DE3816737A1 - Intelligentes werkzeugsystem - Google Patents

Intelligentes werkzeugsystem

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DE3816737A1
DE3816737A1 DE3816737A DE3816737A DE3816737A1 DE 3816737 A1 DE3816737 A1 DE 3816737A1 DE 3816737 A DE3816737 A DE 3816737A DE 3816737 A DE3816737 A DE 3816737A DE 3816737 A1 DE3816737 A1 DE 3816737A1
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Germany
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rod
tool
control
driver
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DE3816737A
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Robert A Lehmkuhl
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Description

In Zentren für maschinelle Bearbeitung (im folgenden Bearbeitungszentren genannt), die in einer Umgebung verwendet werden, die von einer Bedienungsperson im Auge behalten wird, oder in dem Fall, wenn solche Bear­ beitungszentren Teil einer Arbeitszelle oder eines fle­ xiblen Herstellungssystems sind, ist es wünschenswert, Werkzeugsysteme zu haben, die mit dem numerischen Com­ putersteuer-Maschinensystem in Verbindung stehen und/oder durch dieses gesteuert werden können. Die numerische Computersteuerung wird im folgenden als CNC bezeichnet.
Es ist deswegen die Hauptaufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Verkörpern eines Verfahrens zum Betrei­ ben eines positionsempfindlichen Codierers oder Umfor­ mers, um mit der Maschinen-CNC durch die Spindel des Bearbeitungszentrums in Verbindung zu stehen, anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrich­ tung zum Verkörpern einer Einrichtung zum Steuern der Position und Kraft einer Werkzeugkontrollstange durch die Maschinen-CNC durch die Spindel des Bearbeitungs­ zentrums anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, an der Spin­ del montierte Werkzeugadapter anzugeben, die die Einrich­ tung haben, um den positionsempfindlichen Codierer oder Umformer zum Fühlen der Lage von Werkstoffoberflächen mit zufälligen Werkzeuglängen zu betreiben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, an der Spin­ del montierte Werkzeugadapter anzugeben, die die Einrich­ tung haben, um den positionsempfindlichen Codierer oder Umformer zum Fühlen des Fehlers oder eines Bruches der am Adapter montierten Werkzeuge zu betreiben.
Vor der Erfindung war es notwendig, Werkzeuge auf eine als "R"-Ebene bekannte Postion zu beziehen. Deswegen ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Notwendig­ keit für die Bezugsebene zu beseitigen, um dadurch die Zykluszeit zu vermindern.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, beim Programmieren des Werkstückes die "R"-Ebenendimension zu beseitigen, da die "R"-Ebene durch das oberflächen­ fühlende Merkmal bestimmt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Gebrauch von Voreinstell-Werkzeugen und die Einrichtzeit zum Setzen von Werkzeuglängen-Abweichungen zu beseitigen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Zufuhr­ geschwindigkeitsprogrammierung eines Gewindeschneidbe­ triebs durch Steuerung der Z-Achse zu vermeiden, indem der Gewindeschneider in das und aus dem Loch nachgeführt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen an der Spindel montierten Werkzeugadapter zum Fräsen anzu­ geben, der für eine radiale und axiale Steifigkeit verriegelt, nachdem er die Lage der Werkstückoberfläche gefühlt hat, und der unter der Steuerung der numerischen Maschinen-Computersteuerung freigegeben wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Anwesen­ heit des korrekten Werkzeugtyps in der Spindel durch Verwenden der Codierer- oder Umformerposition und durch Steuerung der Kraft in der Werkzeugsteuerstange zu veri­ fizieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, jeden Fehler bei der Spindelcodierer-Rückkopplung wegen thermischer Ausdehnung durch versetzende Steuerung oder durch Verwen­ den inkrementaler Steuerung nach dem Werkzeug-Einsetzen in die Spindel zu beseitigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, an der Spin­ del montierte Bohrwerkzeuge für Bearbeitungszentren anzugeben, die in der Lage sind, automatisch ohne Ein­ griff einer Bedienperson eingestellt zu werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Bohrwerk­ zeugeinstellung mit Hilfe einer Werkzeugsteuerstange in der Spindel des Bearbeitungszentrums zu steuern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein automati­ sches Bohrwerkzeug anzugeben, das für extreme Genauig­ keit für Präzisionsbohrungen oder kritische Löcher gestal­ tet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein automati­ sches Bohrwerkzeug anzugeben, das für einen ausreichen­ den Einstellbereich so gestaltet werden kann, daß es für eine Würgebohrung bzw. eine konische Bohrung oder ein Gewindestrehlen verwendet werden kann, wenn es gleichzeitig mit der Z-Achse des Bearbeitungszentrums gesteuert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Schneid­ werkzeugstabilität durch Vorbelasten aller Betriebsmecha­ nismen in dem Bohrwerkzeug-Betriebskörper anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, mehrere von an einer Spindel montierten Tasteinrichtungen anzugeben, die die Einrichtung haben, um den positionsempfindlichen Codierer oder Umformer zum Fühlen der Lage von Objekten anzugeben, während sie relativ zu diesen Objekten in der Plus- oder Minus-Z-Richtung oder in der X- oder Y-Richtung bewegt werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Tastsystem anzugeben, das in der Lage ist, die Kontur einer Werkstückoberfläche durch Bewegen des Werkstücks oder der Spindel mit demselben Teilformungsprogramm, das verwendet wurde, um das Werk­ stück zu erzeugen, zu untersuchen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Tastsystem anzugeben, das in der Lage ist, die Kontur einer Werkstückoberfläche parallel zu der Spindelmittellinie zu bestimmen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Tastsystem anzugeben, das in der Lage ist, die Kontur einer Werkstückoberfläche in einer Ebene senkrecht zur Spindelmittellinie zu bestimmen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den Taststift konstant parallel zu der Spindelmitte zu haben und somit jeden negativen Effekt der Tastgenauigkeit wegen der Stiftlänge zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Tastein­ richtung anzugeben, die vorbelastete Antireibungsbe­ triebsmechanismen hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine mechani­ sche Sonden-Montageeinrichtung anzugeben, die gleich­ förmige Triggerbewegungen unabhängig von der Stiftaus­ lenkungsrichtung hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Tastsy­ stem anzugeben, das in der Lage ist, ein Triggersignal an eine Positionserfassungschaltung in der Maschinen-CNC in dem Augenblick zu geben, wo die Sonde die Werkzeug­ oberfläche berührt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Tastsy­ stem anzugeben, das in der Lage ist, die Maschinenach­ sen-Vorschubgeschwindigkeit zu steuern, um von einer schnellen Vorschubgeschwindigkeit zu einer absoluten Position zu verzögern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Tastsy­ stem anzugeben, das in der Lage ist, der Verzögerungs­ strecke der Maschinenachse nachzulaufen, nachdem der Stift die Werkzeugoberfläche berührt hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug anzugeben, das mit einem Taststift und einem Schneidwerkzeug, die an demselben Bohrkopf montiert sind, angeordnet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug mit einer Einrichtung zum Messen des Durchmessers eines gerade vollständig gebohrten Loches und automatischer Einstel­ lung auf einen Fehler ohne Entfernung des Bohrwerkzeugs von der Spindel anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug mit einer Einrichtung zum Messen des Durchmessers eines gerade vollständig gebohrten Loches und automatischer Einstel­ lung auf einen Fehler ohne Entfernen des Bohrwerkzeugs von der Spindel und ohne Bewegen der Mitte des Werkzeugs relativ zu der Mitte des gebohrten Loches anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein an einer Spindel montiertes Kombinationsbohrwerkzeug anzugeben, das eine Einrichtung hat, um den positionsempfindlichen Codierer oder Umformer zum Fühlen der Lage und Messen des inneren Durchmessers von gebohrten Löchern zu betrei­ ben, wobei der Stift an dem Bohrkopf montiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Kombina­ tionsbohrwerkzeugeinstellung mit Hilfe einer Werkzeug­ steuerstange in der Spindel des Bearbeitungszentrums zu steuern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, alle an einer Spindel montierten Einrichtungen so auszubilden, daß sie mit Standardautomatik-Werkzeugwechslern arbeiten.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Kühl­ mitteldurchgang durch die Spindelsteuerstange anzugeben, um den Gebrauch von kühlmittelgespeisten Werkzeugen zu erlauben.
In CNC-Bearbeitungszentren werden nicht teleskopierbare Werkzeughalter in Verbindung mit einer "R"-Ebenen-Ein­ stellung und nach einem nachfolgenden Übergehen zu der "R"-Ebenen-Einstellung und Messen der Entfernung von dem Werkzeugpunkt zu der Werkstückoberfläche und manuel­ lem Einstellen der Werkzeuglänge für jedes verwendete Werkzeug verwendet. Alternativ dazu werden manuell vor­ eingestellte Werkzeuge verwendet. Ein weiteres Verfahren ist es, Spindel- und Tischabtastzyklen zu verwenden, die zeitaufwendig und teuer sind.
In herkömmlichen teleskopierbaren Werkzeugadaptern, wie sie in US-PS 45 79 487 beschrieben sind, war es notwendig, einen montierten einteiligen Drehkraftarm zu verwenden, um in Verbindung mit einem an einer Maschi­ ne montierten Umformer zu arbeiten.
Um diese wirtschaftlichen Nachteile zu überwinden, wird die Verwendung eines teleskopierbaren Werkzeughalters zum Fräsen, Bohren und Gewindebohren vorgesehen, der einen Adapter aufweist, der einen Werkzeugkörper hat, der so eingerichtet ist, daß er im Konus der Maschinen­ spindel gehalten wird. Ein federbelasteter gleitender Werkzeughalter ist in die Bohrung des Werkzeugkörpers gepaßt, wird durch ein Gleitteil angetrieben und durch Anschlagblocks gehalten. Eine Werkzeugbetätigungsstange ist in dem gleitenden Werkzeughalter befestigt und ragt durch die Mitte des Werkzeugkörpers und einen Festhalte­ knopf, der verwendet wird, um mit den Maschinenwerkzeug­ verriegelungen in Standardbearbeitungszenterspindeln zu arbeiten. Die Werkzeugbetätigungsstange bewirkt einen Kontakt mit einer Spindelsteuerstange, die durch die Mitte der Spindel und den Maschinenwerkzeug-Verriege­ lungsmechanismus arbeitet.
Die Spindelsteuerstange ist drehbar an einem gleitenden Element befestigt. Die Lage und Kraft auf das gleitende Element wird durch die Bearbeitungszentrums-CNC mit Hilfe eines positionsempfindlichen Codierers oder Umfor­ mers in Kombination mit einem elektrischen linearen Servomotor gesteuert. Im Betrieb zieht der Servomotor die Spindelsteuerstange zurück, bis zu einem Zeitpunkt, nachdem die Spindel-Motorwerkzeug-Verriegelung die Bear­ beitungseinrichtungen sicher in dem Spindelkonus gehalten hat. Zu diesem Punkt wird die Spindelsteuerstange durch den Servomotor mit einem verminderten Strom vorgeschoben, bis sie die Werkzeugbetätigungsstange berührt. Die Posi­ tion des Codierers wird durch die Maschinen-CNC verar­ beitet, um einen "Null"-Einstellpunkt zu begründen und die Werkzeuganwesenheit und den Typ des Werkzeugs in der Spindel zu verifizieren. Jeder Typ der Bearbeitungs­ einrichtung hat seine eindeutige Anfangsposition.
BOHREN
Verschiedene Werkzeugadapter können verwendet werden, um den Typ der maschinellen Bearbeitung unterzubringen, der für Bohrtätigkeiten mit einem Bearbeitungszentrum erforderlich ist, ein Werkzeugadapter, der mit einem Werkzeughalter mit Spannfutter-Typ eingerichtet ist, wird jedoch im allgemeinen verwendet. Die Futteranord­ nung wird in dem gleitenden Werkzeughalter montiert. Im Bohrbetrieb wird der Spindelwerkzeugadapter zur Werk­ stückoberfläche mit einer schnellen Vorschubgeschwindig­ keit durch die Z-Achse bewegt, bis der Bohrer die Werk­ stückoberfläche berührt. Bei diesem Punkt stoppt der Bohrer das Vorschieben, aber die Spindelachse bewegt sich weiter in Richtung auf die Werkstückoberfläche. Dies bewirkt, daß sich der Werkzeughalter in den Werk­ zeugkörper hineinschiebt, der seinerseits bewirkt, daß die Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange und das gleitende Element relativ zur Spindelmeßlinie bewegt. Diese Teleskopierbewegung ist in der Lage, die gesteuerte niedrige Kraft auf den Servomotor zu überwin­ den und den Codierer zu verschieben. Die Codiererver­ schiebung, wie sie von dem Werkzeugverifikationspunkt gemessen wird, wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, die die Z-Achse in einer vorbestimmten Strecke auf Null-Geschwindigkeit verzögert. Die durchlaufene Strecke ist dieselbe wie die Bewegung des sich ineinanderschie­ benden Werkzeughalters, wobei er fest in den Adapter­ körper hineingesetzt wird. Wenn die vorbestimmte Umfor­ merposition erreicht ist, wird die Maschinen-CNC die Z-Achse bei diesem Punkt versetzen und unmittelbar den Bohrer oder die Z-Achse mit einer programmierten Vor­ schubgeschwindigkeit zu einer programmierten Tiefe von dem Versatzpunkt, der die Werkstückoberfläche ist, vor­ schieben. Bei der programmierten Tiefe wird die Spin­ del zu einem Punkt zurückgezogen, der das Werkzeug von der Werkstückoberfläche außer Eingriff bringt, falls ein weiteres Loch zu bohren ist, oder die Spindel wird zu einer Werkzeugwechselposition zurückgezogen, falls ein weiteres Werkzeug erforderlich ist.
Falls der Bohrer bricht, bevor die programmierte Tiefe erreicht ist, wird der federbelastete Werkzeughalter in dem Adapterkörper abheben. Diese Tätigkeit wird be­ wirken, daß die Werkzeugbetätigungsstange sich mit dem Werkzeughalter bewegt, wobei wiederum die niedrige Kraft auf den linearen Servomotor die Spindelsteuerstange verschiebt, die bewirkt, daß sich das gleitende Element bewegt und der Umformer aus seiner vorbestimmten Posi­ tion verschoben wird, was der Maschinen-CNC anzeigt, daß eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
In einer modernen CNC-Logik kann die anfängliche Ober­ flächenlagenposition in einen Speicher getan werden. Diese Information kann verwendet werden, um zu bestimmen, wenn ein Bohrer in einer vorherigen Tätigkeit gebrochen ist, aber dies unentdeckt geblieben ist. Falls der Bohrer gebrochen war, würde die Oberflächenlagenposition des neuen Zyklus abweichend von der mit einem Bohrer mit voller Länge sein. Dieser Positionsunterschied wird der Maschinen-CNC anzeigen, daß eine Fehlfunktion aufge­ treten ist.
Falls die Erfassung eines gebrochenen Bohrers nicht erforderlich ist, kann dieselbe Logik und die Werkzeug­ adaptertätigkeit verwendet werden, um zu fühlen, wenn ein Bohrer durch die Werkstückdicke durchgebrochen ist. Dies kann der Fall sein, wenn Bohrer mit größeren Durch­ messern zum Bohren von Durchgangslöchern von unregel­ mäßigen Oberflächen aus von großen Gußteilen oder Schweißungen verwendet werden.
GEWINDEBOHREN
Zum Gewindebohren wird ein teleskopierbarer Werkzeug­ adapter ähnlich zu dem zum Bohren verwendet, wobei der Unterschied in der Konstruktion des gleitenden Halters liegt. Anstelle eines Futterhalters wird ein herkömm­ licher Gewindebohrerantrieb verwendet. Die Gewindebohr­ einrichtung kann entweder drehmomentbegrenzend oder nicht sein.
Im Betrieb wird der Spindelwerkzeugadapter zur Werkstück­ oberfläche mit einer schnellen Vorschubgeschwindigkeit durch die Z-Achse bewegt, bis der nichtrotierende Gewin­ debohrer die Werkstückoberfläche berührt. Bei diesem Punkt stoppt der Gewindebohrer die Vorwärtsbewegung, aber die Spindelachse bewegt sich weiter in Richtung auf die Werkstückoberfläche. Dies bewirkt, daß der Werk­ zeughalter sich in den Werkzeugkörper hineinschiebt, der seinerseits bewirkt, daß die Werkzeugbetätigungsstan­ ge die Spindelsteuerstange und das gleitende Element relativ zu der Spindelmeßlinie bewegt. Diese teleskopie­ rende Bewegung ist in der Lage, die gesteuerte niedrige Kraft auf den Servomotor zu überwinden und den Codierer zu verschieben. Die Codiererverschiebung wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, die die Z-Achse in einer vorbestimmten Strecke auf Null-Geschwindigkeit verzögert. Die durchquerte Strecke ist gleich der halben telesko­ pierenden Bewegung des Werkzeughalters. Wenn die vorbe­ stimmte Umformerposition erreicht ist, wird die Maschi­ nen-CNC die Z-Achse an diesen Punkt verschieben und wird bewirken, daß die Spindel mit einer programmierten Drehzahl rotiert. Der Werkzeughalterfederdruck und die gesteuerte niedrige Kraft von dem Servomotor durch die Steuerstange wird bewirken, daß der Gewindebohrer in das Werkstück hineingeführt wird. Wenn der Gewindebohrer in das Werkstück hineingeführt wird, wird der Codierer von seiner vorbestimmtem Position verschoben, wobei diese Verschiebung der Maschinen-CNC anzeigt, die Spindel oder Z-Achse in das Werkstück mit der Geschwindigkeit, mit der der Gewindebohrer fortschreitet, zu verschieben, wobei der Betrag der Verschiebung durch den Nachlauf-Feh­ ler des Z-Achsenservosystems bestimmt wird.
Die Steuerung folgt der Position der Spindelachse und bei einer programmierten von der Werkstückoberfläche ausgehenden Tiefe, die eingestellt wurde, als die vorbe­ stimmte Umformerposition erreicht worden war, wird die Spindel reversiert. Der Gewindebohrer bewirkt dann, daß sich das Werkzeug in den Werkzeugadapter hinein­ schiebt, was bewirkt, daß der Codierer auf die andere Seite seiner vorbestimmen Position verschoben wird.
In diesem Fall bewirkt das Umformersignal, daß sich die Z-Achse zurückzieht oder von der Werkstückoberfläche wegbewegt. Sie zieht sich so lange weiter zurück, bis der Gewindebohrer die Werkstückoberfläche freigibt, falls in einem weiteren Loch ein Gewinde zu schneiden ist, oder die Spindel zieht sich zu einer Werkzeugwech­ selposition zurück, falls ein weiteres Werkzeug erforder­ lich ist.
Falls bei Verwendung eines das Drehmoment nicht begren­ zenden Gewindebohrerantriebs der Gewindebohrer brechen sollte, bevor er die programmierte Tiefe erreicht hat, können zwei mögliche Ereignisse eintreten.
Falls der Gewindebohrer zerbricht und ein großes Stück der Gewindebohrerlänge weggeschleudert wird, wird sich der federbelastete Werkzeughalter schnell von der vor­ herigen Position weg bewegen und der Codierer wird sich um einen gleichen Betrag von seiner vorbestimmten Posi­ tion weg bewegen.
Falls kein Teil des Gewindebohrers weggeschleudert wird, wird sich die Spindelachse weiter leicht vorschieben, bis der Codierer seine vorbestimmte Position erreicht, weil ein gebrochener Gewindebohrer nicht in das Werk­ stück hineinläuft. In jedem Fall wird der Codierer der Maschinen-CNC anzeigen, daß eine unpassende Codierer­ position vorhanden ist und daß eine Fehlfunktion aufge­ treten ist.
Falls bei der Verwendung eines drehmomentbegrenzenden Gewindebohrerantriebs der Gewindebohrer stumpf wird, wird sich der Gewindebohrerantrieb festlaufen, und der Gewindebohrer wird das Vorlaufen stoppen, bevor die programmierte Tiefe erreicht ist. Dies wird bewirken, daß die Spindelachse leicht vorwärtsschreitet, bis der Codierer seine vorbestimmte Position erreicht. Der Codie­ rer wird der Maschinen-CNC anzeigen, daß eine unpassende Codiererposition da ist und daß eine Fehlfunktion aufge­ treten ist.
Falls in einer vorherigen Bearbeitungstätigkeit ein Loch, in das der Gewindebohrer einlaufen sollte, nicht gebohrt worden ist, kann der Gewindebohrer nach dem Oberflächenlokalisierungszyklus nicht anfangen, in das Werkstück hineinzulaufen. Nach einer angemessenen Zeit wird die Maschinen-CNC erkennen, daß der Codierer immer noch in seiner vorbestimmten Position ist, und wird eine Fehlfunktion anzeigen.
Bei moderner CNC-Logik kann die anfängliche Oberflächen­ lagenposition in einen Speicher getan werden. Diese Information kann verwendet werden, um zu bestimmen, falls ein Gewindebohrer in einer vorherigen Tätigkeit gebrochen, aber unentdeckt geblieben ist. Falls der Gewindebohrer gebrochen ist, würde die Oberflächen­ lageposition des neuen Zyklus abweichend von der mit einem Gewindebohrer mit voller Länge sein. Dieser Posi­ tionsunterschied wird der Maschinen-CNC anzeigen, daß eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
FRÄSEN
Zum Fräsen wird ein teleskopierbarer Werkzeugadapter ähnlich zu dem zum Bohren verwendeten benutzt, wobei der Unterschied der ist, daß der Fräsadapter so ausge­ bildet ist, daß er während des Fräsens in teleskopiertem oder komprimiertem Zustand bleibt. Der Werkzeughalterteil des Adapters ist ebenfalls geeignet, um verschiedene Typen von Fräsern oder, in einigen Fällen, einzahnigen Schlagmessern zu montieren.
Im Betrieb wird, nachdem der Werkzeugadapter im Spindel­ konus durch die Maschinenwerkzeug-Verriegelung verriegelt ist und die Spindelsteuerstange vorgeschoben ist, bis sie die Werkzeugbetätigungsstange zur Werkzeug­ verifikation berührt, der Strom zum Servomotor um einen gesteuerten Betrag vergrößert, bis es einen ausreichenden Widerlagerdruck auf die Werkzeugbetätigungsstange gibt, um die Kraft einer Feder eines verriegelnden Mitnehmers in dem Fräsadapter zu überwinden. Dieser Widerlagerdruck bewegt einen verriegelnden Mitnehmer um eine kurze Strecke zu einem Zwangsanschlag. Die Position des Codie­ rers wird dann durch die Maschinen-CNC verarbeitet, um das Lösen des verriegelnden Mitnehmers zu verifizieren und einen Punkt festzulegen, von dem sich der Werk­ zeughalter bewegt, um zu messen. Der Spindelwerkzeug­ adapter wird dann zur Werkstückoberfläche mit einer schnellen Geschwindigkeit durch die Z-Achse bewegt, bis der nicht rotierende Fräser die Werkstückoberfläche berührt. Bei diesem Punkt hört der Fräser auf, sich vorwärtszubewegen, aber die Spindelachse bewegt sich weiter in Richtung auf die Werkstückoberfläche. Dies bewirkt, daß sich der Werkzeughalter in den Werkzeug­ körper hineinschiebt, der wiederum bewirkt, daß die Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange und das gleitende Element relativ zur Spindelmeßlinie bewegt. Die teleskopierende Bewegung ist in der Lage, die ge­ steuerte niedrige Kraft auf den Servomotor zu überwinden und den Codierer zu verschieben. Die Codiererverschiebung wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, die die Z-Ach­ se in einer vorbestimmten Strecke auf Null-Geschwin­ digkeit verzögert. Die durchquerte Strecke ist dieselbe wie die Bewegung des teleskopierenden Werkzeughalters, wobei er fest in den Werkzeugkörper gesetzt wird. Der untere Teil des Werkzeughalter-Außendurchmessers hat einen selbstlösenden Konus, der in einen passenden innen­ liegenden Durchmesserkonus des Werkzeugkörpers für starres Fräsen gesetzt ist. Wenn die vorbestimmte Um­ formerposition erreicht ist, wird die Maschinen-CNC die Z-Achse bei diesem Punkt beeinflussen und den Strom zum Steuerstangenservomotor vermindern, was der Feder des verriegelnden Mitnehmers erlaubt, den verriegelnden Mitnehmer zu einer verriegelten Position zu bewegen. Der Werkzeughalter wird starr in der gesetzten Position durch eine Reihe von Kugeln verriegelt, die in einer Reihe von Löchern in dem Werkzeughalter in Verbindung mit der Mitnehmeroberfläche auf dem Innendurchmesser des Werkzeugkörpers und dem Außendurchmesser des beweg­ lichen verriegelnden Mitnehmers arbeitet, die in dem Werkzeughalter wirkt. Die Reihe von Löchern für die verriegelnden Kugeln sind am oberen Ende des Werk­ zeughalters gelegen und in Winkeln von weniger als 90° von der Adaptermittellinie eingearbeitet. Die verriegeln­ den Kugeln sind dann in der Lage, das obere Ende des Werkzeughalters radial starr zu tragen, während er starr im unteren Konus sitzt.
Nachdem die Z-Achse verschoben ist und der Fräsadapter verriegelt ist, startet die Maschinen-CNC unmittelbar die Spindelrotation und den erforderliche Achsenvorschub, um einen Fräsbetrieb gemessen von der Oberfläche des Werkstücks durchzuführen.
Wenn das Fräsen beendet ist, fährt die Spindelachse zu der Werkzeugwechselposition zurück. Zu diesem Zeit­ punkt kann, falls es wünschenswert ist, den Fräser in verriegelter Position zu verwenden, der Adapter in dem automatischen Werkzeugwechselmagazin gelagert werden. Falls jedoch beim nächsten Mal ein Oberflächenabtast­ zyklus erforderlich ist, kann der Adapter durch Vergrö­ ßern des Stromes zu dem Steuerstangenservomotor zurückge­ setzt werden. Dies bewegt den Verriegelungsmitnehmer und komprimiert die Verriegelungsmitnehmerfeder, was den Verriegelungskugeln erlaubt, sich aus der inneren Mitnehmernut in dem Werkzeugkörper zu bewegen. Der Wider­ lagerdruck des Servomotors und die Kraft der Adapterfeder setzen den Werkzeughalter zu seiner normalen Oberflächen­ abtastposition zurück.
AUSDREHEN BZW. AUFBOHREN
In Werkzeugmaschinen werden normalerweise manuell einge­ stelle Aufbohr- bzw. Ausdrehwerkzeuge verwendet. Diese werden normalerweise an der Maschine durch die Bedien­ person voreingestellt oder durch Verwendung von Meßuhren oder anderen Meßeinrichtungen eingestellt. Falls die Lochdurchmessergröße das Toleranzband überschreitet, wird ein anderes manuelles Einstellverfahren verwendet. In einigen Fällen, wenn automatische Einstellwerkzeuge verwendet werden, ist es notwendig, sie in Inkrementen durch die Verwendung von äußeren Einrichtungen während einer Zyklusunterbrechung einzustellen. Andere automa­ tisch einstellbare Bohrstangen haben keinen ausreichenden Einstellbereich, um verschiedene Konturen maschinell zu bearbeiten, oder ihre Betätigungseinrichtung ist extrem groß und teuer. Einige der automatisch einstell­ baren Werkzeuge können nicht durch den automatischen Maschinenwerkzeugwechsler gehandhabt werden.
In herkömmlichen automatischen Ausdrehwerkzeugen, wie sie in US-PS 46 12 831 beschrieben sind, benötigte man einen montierten einteiligen Drehkraftarm, um in Verbin­ dung mit einer an der Maschine montierten servobetrie­ benen Betätigungseinheit zu arbeiten.
Um dieses Betriebsverhalten und die wirtschaftlichen Nachteile zu überwinden, wird ein automatisches Aufbohr- bzw. Ausdrehwerkzeug angegeben, das einen Hauptbetriebs­ körper aufweist, der in einen Festhalteknopf eingepaßt und angeordnet ist, um im Konus der Maschinenspindel mit Hilfe einer Maschinenwerkzeug-Verriegelung gehalten zu werden. Eine Feder spannt den Betriebsmechanismus einer drehbar gelagerten Bohrstange vor. Die Bohrstange wird mit Hilfe einer Mitnehmerstange eingestellt, die einteilig mit einem Teil der Bohrstange ist, das gegen­ über dem Schneidwerkzeug liegt. Der Drehpunkt liegt zwischen der Mitnehmerstange und dem Schneidwerkzeug. Die Position der Mitnehmerstange um den Drehpunkt wird durch die Position eines gleitfähig in dem Haupt­ betriebskörper gelagerten linearen Mitnehmers festgelegt. Der lineare Mitnehmer ist an einer federbelasteten Werk­ zeugbetätigungsstange befestigt, die durch den Haupt­ betätigungskörper und den Festhalteknopf läuft, und wird durch sie in einer vollständig zurückgezogenen Position gehalten. Im Betrieb wird die Position der Betätigungsstange und des linearen Mitnehmers durch die Position der Spindelsteuerstange unter der Steuerung der Maschinen-CNC begründet, wie zuvor beschrieben. Die Federkraft auf die Werkzeugbetätigungsstange wirkt in der entgegengesetzten Richtung der Kraft von der Spindelsteuerstange, deswegen wird Kontakt zwischen den beiden Stangen unter allen Betriebsbedingungen auf­ rechterhalten. Wenn der lineare Mitnehmer die Position wechselt, bewirkt die Mitnehmerstangenbewegung um den Bohrstangenzapfen, daß die Bohrstange in einen gesteuer­ ten Winkel kippt. Diese Bewegung bewegt effektiv die Lage des Aufbohrwerkzeugs oder stellt diese ein, um die Größe des gebohrten Lochs zu vergrößern oder zu vermindern. Unter Betriebsbedingungen wird der Strom zu dem linearen Servomotor, der die Position der Spindel­ steuerstange steuert, überwacht, um zu verifizieren, daß Kontakt zwischen der Spindelsteuerstange und der federbelasteten Werkzeugbetätigungsstange aufrechter­ halten wird.
BETRIEB
Der Hauptbetätigungskörper des Aufbohrwerkzeuges wird in einen gleitbar montierten linearen Mitnehmer gepaßt, der eine sehr flach geneigte Mitnehmeroberfläche hat. Der Winkel der Mitnehmeroberfläche gegenüber dem "Län­ genverhältnis" der drehbar montierten Bohrstange bestimmt die Genauigkeit und den Einstellschritt, der während des Bohrens gemacht werden kann. Das "Längenverhältnis" der Stange ist die Entfernung von der Mitnehmerstange zum Drehpunkt geteilt durch die Entfernung vom Drehpunkt zu der Werkzeugspitze. Für Präzisionsaufbohren kann ein ausgewählter Werkzeugwinkel eine 0,00001′′ (0,254 µm)- Werkzeugspitzenbewegung bei jeweils 0,0001′′ (2,54 µm) Bewegung der servogesteuerten Spindelbetätigungsstange bewirken, und es kann, da normalerweise die Auflösung für servogesteuerte Einrichtungen 0,0001′′ (2,54 µm) oder weniger ist, eine sehr feine Einstellung vorgenommen werden. Die ausgewählte Stange hat nicht nur das geeig­ nete "Längenverhältnis", sondern ebenfalls die richtige Länge und den richtigen Durchmesser, um die gewünschte Aufbohrtätigkeit durchzuführen. Es sollte bemerkt werden, daß diese Gestaltung erlaubt, Löcher über einen großen Durchmesser- und Längenbereich aufzubohren.
Nach der Auswahl und Zusammenstellung des korrekten linearen Mitnehmers, der Bohrstange und des Werkzeuges wird der lineare Mitnehmer in seiner vollständig zurück­ gezogenen Postion durch die federbelastete Werkzeugbe­ tätigungsstange positioniert. Diese Position liefert den kleinsten Durchmesser, den das Aufbohrwerkzeug bear­ beitet. Bei diesem Punkt wird das Werkzeug normalerweise mit Meßgeräten auf die Mitte der erlaubten Toleranz voreingestellt. Das Werkzeug wird dann entweder manuell geladen oder durch den automatischen Maschinenwerkzeug­ wechsler in die Maschinenspindel eingeführt. Davor wird die Spindelsteuerstange vollständig zurückgezogen. Nach­ dem das Aufbohrwerkzeug in den Spindelkonus durch die Spindelmaschinenwerkzeug-Verriegelung, die auf den Werk­ zeugfesthalteknopf wirkt, befestigt ist, wird die Steuer­ stange durch den Servomotor mit einem verminderten Strom vorgeschoben, bis sie die Werkzeugbetätigungsstange berührt. Die Postion des Codierers wird durch die Ma­ schinen-CNC verarbeitet, um die Werkzeuganwesenheit und den Typ des Werkzeugs in der Spindel zu verifizieren und einen "Null"-Einstellpunkt festzulegen.
Während des Betriebs wird das Loch ausgedreht und nach­ folgend entweder durch eine an der Maschine montierte Sonde oder ein außerhalb der Maschine befindliches In­ spektionsinstrument untersucht. Für den Fall, daß der Lochdurchmesser aus der Toleranz herausfällt, wird eine Einstellung durch die servogesteuerte Spindelsteuerstange vorgenommen, die die Werkzeugbetätigungsstange und den linearen Mitnehmer bewegt, der bewirkt, daß die vorbelastete Mitnehmerstange auf die Mitnehmeroberfläche wirkt, um die Bohrstange zu schwenken. Der Betrag der Einstellung ist das Ergebnis der Sonden- oder Inspek­ tionsinstrumentinformation, die durch die Maschinen-CNC verarbeitet worden ist. Dieser Prozeß kann in program­ mierten Intervallen wiederholt werden, bis der Produk­ tionslauf beendet ist.
Zum Konturieren und Gewindeschneiden wird der Hauptbe­ triebskörper des Ausdrehwerkzeuges im allgemeinen mit einem linearen Mitnehmer ausgestattet, der einen größeren Mitnehmerwinkel hat als der, der für Feinausdrehen ver­ wendet wird. Die Bewegung des Mitnehmers bewirkt eine größere Verschiebung der Werkzeugspitze für das "Längen­ verhältnis" der ausgewählten Stange. Diese vergrößerte Werkzeugspitzenbewegung erlaubt einen breiteren Bereich des Konturierens und Gewindeschneidens. Die für diese Betriebsweisen erforderliche Genauigkeit ist normaler­ weise nicht so groß wie für feines Ausdrehen.
Dieser Werkzeugtyp wird auf die gleiche Weise wie das zuvor beschriebene Feinausdrehwerkzeug voreingestellt.
Beim Konturieren kann die servobetriebene Spindelsteuer­ stange konstant die Position ändern, da die Stange in das Loch durch die Spindel oder Z-Achse eingeführt wird. Die Veränderungsgeschwindigkeit der Spindelsteuerstangen­ position gegenüber der Veränderungsgeschwindigkeit der Z-Achsenposition bestimmt die Form des konturierten Lochs.
ABTASTEN
In vorhandenen Abtastsystemen ist der Ausgang der Stift­ auslenkungseinrichtung ein diskretes Triggersignal. Der Betrag der Stiftauslenkung vor der Bewegung ist wegen des Keuleneffekts einer Dreipunktlagerung rich­ tungsempfindlich.
Die vorhandenen Abtastsysteme erfordern einen geeigneten an der Maschine montierten induktiven Empfänger, der Signale von einer komplexen Schalteranordnung im Innern des Sondenkopfes empfängt, oder einen komplizierteren Tastkopf, der nicht nur eine komplexe Schalteranordnung, sondern ebenfalls andere Einrichtungen hat, die Flieh­ kraftschalter und/oder Infrarotsignale oder ähnliches verwenden, um einem an der Maschine montierten Empfänger anzuzeigen, daß der Stiftmechanismus getriggert worden ist.
Die vorhandenen Tastsysteme sind nicht in der Lage, Signale proportional zur Stiftauslenkung zu senden oder das Maß der Achsenverzögerung zu einer diskreten Null­ position zum Triggern der Maschinenachsenlage zu steuern. In vorhandenen Tasteinrichtungen, wie sie in US-Patent­ anmeldung 0 01 801, eingereicht am 2. Januar 1987, be­ schrieben sind, war es notwendig, einen montierten ein­ teiligen Drehkraftarm zu verwenden, um in Verbindung mit einer an der Maschine montierten Umformereinheit zu arbeiten.
Um diese und andere Nachteile zu überwinden, wird ein Tastsystem angegeben, das so eingerichtet ist, daß es in Verbindung mit einem herkömmlichen an der Maschine montierten Codierer oder Umformer arbeitet, der mit Hilfe einer Steuerstange durch die Mitte der Spindel betätigt wird.
Es werden Tasteinrichtungen angegeben, die einen Haupt­ trägerkörper aufweisen, der in dem Konus der Maschi­ nenspindel gehalten wird. Der Stift wird in einem feder­ belasteten Betriebskopf festgehalten, der durch eine Antireibungsgleitanordnung, die an dem Hauptträgerkörper montiert ist, getragen wird.
Falls die Sonde lediglich zum Lokalisieren einer Ober­ fläche senkrecht zu der Spindelmittellinie verwendet wird, wird die Stiftablenkung auf die Bewegung parallel zu der Spindelmittellinie begrenzt.
Falls die Sonde lediglich zum Abtasten einer Oberfläche parallel zu der Mittellinie der Spindel verwendet wird, wird die Stiftablenkung auf die Bewegung senkrecht zu der Spindelmittellinie begrenzt.
Falls die Sonde zum Lokalisieren einer Oberfläche senk­ recht und parallel zu der Spindelmittellinie oder einer Winkeloberfläche verwendet wird, wird der federbelastete Betriebskopf so montiert, daß er eine Stiftablenkung von jedem Winkel erlaubt.
In allen Fällen ist der Stift auf eine neutrale Posi­ tion federvorgespannt. Die neutrale Position legt den Versatzpunkt des Codierers fest, nachdem die Tasteinrich­ tung in den Spindelverkonus eingefügt und durch die Spindel-Maschinenwerkzeug-Verriegelung gesichert worden ist. Der Codierer wird verschoben, nachdem die Spindel­ steuerstange, die vor der Sondeneinführung zurückgezogen worden ist, durch den linearen Servomotor mit einem verminderten Strom vorgeschoben worden ist, bis sie die Betätigungsstange der Sondeneinrichtung berührt. Diese Position des Codierers wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, um ebenfalls Werkzeuganwesenheit und Werk­ zeugtyp in der Spindel zu verifizieren. Jeder Typ eines Werkzeugs oder einer Sonde hat seine eigene eindeutige Anfangsposition.
Der Trägerkörper der Tasteinrichtung beherbergt eine Kugelnutenbuchse, die durch eine Endkappe gehalten wird. Ein Mittelschaft mit äußeren Nuten, geschliffen für eine vorbelastete Passung, gleitet leicht in der Kugel­ buchse. Der Mittelschaft ist an einer Werkzeugbetäti­ gungsstange befestigt. Eine Feder oder eine Kombination von Federn bestimmt eine neutrale Zwangslage der Betäti­ gungsstange und der Mittelschaftanordnung. Der Mittel­ schaft liefert entweder direkt oder durch einen Anti­ reibungsmechanismus eine neutrale Zwangsposition des Abtaststiftes.
In einer Tasteinrichtung, die für eine Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmittellinie angeordnet ist, ist ein Stiftmontagekopf an dem federvorgespannten Mittel­ schaft befestigt.
Während eines Tastzyklus wird die an der Spindel montier­ te Tasteinrichtung zu dem Werkstück mit einer schnellen Vorschubgeschwindigkeit durch die Z-Achse bewegt, bis der Stift die Werkstückoberfläche berührt. Bei diesem Punkt stoppt der Stift die Vorwärtsbewegung, aber die Spindelachse bewegt sich weiter in Richtung auf die Werkstückoberfläche. Dies bewirkt, daß der Mittelschaft und der Montagekopf sich in den Trägerkörper hineinschie­ ben, was seinerseits bewirkt, daß die Werkzeugbetäti­ gungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleitelement relativ zu der Spindelmeßlinie bewegt. Diese telesko­ pierende Bewegung ist in der Lage, die gesteuerte niedri­ ge Kraft des linearen Servomotors zu überwinden und den Codierer zu verschieben.
Die Codiererverschiebung bewirkt, daß ein Signal zu der Maschinen-CNC in dem Augenblick gesendet wird, wo die Probe die Werkstückoberfläche berührt. Das erzeug­ te Schrittfunktionssignal wird verwendet, um die sonden­ kompatible Logik in der CNC zu triggern. Die Sequenz erfordert normalerweise eine Achsenreversierbewegung bei einer niedrigeren Zufuhrgeschwindigkeit, um das Sondensystemausgangssignal und die Positionslage zu lesen, wenn der Stift die Werkstückoberfläche verläßt.
Falls alternativ dazu die Sondensequenz das Proportional­ signal verwendet, dann signalisiert die Verschiebung des Codierers der Zufuhrgeschwindigkeitssteuerschaltung der CNC, graduell die Zufuhrgeschwindigkeit zu einer programmierten Position des Umformers in einer für die normale Verzögerung notwendigen Strecke auf Null zu vermindern. Bei der programmierten Position wird ein Triggersignal zu der Positionsdetektorlogik in der CNC gesendet. Die Umformerposition wird algebraisch zu der Achsenposition addiert, um die Werkstückoberflächenlage zu bestimmen.
Ein anderes Verfahren zur Verwendung des Proportionalsig­ nals ist es, die Verschiebung des Umformergleiters der Zufuhrgeschwindigkeitssteuerschaltung der CNC zu melden, um die Zufuhrgeschwindigkeit auf einer für die normale Verzögerung notwendigen Strecke auf "Null" zu vermindern. Die CNC wird dann algebraisch die Umformergleiterver­ schiebung zu der Maschinenachsenposition addieren, um den exakten Punkt zu bestimmen, an dem der Stift die Werkstückoberfläche berührt.
Die gesteuerte Verzögerung, die eine Null-Vorschubge­ schwindigkeit erlaubt, erzeugt eine genaue Werkstückober­ flächenlokalisierungssequenz.
Wenn Oberflächenflachheit zu bestimmen ist, wird die Spindel in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben, bis der Stift die Werkstückoberfläche berührt. Die Spin­ del wird dann in bezug auf die Werkstückoberfläche um einen Betrag positioniert, der dem Stift erlaubt, axial um einen bestimmten Betrag von der neutralen Stiftposi­ tion verschoben zu werden. Das Werkstück wird dann in bezug zu der Spindel in einer Ebene senkrecht zu der Spindelmittellinie bewegt. Jede Oberflächenabweichung von einer wahren flachen Ebene bewirkt, daß sich der Stift axial bewegt, was bewirkt, daß der Umformergleiter von der zuvor definierten festen Lage von der neutralen Position verschoben wird. Die durch die Oberflächenab­ weichung verursachte axiale Bewegung wird durch die CNC von dem elektronischen variablen Verschiebungs­ umformer gelesen. Falls die Werkstückoberfläche kontu­ riert ist und die Kontur durch eine Dreiachsenmaschine erzeugt worden ist, dann kann die Oberfläche auf ähnliche Weise untersucht werden. Die Werkstückoberfläche wird bestimmt durch Verwenden eines Teilprogramms, um die Bewegung der drei Achsen zu steuern, und Lesen der Ab­ weichung durch den Betrag der Umformerverschiebung.
Ein anderes Verfahren würde sein, das Werkstück in eine Ebene senkrecht zu der Spindelmittellinie mit der voll­ ständig zurückgezogenen Spindel zu bewegen. Bei gegebenen Koordinaten der Werkstücklage wird die Spindel vorge­ schoben, bis der Stift die Werkstückoberfläche berührt. Die Spindel wird dann um einen programmierten Betrag zurückgezogen, der ausreichend ist, daß der Stift von der Werkstückoberfläche abhebt, und das Werkstück wird zu einer anderen Koordinate bewegt.
Die Verwendung des Verfahrens, bei dem die Abweichungen kontinuierlich durch die CNC von dem Umformerausgang gelesen werden, erzeugt eine vollständigere und genauere Werkstückoberflächenbestimmung.
In einer Tasteinrichtung, die für eine Stiftauslenkung senkrecht zu der Spindelmittellinie eingerichtet ist, ist die Stiftmontagekopfanordnung an der Stirnfläche des Trägerkörpers befestigt und weist einen Stift­ montagekopf auf, der zwischen zwei parallelen Oberflä­ chen senkrecht zu der Spindelmittellinie gelegen ist und mit Hilfe von präzisionsvorbelasteten Antireibungs­ kugellagern getragen wird. Die Kugellager sind in einem Abstandshaltering gehalten und, da sie flache Oberflächen berühren, erlauben sie, daß sich der Stiftkopf frei parallel zu den Montageoberflächen bewegt. Der Stiftkopf steht in Eingriff mit einer Richtungsfesthalteeinrich­ tung, die die obige Bewegung erlaubt, aber die verhin­ dert, daß sich der Kopf dreht, um so jede Abweichung in Lesefehlern zu verhindern, wenn der Stift die Werk­ stückoberfläche berührt. Der Stiftkopf hat ein 90° abge­ schrägtes Präzisionsloch, das gegenüber dem Stift in der Oberfläche gelegen ist.
Eine Präzisionskugel wirkt in dem abgeschrägten Loch. Ein Mittelschaft hat ebenfalls ein 90° abgeschrägtes Präzisionsloch an einem Ende, das ebenfalls auf die glei­ che Kugel wirkt. Der Mittelschaft wird durch eine Kugel­ buchse getragen. Das entgegengesetzte Ende des Mittel­ schaftes ist an der Werkzeugbetätigungsstange befestigt. Der Mittelschaft und die Werkzeugbetätigungstangenan­ ordnung sind federbelastet, so daß das abgeschrägte Loch auf dem Mittelschaft, das gegen die dem abge­ schrägten Loch in dem Stiftkopf gegenüberliegende Kugel wirkt, bewirkt wird, daß der Stiftkopf eine neutrale Position entlang einer Ebene senkrecht zur der Stift­ mittellinie sucht.
Jede Auslenkung des Stiftes in dieser Ebene bewegt den Stiftkopf auf seiner Antireibungskugellagerung, was bewirkt, daß die zwischen dem abgeschrägten Loch in dem Stiftkopf und dem abgeschrägten Loch in dem Mittel­ schaft arbeitende Kugel entlang der Seite der abgeschräg­ ten Löcher beider Teile rollt. Die resultierende Seiten­ kraft auf den Mittelschaft wird durch die Kugelbuchse getragen, deswegen sind alle Bewegungen, die notwendig sind, um die Seitenkraft gegen den Stift in eine axiale Kraft parallel zum Stift zu übersetzen, vollständig reibungsfrei. Die resultierende axiale Kraft bewirkt, daß sich der Mittelschaft axial entlang dieses Kugel-Nu­ ten-Schafts bewegt, und der Stift wird parallel zu der neutralen Position bleiben, wenn er entlang einer Ebene senkrecht zu der Sondenmittellinie ausgelenkt wird.
Eine andere Gestaltung der Tasteinrichtung ist ähnlich gestaltet wie die obige, die erlaubt, daß sich der Stift axial in bezug zu dem Trägerkörper, der den Stiftkopf trägt, bewegt. Diese axiale Bewegung ist ebenfalls feder­ belastet und bewirkt, daß der Stift eine neutrale Posi­ tion in drei Richtungen sucht. Der Stiftmontagekopf ist in einem steilen abgeschrägten Loch getragen, wenn er in seiner axialen neutralen Position ist. Die Abschrä­ gung ist steil genug, um eine steife Unterstützung ohne Seitenspiel zu geben, aber ist selbstlösend entlang ihrer Mittellinie.
Wenn es erforderlich ist, die obere und untere Oberflä­ che eines Werkstückes in Ebenen senkrecht zu Spindelmit­ tellinie zu lokalisieren, wird ein Paar gegenüberliegende Federn verwendet, die gegen Zwangsfestlegungsschultern wirken, um eine neutrale Position des Stiftmontagekopfs festzulegen. Ein Stift, der zum Berühren entweder der oberen oder der unteren Oberfläche gestaltet ist, ist an dem Montagekopf befestigt.
KOMBINATION SONDE-AUSDREHWERKZEUG
In Fällen des Ausdrehens extrem genauer Löcher ist es wünschenswert, den Lochdurchmesser zu untersuchen, bevor das Teil von dem Maschinentisch entfernt wird oder vorzugsweise bevor das Ausdrehwerkzeug von der Spindel entfernt wird oder selbst bevor die Spindel relativ zu der Mitte des Loches bewegt wird. Idealer­ weise wird das Loch ausgedreht, geprüft und erneut ausge­ dreht, um jeden Fehler zu korrigierten, ohne das Werkzeug von der Spindel zu entfernen oder ohne daß die Spindel relativ zu der Mitte des Lochs bewegt worden ist.
Wenn Standardausdrehwerkzeuge oder die oben beschriebe­ nen automatischen Typen in automatischen Bearbeitungs­ zentren verwendet werden, ist es notwendig, das Ausdreh­ werkzeug von der Spindel zu entfernen, um eine Tastein­ richtung einzufügen, um den Lochdurchmesser zu unter­ suchen. Es ist ebenfalls notwendig, die Spindel relativ zu der Mitte des Lochs zu bewegen. Es ist beim Feinaus­ drehen an sich bekannt, daß das Entfernen und Wiederein­ fügen des Ausbohrwerkzeugs zu Lochgrößenvarianzen bei­ tragen kann und daß die Wiederholbarkeits-Toleranzen in der Position der Maschinenmittelachse zu Loch­ lagenvarianzen beitragen kann.
Um die Grenzen von herkömmlichen Ausdreh- und In­ spektionseinrichtungen zu überwinden, wird eine automa­ tische Ausdrehwerkzeug- und Sondenkombination angegeben, die in der Lage ist, den idealen Ausbohr-Prüf-Ausbohr- Zyklus durchzuführen. Dieses Kombinationswerkzeug weist einen Hauptbetriebskörper auf, der mit einem Festhalte­ knopf versehen und so angeordnet ist, daß er im Konus der Maschinenspindel mit Hilfe einer Maschinenwerk­ zeug-Verriegelung gehalten wird. Eine Feder belastet den Betriebsmechanismus einer drehbar montierten Bohr­ stange vor. Die Bohrstange ist mit Hilfe einer Mitnehmer­ stange eingestellt, die einteilig mit einem Teil der Bohrstange ist, der gegenüber dem Schneidwerkzeug liegt. Der Drehpunkt liegt zwischen der Mitnehmerstange und dem Schneidwerkzeug gelegen. Ein Bohrkopf, der entweder einteilig mit der Bohrstange ist oder an dieser montiert ist, liefert eine einstellbare Montage für das Schneid­ werkzeug. Eine einstellbare Montage für den Sondenstift ist ebenfalls in dem Bohrkopf vorgesehen. Die Position der Mitnehmerstange um den Drehpunkt wird begründet durch die Position eines linearen Mitnehmers festgelegt, der gleitfähig in dem Hauptbetriebskörper montiert ist. Zwei verschiedene, aber in Verbindung stehende Mitnehmer­ oberflächen existieren in dem linearen Mitnehmer. Eine Oberfläche hat eine sehr flache Steigung für die Werk­ zeugeinstellung, die andere Oberfläche hat eine steilere Neigung, die entgegen der ersten Neigung abgewinkelt ist und für den Tastzyklus verwendet wird. Der lineare Mitnehmer ist an einer federbelasteten Werkzeugbetäti­ gungsstange, die durch den Hauptbetriebskörper und den Festhalteknopf läuft, befestigt und wird in ihr in einer vollständig zurückgezogenen Position gehalten. Im Betrieb wird die Position der Betätigungsstange und des linearen Mitnehmers durch die Position der Spindelsteuerstange unter der Steuerung der Maschinen-CNC festgelegt, wie zuvor beschrieben. Die Federkraft auf die Werkzeugbe­ tätigungsstange wirkt in der entgegengesetzten Richtung der Kraft von der Spindelsteuerstange, deswegen wird der Kontakt zwischen den beiden Stangen unter allen Ausdrehbedingungen aufrechterhalten. Da der lineare Mitnehmer die Position ändert, bewirkt die Mitnehmer­ stangenbewegung um den Bohrstangendrehpunkt, daß sich die Bohrstange zu einem gesteuerten Winkel neigt. Diese Bewegung bewegt effektiv die Lage des Ausbohrwerkzeuges oder stellt diese ein, um die Größe des gerade zu boh­ renden Lochs zu vergrößern oder zu vermindern. Unter Betriebsbedingung wird der Strom zu dem linearen Servo­ motor, der die Position der Spindelsteuerstange steuert, überwacht, um zu verifizieren, daß Kontakt zwischen der Spindelsteuerstange und der federbelasteten Werkzeug­ betätigungsstange aufrechterhalten wird.
AUSDREHBETRIEB
Der Hauptbetriebskörper des Ausdrehwerkzeugs ist mit einem schiebbar montierten linearen Mitnehmer mit einer sehr flach ansteigenden Mitnehmeroberfläche versehen. Der Winkel der Mitnehmeroberfläche gegenüber dem "Längen­ verhältnis" der drehbar montierten Bohrstange bestimmt die Genauigkeit und das Inkrement der Einstellung, das während des Ausdrehens gemacht werden kann. Das "Längen­ verhältnis" der Stange ist die Entfernung von der Mit­ nehmerstange zu dem Drehpunkt dividiert durch die Ent­ fernung von dem Drehpunkt zu der Werkzeugspitze. Für Präzisionsausdrehen kann ein ausgewählter Mitnehmerwinkel eine Werkzeugspitzenbewegung von 0,00001′′ (0,254 µm) für jede 0,0001′′ (2,54 µm) Bewegung der servogesteuerten Spindelsteuerstange liefern und, da die Auflösung für servogesteuerte Einrichtungen normalerweise 0,00001′′ (0,254 µm) oder weniger ist, kann eine sehr feine Ein­ stellung vorgenommen werden.
Die ausgewählte Stange hat nicht nur das geeignete "Län­ genverhältnis", sondern ebenfalls die korrekte Länge und den Durchmesser, um die den gewünschten Ausdrehbe­ trieb durchzuführen. Es sollte bemerkt werden, daß diese Gestaltung das Ausdrehen von Löchern über einen großen Bereich von Durchmessern und Längen erlaubt.
Nach der Auswahl und Zusammenstellung des richtigen linearen Mitnehmers, der Bohrstange und des Werkzeugs wird der lineare Mitnehmer in seiner vollständig zurück­ gezogenen Position durch die federbelastete Werkzeugbe­ tätigungsstange positioniert. Diese Position liefert den kleinsten Durchmesser, den das Ausdrehwerkzeug bear­ beiten wird. Bei diesem Punkt wird dann das Werkzeug entweder manuell geladen oder durch den automatischen Maschinenwerkzeugwechsler in die Maschinenspindel einge­ fügt. Davor wird die Spindelsteuerstange vollständig zurückgezogen. Nachdem das Ausdrehwerkzeug im Spindel­ konus durch die Spindel-Maschinenwerkzeug-Verriegelung, die auf den Werkzeugfesthalteknopf wirkt, befestigt ist, wird die Steuerstange durch den Servomotor mit einem verminderten Strom vorgeschoben, bis sie die Werk­ zeugbetätigungsstange berührt. Die Position des Codierers wird durch die Maschinen-CNC verarbeitet, um die Werk­ zeuganwesenheit und den Werkzeugtyp in der Spindel zu verifizieren und um einen "Null"-Einstellpunkt festzu­ legen.
Nach der Verifizierung wird das Loch mit Ausdrehwerkzeug­ einstellungen, wie beschrieben, ausgedreht.
PRÜFBETRIEB
Nachdem das Loch ausgedreht worden ist, wird das Kombina­ tionsausdrehwerkzeug von dem Loch zurückgezogen und ein Prüfzyklus durchgeführt. Es sollte bemerkt werden, daß die Sondenstifteinstellung zuvor durch eine Kalibra­ tionssequenz, die eine geeichte Ringleere mit demselben Durchmesser wie das auszudrehende Loch verwendet, einge­ richtet wird. Zwei Arten von Kalibrationszyklen sind im folgenden Text beschrieben.
Wenn sich das Kombinationsausdrehwerkzeug außerhalb des Lochs befindet, schiebt die Spindelsteuerstange den linearen Mitnehmer zu einem Punkt vor, wo die Mit­ nehmerstange in Kontakt mit der steilen Neigungsposition des Mitnehmers ist. Diese Position des Mitnehmers loka­ lisiert sowohl das Schneidwerkzeug als auch den Stift, so daß sie den Durchmesser des ausgedrehten Lochs noch nicht berühren. Nachdem das Kombinationswerkzeug wiederum in das Loch vorgeschoben worden ist, wird der lineare Mitnehmer an einem Punkt positioniert, der dem Stift erlaubt, den Innendurchmesser des Lochs zu berühren. Die Maschinen-CNC verarbeitet dann die Codiererposition und vergleicht sie mit der während des Kalibrationszyklus eingerichteten Position. Der lineare Mitnehmer wird wiederum für den Stift und das Werkzeug positioniert, um das Loch freizugeben, so daß das Werkzeug zurückge­ zogen werden kann.
Für den Fall, daß der Lochdurchmesser kleiner ist, als die Toleranz erlaubt, wird eine Einstellung durch die servogesteuerte Spindelsteuerstange gemacht, die die Werkzeugbetätigungsstange und den linearen Mitnehmer bewegt, was bewirkt, daß die vorbelastete Mitnehmer­ stange, die auf die Mitnehmeroberfläche wirkt, die Bohr­ stange schwenkt. Dieser Einstellbetrag ist das Ergebnis der Sondenzyklusinformation, die durch die Maschinen-CNC verarbeitet worden ist. Dieser Prozeß kann in program­ mierten Intervallen so lange wiederholt werden, bis der Produktionslauf beendet ist. Eine genauere Beschrei­ bung der Tastsequenz erscheint im weiteren Text.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung sind dieselben Bezugszei­ chen in verschiedenen Ansichten verwendet und beziehen sich auf dieselben Teile, und die Schnittansichten sind entlang der Richtung der Pfeile an den Enden der Schnitt­ linien gefertigt. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bearbeitungs­ zentrums, das eine typische Einrichtung der in die Spindel eingefügten Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Bearbeitungszentrums,
Fig. 3 den Schnitt 3-3 nach Fig. 1 der Spindel eines Bearbeitungszentrums, die mit der Erfindung ver­ sehen ist,
Fig. 4 den Schnitt 4-4 nach Fig. 3 einer Umformereinheit der Erfindung,
Fig. 5 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 des Werkzeugadapter­ teils der Erfindung, der zum Bohren eingerichtet ist,
Fig. 6 den Schnitt ähnlich zu Fig. 5 des teilweise kom­ primierten Werkzeugadapterteils der Erfindung, der zum Gewindebohren eingerichtet ist,
Fig. 7 den Schnitt ähnlich zu Fig. 5 des Werkzeugadap­ terteils der Erfindung, der zum Fräsen einge­ richtet ist, wobei der Adapter ausgefahren ist,
Fig. 8 den Schnitt ähnlich zu Fig. 7 des Werkzeugadap­ terteils der Erfindung, der zum Fräsen einge­ richtet ist, wobei der Adapter in einer verriegel­ ten Position ist,
Fig. 9 den Schnitt 9-9 nach Fig. 8,
Fig. 10 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 des Ausdrehwerkzeugteils der Erfindung,
Fig. 11 den Schnitt 11-11 nach Fig. 10,
Fig. 12 den Schnitt 12-12 der Fig. 10,
Fig. 13 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmittellinie eingerichtet ist,
Fig. 14 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmittellinie sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung einge­ richtet ist,
Fig. 15 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine Stiftauslenkung senkrecht zu der Sondenmittellinie eingerichtet ist,
Fig. 16 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von Fig. 15, der die Kugel und Details der abgeschrägten Löcher zeigt,
Fig. 17 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 der Tasteinrichtung der Erfindung, die für eine Stiftauslenkung senkrecht und parallel zu der Sondenmittellinie eingerichtet ist,
Fig. 18 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von Fig. 17, der die Kugel und Details der abgeschräg­ ten Löcher zeigt,
Fig. 19 den Schnitt 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 der Tasteinrichtung der Erfindung, der für eine Stiftauslenkung senkrecht zu der Sondenmittellinie und ebenfalls für eine Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmittellinie sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung eingerichtet ist,
Fig. 20 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von Fig. 19, der die Kugel und Details der abgeschräg­ ten Löcher zeigt,
Fig. 21 den Schnitt 21-21 nach Fig. 19,
Fig. 22 einen vergrößerten Schnitt eines Teils von Fig. 19, der ein Detail der unteren Lokalisie­ rungsfeder zeigt,
Fig. 23 den Schnitt des 5-5 nach Fig. 2 ähnlich zu Fig. 5 des Kombinationsausdrehwerkzeug-Sondenteils der Erfindung,
Fig. 24 den Schnitt 24-24 nach Fig. 23,
Fig. 25 den Schnitt 25-25 nach Fig. 23,
Fig. 26 das mechanische Schema der Erfindung, ebenfalls entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 ähnlich zu Fig. 3,
Fig. 27 ein elektro-mechanisches Schema der Erfindung entlang Linie 27-27 von Fig. 26.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Bearbeitungszentrum mit vertikaler Spindel, das eine Basis 6 aufweist, die einen beweglichen Sattel 5 trägt. Die Sattelbewegung wird als Y-Achse bezeichnet. Der Sattel trägt einen Werkstück­ haltetisch 4. Die Tischbewegung wird als X-Achse bezeich­ net. Die Basis 6 trägt ebenfalls den Maschinenständer 3. An dem Maschinenständer 3 ist ein automatischer Werk­ zeugwechsler 2 montiert. Der Ständer 3 liefert ebenfalls eine verschiebbare Montageoberfläche für den Spindelstock 1. Die vertikale Bewegung des Spindelstocks 1 wird als Z-Achse bezeichnet. Eine numerische Computersteuerung 7 steuert alle Funktionen des Bearbeitungszentrums.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Spindel eines typi­ schen Bearbeitungszentrums. Durch die Mitte der Spindel wirkt eine Spindelsteuerstange 12 hindurch, die an einem rotierenden in einem Gehäuse 19 auf Lagern 18 getragenen Verbindungsschaft 17 befestigt ist. Eine Lagerkappe 20 klemmt den äußeren Ring von Lagern 18 in das Gehäuse 19, eine Klemmmutter 21 klemmt innere Laufringe von Lagern 18 an den Verbindungsschaft 17. Die Spindelsteuer­ stange 12 läuft durch einen typischen Maschinenwerk­ zeug-Verriegelungsmechanismus, der teilweise durch ein Spannfutter 10 und einen Betriebsmechanismus 11 ange­ deutet ist. Ein Werkzeugverriegelungsmittelschaft 16 ist an einer teleskopierbaren Kupplung 15 befestigt, die erlaubt, daß eine axiale Bewegung zwischen der Spin­ delsteuerstange 12 und dem Mittelschaft 16 auftritt, aber erlaubt, daß der Mittelschaft 16 rotierend den Verbindungsschaft 17 antreibt.
Eine typische Bearbeitungseinrichtung 9 wird im Konus der Spindel 8 getragen und durch einen Knopf 14 mit Hilfe eines Maschinenwerkzeugs-Verriegelungsspannfutters 10 festgehalten. Eine Werkzeugbetätigungsstange 13 steht mit der Spindelsteuerstange 12 in Berührung. Fig. 4 zeigt ein Gehäuse 19, das an Gleitelement 22 befestigt ist, das die Position der Steuerstange 12 (Fig. 3) und die Kraft auf sie durch einen linearen Servomotor 25, 26 und Umformer 27, 28 unter der Steuerung der numerischen Computersteuerung 7 (Fig. 2) steuert. Das Gleitelement 22 wird auf einer Basis 23 durch eine vorbelastetes Wälzlager 24 getragen und geführt. Falls Kühlflüssigkeit durch das Werkzeug erforderlich ist, wird der Verbindungs­ schaft 17 so modifiziert, daß eine rotierende Kühlflüs­ sigkeitskupplung 31 montiert wird. Die Spindelsteuer­ stange 12 wird ebenfalls verändert zu einer hohlen Röhre, um Kühlflüssigkeitsfluß in dem Werk­ zeugverriegelungsfutterbereich, der vom Spannfutter 10 besetzt ist, zu erlauben.
OBERFLÄCHENABTASTADAPTER
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen teleskopierbaren Werkzeugadapter 9, der zum Bohren eingerichtet ist. Der Adapter weist einen Adapterkörper und einen Fest­ halteknopf 14 auf. Im Körper 43 ist verschiebbar ein Werkzeughalter 49 getragen, der durch einen Keil 53 angetrieben und durch einen Anschlagblock 47 gegen Druck von einer Feder 45 gehalten wird. Eine Werkzeugbetäti­ gungsstange 44 ist an dem Werkzeughalter 49 durch einen Werkzeughalterbolzen 46 befestigt. Ein Bohrer 52 ist im Futter 51 durch eine Futterverriegelungsmuttereinheit 50 eingespannt. Ein Passungsabstandshalter 40 ist an der Betätigungsstange 44 durch eine Abstandshalterschraube 41 befestigt.
Bevor der teleskopierbare Werkzeugadapter 9 in die Spin­ del 8 eingeführt wird, wird die Steuerstange 12 (Fig. 3) vollständig durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4) zurückgezogen. Nach der Einführung bewegt der Linearmotor 25, 26 die Steuerstange 12 mit einem verminderten Strom oder niedriger Kraft so lange, bis die Steuerstange 12 die Abstandshalterschraube 14 der Betätigungsstange 44 berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen "Null"-Einstellpunkt festzulegen und um die Werkzeug­ anwesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der Werkzeugtyp wird bestimmt durch die Beziehung der Ab­ standshalterschraube 41 zu der Meßlinie des Konus von Adapterkörper 43. Die "Null"-Einstellung eliminiert jede Ungenauigkeit wegen der thermischen Ausdehnung von Spindelanordnungskomponenten relativ zu der Länge der Spindelsteuerstange 12.
Beim Bohren mit Oberflächenabtastung wird die Spindel 8 in Richtung auf das Werkstück fortbewegt, bis der Bohrer 52 die Werkstückoberfläche berührt. Die Spindel oder Z-Achse wird sich weiter vorwärtsbewegen, was be­ wirkt, daß der Werkzeughalter 49 sich in den Adapterkör­ per 43 hineinschiebt und die Feder 45 komprimiert. Diese Bewegung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungs­ stange 44 die Spindelsteuerstange und das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 verschiebt den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformerverschiebung bewirkt, daß die Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27) die Z-Achse auf Null-Geschwindigkeit in der Strecke verzögert, die das Ende des Werkzeughalters 49 zurück­ legen muß, um fest im Werkzeugadapterkörper 43 zu sitzen. Bei diesem Punkt wird die Z-Achsenposition auf Null gesetzt, und der Bohrer 42 wird in das Werkstück zu einer Tiefe in das Werkstück vorgeschoben, die von der Werkstückoberfläche aus durch die numerische Com­ putersteuerung gemessen wird.
Falls der Bohrer brechen sollte, bevor die Tiefe erreicht ist, bewirkt die Feder 45, daß der Werkzeughalter 49 im Werkzeugkörper 43 abhebt, wobei dadurch der Spindel­ steuerstange 12 und dem Umformer 27, 28 erlaubt wird, sich zu verschieben. Diese Bewegung bewirkt, daß der Umformer 27, 28 ein Fehlersignal an die numerische Com­ putersteuerung sendet, die den Zyklus anhält, bis das Problem korrigiert ist.
Fig. 6 zeigt einen teleskopierbaren Werkzeugadapter 9, der zum Gewindeschneiden eingerichtet ist. Der Adapter weist einen Adapterkörper 62 und den Festhalteknopf 40 auf. Im Körper 62 ist ein Werkzeughalter 76 gleitend verschiebbar getragen. Der Werkzeughalter 76 wird durch einen Keil 65 angetrieben und durch einen Anschlagblock 66 gegen Druck von einer Feder 64 gehalten. Eine Werk­ zeugbetätigungsstange 63 ist im Werkzeughalter 76 befe­ stigt. Ein passend 61824 00070 552 001000280000000200012000285916171300040 0002003816737 00004 61705er Abstandshalter 61 ist an der Betä­ tigungsstange 63 durch eine Abstandshalterschraube 60 befestigt. Verriegelt in den Werkzeughalter 76 durch Rastkugeln 71, die durch ein Futter 70 in ihrer Position gehalten werden, ist ein Gewindebohrerantrieb 72 des Direktantriebtyps oder des Drehmomentbegrenzungstyps. Der Gewindebohrer 73 wird durch den Antrieb 72 gehalten und angetrieben. Bevor der telekopierbare Werkzeugadapter zum Gewindebohren in die Spindel eingeführt wird, wird die Steuerstange 12 zurückgezogen. Nach Einführung wird die Steuerstange 12 auf dieselbe Art in Umlauf gesetzt, wie für den Bohradapter beschrieben.
Beim Gewindeschneiden mit Oberflächenabtastung wird die Spindel 8 in Richtung auf das Werkstück 75 vorge­ schoben, das für das Gewindeschneiden vorbereitet worden ist, indem es ein zuvor hergestelltes Loch 74 aufweist, das durch den Gewindebohrer 73 mit einem Gewinde versehen wird. Der Gewindebohrer 73 rotiert zu dieser Zeit nicht. Der Vorschub der Spindel oder Z-Achse wird weiter fort­ gesetzt, was bewirkt, daß sich der Werkzeughalter 76 in den Adapterkörper 72 hineinschiebt und die Gewinde­ bohrer-Widerlagerdruckfeder 64 komprimiert. Der Betrag des Federdruckes kann durch Verändern des Kompressions­ maßes von Feder 64 geändert werden, um sie der Größe von Gewindebohrer 73 anzupassen. Diese Bewegung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungsstange 63 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 verschiebt den Umfor­ mer 27, 28 (Fig. 4). Der Umformer veranlaßt die numeri­ sche Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27), die Z-Achse auf Null-Geschwindigkeit in ungefähr der halben Strecke, die der Werkzeughalter 76 in dem Adapterkörper 62 zurücklegen muß, zu verzögern.
Bei diesem Punkt wird die Z-Achsenposition zu Null ge­ setzt. Die Spindel beginnt zu rotieren, und der durch die Feder 64 bestimmte Druck bewirkt, daß der Gewinde­ bohrer in das Loch 74 bis zu einer Tiefe geführt wird, die von der Werkstückoberfläche durch die numerische Computersteuerung gemessen wird. Die Vorschubgeschwin­ digkeit wird durch die Gewindesteigung des Gewindebohrers 73 und die Drehzahl der Spindel 8 bestimmt.
Wenn sich der Gewindebohrer 73 in das Loch 74 bewegt hat, beginnt der Werkzeughalter 76, sich aus dem Adapter­ körper 62 herauszubewegen. Dies bewirkt wiederum, daß Spindelsteuerstange 12 und Umformer verschoben werden, was die numerische Computersteuerung veranlaßt, die Spindel oder Z-Achse mit derselben Vorschubge­ schwindigkeit, aber leicht hinter dem Gewindebohrer 73 vorzuschieben.
Wenn die geeignete Gewindebohrertiefe erreicht ist, reversiert die Spindel, was bewirkt, daß der Gewin­ debohrer sich aus dem Loch zurückzieht. Diese Tätigkeit drückt den Werkzeughalter 76 weiter in den Adapterkörper 62, was bewirkt, daß der Umformer 27, 28 erneut verscho­ ben wird. Diese Bewegung zeigt der numerischen Computer­ steuerung an, die Bewegung der Z-Achse zu reversieren, und die Z-Achse wird dem Gewindebohrer aus dem Loch heraus folgen, bis der Gewindebohrer 73 von der Werk­ stückoberfläche abgehoben hat.
Falls der Gewindebohrer 73 brechen sollte, bevor die geeignete Tiefe erreicht ist, wird sich der Werkzeug­ halter 76 sehr schnell vorschieben, falls ein Teil des Gewindebohrers weggeschleudert ist, oder er wird mit dem Vorschieben aufhören, weil ein gebrochener Gewinde­ bohrer nicht weiter eingeführt wird. In jedem Fall wird der Übertrager 27, 28 verschoben, was der numerischen Computersteuerung eine Außerhalb-der-Synchronisation-Be­ dingung anzeigt, was bewirkt, daß der Zyklus gestoppt wird, bis das Problem korrigiert worden ist.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch einen teleskopierbaren Werkzeugadapter 9, der zum Fräsen eingerichtet ist. Der Adapter weist einen Adapterkörper 82 und den Fest­ halteknopf 14 auf. Im Adapterkörper 82 ist ein Werkzeug­ halter 98 gleitend verschiebbar gelagert, der durch einen Keil 92 angetrieben und durch einen Anschlag­ block 93 gegen den Druck einer Feder 84, die gegen eine Werkzeughalterscheibe 85 wirkt, gehalten wird. Werkzeug­ halterverriegelungskugeln 87 arbeiten in Verbindung mit einer Mitnehmernut 86 auf dem Innendurchmesser des Adapterkörpers 82 und einer Mitnehmeroberfläche 90 auf dem Außendurchmesser des Verriegelungsmitnehmers 91. Eine Verriegelungsmitnehmerfeder 88 hält einen Druck auf den Verriegelungsmitnehmer 91 und Verriegelungskugeln 87 während des Fräsens aufrecht. Eine Werkzeugbetäti­ gungsstange 83 ist an dem Verriegelungsmitnehmer 91 befestigt. Eine Abstandshalterschraube 80 befestigt einen Passungsabstandhalter 81 an der Betätigungsstange 83. Ein Fräser 97 ist am Werkzeughalter 98 durch eine Verriegelungsschraube 96 befestigt. Ein Spanschutz 95 ist an dem Werkzeughalter 98 befestigt, um zu verhindern, daß sich Späne im Werkzeughalterkonus 99 und dem Adapter­ körperkonus 100 ansammeln.
In Fig. 8 ist derselbe Fräsadapter wie in Fig. 7 gezeigt, nachdem er durch die Z-Achse vorgeschoben worden ist, bis der Fräser 97, der die Werkstückoberfläche 101 be­ rührt, den Werkzeughalter 98 in den Adapterkörper 82 hineinschiebt, bis der Werkzeughalterkonus 99 fest in dem Adapterkörperkonus 100 sitzt und Verriegelungskugeln 87, die in einer Reihe von leicht angewinkelten Löchern 89 in dem Werkzeughalter 98 wirken, in eine Verriege­ lungsposition in der Mitnehmernut 87 am Innendurchmesser des Adapterkörpers durch Druck von einer Mitnehmerver­ riegelungsfeder 88 gegen einen Verriegelungsmitnehmer 91 mit einer Mitnehmeroberfläche 90 mit einem Verriege­ lungswinkel, der so negativ ist, daß Schneidkräfte von einigen Fräsertyptätigkeiten den Werkzeughalter 87 nicht abheben können, verriegelt haben. Der Werkzeughalter 98 wird radial starr im Adapterkörper 82 am unteren Ende durch Konusoberflächen 99 und 100 und am oberen Ende durch Verriegelungskugeln 87 gehalten, die in Lö­ chern 99 wirken, die mit einem Winkel von weniger als 90° von der Mittellinie des Werkzeughalterkörpers 98 bearbeitet sind. Dieser Winkel verhindert jede radiale Bewegung des oberen Endes des Werkzeughalters 98, wenn die Verriegelungskugeln 87 starr in der Mitnehmernut 87 des Adapterkörpers 82 durch den Verriege­ lungsmitnehmerwinkel 90 auf Verriegelungsmitnehmer 91 verriegelt sind.
Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch die Reihe von Löchern 89 in dem Werkzeughalter 98, in denen die Ver­ riegelungskugeln 87 in Verbindung mit der inneren Mit­ nehmernut 86 von Adapterkörper 82 und Mitnehmeroberfläche 90 von Verriegelungsmitnehmer 91 wirken, um eine sehr starre Einrichtung zum Halten des Werkzeughalters 98 in einer Zwangslage im Adapterkörper 82 zu bilden.
Bevor der teleskopierbare Werkzeugadapter zum Fräsen in die Spindel 8 eingeführt wird, wird die Spindel­ steuerstange 12 durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4) zurückgezogen. Nach der Einführung schiebt der Linear­ motor 25, 26 die Steuerstange 12 mit einem verminderten Strom oder niedriger Kraft vor, bis die Steuerstange 12 die Abstandshalterschraube 80 der Betätigungsstange 83 berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch die numerische Computersteuerung 7 (Fig. 2) verarbeitet, um die Werkzeuganwesenheit und den Werkzeugtyp zu veri­ fizieren. Der Werkzeugtyp wird durch die Beziehung der Abstandshalterschraube 80 und die Meßlinie des Konus des Adapterkörpers 82 bestimmt. Nach der Werkzeugveri­ fikation wird der Strom zum Linearmotor 25, 26 um einen gesteuerten Betrag vergrößert, bis ein ausreichender Widerlagerdruck auf der Werkzeugbetätigungsstange 83 vorhanden ist, um die Kraft der Mitnehmerver­ riegelungsfeder 88 zu überwinden. Der Widerlagerdruck wird den Verriegelungsmitnehmer 91 gegen die Schulter des Werkzeughalters 98 bewegen. Die Position des Umfor­ mers 27, 28 wird wiederum durch die numerische Computer­ steuerung 7 verarbeitet, um einen "Null"-Einstellpunkt festzulegen. Ein niedriger Strom wird im Linearmotor 25, 26 während eines Oberflächenabtastbetriebs aufrecht­ erhalten.
Während eines Oberflächenabtastfräsbetriebs wird die nicht rotierende Spindel 8 in Richtung auf das Werkstück 101 vorwärtsbewegt, bis der Fräser 97 die Werkstückober­ fläche berührt. Die Spindel oder Z-Achse wird weiter vorwärtsbewegt, was bewirkt, daß sich der Werkzeughalter 98 in den Adapterkörper 82 hineinschiebt und die Feder 84 komprimiert. Diese Bewegung ist in der Lage, die gesteuerte niedrige Kraft auf Linearmotor 25, 26 zu überwinden und bewirkt auch, daß die Werkzeugbetätigungs­ stange 83 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 wird den Umformer 27, 28 (Fig. 4) verschieben. Die Umformerver­ schiebung wird bewirken, daß die numerische Computer­ steuerung 7 (Fig. 2 und 27) die Z-Achse auf Null-Ge­ schwindigkeit in der Strecke, die benötigt wird, damit der Konus 99 von Werkstückhalter 98 fest im Konus 100 von Adapterkörper 82 sitzt, verzögert.
Der Strom zum Linearmotor 25, 26 wird auf fast Null vermindert, was der Verriegelungsmitnehmerfeder 88 er­ laubt, den Verriegelungsmitnehmer 90 in die Verriege­ lungspostion zu bewegen, wobei der Werkzeughalter 98 starr in den Adapterkörper 82 gesetzt wird. Bei diesem Punkt wird die Z-Achse zu "Null" gesetzt und die nume­ rische Computersteuerung beginnt, die Spindel 8 zu drehen und die erforderliche Achse vorzuschieben, um einen Fräsbetrieb durchzuführen, der von der Oberfläche des Werkstücks 101 aus gemessen wird.
Nachdem der Fräsbetrieb beendet ist, wird der Werkzeug­ halter 98 von der ineinandergeschobenen Position durch ausreichende Vergrößern des Stromes zum Linearmotor 25 entriegelt, 26, um den Verriegelungsmitnehmer 91 zu bewegen und die Verriegelungsmitnehmerfeder 88 zu komprimieren, was den Verriegelungskugeln 87 erlaubt, sich aus der Mitnehmernut 86 des Adapterkörpers 82 zu bewegen. Der Widerlagerdruck vom Linearmotor 25, 26 und deswegen die Kraft von Feder 84 wird den Werkzeug­ halter zu seiner normalen oberflächenabtastenden Position zurücksetzen.
AUTOMATISCHES AUSDREHWERKZEUG
Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch ein automatisches Ausdrehwerkzeug, das einen Betriebskörper 114 und den Festhalteknopf 14 aufweist. Der Betriebskörper 114 ist mit einem Drehpunktblock 118 versehen, um eine Unterstützung für eine Drehpunktbuchse 122 und einen Drehpunktverriegelungsbolzen 127 zu schaffen. Eine Bohr­ stange 125 wird in dem Drehpunktblock 118 geführt und durch die Drehpunktbuchse 122 gehalten. Eine komprimier­ bare Dichtung 121 hält Schmutz von der Drehpunktblock­ anordnung fern. Vorspannfedern 120 bewirken, daß die Bohrstange 125 um die Buchse 122 schwenkt, was eine Mitnehmerstange 117, die an der Bohrstange 125 befestigt ist, gegen einen Mitnehmerschlitz 131 in dem linearen Mitnehmer 115 zwingt. Der lineare Mitnehmer 115 ist gleitend verschiebbar im Betriebskörper 114 montiert. Eine Werkzeugbetätigungsstange 113 ist am linearen Mit­ nehmer 115 befestigt und hält den linearen Mitnehmer 115 vollständig zurückgezogen durch die Kraft von einer Stangenfeder 112, die gegen einen Passungsabstandshalter 111 wirkt, der an der Betätigungsstange 113 durch eine Abstandshalterschraube 110 befestigt ist. Eine einstell­ bare Schneidwerkzeughülse 126 ist an der Bohrstange 125 montiert. Die Position des Schneidwerkzeugs 126 wird normalerweise in einer Werkzeugraumumgebung vorein­ gestellt.
Bevor das automatische Aufdrehwerkzeug in die Spindel 8 eingeführt wird, wird die Steuerstange 12 (Fig. 3) durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4) vollständig zurück­ gezogen. Nach der Einführung schiebt der Linearmotor 25, 26 die Steuerstange 12 mit einem verminderten Strom oder niedriger Kraft vor, bis die Steuerstange 12 die Abstandshalterschraube 110 der Betätigungsstange 113 berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen "Null"-Einstellpunkt festzulegen und um die Werkzeug­ anwesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der Werkzeugtyp wird durch die Beziehung der Ab­ standshalterschraube 110 zu der Meßlinie des Konus des Betriebskörpers 114 bestimmt. Die "Null"-Einstellung verhindert jede Ungenauigkeit wegen der thermischen Ausdehnung der Spindelanordnungskomponenten in bezug zu der Länge der Spindelsteuerstange 12.
Während eines Produktionslaufs von Teilen wird das ge­ rade auszudrehende Loch durch zuvor beschriebene Einrich­ tungen gemessen und ein Einstellwert wird an die numeri­ sche Computersteuerung übertragen. Die Spindelsteuerstan­ ge 12 wird durch den Linearmotor 25, 26 vorgeschoben. Der Vorschubweg wird durch den linearen Umformer 27, 28 gemessen und durch den Mitnehmerwinkel des Mitnehmer­ schlitzes 131 des linearen Mitnehmers 115 und das "Län­ genverhältnis" der Bohrstange 125 bestimmt. Wenn die Spindelsteuerstange 12 vorgeschoben wird, werden Werk­ zeugbetätigungsstange 113 und der lineare Mitnehmer 114 um die gleiche Entfernung vorgeschoben, wobei sie die Feder 112 zusammenpressen. Die Bewegung des linearen Mitnehmers 115 und des Mitnehmerschlitzes 131 bewirken, daß die Mitnehmerstange 117 die Bohrstange 125 um die Drehpunktbuchse dreht. Diese Drehung bewegt das Schneid­ werkzeug 126 um die richtige Distanz, die notwendig ist, um die Werkzeugabnutzung zu kompensieren. Während der Einstellung und des Bearbeitungsbetriebs bewirken Vorspannfedern 120 eine Zwangslast auf die Bohrstange 125, so daß kein Spiel zwischen Bohrstange 125, Dreh­ punktbuchse 122, Mitnehmerstange 117, linearem Mitnehmer 115 und Bohrer im Betriebskörper 114 vorhanden sein kann. Bei Konturierungsbetrieb wird der Servomotor 25, 26 vor- und zurückbewegt, während der Spindelstock 1 (Fig. 1 - Z-Achse) vorgeschoben wird. Die Phasenbeziehung dieser Bewegungen, die durch die numerische Computer­ steuerung 7 gesteuert werden, bestimmt die Gestaltung der konturierten Teile.
Fig. 11 ist ein Schnitt durch die Mitnehmerstange 117, die die Mitnehmerstange mit einer Preßpassung in Bohr­ stange 125 und einer Gleitpassung im linearen Mitnehmer 115 zeigt. Der lineare Mitnehmer 115 wird im gebohrten Loch des Betriebskörpers 114 vollständig getragen.
Fig. 12 ist ein Schnitt durch Drehpunktblock 118, der zeigt, wie die Breite der Bohrstange 125 in der Innenkon­ tur des Drehpunktblocks 118 angepasst ist. Bohrstange 125 schwenkt um Buchse 122. Ein Schulterabstandshalter 128 ist eingepasst, um jedes Endspiel zwischen der inne­ ren Abmessung von Drehpunktblock 118 und Breite der Bohr­ stange 125 auszuschließen. In normaler Bearbeitungspraxis kann ein Endspiel auftreten, aber durch den Passungsab­ standshalter 128 und Spannen des Verriegelungsbolzens 127 mit Hilfe einer Unterlagsscheibe 130 und Verriege­ lungsmuttern 129 wird eine leichte Auslenkung im Dreh­ punktblock 118 bewirkt werden und somit ein Endspiel ausgeschlossen. Ein Schnitt durch Vorspannfedern 120 ist ebenfalls gezeigt.
Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch eine Tasteinrichtung, die für eine Stiftauslenkung parallel zu der Sondenmit­ tellinie eingerichtet ist. Die Tasteinrichtung weist einen Trägerkörper 156 und einen Festhalteknopf 14 auf. Eine Kugel-Nuten-Buchse 147 und ein Schaftanschlagbund 146 sind in der Bohrung des Trägerkörpers 156 durch eine Kappe 148 befestigt. Ein Stift 153 ist an einem Stiftmontagekopf 154 befestigt. Ein Mittelschaft 155 ist in der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch äußere geschlif­ fene Nuten getragen. Der Stiftmontagekopf 154 ist an einem Ende des Mittelschaftes 155 befestigt. Eine Werk­ zeugbetätigungsstange 144 und eine Anschlagunterleg­ scheibe 145 sind am entgegengesetzten Ende befestigt. Eine Sondenvorspannfeder 143 wird auf der Betätigungs­ stange 144 geführt und bestimmt die neutrale Position des Stiftes durch Aufrechterhalten eines Druckes zwischen der Anschlagunterlegscheibe 145 und dem Federanschlag 142. Ein Passungsabstandshalter 141 ist an der Betäti­ gungsstange 144 durch eine Abstandshalterschraube 140 befestigt. Ein Balg 150 und ein Schutz 151 schützen den Nutenschaft 155.
Bevor irgendeine der in Fig. 13, 14, 15, 17 und 19 ge­ zeigten Tasteinrichtungen in die Spindel 8 eingeführt wird, wird die Steuerstange 12 (Fig. 3) durch den Linear­ motor 25, 26 (Fig. 4) vollständig zurückgezogen. Nach der Einführung schiebt der Linearmotor 25, 26 die Steuer­ stange 12 mit einem verminderten Strom oder niedriger Kraft vor, bis die Steuerstange 12 die Abstandshal­ terschraube der geeigneten Werkzeugbetätigungsstange berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen "Null" Einstellpunkt festzulegen und um die Werkzeugan­ wesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der Werk­ zeugtyp wird durch die Beziehung der Abstandshalter­ schraube zu der Meßlinie des Betriebskörpers bestimmt. Die "Null"-Einstellung beseitigt jede Ungenauigkeit wegen der thermischen Ausdehnung der Spindelanordnungs­ komponenten in Bezug zu der Länge der Spindelsteuerstange 12. Im Betrieb wird die Spindel 8 in Richtung auf das Werkstück 158 vorgeschoben, bis Stift 153 die Werkstück­ oberfläche berührt. Die Spindel oder Z-Achse wird weiter vorfahren, was bewirkt, daß sich Stift 153, Stiftmontage­ kopf 154, Mittelschaft 155 und Werkzeugbetätigungsstange 144 relativ zum Trägerkörper 146 und zur Spindel 8 bewe­ gen. Diese Bewegung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeug­ betätigungsstange 144 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Gleitelement 22 verschiebt den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformer­ verschiebung bewirkt, daß die numerische Computersteue­ rung 7 (Fig. 2 und 27) die Z-Achse auf Nullgeschwindig­ keit verzögert.
Die Verschiebung von Umformer 27, 28 (Fig. 4 und 27) wird der numerischen Computersteuerung 7 (Fig. 2 und 27) signalisieren, daß der Sondenstift 153 die Werkstückober­ fläche 158 berührt hat. Die CNC kann dieses Signal in irgendeiner der folgenden Arten verwenden.
Da der Umformer 27, 28 in einer Null- oder Neutrallage vor dem Tastzyklus ist, bewirkt der Anfangskontakt des Stiftes 153 gegen die Werkstückoberfläche 158 die Ver­ schiebung des Umformers aus seinem Nullzustand. Dieses Signal triggert die sondenkompatiblen Schaltungen in den CNC, die geeignet sind, dieses Signal für eine Achsenpositions- und Lagebestimmung zu verwenden. In dieser Betriebsweise wird die Spindelachse überschiessen und ihre Richtung mit einer niedrigeren Vorschubgeschwin­ digkeit reversieren und erneut einem Nullzustand signali­ sieren, wenn der Stift 153 die Werkstückoberfläche 158 verläßt. Dieses letzte Nullsignal wird verwendet, um die Achsenposition festzulegen. Vorherige Kalibrationen werden dann verwendet, um die tatsächliche Werkstückober­ flächenlage zu bestimmen.
Eine alternative Methode ist es, die CNC 7 die Achsen­ bewegung in einer festen Entfernung durch Verwenden des Umformersignals verzögern zu lassen, um die Achsenvor­ schubgeschwindigkeit während der Verzögerung zu steuern, bis die feste Entfernung erreicht ist. Die Umformerposi­ tion wird dann algebraisch zu der Achsenposition addiert, um die Werkstückoberflächenlage zu bestimmen.
Eine weitere alternative Methode ist es, eine normale Verzögerung nach dem Sondenkontakt auftreten zu lassen, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist. Die Umformerpo­ sition wird algebraisch zu der Achsenposition addiert, um die Werkstückoberfläche zu bestimmen.
In Fig. 14 ist eine Tasteinrichtung gezeigt, die für eine Stiftauslenkung sowohl in Plus- als auch in Minus­ richtung parallel zu der Sondenmittellinie geeignet ist. Die Sondeneinrichtung weist einen Trägerkörper 164 und den Festhalteknopf 14 auf. Die Kugel-Nuten-Buch­ se 147 ist in einer Bohrung des Trägerkörpers 164 durch die Kappe 148 befestigt. Ein Stift 173 ist an einem Stiftmontagekopf 180 befestigt. Ein Mittelschaft 174 wird in der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch äußere geschlif­ fene Nuten getragen. Der Stiftmontagekopf 179 ist an einem Ende des Mittelschafts 155 befestigt, Werkzeugbe­ tätigungsstange 163 und Anschlagunterlegscheibe 145 sind am entgegengesetzten Ende befestigt. Eine obere Festlegungsfeder 162 und eine untere Festlegungsfeder 175 sind auf der Werkzeugbetätigungsstange 163 befestigt. Eine äußere Mittelbuchse 178 ist im Trägerkörper 164 durch eine Klemmuffe 168 und eine Klemmutter 176 ge­ klemmt. Eine innere Mittelbuchse 177 ist mit der Betäti­ gungsstange 163 durch Stift 166 verstiftet. Die obere Festlegungsfeder 162 wird zwischen einem oberen gleiten­ den Federstützring 165 und einem Passungsabstandshalter 161 durch eine Abstandshalterschraube 160 gehalten. Die untere Festlegungsfeder 175 ist durch den unteren gleitenden Federstützring 167 und die Anschlagunterleg­ scheibe 145 gehalten. Wenn Stift 173 in einer neutralen Position ist, d.h. wenn Stift 173 nicht mit irgendeiner Werkstückoberfläche in Berührung steht, liefert die obere Feder 162, deren Kompressionskraft zwischen der Abstandshalterschraube 160 und der verstifteten inneren Buchse 177 aufgenommen ist, eine Zwangslage für Stift 173 in der Minusrichtung durch den gleitenden Stützring 165, der gegen die äußere Buchse 178 wirkt. Die untere Feder 175, deren Kompressionskraft zwischen dem Mittel­ schaft 174 und der gestifteten inneren Buchse 177 aufge­ nommen ist, liefert eine Zwangslage für den Stift 173 in der Plusrichtung durch den gleitenden Stützring 167, der gegen die festgeklemmte äußere Buchse 178 wirkt. Die innere Buchse 177 und die äußere Buchse 178 haben gleiche Längen.
Die obere Festlegungsfeder 162 ist ausreichend vorge­ spannt, so daß keine Auslenkung der Feder 162 während der "Null"-Einstellung-Werkzeugvoreinstellung und der Verifikationssequenz der Spindelsteuerstange 12 auftritt.
Im Betrieb wird die Spindel 8 in Richtung auf das Werk­ stück vorgeschoben, bis die Stiftvorderseite 171 von Stift 173 die Werkstückoberfläche berührt. Die Spindel oder Z-Achse wird weiter vorfahren, was bewirkt, daß sich Stift 173, Stiftmontagekopf 179, Mittelschaft 174 und Werkzeugbetätigungsstange 163 relativ zum Träger­ körper 156 und der Spindel 8 bewegen. Diese Bewegung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungsstange 163 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 verschiebt den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformerverschiebung bewirkt, daß die numerische Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27) die Z-Achse zu Nullgeschwindigkeit verzö­ gert und die Umformerverschiebungsinformation zum Bestim­ men der Lage der Werkstückoberfläche verarbeitet, wie zuvor für die Sonde in Fig. 13 beschrieben. Wenn die Spindel in einem Tastzyklus, der eingerichtet wurde, um die untere Seite eines Werkstückteiles zu lokalisie­ ren, zurückgezogen wird, bewirkt die Stiftseite 172 die Werkstückoberfläche 169 berühren, was wiederum be­ wirkt, daß mit der Übertragerposition verbundene Kompo­ nenten verschoben werden, um dadurch zu bewirken, daß Signale auftreten, die die Werkstückoberflächenlage bestimmen.
Fig. 15 zeigt eine Tasteinrichtung, die für eine Stift­ auslenkung senkrecht zur Sondenmittellinie eingerichtet ist. Die Sondeneinrichtung weist einen Trägerkörper 193 und den Festhalteknopf 14 auf. Die Kugel-Nuten-Buchse 147 ist im Trägerkörper 193 durch eine Kappe 195 be­ festigt. Eine obere parallele Platte 196, ein Plattenab­ standshalter 197 und eine untere parallele Platte 199 sind an der Kappe 195 befestigt und durch sie festgelegt. Ein Stift 204 ist an einem Stiftmontagekopf 209 be­ festigt. Der Stiftmontagekopf 209 wird zwischen der oberen parallelen Platte 196 und der unteren parallelen Platte 199 durch Kugellager 211 getragen, die in einem Abstandshalterring 210 gehalten sind. Ein Richtungsfest­ haltering 206 hat obere Keile, die in Schlitz 207 des Stiftmontagekopfs 209 wirken, und untere Keile, die in Schlitz 204 der unteren parallelen Platte 199 wirken. Diese Zusammenstellung erlaubt dem Montagekopf 209, sich frei in einer Ebene senkrecht zu der Sondenmittel­ linie zu bewegen, aber es wird verhindert, daß er sich um die Sondenmittellinie dreht. Ein am Montagekopf 209 durch Klammer 202 befestigter Balg 201 und eine Abdeckung 200 sind an der unteren parallelen Platte 199 befestigt. Der Mittelschaft 155 wird in der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch geschliffene Nuten getragen. Eine Werkzeugbe­ tätigungsstange 213 und eine Anschlagunterlegscheibe 192 sind an dem Mittelschaft 155 befestigt. Eine Sonden­ vorspannfeder 194 ist auf der Betätigungsstange 213 geführt und wird zwischen der Anschlagunterlegscheibe 192 und dem Federanschlag 142 gehalten. Ein Passungsab­ standshalter 191 ist an der Betätigungsstange 213 durch eine Abstandshalterschraube 190 befestigt.
Fig. 16 bzw. Fig. 18 zeigt einen vergrößten Schnitt eines 90° abgeschrägten Lochs oder Mitnehmers 215 im Montagekopf 209. Eine Präzisionskugel 214 wirkt in Mit­ nehmer 215 und Mitnehmer 216 des Mittelschaftbodens 217. Druck von der Vorspannfeder 194 gegen Mitnehmer 215, Kugel 214 und Mitnehmer 216 hält den Stiftmontage­ kopf in einer neutralen Position in einer Ebene senkrecht zu der Sondenmittellinie und ebenfalls in einer Ebene parallel zu der Sondenmittellinie durch festes Setzen des Stiftmontagekopfes 230 in Konus 233 der Scheibe 220.
Im Betrieb wird die Spindel in Richtung auf die Werk­ stückoberfläche 226 bewegt, um eine Oberfläche senkrecht zu der Sondenmittellinie zu lokalisieren. Wenn Stift 224 die Werkstückoberfläche 226 berührt, wird der Stift­ montagekopf 230 aus seiner neutralen Position verscho­ ben, was bewirkt, daß der Mittelschaft 155 axial durch die Kugel 214 verschoben wird.
In einer anderen Betriebsweise wird die Spindel in Rich­ tung auf die Werkstückoberfläche 225 in eine Richtung senkrecht zu der Sondenmittellinie quer bewegt, um eine Oberfläche parallel zu der Mittellinie zu lokalisieren. Wenn der Stift 224 die Werkstückoberfläche 225 berührt, wird die Scheibe 220 sofort aus ihrer neutralen Position durch Druck von Stiftmontagekopf 230 durch den steilen Konus 233 verschoben. Die Verschiebung bewirkt, daß Mitnehmer 232 im Stiftmontagekopf 230 den Mittelschaft 155 axial um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschiebung von Stift 224 durch Kugel 214 ist, die auf der Rampe des Mitnehmers 232 im Sondenmontagekopf 230 und Mitnehmer 216 im Mittelschaftboden bzw. Mittel­ schafteinsatz 217 rollt.
Die axiale Verschiebung des Mittelschafts 155 durch die Auslenkung des Stiftes 224 in einer Richtung parallel oder senkrecht zu der Sondenmittellinie wird ebenfalls die Werkzeugbetätigungsstange 213 relativ zu Trägerkörper 193 und Spindel 8 bewegen. Diese Bewegung bewirkt eben­ falls, daß die Werkzeugbetätigungsstange 213 die Spindel­ steuerstange 212 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) ver­ schiebt. Gleitelement 22 verschiebt den Umformer 27, 28 (Fig. 4). Die Umformerverschiebung bewirkt, daß die numerische Computersteuerung 7 (Fig. 2 und Fig. 27) die Achsenbewegung auf Nullgeschwindigkeit verzögert und die Umformerverschiebungsinformation zum Bestimmen der Lage der Werkstückoberfläche verarbeitet, wie zuvor für die Sonde in Fig. 13 beschrieben.
In Fig. 19 ist eine Sondeneinrichtung gezeigt, die für eine Stiftauslenkung senkrecht und parallel zur Sonden­ mittellinie sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung eingerichtet ist. Die Sondeneinrichtung weist den Träger­ körper 193 und den Festhalteknopf 14 auf. Die Kugel-Nu­ ten-Buchse 147 ist in der Platte 196 befestigt, Platten­ abstandshalter 197 und untere parallele Platte 199 sind an der Endkappe 195 befestigt und durch sie festgelegt.
Eine Scheibe 245 ist zwischen der oberen parallelen Platte 196 und der unteren parallelen Platte 199 durch Kugellager 211, die im Abstandshalterring 210 festgehal­ ten sind, getragen. Ein Richtungsfesthaltering 206 hat obere Keile, die in Schlitz 254 der Scheibe 245 wirken und untere Keile, die in Schlitz 256 der unteren Platte 199 wirken. Diese Zuammenstellung erlaubt der Scheibe 245, sich frei in einer Ebene senkrecht zu der Sondenmit­ tellinie zu bewegen, aber es wird verhindert, daß sie sich um die Sondenmittellinie dreht. Stift 252 ist am Stiftmontagekopf 253 befestigt, der durch einen in Schlitz 244 der Scheibe 245 wirkenden Stift 243 vom Rotieren abgehalten wird. Der Stiftmontagekopf 253 ist radial in der Scheibe 245 durch eine Präzisionspassung zwischen dem inneren Montagedurchmesser der Scheibe 245 und dem äußeren Durchmesser des Stiftmontagekopfs 253 festgelegt. Der Stiftmontagekopf 253 wird axial mit Hilfe der unteren Festlegungsfeder 260 (Fig. 22), die zwischen dem Bund des Montagekopfs 253 und dem glei­ tenden Stützring 257 komprimiert und durch eine am Mon­ tagekopf 253 durch Stift 252 befestigte Muffe 259 festge­ legt. Der gleitende Stützring 257 bestimmt tatsächlich die axiale Lage in einer neutralen Position, indem er auf der Schulter 263 der Scheibe 245 aufsitzt. Ein Balg 241 ist mit Hilfe einer Klammer 242 an die Scheibe 245 geklemmt, eine Balgabdeckung 240 und der Balg 241 sind an der unteren parallelen Montageplatte 199 durch eine Schraube 208 befestigt. Der Mittelschaft 155 wird in der Kugel-Nuten-Buchse 147 durch äußere geschliffene Nuten gehalten. Die Werkzeugbetätigungsstange 213 und die Anschlagunterlegscheibe 192 sind am Mittelschaft 155 befestigt. Die Sondenvorspannfeder 194 ist auf der Betätigungsstange 213 geführt und wird zwischen der Anschlagunterlegscheibe 192 und dem Federanschlag 142 festgehalten. Der Passungsabstandshalter 191 ist an der Betätigungsstange 213 durch die Abstandshalterschrau­ be 190 befestigt. In Fig. 20 ist ein vergrößerter Schnitt eines 90° abgeschrägten Lochs oder Mitnehmers 255 im Stiftmontagekopf 253 gezeigt. Die Präzisionskugel 214 wirkt im Mitnehmer 255 und Mitnehmer 216 des Mittel­ schaftendes 217. Druck von der Vorspannfeder 194 durch den Mittelschaft 155, Kugel 214 und Montagekopf 253 hält den gleitenden Stützring 257 gegen die Schulter 263. Die komprimierte Last in der unteren Festlegungsfe­ der 260 ist größer als die Vorspannkraft der Feder 194. Deswegen erscheint in der Festlegungsfeder 260 keine zusätzliche Kraft, wenn sie in der neutralen Position ist. Der Stiftmontageknopf 253 und Scheibe 245 werden in einer neutralen Position in einer Ebene senkrecht zu der Mittellinie durch Druck auf die Präzisionskugel 214, die in Mitnehmer 255 des Stiftmontagekopfes 253 und Mitnehmer 216 des Mittelschaftendes 217 wirkt, von Feder 194 festgehalten.
Im Betrieb wird die Spindel in Richtung auf die Werk­ stückoberfläche bewegt zum Lokalisieren einer Oberfläche senkrecht zu der Sondenmittellinie in einer Minusrich­ tung. Wenn die Oberfläche 251 von Stift 252 die Werk­ stückoberfläche 246 berührt, wird der Stiftmontagekopf 252 aus seiner neutralen Position verschoben, was be­ wirkt, daß die untere Festlegungsfeder 260 komprimiert wird. Diese Bewegung bewirkt, daß die Vorspannfeder den Mittelschaft 155 axial in einer Minusrichtung ver­ schiebt.
In einer anderen Betriebsweise wird die Spindel in Rich­ tung auf die Werkstückoberfläche 247 in einer Richtung senkrecht zu der Sondenmittellinie zum Lokalisieren einer Oberfläche parallel zur Mittellinie bewegt. Wenn die Oberfläche 250 des Stiftes 252 die Werkstückober­ fläche 247 berührt, wird die Scheibe 245 sofort aus ihrer neutralen Position durch Druck vom Stiftmontagekopf 252 verschoben. Die Verschiebung bewirkt, daß Mitnehmer 255 im Stiftmontagekopf 252 den Mittelschaft 155 axial um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschiebung des Stiftes 252 durch Kugel 214 ist, die auf der Rampe von Mitnehmer 255 im Sondenmontagekopf 253 und Mitnehmer 216 im Mittelschaftboden 217 rollt.
Die axiale Verschiebung des Mittelschafts 155 durch die Auslenkung des Stiftes 252 in eine Richtung senkrecht zu der Sondenmittellinie oder parallel zu der Sonden­ mittellinie sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung bewegt ebenfalls die Werkzeugbetätigungsstange 213 rela­ tiv zum Trägerkörper 193 und zur Spindel 8. Diese Bewe­ gung bewirkt ebenfalls, daß die Werkzeugbetätigungsstange 213 die Spindelsteuerstange 12 und das Gleitelement 22 (Fig. 3) verschiebt. Das Gleitelement 22 wird den Umformer 27, 28 (Fig. 4) verschieben. Die Umformerver­ schiebung bewirkt, daß die numerische Computersteuerung 7 (Fig. 2 und 27) die Achsenbewegung auf Nullgeschwindig­ keit verzögert und die Umformerverschiebungsinformation zum Bestimmen der Lage der Werkstückoberfläche verarbei­ tet, wie zuvor für die Sonde in Fig. 13 beschrieben.
In Fig. 21 ist detailliert die Sondenkopf-Richtungsfest­ halteanordnung gezeigt, die einen Richtungsfesthaltering 206 mit oberen Keilen 261, die mit Schlitz 254 von Schei­ be 245 (Fig. 19) in Eingriff stehen, und unteren Keilen 262, die mit Schlitz 256 der unteren parallelen Platte 199 in Eingriff stehen, aufweist.
Fig. 23 zeigt einen Schnitt durch ein Kombinationsson­ den-Ausdreh-Werkzeug, das den Betriebskörper 114 und den Festhalteknopf 14 aufweist. Betriebskörper 114 ist mit einem Drehpunktblock 270 versehen, um einen Träger für eine Drehpunktmuffe 279 und einen Drehpunktverriege­ lungsbolzen 274 zu liefern. Eine Bohrstange 272 wird in dem Drehpunktblock 270 zwischen Radialwälzlagern 278 geführt. Eine komprimierbare Dichtung 283 hält Schmutz von der Drehpunktblockanordnung fern. Vorspann­ federn 271 bewirken, daß sich die Bohrstange 272 um die Muffe 279 auf Lagern 278 dreht, wobei die an der Bohrstange 272 befestigte Mitnehmerstange 117 gegen den Mitnehmerschlitz 280 und 281 im linearen Mitnehmer 282 gedrückt wird. Die Werkzeugbetätigungsstange 113 ist am linearen Mitnehmer 282 befestigt und zieht den linearen Mitnehmer 282 durch die Kraft von der Stangen­ feder 112, die gegen den an der Betätigungsstange 113 durch die Abstandshalterschraube 110 befestigten Pas­ sungsabstandshalter 111 wirkt. Die einstellbare Schneid­ werkzeugbuchse 126 ist an der Bohrstange 272 montiert. Die Position des Schneidwerkzeugs 126 wird normalerweise in einer Werkzeugraumumgebung voreingestellt. Der Sonden­ stift 273 ist an der Bohrstange 272 in einer einstell­ baren Buchse 284 montiert. Die Stiftposition wird unter Verwendung einer geeichten Ringlehre während eines nach­ stehend beschriebenen Kalibrationszyklus eingestellt.
Bevor das Kombinations-Sonden-Drehwerkzeug in die Spin­ del 8 eingeführt wird, wird die Steuerstange (Fig. 3) vollständig durch den Linearmotor 25, 26 (Fig. 4) zurück­ gezogen. Nach der Einführung schiebt der Linearmotor 25, 26 die Steuerstange 12 vor, bis sie die Abstandshal­ terschraube 110 der Betätigungsstange 113 berührt. Die Position des Umformers 27, 28 wird durch die numerische Computersteuerung 7 verarbeitet, um einen "Null"-Ein­ stellpunkt festzulegen und die Werkzeuganwesenheit und den Werkzeugtyp zu verifizieren. Der Werkzeugtyp wird durch die Beziehung der Abstandshalterschraube 110 zu der Meßlinie des Konus des Betriebskörpers 114 bestimmt. Die "Null"-Einstellung eliminiert alle Ungenauigkeiten wegen der thermischen Ausdehnung der Spindelanordnungs­ komponenten relativ zu der Länge der Spindelsteuerstange 12.
Nachdem das Loch mit dem auf den erforderlichen Durch­ messer voreingestellten Werkzeug 126 gedreht worden ist, wird das Kombinations-Sonden-Drehwerkzeug verwendet, um das gerade gedrehte Loch durch Verwendung einer der beiden Verfahren zu messen, die in Drehen, Tasten, Dreh­ zyklus Nr. 1 oder Drehen, Tasten, Drehzyklus Nr. 2 be­ schrieben sind. Der in diesen Zyklen beschriebenen Ein­ stellwert wird an die numerische Computersteuerung 7 übertragen. Die Spindelsteuerstange 12 wird durch den Linearmotor 25, 26 vorgeschoben. Der Vorschubbetrag wird durch den linearen Umformer 27, 28 gemessen und wird durch den Mitnehmerwinkel des Mitnehmerschlitzes 280 des linearen Mitnehmers 282 und das "Längenverhält­ nis" der Drehstange 272 bestimmt. Wenn die Spindelsteuer­ stange 12 vorgeschoben wird, werden Werkzeugbetätigungs­ stange 113 und linearer Mitnehmer 282 um dieselbe Strecke vorgeschoben, wobei sie die Feder 112 komprimieren. Die Bewegung des linearen Mitnehmers 282 und des Mitneh­ merschlitzes 280 bewirken, daß die Mitnehmerstange 117 die Bohrstange 272 um die Drehpunktmuffe 279 auf Lagern 278 dreht. Diese Drehung bewegt das Schneidwerkzeug 126 um die richtige Strecke, die notwendig ist, um die Werkzeugabnutzung zu kompensieren. Während der Einstel­ lung und der Bearbeitung halten Vorspannfedern 271 eine Zwangslast auf die Bohrstange 272, so daß kein Spiel zwischen Bohrstange 272, Drehpunktmuffenlagern 278, Mitnehmerstange 117, linearem Mitnehmer 282 und Bohrung im Betriebskörper 114 vorhanden sein kann.
Fig. 24 ist ein Schnitt durch den Drehpunktblock 270, der die Bohrstange 272 zeigt, die in einer konturierten inneren Form des Drehpunktblocks 270 durch Axialwälzlager 277 festgelegt ist. Bohrstange 272 schwenkt um Muffe 279 auf radialen Lagern 278. Die Länge der Muffe 279 ist eingepasst, um jedes Endspiel zwischen den inneren Abmessungen von Drehpunktblock 270 und kombinierter Breite von Bohrstange 272 und Axiallager 277 auszu­ schließen. In normaler Bearbeitungspraxis kann ein End­ spiel auftreten, aber durch das Einpassen der Muffe 279 und Spannen des Verriegelungsbolzens 274 mit Hilfe von Unterlegscheiben 276 und Verriegelungsmuttern 275 wird eine leichte Auslenkung im Drehpunktblock 270 be­ wirkt, wodurch das Endspiel ausgeschaltet wird. Die Passung des äußeren Laufrings des Radiallagers 278 in der Bohrung der Bohrstange 272 liefert eine Vorbelastung der auf Muffe 279 gelagerten Radiallager 278. Muffe 279 hat eine enge Passung in der Bohrung des Drehpunkt­ blockes 270. Deswegen ist die gesamte Drehpunktmontage der Bohrstange 272 im Drehpunktblock 270 frei von Spiel und Wälzlager liefern eine reibungsfreie Bewegung. Dies ist notwendig für die während der Tastzyklen notwendige Empfindlichkeit.
Ein Schnitt durch die Vorspannfedern 271 ist ebenfalls gezeigt.
Fig. 25 ist ein Schnitt durch die Mitnehmerstange 117 mit einer Preßpassung in der Bohrstange 272 und einer Gleitpassung im linearen Mitnehmer 282. Der lineare Mitnehmer 282 wird vollständig im gebohrten Loch des Betriebskörpers 114 getragen.
KOMBINATIONS-SONDEN-AUSDREHWERKZEUG Kalibrationszyklus Nr. 1 X-, Y-Bewegung
Es wird Bezug auf Fig. 23, 24, 25, 26 und 27 genommen. Dieser Zyklus ist zu verwenden, wenn Ausrehen und Tasten auszuführen ist, während die Spindel direkt über dem Loch gehalten wird. Der Stiftradius (von der Spindel­ mitte) muß kleiner sein als der Schneidwerkzeugradius zum Freimachen, aber die Differenz darf nicht größer als der Einstellbereich des Werkzeugs sein.
Schritt 1 Montiere eine geeichte Ringlehre am Maschinen­ tisch mit demselben Innendurchmesser wie das auszudrehende Loch.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über die Mitte der Ringlehre.
Schritt 3 Führe das ausgewählte Kombinationsdrehwerk­ zeug in die Spindel.
Schritt 4 Stelle sicher, daß der Stift vollständig in die einstellbare Montage 284 zurückgezogen ist.
Schritt 5 Fahre Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25, 26 aus zu einer Position, in der die Mitneh­ merstange 117 am Meßpunkt des Probenabschnitts von Mitnehmer 281 festgelegt ist (anfänglicher Lehreneinstellpunkt).
Schritt 6 Schiebe Werkzeug in das Meßlehren-Loch vor.
Schritt 7 Stelle Stift 273 auf den Meßlehren-Lochdurch­ messer unter Verwendung einer Fühlerlehre für minimales Spiel ein.
Schritt 8 Ziehe Mitnehmer um 0,010 Zoll (254 µm) durch die Steuerung des Linearmotors 25, 26 zurück.
Schritt 9 Schiebe Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25, 26 um 0,010 Zoll (254 µm) mehr als die Fühlerlehren-Dicke hinter den anfänglichen Lehren-Einstellpunkt (Schritt 5) vor.
Schritt 10 Stift 273 berührt den Innendurchmesser der Lehre, was eine weitere Winkelverschiebung der Bohrstange 272 durch die Vorspannfeder 271 um die Drehpunktmuffe 279 verhindert. Mitnehmerstange 117 verliert den Kontakt mit der Sondenstangenoberfläche 281. Die Mitnehmerschlitzbreite W an diesem Punkt ist größer als der Durchmesser der Mitnehmer­ stange 117, was ein geeignetes Spiel liefert.
Schritt 11 Der Strom zum Linearmotor 25, 26 wird vermin­ dert, aber nicht reversiert.
Schritt 12 Die Kraft von der Betätigungsstangenfeder 112 überwindet die niedrigere Kraft vom Li­ nearmotor 25, 26, die den Mitnehmer 282 zu­ rückzieht.
Schritt 13 Mitnehmer 282 und Linearmotor 25, 26, hören auf zurückzulaufen, wenn die Sondenmitnehmer­ oberfläche 281 wiederum die Mitnehmerstange 117 berührt. Die Kraft der Stangenfeder 112 weniger der auf die Mitnehmerstange 117 wir­ kenden Kraft des Linearmotors ist nicht aus­ reichend, um die Kraft von Vorspannfeder 271 zu überwinden.
Schritt 14 Die Position des Codierers 27, 28 wird durch die CNC-Steuerung 7 verarbeitet, um die kor­ rekte Lehren-Einstellabmessung festzulegen.
Schritt 15 Positioniere Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25, 26 in der in Schritt 8 bestimmten Posi­ tion. Sowohl Stift als auch Werkzeug geben Bohrung frei.
Schritt 16 Ziehe Werkzeug aus der Ringlehre frei zurück.
Ausdrehen-Tasten-Ausdrehenzyklus Nr. 1 Keine X-, Y-Bewegung
Zu verwenden, wenn Ausdrehen und Tasten ohne Bewegung der Spindelmitte relativ zum Lochmitten Bohrwerkzeug gemacht werden muß.
Schritt 1 Führe das ausgewählte Kombinationsausdrehwerk­ zeug in die Spindel ein.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über das auszudrehende Loch fest.
Schritt 3 Drehe Loch mit voreingestelltem Bohrwerkzeug mit vollständig zurückgezogenem Mitnehmer 282 aus.
Schritt 4 Ziehe Werkzeug vollständig aus der Bohrung zurück.
Schritt 5 Positioniere Mitnehmer 282 mit dem Linear­ motor 25, 26 an dem durch Schritte 5 und 8 des Kalibrationszyklus Nr. 1 festgelegten Punkt, sowohl Stift als auch Sonde geben die Bohrung frei.
Schritt 6 Schiebe Werkzeug in die Bohrung vor.
Schritt 7 Schiebe Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25, 26 zu dem in Schritt 9 des Kalibrations­ zyklus Nr. 1 festgelegten Punkt vor.
Schritt 8 Stift 273 berührt den Bohrungsinnendurchmes­ ser, was eine weitere Winkelverschiebung der Bohrstange 272 durch die Vorspannfeder 271 um die Drehpunktmuffe 279 verhindert. Die Mitnehmerstange 171 wird den Kontakt mit der Sondenmitnehmeroberfläche 281 verlie­ ren. Die Mitnehmerschlitzbreite W bei diesem Punkt ist größer als der Durchmesser der Mitnehmerstange 117, was ein geeignetes Spiel liefert.
Schritt 9 Der Strom zum Linearmotor 25, 26 wird vermin­ dert aber nicht reversiert.
Schritt 10 Die Kraft von der Betätigungsstangenfeder 112 überschreitet die niedrigere Kraft des den Mitnehmer 282 zurückziehenden Linearmotors 25, 26.
Schritt 11 Mitnehmer 282 und Linearmotor 25, 26 hören mit dem Zurückziehen auf, wenn die Sondenmit­ nehmeroberfläche 281 wiederum die Mitnehmer­ stange 117 berührt. Die Kraft der Stangenfeder 112 weniger die Kraft des auf die Mitnehmer­ stange 117 wirkenden Linearmotors 25, 26 ist nicht ausreichend, um die Kraft der Vor­ spannfeder 271 zu überwinden.
Schritt 12 Die Position des Codierers 27, 28 wird durch die CNC-Steuerung 7 verarbeitet.
Schritt 13 Die CNC-Steuerung vergleicht die Position des Codierers 27, 28 in obigem Schritt 12 mit Schritt 14 des Kalibrationszyklus Nr. 1. Jeder Unterschied bestimmt den Betrag der erforderlichen Korrektur in der Position des Mitnehmers 282 zum Beenden des Ausdrehens.
Schritt 14 Positioniere Mitnehmer 282 mit dem Linear­ motor 25, 26 an dem durch Schritte 5 und 8 des Kalibrationszyklus Nr. 1 festgelegten Punkt. Sowohl Stift als auch Sonde geben die Bohrung frei.
Schritt 15 Ziehe Werkzeug frei aus dem Bohrloch zurück.
Schritt 16 Fahre den Mitnehmer 282 zu der im obigen Schritt 13 bestimmten Position aus.
Schritt 17 Stelle das Bohrloch fertig.
Kalibrationszyklus Nr. 2 Verwendung von X-, Y-Bewegung1
Zu verwenden, falls die Bohrstangenanordnung erfordert, daß das Schneidwerkzeug an einem viel größeren Radius ist als der Sondenstift, oder, falls eine Ringlehre mit anderem Durchmesser als das auszudrehende Loch ver­ wendet wird.
Schritt 1 Montiere eine geeichte Innendurchmesser-Ring­ lehre an dem Maschinentisch mit einem bekann­ ten Durchmesser.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über der Mitte der Ringlehre fest.
Schritt 3 Führe ein ausgewähltes Kombinationsausdreh­ werkzeug in die Spindel ein.
Schritt 4 Fahre den Mitnehmer 282 vollständig unter Verwendung des Linearmotors 25, 26 aus.
Schritt 5 Schiebe das Werkzeug in das Lehren-Loch vor. Stift und Werkzeug geben das Loch frei.
Schritt 6 Vermindere den Strom zum Linearmotor 25, 26, der gerade ausreichend ist, um den Mit­ nehmer 282 in der ausgeschobenen Position zu halten.
Schritt 7 Schiebe X- oder/und Y-Achse mit einer program­ mierten Vorschubgeschwindigkeit vor, bis Stift 273 die Lehren-Bohrung berührt, was seinerseits die Werkzeugvorspannfeder 271 zusammendrückt, die die Mitnehmerstange 117 in Richtung auf die Spindelmitte schwenkt. Diese Tätigkeit erlaubt, daß die Betätigungs­ stangenfeder den Linearmotor 25, 26 und Co­ dierer 27, 28 verschiebt. Der Mitnehmerwinkel Q ist ausgewählt, um ein 1:1 Verhältnis zwi­ schen der Auslenkung des Stiftes 273 und der Verschiebung des Codierers 27, 28 zu erzeugen. Die Codiererverschiebung wird die X-, Y-Achsenbewegung beenden. Die Codiererpo­ sition wird dann algebraisch zu der X-, Y-Po­ sition relativ zur Mitte des Lehren-Lochs addiert, was die tatsächliche X-, Y-Ver­ schiebung ergibt.
Schritt 8 Die Kenntnis der X-, Y-Verschiebung und des Lehren-Durchmessers ist ausreichend, um die Sonde zu kalibrieren.
Schritt 9 Lege Spindelmitte über die Mitte der Ring­ lehre fest.
Schritt 10 Ziehe Spindel zurück.
Ausdreh-Tast-Ausdrehzyklus Nr. 2 Verwendung der X-, Y-Bewegung
Schritt 1 Führe ein ausgewähltes Kombinationsausdreh­ werkzeug in die Spindel ein.
Schritt 2 Lege die Spindelmitte über der Mitte des auszudrehenden Lochs fest.
Schritt 3 Drehe Loch mit voreingestelltem Drehwerkzeug mit vollständig zurückgezogenem Mitnehmer 282 aus.
Schritt 4 Ziehe Werkzeug aus dem ausgedrehten Loch vollständig zurück.
Schritt 5 Fahre Mitnehmer 282 vollständig unter Verwen­ dung des Linearmotors 25, 26 aus.
Schritt 6 Schiebe Werkzeug in das gerade ausgedrehte Loch vor.
Schritt 7 Vermindere den Strom zu dem Linearmotor 25, 26, der gerade ausreichend ist, um den Mit­ nehmer 282 in der ausgefahrenen Position zu halten.
Schritt 8 Schiebe X- oder/und Y-Achse mit einer program­ mierten Vorschubgeschwindigkeit vor, bis der Stift 273 die Lehren-Bohrungen berührt, was seinerseits die Vorspannfeder 271 kompri­ miert, die die Mitnehmerstange 117 in Richtung auf die Spindelmitte schwenkt. Diese Tätigkeit erlaubt der Betätigungsstangenfeder den Li­ nearmotor 25, 26 und den Codierer 27, 28 zu verschieben. Der Mitnehmerwinkel Q ist ausgewählt, um ein 1:1 Verhältnis zwischen der Auslenkung des Stiftes 273 und der Ver­ schiebung des Codierers 27, 28 zu erzeugen. Die Codiererverschiebung beendet die X-, Y-Achsenbewegung. Die Codiererposition wird dann algebraisch zu der X-, Y-Position relativ zur Mitte des Lehren-Loches addiert, was die tatsächliche X-, Y-Verschiebung ergibt.
Schritt 9 Die CNC-Steuerung 7 vergleicht die X-, Y-Ver­ schiebung in Schritt 8 mit der X-, Y-Verschie­ bung in Schritt 7 von Kalibrationszyklus Nr. 2. Addieren der X-, Y-Differenz zu der Differenz zwischen dem bekannten Lehren-Durch­ messer und dem fertiggestellten auszudrehenden Durchmesser bestimmt den Korrekturbetrag, der in der Position des Mitnehmers zum Beenden des Ausdrehens erforderlich ist.
Schritt 10 Lege die Spindelmitte über der Mitte des auszudrehenden Loches fest.
Schritt 11 Ziehe Spindel zurück.
Schritt 12 Fahre Mitnehmer 282 mit dem Linearmotor 25, 26 zu der in Schritt 9 bestimmten Position aus.
Schritt 13 Beende das Bohrloch.
Schritt 14 Ziehe Spindel zurück.
In Fig. 26 und 27 ist ein mechanisches Schema gezeigt, das einen Spindelstock 1 mit einer Spindel 8 aufweist, die eingerichtet ist, um einen Konus 282 einer typischen Bearbeitungseinrichtung 9 mit einer Werkzeugbetätigungs­ stange 13 festzuhalten. Die Spindelsteuerstange 12 ist drehbar mit dem Gleitelement 22 durch Lager im Gehäuse 19 verbunden. Das Gleitelement 22 wird gleitend ver­ schiebbar in der Basis 23 getragen. An der Basis 23 ist ein Codierer oder Umformer 27 befestigt, der in Verbindung mit einem Gleitmaßstab 28 arbeitet, der an dem Gleitelement 22 montiert ist, um die Positionslagein­ formation des Gleitelementes 22 an die CNC-Steuerung 7 zu liefern. Ebenfalls an der Basis 23 ist eine Spulen­ anordnung 25 des Linearservomotors befestigt, der in Verbindung mit einer Dauermagnetanordnung 26, die an dem Gleitelement 22 befestigt ist, arbeitet. Die nume­ rische Computersteuerung 7 bestimmt die Richtung und den Kraftbetrag, die durch den Linearservomotor 25, 26 erzeugt werden. Die Kraft des Linearmotors 25, 26 kann zu niedrigen Pegeln zur Verwendung in dem Werkzeug­ verifikations- und -Anwesenheitszyklus, der Null-Ein­ stellsequenz und dem Oberflächenabtasten mit Werkzeug­ adaptern und Tasteinrichtungen gesteuert werden. Höhere Kräfte vom Linearmotor 25, 26 werden zum Rücksetzen des Fräsadapters, zum automatischen Ausdrehwerkzeugbe­ trieb zum Präzisionsausdrehen und zum Konturieren ausge­ übt. Der lineare Umformer 27, 28 folgt der Gleitelement­ lage in allen Niedrigkraftanwendungen und teilt die Position des Gleitelements 22 für alle diese Anwendungen der numerischen Computersteuerung 7 mit. Der lineare Umformer 27, 28 liefert ebenfalls Lageistwert-Informatio­ nen an die numerische Computersteuerung während des Regelbetriebs mit, wenn der Linearmotor 25, 26 in Anwen­ dungsfällen mit hoher Kraft arbeitet. Endschalter 290 werden für Sicherheitszwecke verwendet, um ein Über­ schreiten des Sollwerts zu verhindern.
Die detaillierten Funktionen der obigen Elemente sind für die vier Basisbearbeitungseinrichtungen bereits beschrieben worden, d.h. Oberflächenabtastadapter, auto­ matisches Ausdrehwerkzeug, Multiabtasteinrichtung und Kombinations-Tast-Ausdrehwerkzeug.

Claims (22)

1. Bearbeitungseinrichtung für numerisch-computerge­ steuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine Steuerstange, die durch diese Spindel läuft, ein Gleitelement, wobei die Steuer­ stange mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linea­ rer Motor und ein mit dem Gleitelement verbundener Umformer, um die Position und Kraft des Gleitelementes zu steuern, ein federbelasteter teleskopierbarer Werkzeughalter und eine Betätigungsstange in dem Werkzeughalter, die geeignet ist, um mit der Steuer­ stange in Eingriff zu stehen, vorgesehen sind, wobei die Betätigungsstange die Steuerstange verschiebt, um das Gleitelement zu verschieben, um den Umformer zu verschieben, wobei der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsenvorschubgeschwin­ digkeit der numerischen Computersteuerung zum Steuern der Spindelverzögerung von schneller Bewegung zu Nullbewegung hat und der Umformer ein Signal erzeugt, um die Werkstückoberflächenlage an die numerische Computersteuerung zu übertragen, um die Spindel zu einer programmierten Tiefe mit einer programmierten Vorschubgeschwindigkeit vorzuschieben.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein federbelasteter teleskopierbarer Werkzeughal­ ter vorgesehen ist, der sich während eines Bohrbe­ triebs vom Sitz abhebt, falls der Bohrer bricht, wobei dieses Abheben den Umformer verschiebt, bevor die programmierte Tiefe erreicht ist, was der nume­ rischen Computersteuerung anzeigt, daß eine Fehlfunk­ tion aufgetreten ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete teleskopierbare Werkzeughalter so eingerichtet ist, daß er Gewindeschneider antreibt und teilweise während der Verzögerung zu einer vorbe­ stimmten Position des Umformers komprimiert wird, wodurch ein In-Position-Signal an die numerische Computersteuerung übertragen wird, dieses In-Posi­ tion-Signal die Werkstückoberflächenlage bestimmt und die Spindelrotation auslöst; die Spindelrotation bewirkt, daß der Gewindeschneider in das Werkstück vorgeschoben wird, was bewirkt, daß der Gewindebohrer­ halter den Umformer verschiebt; diese Verschiebung der numerischen Computersteuerung signalisiert, die Spindel mit der Gewindebohrervorschubgeschwindigkeit zu einer programmierten Tiefe vorzuschieben, die Spindelrotation bei der programmierten Tiefe rever­ siert wird, was bewirkt, daß der Werkzeughalter den Umformer zu einer Position hinter der vorbestimmten Position bewegt wird, der Spindelvorschub reversiert wird, wobei er dem Gewindebohrer aus dem Loch folgt und sich die Spindel zu einer programmierten Position in Bezug auf das Werkstück zurückzieht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein federbelasteter teleskopierbarer Werkzeughal­ ter vorgesehen ist, der seine Betriebsposition während des Gewindebohrens ändert, falls der Gewindebohrer brechen oder festlaufen sollte, wobei die Veränderung der Betriebsposition den Umformer verschieben wird, bevor die programmierte Tiefe erreicht ist, was der numerischen Computersteuerung signalisiert, daß eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der teleskopierbare Werkzeughalter geeignet ist, Fräser anzutreiben und fest in dem Werkzeugadapterkör­ per während des Fräsens sitzt und in der gesetzten Position unabhängig von Bearbeitungslasten mit Hilfe eines federbelasteten Kugel-Verriegelungsmechanismus festgehalten wird, der eine innere Mitnehmernut in dem Adapterkörper, eine Reihe von Kugeln, die in einer Reihe von Löchern in dem teleskopierbaren Werk­ zeughalter festgelegt sind und eine äußere Mitnehmer­ oberfläche mit einem Verriegelungswinkel, der mit den Kugeln zusammenwirkt, aufweist, wobei die äußere Mitnehmeroberfläche auf einen federbelasteten Mitneh­ mer gelegt ist, der an einer Werkzeugbetätigungsstange befestigt und gleitend verschiebbar in einer inneren Bohrung des gleitenden Werkzeughalters montiert ist und die Federlast auf den Verriegelungswinkel die Kugeln gegen die innere Nut in dem Adapterkörper drückt, was den Werkzeughalter starr während des Bearbeitungsbetriebs in den Sitz drückt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der teleskopierbare Werkzeughalter einen selbst­ lösenden äußeren Konus auf dem unteren Teil aufweist, der ausgebildet ist, daß er fest in einem passenden inneren Konus des Adapterkörpers sitzt, wenn der Werkzeughalter in der voll ineinander geschobenen Position ist, wobei die Mitte der für die Kugeln vorgesehenen Löcher des Werkzeughalters unter einem Winkel von weniger als 90° von der Mittellinie des Werkzeughalters angeordnet sind und der Winkel der Löcher eine radiale Stabilität für den Werkzeughalter am dem Konus des Werkzeughalters gegenüberliegenden Ende durch die Kugeln liefert, die zwangsweise zwi­ schen der inneren Mitnehmernut in dem Adapterkörper und dem Winkel der Löcher durch den Verriegelungswin­ kel des federbelasteten gleitenden Mitnehmers verrie­ gelt sind, wodurch der Werkzeughalter starr sowohl axial als auch radial verriegelt ist, um jedes Spiel zwischen dem Werkzeugadapterkörper und dem Werkzeug­ halter während des Bearbeitungsbetriebs auszu­ schließen.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor die Spindelsteuerstange gegen die Werkzeugbetätigungsstange mit ausreichender Kraft bewegt, wenn der Bearbeitungsbetrieb fertig ist, um die Federkraft auf den gleitenden Mitnehmer zu überwinden, wobei der Verriegelungswinkel des gleiten­ den Mitnehmers von den Kugeln weg bewegt wird, was der Werkzeughalterfeder erlaubt und hilft, den Werk­ zeughalter zu der Werkstückabtastzyklusposition zu­ rückzustellen.
8. Ausdreheinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine Steuerstange, wobei die Steuer­ stange durch die Spindel läuft, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbunden sind, um die Position und Kraft des Gleitelementes zu steuern, und ein einstell­ bares in der Spindel montiertes Ausdrehwerkzeug vorge­ sehen sind, wobei das einstellbare Ausdrehwerkzeug einen in der Spindel befestigten Hauptbetriebskörper, eine Bohrstange mit einstellbarer Vorbelastung, eine Mitnehmerstange, wobei die Mitnehmerstange an einem Ende der Bohrstange befestigt und die Bohrstange drehbar an dem Betriebskörper befestigt ist, einen linearen Mitnehmer zum Steuern der Position der glei­ tend in den Trägerkörper gelagerte Mitnehmerstange, eine an dem linearen Mitnehmer befestigte Werkzeugbe­ tätigungsstange, eine Betätigungsstangenfeder, wobei die Betätigungsstangenfeder die Betätigungsstange und den linearen Mitnehmer in einer vollständig zu­ rückgezogenen Position hält, einen Ausdrehkopf, wobei der Ausdrehkopf an dem der Mitnehmerstange gegenüber­ liegenden Ende der Bohrstange befestigt ist, ein in dem Ausdrehkopf montiertes Schneidwerkzeug, wobei die Spindelsteuerstange die Werkzeugbetätigungsstange während des Betriebs berührt und die Kraft der Betäti­ gungsstangenfeder überwindet, um die Position der Werkzeugbetätigungsstange und des linearen Mitnehmers zu bestimmen, und eine Vorspannfeder aufweist, wobei die Vorspannfeder auf einem Ende des Betriebskörpers angeordnet ist, um die Bohrstange in eine Richtung zu drehen, um der Kraft des linearen Mitnehmers, der mit der Mitnehmerstange in Eingriff steht, gegen­ über zu stehen, um die Bohrstange in eine vorgewählte Position zu drehen, um die Lage des Schneidwerkzeugs zum Steuern des Durchmessers des gebohrten Loches festzulegen.
9. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, und ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbunden sind, um die Position und Kraft des Gleitelementes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel mon­ tierten Trägerkörper, einen an einem unter Federvor­ spannung stehenden Mittelschaft gleitend verschiebbar in dem Trägerkörper montierten Stiftmontagekopf, eine an dem Mittelschaft befestigte Werkzeugbetäti­ gungsstange, einen Stift in dem Stiftmontagekopf, wobei Montagekopf, Mittelschaft und Betätigungsstange relativ zu dem Trägerkörper beweglich sind, und ein Objekt aufweist, wobei die Werkzeugbetätigungsstange verschoben wird, wenn der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird, während sich die Tasteinrichtung in einer Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel bewegt, wobei die Verschiebung der Werkzeugbe­ tätigungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleit­ element verschiebt, der Umformer durch das Gleitele­ ment verschoben wird, der Umformer elektronische Verbindungsvorrichtungen zu der Achsenvorschubge­ schwindigkeit der numerischen Computersteuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullgeschwindigkeit aufweist, der Umformer so ausgebildet ist, daß er die Positionserfassungsschal­ tungen der numerischen Computersteuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontage­ kopf und dem Trägerkörper beginnt, um der relativen Bewegung zu folgen, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Erfassungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Objekts zu dem Stift zu verarbeiten, wenn die Tasteinrichtung in einer Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausge­ lenkt wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Bestimmen der Kontur eines Objekts rela­ tiv zu einer Ebene senkrecht zu der Achse der Spin­ del geeignet ist, wenn der Stift entlang des Objekts in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird.
11. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist und ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver­ bunden sind, um die Position und Kraft des Gleitele­ mentes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel montierten Trägerkörper, einen an einem federvorbelasteten gleitfähig in dem Trägerkörper montierten Stiftmontagekopf, eine Vorrichtung zum Festhalten gegenüberliegender Vorspannkräfte, um eine neutrale Zwangsposition des Stiftmontagekop­ fes zu liefern, eine an dem Mittelschaft befestigte Werkzeugbetätigungsstange, einen Stift in dem Stift­ montagekopf, wobei Stift, Montagekopf, Mittelschaft und Betätigungsstange relativ beweglich zu dem Trä­ gerkörper sind, und ein Objekt aufweist, wobei die Werkzeugbetätigungsstange verschoben wird, wenn der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird, während sich die Tasteinrichtung in einer Plus- oder Minus­ richtung parallel zu der Achse der Spindel bewegt, die Verschiebung der Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleitelement verschiebt, der Umformer durch das Gleitelement verschoben wird, der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrich­ tung zu der Achsenvorschubgeschwindigkeit der nume­ rischen Computersteuerung zum Steuern des Spindelvor­ schubs von schneller Bewegung zu Nullvorschubge­ schwindigkeit hat und der Umformer so ausgebildet ist, daß er die Positionserfassungsschaltung der numerischen Computersteuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper beginnt, um der relativen Bewe­ gung zu folgen, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfassungsschal­ tung durch die numerische Computersteuerung ver­ arbeitet wird, um die relative Position des Objekts zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in einer Plus- oder Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird.
12. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbun­ den sind, um Position und Kraft des Gleitelements zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel mon­ tierten Trägerkörper, einen relativ zu dem Träger­ körper in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel beweglichen Stiftmontagekopf, einen Stift in dem Montagekopf, ein Objekt und eine Vor­ richtung zum Verschieben der Spindelsteuerstange aufweist, wobei das Gleitelement und der lineare Umformer in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt werden, wenn der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird, der Umformer eine elek­ tronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsenvor­ schubgeschwindigkeit der numerischen Computersteue­ rung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit aufweist und der Umformer so ausgebildet ist, daß er die Positionserfassungsschaltungen der numerischen Compu­ tersteuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewegung folgt, bis Nullge­ schwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfassungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Objekts zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird.
13. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, und ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver­ bunden sind, um die Position und Kraft des Gleitele­ mentes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel montierten Trägerkörper, einen Mittelschaft, eine Feder, um den Mittelschaft vorzubelasten, wobei der Mittelschaft axial verschiebbar in dem Trägerkör­ per montiert ist, um eine an dem Mittelschaft be­ festigte Werkzeugbetätigungsstange, einen Stiftmon­ tagekopf des starren Scheibentyps, der relativ zu dem Trägerkörper in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel beweglich ist, einen Mitnehmer in dem Stiftmontagekopf, eine in dem Mitnehmer des Montagekopfs getragene Kugel, einen Mitnehmer in dem Mittelschaft zum Aufnehmen der Kugel, wobei die Feder des Mittelschafts einen Druck auf die Kugel und die Mitnehmeroberflächen ausübt, um eine neutrale Position des Stiftmontagekopfs festzulegen, einen Stift in dem Stiftmontagekopf, ein Objekt, wobei jede Verschiebung des Stiftes, wenn er in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel gegen das Objekt bewegt wird, bewirkt, daß die in den Mitnehmeroberflächen wirkende Kugel den Mittel­ schaft und die Werkzeugbetätigungsstange um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschiebung des Stiftes ist, wobei der Stift parallel zu der Achse der Spindel während der Stiftverschiebung bleibt und ein schwimmend montierter Richtungsfesthaltering, der die starre Scheibe an den festen Trägerkörper verkeilt, aufweist, wobei die Verschiebung der Werk­ zeugbetätigungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleitelement verschiebt, der Umformer durch das Gleitelement verschoben wird, wobei der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsenvorschubgeschwindigkeit der numerischen Compu­ tersteuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit aufweist und der Umformer die Positionserfassungs­ schaltungen der numerischen Computersteuerung trig­ gert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stift­ montagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewegung folgt, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfas­ sungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Ob­ jekts zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tastein­ richtung in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird.
14. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist und einen linearen Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver­ bunden sind, um die Lage und Kraft des Gleitelements zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel mon­ tierten Trägerkörper, einen relativ zu dem Trägerkör­ per in einer Plusrichtung parallel zu der Achse der Spindel und in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegbaren Stiftmontagekopf, einen Stift in dem Montagekopf, ein Objekt und eine Vor­ richtung zum Verschieben der Spindelsteuerstange aufweist, wobei das Gleitelement und der lineare Umformer ein Signal abgeben, wenn der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird, wenn die Tasteinrichtung in eine Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, wobei der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsen­ vorschubgeschwindigkeit der numerischen Computer­ steuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von einer schnellen Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit aufweist und der Umformer die Positionserfassungs­ schaltungen der numerischen Computersteuerung trig­ gert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stift­ montagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewegung folgt, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfas­ sungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Objek­ tes zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrich­ tung in eine Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird.
15. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbun­ den sind, um die Position und Kraft des Gleitelemen­ tes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spin­ del montierten Trägerkörper, einen Mittelschaft, eine Feder, um den Mittelschaft vorzubelasten, wobei der Mittelschaft axial in dem Trägerkörper verschieb­ bar montiert ist, um eine an dem Mittelschaft be­ festigte Werkzeugbetätigungsstange, eine relativ zu dem Trägerkörper in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegliche starre Scheibe einen Stiftmontagekopf, wobei die starre Scheibe so eingerichtet ist, daß sie den Stiftmontagekopf in einem steil verjüngten Loch in der Scheibe fest­ legt, wobei der Stiftmontagekopf einen passenden Konus hat, um in das Loch zu passen, einen Mitnehmer in dem Stiftmontagekopf, eine in dem Mitnehmer in dem Stiftmontagekopf getragene Kugel, einen Mitnehmer in dem Mittelschaft zum Aufnehmen der Kugel, wobei die Feder des Mittelschaftes einen Druck auf die Kugel und die Mitnehmeroberfläche ausübt, der Druck den Montagekopf axial in dem verjüngten Loch festlegt und den Stiftmontagekopf und die starre Scheibe radial in einer neutralen Position festlegt, einen Stift in dem Stiftmontagekopf, ein Objekt, wobei jede Verschiebung des Stiftes, wenn er in eine Minus­ richtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel gegen das Objekt bewirkt, daß die Kugel, die in den Mitnehmeroberflächen wirkt, den Mittelschaft und die Werkzeugbetätigungsstange um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschiebung des Stiftes ist, und der Stift parallel zu der Achse der Spindel während der Stiftverschiebung bleibt, und einen schwimmend montierten Richtungsfesthaltering, der die starre Scheibe mit dem festen Trägerkörper ver­ keilt, aufweist, wobei die Verschiebung der Werkzeug­ betätigungsstange die Spindelsteuerstange und das Gleitelement verschiebt, der Umformer durch das Gleitelement verschoben wird, der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsen­ vorschubgeschwindigkeit der numerischen Computer­ steuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit hat, der Umformer die Positionserfassungsschaltung der numerischen Computersteuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewe­ gung folgt, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfassungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Objektes zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in eine Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird.
16. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, und ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement ver­ bunden sind, um die Position und die Kraft des Gleit­ elementes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel montierten Trägerkörper, einen relativ zu dem Trägerkörper in eine Plus- und Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel und in eine Rich­ tung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegbaren Stiftmontagekopf, einen Stift in dem Stiftmontage­ kopf, ein Objekt und eine Vorrichtung zum Verschieben der Spindelsteuerstange aufweist, wobei das Gleitele­ ment und der lineare Umformer verschoben werden, wenn der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird, wenn die Tasteinrichtung in eine Plus- oder Minus­ richtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, der Umformer eine elektronische Verbin­ dungsvorrichtung zu der Achsenvorschubgeschwindigkeit der numerischen Computersteuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullvor­ schubgeschwindigkeit hat und der Umformer die Posi­ tionserfassungsschaltung der numerischen Computer­ steuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwi­ schen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewegung folgt, bis Nullge­ schwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfassungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Objekts zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in eine Plus- oder Minus­ richtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausge­ lenkt wird.
17. Tasteinrichtung für numerisch-computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine durch die Spindel laufende Steuer­ stange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, einen linearen Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbun­ den sind, um die Position und die Kraft des Gleitele­ mentes zu steuern, vorgesehen sind, wobei die in der Spindel montierte Tasteinrichtung einen in der Spindel montierten Trägerkörper, einen Mittelschaft, eine Feder, um den Mittelschaft vorzubelasten, wobei der Mittelschaft axial in dem Trägerkörper verschieb­ bar montiert ist, eine an dem Mittelschaft befestigte Werkzeugbetätigungsstange, eine relativ zu dem Trä­ gerkörper in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegbare starre Scheibe, einen Stiftmon­ tagekopf, wobei die starre Scheibe so eingerichtet ist, daß sie den Stiftmontagekopf in einer konischen Bohrung in der starren Scheibe festlegt, eine an dem Stiftmontagekopf befestigte vorbelastete Federan­ ordnung, wobei die Federanordnung den Montagekopf in der konischen Bohrung axial positioniert, einen Mitnehmer in dem Stiftmontagekopf, eine in dem Mit­ nehmer in dem Stiftmontagekopf getragene Kugel, einen Mitnehmer in dem Mittelschaft zum Aufnehmen der Kugel, wobei die Vorspannfederanordnung des Stiftmontagekopfes einen Vorspannwert hat, der größer ist als der Wert der Mittelschaftfeder, die Mittel­ schaftfeder den Stiftmontagekopf und die Federvor­ spannanordnung axial und die starre Scheibe radial in einer neutralen Position festlegt, einen Stift in dem Stiftmontagekopf, ein Objekt, wobei jede Verschiebung des Stiftes, wenn er in eine Plus- oder Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel gegen dieses Objekt bewegt wird, bewirkt daß die in den Mitnehmeroberflächen wirkende Kugel den Mittelschaft und die Werkzeugbetätigungsstange um einen Betrag verschiebt, der gleich der Verschie­ bung des Stiftes ist, der Stift parallel mit der Achse der Spindel während der Stiftverschiebung bleibt, und einen schwimmend montierten Richtungs­ festhaltering, der die starre Scheibe mit dem festen Trägerkörper verkeilt, aufweist, wobei die Verschie­ bung der Werkzeugbetätigungsstange die Spindelsteuer­ stange und das Gleitelement verschiebt, der Umformer durch das Gleitelement verschoben wird, der Umformer eine elektronische Verbindungsvorrichtung zu der Achsenvorschubgeschwindigkeit der numerischen Compu­ tersteuerung zum Steuern des Spindelvorschubs von schneller Bewegung zu Nullvorschubgeschwindigkeit hat und der Umformer die Positionserfassungsschaltung der numerischen Computersteuerung triggert, wenn die relative Bewegung zwischen dem Stiftmontagekopf und dem Trägerkörper beginnt und der relativen Bewe­ gung folgt, bis Nullgeschwindigkeit erreicht ist, wobei der Ausgang der Positionserfassungsschaltung durch die numerische Computersteuerung verarbeitet wird, um die relative Position des Objektes zu dem Stift zu bestimmen, wenn die Tasteinrichtung in eine Plus- oder Minusrichtung parallel zu der Achse der Spindel oder in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel bewegt wird, bis der Stift durch das Objekt ausgelenkt wird.
18. Kombinations-Abtast-Ausdreh-Einrichtung für numerisch computergesteuerte Bearbeitungszentren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindel, eine Steuerstange, wobei die Steuerstange durch die Spindel läuft, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, ein linearer Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbunden sind, um die Position und Kraft des Gleitelementes zu steuern, und eine Kombination aus Sonde und ein­ stellbarem Ausdrehwerkzeug, die in der Spindel zum Ausdrehen, Messen und Korrigieren des Durchmessers eines ausgedrehten Lochs ohne Entfernen des Kombina­ tionswerkzeugs von der Spindel vorgesehen sind, wobei das Kombinationswerkzeug einen in der Spindel befestigten Hauptbetriebskörper, eine vorbelastete einstellbare Bohrstange, eine Mitnehmerstange, wobei die Mitnehmerstange an einem Ende der Bohrstange befestigt ist und die Bohrstange drehbar an dem Betriebskörper befestigt ist, einen linearen Mit­ nehmer zum Steuern der Position der Mitnehmerstange, die verschiebbar in dem Trägerkörper montiert ist, eine an dem linearen Mitnehmer befestigte Werkzeug­ betätigungsstange, eine Betätigungsstangenfeder, wobei die Betätigungsstangenfeder die Betätigungs­ stange und den linearen Mitnehmer in einer vollstän­ dig zurückgezogenen Position hält, einen Ausdrehkopf, wobei der Ausdrehkopf an dem Ende der Bohrstange entgegengesetzt zu der Mitnehmerstange befestigt ist, ein in dem Ausdrehkopf montiertes Schneidwerk­ zeug, ein in dem Ausdrehkopf gegenüber dem Schneid­ werkzeug montierter Sondenstift, wobei die Spindel­ steuerstange die Werkzeugbetätigungsstange während des Betriebs berührt und die Kraft der Betätigungs­ stangenfeder überwindet, um dabei die Position der Werkzeugbetätigungsstange und des linearen Mitnehmers zu bestimmen, und eine Vorspannfeder aufweist, wobei die Vorspannfeder an einem Ende des Betriebskörpers montiert ist, um die Bohrstange in eine Richtung zu drehen, damit sie den auf die Mitnehmerstange wirkenden Kräften des linearen Mitnehmers entgegen­ wirkt und der mit der Mitnehmerstange in Verbindung stehende lineare Mitnehmer die Bohrstange zu einer vorgewählten Position dreht, um das Schneidwerkzeug zum Steuern des Durchmessers des ausgedrehten Loches festzulegen, wobei der lineare Mitnehmer zwei unter­ schiedliche Mitnehmerwinkel hat, einen unteren Mit­ nehmerwinkel, wobei der untere Mitnehmerwinkel flach ist, um gegen die Mitnehmerstange für den Bohrbetrieb zu wirken und einen oberen Mitnehmerwinkel, wobei der obere Mitnehmerwinkel steil ist, und in eine Richtung entgegengesetzt zu dem unteren Mitnehmerwin­ kel liegt, um gegen die Mitnehmerstange für den Tastbetrieb zu wirken, wobei die Spindelsteuerstange den linearen Mitnehmer so positioniert, daß der obere Mitnehmerwinkel mit der Mitnehmerstange in Eingriff steht, nachdem ein Loch ausgedreht worden ist, und das Kombinationswerkzeug aus dem Loch zu­ rückgezogen worden ist, die Position des linearen Mitnehmers einen Winkel der Bohrstange bestimmt, der ein Spiel in dem ausgedrehten Loch für das Schneidwerkzeug und den Sondenstift liefert, wobei das Kombinationswerkzeug in das ausgedrehte Loch vorgeschoben wird, die Spindelsteuerstange den linea­ ren Mitnehmer zu einem in einem vorherigen Kalibra­ tionsverfahren bestimmten Punkt vorschiebt, was der Vorspannfeder erlaubt, die Bohrstange zu drehen, bis der Stift den inneren Durchmesser des gebohrten Lochs berührt, bei diesem Punkt die Mitnehmerstange nicht in Kontakt steht mit irgendeiner Mitnehmerober­ fläche, der Strom zu dem Linearmotor vermindert wird, was der Betätigungsstangenfeder erlaubt, den linearen Mitnehmer so zu positionieren, bis der obere Mitnehmer-Kontakt mit der Mitnehmerstange herstellt, aber nicht bewirkt, daß der Stift Kontakt mit dem gebohrten Loch verliert, die lineare Mitneh­ merposition die Positon der Werkzeugbetätigungs­ stange, der Spindelsteuerstange, des Gleitelements und des Umformers bestimmt und die Umformerposition dann durch die numerische Computersteuerung verarbei­ tet und mit einer in einem vorherigen Kalibrierungs­ verfahren bestimmten Position verglichen wird, um die tatsächliche Größe des ausgedrehten Loches zu bestimmen.
19. Numerisch-computergesteuertes Bearbeitungszentrum, gekennzeichnet durch eine Spindel, eine durch die Spindel verlaufende Steuerstange, ein Gleitelement, wobei die Steuerstange mit dem Gleitelement verbunden ist, einen linearen Motor und Umformer, die mit dem Gleitelement verbunden sind, um die Position und Kraft auf das Gleitelement zu steuern, eine Bearbeitungseinrichtung, die in der Spindel befestigt ist und eine Werkzeugbetätigungsstange, die in der Bearbeitungseinrichtung betreibbar ist, wobei die Position der Werkzeugbetätigungsstange relativ zu der Bearbeitungseinrichtung vor der Einführung in die Spindel gesetzt ist, die Position durch den Typ der Bearbeitungseinrichtung bestimmt wird, der Linearmotor das Gleitelement und die Spindelsteuer­ stange mit einer gesteuerten Kraft vorschiebt, bis die Spindelsteuerstange gegen die Werkzeugbetäti­ gungsstange festliegt und der Umformer die Position der Werkzeugbetätigungsstange an die numerische Computersteuerung signalisiert, wobei die numerische Computersteuerung die Werkzeuganwesenheit und den Typ der Bearbeitungseinrichtung, die in der Spindel befestigt ist, festlegt.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die numerische Computersteuerung die tat­ sächliche Position des Umformers festlegt, nachdem die Spindelsteuerstange gegen die Werkzeugbetäti­ gungsstange festliegt, um die Bewegung der Betäti­ gungsstange während des Betriebs der Bearbeitungsein­ richtung zu messen, um dabei jeden Fehler wegen der thermischen Ausdehnung der Spindel oder der Spindelsteuerstange auszuschließen.
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spindelsteuerstange, die gegen die Werkzeugbetätigungsstange mit Hilfe des Linearmotors und des Umformers wirkt, die Funktion der Bearbei­ tungseinrichtung während des Betriebs steuert.
22. Numerisch-computergesteuertes Bearbeitungszentrum, gekennzeichnet durch eine Spindel, eine in der Spin­ del befestigte Bearbeitungseinrichtung, eine Einrich­ tung in der Spindel, die mit der numerischen Compu­ tersteuerung zum Bestimmen des Typs der Bearbeitungs­ einrichtung in Verbindung steht, um jeden Fehler wegen der thermischen Ausdehnung der Spindel auszu­ schließen und um den Mechanismus der Bearbeitungsein­ richtung zu betreiben.
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