DE4125894A1

DE4125894A1 - Verfahren fuer die digitalisierung von bohrschablonen, sowie werkzeug und werkzeugmaschine fuer die durchfuehrung eines solchen verfahrens

Info

Publication number: DE4125894A1
Application number: DE4125894A
Authority: DE
Inventors: Sandro Foletti; Franco Cassinari
Original assignee: Jobs SpA
Current assignee: Jobs SpA
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 1992-02-13
Also published as: ES2026054A6; GB2246729A; FR2665658B1; US5297060A; IT9044818A0; IT9044818A1; GB9022509D0; IT1247591B; JPH04255004A; GB2246729B; FR2665658A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Digitalisierung von Bohrschablonen. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Werkzeug für die Durchführung eines solchen Verfahrens, sowie eine zu dem Zwecke, ein solches Verfahren auszuführen, ausgebildete Werkzeugmaschine. Mit der Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, das erlaubt, in einer Schablone die exakte Lage und Neigung der Achsen in einem Satz von Bohrungen zu messen, derart, daß das Bohren automatisch durchgeführt werden kann. Das neue Verfahren kann mit Vor teil, jedoch nicht ausschließlich, auf dem Gebiet der luft fahrttechnischen Konstruktionen ausgeführt werden, auf welchem Gebiet einerseits der Trend besteht, die Herstellung und den Zusammenbau zu automatisieren, und andererseits die einwandfreie und perfekte Auswechselbarkeit der neuen Teile mit entsprechenden alten Teilen, die z. B. früher mit manuellen Systemen hergestellt worden sind, bei denen man auch Schablonen und Modelle verwendet, gewährleistet ist. Bis vor einigen Jahren wurden die Arbeiten wie Bohren, konisch Erweitern und Vernieten für die meisten Teile der Flugzeuge mehr mit manuellen Techniken ausgeführt, was Ungenauigkeit, großer Zeitaufwand und hohe Kosten bedeutet. Da die Toleranzen für die Bearbeitung von Teilen von Flugzeugen sehr gering sind, hat man sich für solche Arbeitsoperationen wie Bohren, konisch Erweitern usw. immer Lehren und Schablonen be dient, die dem Operator halfen, das Werkzeug korrekt und richtig zu positionieren. In den letzten Jahren sind Werkzeug maschinen entwickelt worden, die in der Lage sind, alle diese Operationen automatisch auszuführen. Trotz dieser Tatsache hat man festgestellt, daß für die Herstellung von Ersatzteilen, die dazu bestimmt sind, vorher mit Hilfe von Schablonen hergestellte Stücke zu ersetzen und demzufolge einwandfrei mit diesen austauschbar sein müssen, die Ferti gung mit dem neuen Verfahren nicht praktikabel und wirtschaft lich zweckmäßig ist. Demzufolge werden alle diese Teile auch heute noch mit Hilfe von Schablonen bearbeitet.

Man hat jedoch immer mehr die Notwendigkeit verspürt, Mittel zu finden, welche bei der Fertigung durch Verfahren, die auf die Verwendung von Schablonen gestützt sind, die weitest mögliche Automatisierung aller Arbeitsoperationen gestatten.

Zu dem oben genannten Zweck schlägt die Erfindung ein Ver fahren für die Digitalisierung von Bohrschablonen vor, das das Finden der Koordinaten von zwei in der Achse der Bohrung vorgesehenen Punkten mit Hilfe eines Fühlers möglich macht. Zu dem oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung vorge sehen, daß das neue Verfahren aus folgenden Schritten besteht:

a) man setzt einen Fühlerstift in eine Bohrung der Schablone ein, der einen Kopf mit abgerundeter Gestalt und einen Durchmesser gleich demjenigen der Bohrung besitzt und der mit einem Meßsystem verbunden ist, das in der Lage ist, die Stellung des Fühlerstiftes kontinuierlich zu ermitteln;
b) man speichert die Koordinaten eines Punktes auf der Achse der Bohrung in der Nähe der Oberfläche der Schablone;
c) man führt den Fühler tief in die Bohrung der Schablone ein und ermittelt die Koordinaten eines zweiten, auf der Achse der Bohrung in der Nähe von deren Grund befind lichen Punktes;
d) man errechnet die Neigung der Achse zwischen den Koordi naten der beiden ermittelten Punkte.

Hierbei kann z. B. das Meßsystem aus drei Verschlüsslern bzw. Verkodern bestehen, wobei man zweckmäßigerweise darüber hinaus einen dritten Punkt entlang der Achse der Bohrung errechnen kann, der außerhalb der Bohrung in einem Abstand D von dieser liegt, der größer als der Abstand zwischen der äußeren Kante der Schablone und der größten vom Werkzeug erreichten Tiefe ist, wobei dieser Punkt als Positionier punkt des Werkzeugs entlang der Achse der Maschine angenommen werden kann.

Nach der Erfindung werden zunächst zwei Punkte auf der Achse der Bohrung ermittelt. Die Kenntnis dieser beiden Punkte gestattet es, einen dritten Punkt zu errechnen, der auf der Geraden liegt, die entlang den vorgenannten beiden Punkten in einem vorbestimmten Abstand von diesen verläuft. Dieser letztere Punkt wird sodann gespeichert, er zeigt die Posi tion des Werkzeugs entlang den Achsen der Maschine an.

In der Zeichnung ist ein Beispiel für die Durchführung des neuen Verfahrens in Einzelheiten gezeigt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einzelheit einer Bohrschablone an einem der beiden zu ermittelnden Punkte in einer Seiten ansicht im Schnitt und

Fig. 2 das Werkzeug gemäß der Erfindung, das in einer Bohrschablone während der Meßphase eingeführt wird, in einer Seitenansicht in einem senkrechten Schnitt.

In der Zeichnung ist mit 1 die Bohrschablone bezeichnet, die auf dem zu bearbeitenden Werkstück 2 aufliegt. Die Bohr schablone besitzt eine Mehrzahl von Bohrungen 3, wobei in jede dieser Bohrungen eine Zentrierbüchse 4 eingesetzt ist. Die zu bearbeitenden Werkstücke sind im allgemeinen gewölbt oder gekrümmt, und man kennt nicht von vornherein die Neigung der Oberflächen an den zu bearbeitenden Punkten und Stellen. Infolgedessen ist es notwendig, damit man die verschiedenen Operationen auch korrekt ausführen kann, daß man die Ko ordinaten eines Punktes, der sich auf der Achse der Bohrung befindet, sowie die Neigung dieser Achse selbst im Raum kennt.

Ein weiter unten beschriebenes Werkzeug, das an einer Maschi ne mit einigen Freiheitsgraden, vorzugsweise mindestens sechs, vorgesehen ist, wird dazu verwendet, um die genannten Ermittlungen auszuführen. Solche Maschinen sind bekannt, eine von diesen ist z. B. in der italienischen Patentanmeldung 44 804 A/88 (= deutsche Patentanmeldung P 39 06 380) be schrieben.

Die obige Maschine besitzt einen Arbeitskopf, der in einem entlang drei kartesischen Achsen X, Y, Z beweglichen Support vorgesehen ist. Der Arbeitskopf kann um zwei orthogonale Achsen A und C rotieren, an ihm ist ein Werkzeug vorgesehen, das sich entlang der Achse W bewegt. Diesem Arbeitskopf ist ein Fühler der Renishaw-Bauart zugeordnet, der es möglich macht, die Koordinaten verschiedener Punkte im Raum zu ermit teln. Das Werkzeug (Fig. 2) besteht aus einem Kopf 5 mit der Gestalt einer Kugel oder eines Kugelsegments desselben Durchmessers wie die Büchse 4, der an einer Stange 6 ange bracht ist, die mit drei Verkodern oder Verschlüsslern oder mit einem anderen Meß-System verbunden sind, das seinerseits mit den die Bewegungen der Maschine steuernden Vorrichtungen verbunden ist. In der Praxis ist es möglich, die Fühler stange zu ergreifen und, indem man sie in eine Richtung schiebt und drückt, die Maschine vorlaufen zu lassen mit einer Geschwindigkeit, die unmittelbar proportional mit der auf die Fühlerstange ausgeübten Kraft ist und in der selben Richtung. Sobald die gewünschte Position erreicht worden ist, wird die Steuerung in Gang gesetzt, welche das Speichern der Koordinaten dieses Punktes durch das Programm ermöglicht. Die oben genannten Vorrichtungen, d. h. Fühler stange, Verkoder oder Verschlüssler und die entsprechenden Programme, sind den Fachleuten bekannt und werden deshalb im einzelnen nicht beschrieben. Es ist auf der anderen Seite wichtig, daß das Werkzeug die beschriebene Form eines Kugel segments mit einem Durchmesser hat, der genau gleich dem jenigen der Zentrierbüchse ist. Dies gestattet es in der Tat, das Werkzeug in der Bohrung auch dann einzuführen, wenn die Stange 6 nicht einwandfrei in Achse mit der Bohrung ist. Es ist dann möglich, die Maschine in die Nähe der Boh rung zu bringen und das Werkzeug einzuführen, um die nötigen Ermittlungen durchzuführen, ohne daß eine präzise Positionie rung notwendig ist, die einen Zeitaufwand verlangen würde.

In der Tat sind vor dem Digitalisieren weder die Orientierung der Achse der Bohrung, noch die Koordinaten der Polarachsen A und C der Maschine mit Genauigkeit bekannt, die es gestat ten würden, die Achse des Werkzeugs mit derjenigen der Boh rung selbst zusammenfallen zu lassen. Aus diesem Grunde muß die Gestalt der Fühler so sein, daß sie es möglich macht, den Stift in die Bohrung einzuführen, auch wenn die Abweichun gen zwischen den beiden Achsen beachtlich sind.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird man zunächst die Maschine bis in die Nähe der Bohrung bringen, woraufhin man das Werkzeug einführen wird, wobei man in der Nähe der Oberfläche anhält, und dann wird man über die numerische Steuerung die Position eines ersten Punktes, z. B. des Punktes P₁, speichern. Sodann wird das Werkzeug tiefer eingeführt und die Operation wiederholt, wobei man die Koordinaten eines zweiten Punktes, z. B. P₂, speichert. Da man nunmehr die Koordinaten dieser beiden Punkte mit Bezug auf ein Ur sprungssystem kennt, kennt man auch die Neigung im Raum des Segments P₁-P₂. Durch die Koordinaten dieses Segments ist es dann möglich, mit bekannten Formeln die Positionen der Achsen A und C zu errechnen, derart, daß die Achse des Werkzeugs so orientiert wird wie das Segment P₁-P₂. Die Kenntnis dieser Punkte gestattet es sodann, einen dritten Punkt P₃ (Fig. 1) zu errechnen, der auf der Achse der Bohrung in einem bestimmten Abstand D von P₁ liegt. Dieser letztere Punkt ist derjenige, der dann von der Maschine gespeichert werden wird und die Positionierung entlang den Achsen X, Y, Z, A und C des Werkzeugs darstellt, das sodann entlang der Achse W zur Ausführung der Bohrung vorlaufen wird.

Der Abstand D wird vorher bestimmt, so daß es möglich gemacht wird, während der Bohrphase die Positionierung des Werkzeugs vor der Arbeitsoperation durchzuführen, in einem Sicherheits abstand, der so groß ist, daß eventuelle Kollisionen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück während des Übergangs von einer Ausführung einer Bohrung zu der nachfolgenden Ausfüh rung zu vermeiden. Für eine korrekte Anwendung des beschriebe nen Verfahrens ist es notwendig, daß der Durchmesser des Werkzeugs im wesentlichen gleich demjenigen der Bohrung in der Schablone ist und daß der Abstand zwischen den Punkten P₁ und P₂ so groß wie möglich ist.

Es ist in der Tat offensichtlich, daß die Abweichung zwischen dem Idealpunkt und dem effektiv registrierten Punkt pro portional der Differenz zwischen dem Durchmesser des Fühlers und demjenigen der Zentrierbüchse ist und daß extrem kleine Abstände zwischen den Punkten P₁ und P₂ dazu führen können, daß Winkelfehler beachtlicher Größe entstehen, trotz des exakten Zueinanderpassens zwischen dem Fühler und der Büchse. Dies ist der Grund, weswegen es vorzuziehen ist, ein Werkzeug in Gestalt einer abgestumpften Kugel zu verwenden, wodurch es möglich wird, eine größere Bewegungsmöglichkeit innerhalb der Büchse zu erreichen.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es demzufolge möglich, die genaue Position und Neigung der Bohrungen in einer Bohr schablone zu finden und sodann die verschiedenen Bearbeitungs operationen automatisch auszuführen.

Die Automatisierung dieses Fertigungsprozesses verringert die Arbeitszeit in beachtlicher Weise, während gleichzeitig die Qualität der Bearbeitung steigt, worunter man versteht, daß es möglich ist, Bohroperationen mit Hilfe eines automa tischen Programms durchzuführen, wobei man aber eine Zentrier vorrichtung verwendet.

Indem man sodann die Bohrschablone in dieselbe Lage und Orientierung bringt, nachdem man das zu bearbeitende Werk stück ersetzt hat, wird es möglich sein, dasselbe Programm zum Bearbeiten von mehr Werkstücken mit Werkzeugen unter schiedlicher Länge zu verwenden.

Claims

1. Verfahren für die Digitalisierung von Bohrschablonen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Schritten be steht:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem aus drei Verschlüsslern bzw. Verkodern besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man darüber hinaus einen dritten Punkt entlang der Achse der Bohrung errechnet, der außerhalb der Bohrung in einem Abstand D von dieser liegt, der größer als der Abstand zwi schen der äußeren Kante der Schablone und der größten vom Werkzeug erreichten Tiefe ist, und daß dieser Punkt als Positionierpunkt des Werkzeugs entlang den Achsen der Ma schine angenommen wird.

4. Werkzeug für das Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kopf mit abgerundeter Gestalt mit demselben Durchmesser wie die Bohrung besitzt, der am Ende einer Stange vorgesehen ist, die mit einem Meßsystem verbunden ist, das seinerseits mit der numerischen Steuerung der Maschine verbunden ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem aus drei Verschlüsslern bzw. Verkodern besteht.

6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf sphärische bzw. kugelige Gestalt besitzt.

7. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf die Gestalt eines Kugelsegments oder -abschnitts hat.

8. Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.