühlers 5 für den Fall, daß das gemessene und auf der Spindel angebrachte Werkzeug mit η Umdrehungen pro Minute gedreht wird, während Fig. 2B den entsprechenden Ausgangswert X des Meßfühlers 6 zeigt.

Wie Fig. 3 zeigt, werden die Ausgangswerte X und Y der Meßfühler 6 und 5 in einen Speicher 11 eingegeben, der die Ausgangswerte X_n, Y_Q und x_Q des Bezugswerkzeugs und des Arbeitswerkzeugs vor Aufnahme des Bearbeitungsbetriebs speichert, die mit den Meßfühlern 5 und 6 während der Umdrehunq der Werkzeuge gemessen wurden. In einem Subtrahierwerk 12 wird die Differenz AX. (i = 1, 2, ... n) zwischen dem mittels des Meßfühlers 6 festgestellten Meßwert X. (i = 1, 2, ... n) des sich drehenden Bezugswerkzeugs und dem im Speicher 11 gespeicherten Ausgangswert X_n berechnet, um das Ausmaß der Wärmeverschiebung nach einer gegebenen Anzahl von Bearbeitungsgängen zu erhalten. In einem Register 13 werden der Reihe nach die Subtraktionswerte AX. = X. - X_ des Subtrahierwerks 12 gespeichert und dann der Soeicherwert AX. in eine numerische Steuerung, bezeichnet als NC-System 30, als Kompensations- bzw. Ausgleichsausmaß für die Wärmeverschiebung bzw. Wärmeverlagerung der X-Richtung (horizontal) eingegeben und außerdem auf einer Anzeige 23 angezeigt. In einem weiteren Subtrahierwerk 14 wird die Differenz AY. (i = 1, 2, ... n) zwischen dem mit dem Meßfühler 5 wahrgenommenen Meßwert Y. (i = 1, 2, ... n) des sich drehenden Bezugswerkzeugs - nach der gleichen Anzahl

von Werkstücken wie im Fall des Subtrahierwerks 12 - und dem im Speicher 11 gespeicherten Ausgangswert Y_n berechnet. In einem Register 15 werden der Reihe nach die Subtraktionswerte AY. = Y. - Y_n des Subtrahierwerkes 14 gespeichert und dann der Speicherwert AY. in das NC-System 30 eingegeben als Ausgleichsvolumen der Wärmeverlagerung der Y-Richtung (vertikal) und gleichfalls auf der Anzeige 23 angezeigt. In einem Subtrahierwerk 16 wird die Differenz Ax. (i = 1, 2, ... n) zwischen dem vom Meßfühler 6 wahrgenommenen Wert x. des sich drehenden Arbeitswerkzeugs 4 und den im Speicher 11 gespeicherten Ausgangswert X_n berechnet, um die Schwankungen im Werkzeugdurchmesser bei der oben erwähnten Anzahl von Arbeitsgängen festzustellen. In einem Subtrahierwerk 17 wird der Abreibgrad AT. (i = 1, 2, ... n) des Arbeitswerkzeugs 4 berechnet, bei dem es sich urn die Differenz (Ax. - AX.) zwischen dem Speicherwert AX. in Register 13 und dem aus dem Subtrahierwerk 16 ausgegebenen Subtraktionswert Ax. handelt.

In einem Register 18 wird der Reihe nach der Abriebgrad AT. = Ax. - AX. des Arbeitswerkzeugs vom Subtrahierwerk gespeichert, und ein Addierer 19 addiert den Abriebgrad AT., bei dem es sich um die der Reihe nach im Register gespeicherten Subtraktionswerte AT. handelt, um einen Akkumulationswert AS. = AS. ₁ +AT. zu erhalten. In einem Register 20 werden die Akkumulationswerte AS. gespeichert, die auch auf der Anzeige 23 angezeigt werden, wobei das Register 20 gemeinsam mit dem Addierer 19 einen Akkumulator bildet. Der Akkumulator 24 akkumuliert im Addierer 19 den Additionswert des gegenwärtigen Ausgangswertes AT. des Registers 18 und des früheren Ausgangswertes AS_1-1 des Registers 20 der Reihe nach von i = 1 bis n. Der Akkumulationswert AS. = AS. + AT. im Addierer 19 wird dann unmittelbar an das Register 20 weitergegeben und an eine Ver-

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gleichsschaltung 21 angelegt sowie auf der Anzeige 23 als Akkumulationswert angezeigt. Die Vergleichsschaltung 21 vergleicht den Akkumulationswert AS. mit einem im voraus von einer Bedienungsperson eingestellten Kriterium oc für die Werkzeuglebensdauer. Wenn AS. <■ c*. , wird ein Werkzeugausgleichssignal TC an einen Addierer 22 abgegeben, und wenn AS. f (H, , wird ein Warnsignal AL abgegeben. Gibt die Vergleichsschaltung 21 ein Werkzeugausgleichssignal TC ab, so addiert der Addierer 22 den vom Register 18 gelieferten Wert AT. für den Werkzeugausgleich zum Ausgangswert T- für den Werkzeugausgleich bzw. zum Kompensationswert vor Aufnahme der Bearbeitung (z.B. ein Wert für · den Ausgleich von Fehlern bei der Anbringung und für den Abriebwert des Arbeitswerkzeuges, der durch die Bearbeitung 'bis zu einem Werkzeug vorher erhalten wurde). Der Addierer 22 gibt ein Additionsausgleichssignal CS an das NC-System 30 ab. Auf der Anzeige 23 wird der Speicherwert AX. des Registers 13, der Speicherwert AY. des Registers 15 und der Akkumulationswert AS. des Akkumulators 24 angezeigt.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung soll nun unter Hinweis auf das Fließschema gemäß Fig. 4 näher erläutert werden.

Zunächst wird zur Programmvorbereitung der Akkumulator 24, der den Addierer 19 und das Register 20 aufweist, auf Null gestellt (Schritt Sl). Das bedeutet, daß der Akkumulationswert Aß im Akkumulator 24 auf Null eingestellt wird. Als nächstes messen die Meßfühler 5 und 6 die Werte des auf der Arbeitsspindel angebrachten Bezugswerkzeugs, welches sich an der Meßposition dreht (Schritt S2), und der Speicher 11 speichert die erhaltenen Werte als Ausgangswerte X₀ bzw. Y₀ (Schritt S3). Dann mißt der Meßfühler 6 den

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Wert eines auf der Arbeitsspindel angebrachten und in der Meßposition gedrehten Arbeitswerkzeugs 4 vor Aufnahme der Bearbeitung (Schritt S4), und der Speicher 11 speichert diesen Wert als Ausgangswert x_Q (Schritt S5). Es sei noch erwähnt, daß für das Arbeitswerkzeug 4 gemäß Fi-g. 1 der Fall mit maximalem Durchmesser dargestellt ist. Wenn das Werkzeug einen kleineren Durchmesser hat, werden die Durchmesser in X- und Y-Richtung individuell gemessen, wie aus Fig. 5A und 5B hervorgeht.

Im nächsten Schritt S6 beginnt die spanabhebende Bearbeitung an den auf dem Tisch 2 befestigten Werkstücken unter Verwendung des Arbeitswerkzeugs 4. Nach der Bearbeitung einer vorherbestimmten Anzahl von Werkstücken wird die Arbeitsspindel in Meßposition gebracht und das Arbeitswerkzeug 4 mit Hilfe eines automatischen Werkzeugwechslers oder von einer Bedienungsperson gegen das Bezugswerkzeug ausgetauscht. Das Bezugswerkzeug wird dann (Schritt S7) mittels des Meßfühlers 6 als X₁ (i = 1; nachfolgend bedeutet das Suffix 1: i = 1) gemessen. Im Schritt S8 berechnet das Subtrahierwerk 12 das Ausmaß der Wärmeverlagerung AX. in X-Richtung der Werkzeugmaschine anhand des Meßwertes X. und des im Speicher 11 gespeicherten Ausgangswertes X_Q. Im Schritt S9 wird der Subtraktionswert AX im Register 13 gespeichert und auf der Anzeige 23 angezeigt, während gleichzeitig der Wert der Wärmeverschiebung AX₁ in X-Richtung in das NC-System 30 eingegeben wird. Das Bezugswerkzeug wird mittels des Meßfühlers 5 (Schritt SlO) in ähnlicher Weise als Y. gemessen, und das Subtrahierwerk 14 berechnet das Ausmaß der Wärmeverlagerung AY₁ in Y-Richtung der Werkzeugmaschine anhand des Meßwertes Y₁ und des im Speicher 11 gespeicherten Ausgangswertes Y_n (Schritt SIl). Im Schritt S12 wird der Subtraktionswert AY₁ im Register 15 gespeichert und auf der Anzeige 23 angezeigt, während gleichzeitig das

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Ausmaß der Wärmeverlagerung AY- in Y-Richtung in das NC-System 30 eingegeben wird.

Im nächsten Schritt S13 wird das Bezugswerkzeug wieder durch das Arbeitswerkzeug 4 auf der Arbeitsspindel ersetzt und das Arbeitswerkzeug 4 in diesem Arbeitsstadium mittels des Meßfühlers 6 gemessen. Im Schritt S14 wird die Abweichung des Werkzeugdurchmessers Ax₁ im Subtrahierwerk 16 anhand des Meßwertes X₁ aus Schritt S13 und des im voraus im Speicher 11 gespeicherten Ausgangswertes x_Q berechnet. Der Werkzeugabriebwert AT₁ wird aus dem Subtraktionswert Ax. und dem im Register 13 gespeicherten Ausmaß der Wärmeverlagerung AX₁ in X-Richtung erhalten (Schritt S15). Gleichzeitig wird der Abriebgrad des Werkzeugs AT₁ im Register 18 gespeichert (Schritt S16), und dann wird der Abriebgrad des Werkzeugs AT vom Addierer 19 im Akkumulator 24 akkumuliert (Schritt S17). Da der Akkumulator 24 entsprechend vorbereitet wurde, wird der Wert zu AS_n = im Addierer 19 addiert. Im Schritt S18 wird der Akkumulationswert AS₁ = AT₁ im Register 20 gespeichert und dann als AS₁ im Akkumulator 24. Im Schritt S19 wird der Akkumulationswert AS₁ mit dem im voraus eingestellten Kriterium Ot der Werkzeuglebensdauer verglichen, und wenn die Entscheidung über das Verhältnis AS > cc nicht zutrifft oder "NEIN" ist, wird das Werkzeugausgleichssignal TC von der Vergleichsschaltung 21 abgegeben. Im Schritt S20 wird der im Register 18 gespeicherte Wert des Werkzeugausgleichs AT₁ vom Addierer 22 zum ursprünglichen Kompensationswert T₁ addiert und dann ein Ausgleichssignal CS an das NC-System 30 weitergegeben. Da AS₁ < «, , kehrt das Programm zum vorstehend beschriebenen Schritt S6 zurück, nachdem ein Werkzeugausgleich für die Bearbeitung einer im voraus bestimmten Anzahl von Werkstücken vorgenommen wurde. Die Arbeitsschritte werden der Reihe nach i = 1 bis η wiederholt, wo-

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bei der Reihe nach ein Ausgleich für den Werkzeugabrieb
und ein Ausgleich für die Wärmeverlagerung der Werkzeugmaschine stattfindet. Wenn im Schritt S19 die Entscheidung über das Verhältnis AS. >· 06 ist, d.h. wenn die Entscheidung "JA" lautet, gibt die Vergleichsschaltung 21 ein
Warnsignal AL ab. Dann wird das abgenutzte Werkzeug mittels des selbsttätigen Werkzeugwechslers gegen ein neues Werkzeug ausgetauscht und die anschließende spanabhebende Bearbeitung in ähnlicher Weise weitergeführt.

Da mit der Erfindung eine Messung von Werkzeugen während
ihrer Umdrehung möglich ist, wie vorstehend beschrieben,
kann die Messung mehrfach schneidender Kanten in kürzerer Zeit und mit höherem Wirkungsgrad durchgeführt werden,
ohne daß Zeit für das Weiterschalten usw. benötigt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet, die Lebensdauer des Werkzeugs und die Wärmeverlagerung zui messen und den nötigen Ausgleich vorzunehmen, so daß sich eine größere Bearbeitungspräzision ergibt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Werkzeug zur Wärmeverlagerung nach der spanabhebenden Bearbeitung durch das Bezugswerkzeug ersetzt, und das Bezugswerkzeug wird dann durch ein Arbeitswerkzeug ersetzt, um das Ausmaß des Werkzeugabriebes zu erhalten. Es ist aber auch möglich, den Abriebgrad des Werkzeugs unmittelbar nach dem Schneidvorgang abzuleiten und dann wird das Werkzeug durch ein Bezugswerkzeug ersetzt, um das Ausmaß der Wärmeverlagerung zu erhalten.

Claims

1-32, Tsujimachi, Kita-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken, Japan

Selbsttätige Meß-/Ausgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser

Beanspruchte Priorität:

12. Oktober 1982 - Japan - Nr. 178845/1982

Patentansprüche

( 1./Selbsttätige Meß-ZAusgleichsvorrichtung für Werkaeugdurchmesser einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem auf einer Arbeitsspindel angebrachten, drehbaren Werkzeug,
gekennzeichnet durch

- einen ersten kontaktlosen Meßfühler (6), der an einem Aufspanntisch (3) der Werkzeugmaschine vorgesehen ist und die Verlagerung in einer Richtung gegenüber der Umdrehungsmitte des sich drehenden Werkzeugs feststellt,

- einen Speicher (11), der den vom Meßfühler gemessenen Ausgangswert X_Q eines auf der Arbeitsspindel angebrachten und gedrehten Bezugswerkzeugs und den vom Meßfühler gemessenen Ausgangswert x_Q eines angebrachten und gedrehten Arbeitswerkzeugs (4) vor der Arbeitsaufnahme speichert,

- ein erstes Subtrahierwerk (12), welches das Ausmaß der Wärmeverlagerung AX₁ aus der Differenz zwischen dem vom

Meßfühler festgestellten Meßwert X. des Arbeitswerkzeugs (4) nach einer vorherbestimmten Anzahl von Werkstücken und dem im Speicher (11) gespeicherten Ausgangswert X_n berechnet,

- ein erstes Register (13), welches den Subtraktionswert AX. des ersten Subtrahierwerkes speichert,

- ein zweites Subtrahierwerk (16), welches die Änderung des Werkzeugdurchmessers anhand der Differenz zwischen dem vom Meßfühler(6) festgestellten Meßwert x. des Arbeitswerkzeugs (4) nach der vorherbestimmten Anzahl von Werkstücken und dem im Speicher (11) gespeicherten Ausgangswert χ- berechnet,

- ein drittes Subtrahierwerk (17), welches den Werkzeugausgleichswert AT. aus der Differenz zwischen der vom zweiten Subtrahierwerk (16) gelieferten Werkzeugabweichung Ax. und dem im ersten Register (13). gespeicherten Ausmaß der Wärmeverlagerung AX. berechnet,

- ein zweites Register (18), welches das Ausmaß des Werkzeuqsausgleichs AT. des dritten Subtrahierwerks (17) speichert,

- einen Akkumulator (24), der die im zweiten Register (18) der Reihe nach gespeicherten Werke akkumuliert,

- eine Vergleichsschaltung (21), die den Akkumulationswert AS. des Akkumulators(24) mit einem Kriterium <*- der Werkzeuglebensdauer vergleicht und ein V/arnsignal abgibt, wenn das Verhältnis AS. > oc ist, und ein Werkzeugausgleichssignal abgibt, wenn das Verhältnis AS. < <*- ist,

- und einen ersten Addierer (22), der das Ausmaß des Werkzeugausgleichs AT. des zweiten Registers (18) zum Ausgangswert des Werkzeugausgleichs T₁ vor der Bearbeitung addiert, wenn die Vergleichsschaltung (21) ein Werkzeugausgleichssignal abgibt, und den Additionswert an ein NC-System (30) abgibt.

2. Selbsttätige Meß-VAusgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser nach Anspruch 1,

dadurch gekennze ichne t, daß der Akkumulator (24) einen zweiten Addierer (19) und ein viertes Register (20) aufweist, wobei das vierte Register den Ausgangswert des zweiten Addierers speichert und der zweite Addierer (19) den Ausgangswert des zweiten Registers (18) zum Ausgangswert des -vierten Registers (20) addiert.

3. Selbsttätige Meß-ZAusgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichne t, daß am Aufspanntisch (3) der Werkzeugmaschine ein zweiter kontaktloser Meßfühler (5) vorgesehen ist, und daß der erste und zweite Meßfühler die Verschiebung in horizontaler bzw. vertikaler Richtung gegenüber der Umdrehungsmitte des umlaufenden Werkzeugs feststellen.

4. Selbsttätige Meß-ZAusgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichne t, daß ein viertes Subtrahierwerk (14) vorgesehen ist, welches die Differenz zwischen dem vom zweiten Meßfühler (5) gelieferten Meßwert des Bezugswerkzeugs und dem im Speicher (11) gespeicherten Ausgangswert berechnet, und daß ein drittes Register (15) den Ausgangswert des vierten Subtrahierwerks (14) speichert.

5. Selbsttätige Meß-ZAusgleichsvorrichtung für Werkzeugdurchmesser nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichne t, daß die Ausgangswerte des ersten Registers (13) und des dritten Registers (15) von einer Anzeige (23) angezeigt werden.