EP4028189A1 - WERKZEUGSCHNEIDEN-VERSTELLKOPF, VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB UND ZUR KORREKTUR DES WERKZEUGSCHNEIDEN-VERSCHLEIßES - Google Patents

WERKZEUGSCHNEIDEN-VERSTELLKOPF, VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB UND ZUR KORREKTUR DES WERKZEUGSCHNEIDEN-VERSCHLEIßES

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Publication number
EP4028189A1
EP4028189A1 EP20767741.0A EP20767741A EP4028189A1 EP 4028189 A1 EP4028189 A1 EP 4028189A1 EP 20767741 A EP20767741 A EP 20767741A EP 4028189 A1 EP4028189 A1 EP 4028189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
adjustment
module
head
cutting edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20767741.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Maier
Christian Harscher
Thomas Vujica
Michael Renz
Martin Boos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komet Deutschland GmbH
Blum Novotest GmbH
Original Assignee
Komet Deutschland GmbH
Blum Novotest GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komet Deutschland GmbH, Blum Novotest GmbH filed Critical Komet Deutschland GmbH
Publication of EP4028189A1 publication Critical patent/EP4028189A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/03—Boring heads
    • B23B29/034—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings
    • B23B29/03432—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable during manufacturing
    • B23B29/03489—Adjustment means not specified or not covered by the groups B23B29/03435 - B23B29/03478
    • B23B29/03492—Boring and facing heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/03—Boring heads
    • B23B29/034—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings
    • B23B29/03432—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable during manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/0009—Energy-transferring means or control lines for movable machine parts; Control panels or boxes; Control parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/128—Sensors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33207—Physical means, radio, infra red, ultrasonic, inductive link
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50001—Multislides, multispindles with multitool turret for each
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50062—Measure deviation of workpiece under working conditions, machine correction
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50252—Replace, change tool with tracer head, probe, feeler

Definitions

  • Tool cutting edge adjustment head Procedure for its operation and for correcting tool edge wear
  • a tool cutting edge adjusting head and a method for its operation and for correcting the tool cutting edge wear are disclosed here.
  • the entspre ⁇ sponding device components such as the tool cutting-adjusting head and a corresponding transmitter / receiver for communication with a NC control are described, for example, a machine tool.
  • a tool cutting head is also referred to as a drive tool. Details on this are defined in the claims; However, the description also contains relevant information on the structure and functionality as well as on variants of the method and the system or device components.
  • a machining center is a machine tool that is equipped for automated operation with a CNC control for the complete machining of (metal, wood or plastic) workpieces.
  • a tool or workpiece can be mounted on each of the spindles; the spindles can be fixedly positioned or, for example, moved and driven in three orthogonal directions X, Y, Z within a working area of the machining center.
  • Machining centers usually have an automatic tool and workpiece changer, which - initiated by the CNC control - can switch a measuring probe into and out of the respective spindle in order to also measure the workpiece machined with this spindle. The probe communicates with the CNC control.
  • tool cutting edges are subject to continuous wear. This wear can be compensated within limits by correcting the infeed of the tool to the workpiece. During milling and turning operations, the wear and tear can be offset against the tool data stored in the CNC control in the CNC control. During the machining of the workpiece, the tool wear is compensated for with the tool radius compensation activated.
  • the Komet-042 fine adjustment head enables measurements and corrections in an automated overall process.
  • the fine adjustment head Komet-042 allows the cutting edge to be adjusted in pm steps in a closed control loop. To do this, the Komet-042 fine adjustment head is controlled by an external measuring computer.
  • KOMET KomTronic® U-axis system an automatically exchangeable tool system. This arrangement allows boring, back turning, chamfering and the creation of CNC-controlled contours on workpieces. Different inner and outer contours can be produced in one operation in connection with attachment tools and indexable inserts, even on non-rotationally symmetrical components.
  • contactless or tactile measuring probes which communicate with the CNC-controlled machine tool in order to scan a surface, an edge or a tip of a tool or workpiece in a machine room (machining room).
  • the contact / contactless measuring button signals corresponding measuring data to the CNC machine control, which can contain a computer program.
  • the probe data allow the numerical control to determine an exact picture of the dimensions of the tool or workpiece.
  • DE 2010200 A relates to a tool holding device in which the tool is fastened to a slide which is radially displaceable relative to a body which is fastened to a machine tool in such a way that it can rotate.
  • a polyphase stepper motor is attached to a body and arranged so that it can produce relative radial movement.
  • the shaft of the stepping motor is coaxial with the axis of rotation of the body.
  • a worm screw is attached to the shaft and is coupled to a worm wheel which is attached to the central part of a second shaft between a cylindrical part carried by one or more bearings and a threaded part which is coupled to a nut attached to the slide is connected.
  • EP 491 724 Bl and EP 719 195 Bl contain further technological background.
  • a tool head shown there for use in machine tools has one by one Rotation axis rotating base body.
  • a slide that can be adjusted transversely to the axis of rotation relative to the base body can be equipped with a cutting tool.
  • the known solutions have infrared light as the transmission medium for data transmission (for example the fine adjustment head M042).
  • an infrared transmitter / receiver module is installed in the work area of the CNC machine, which communicates with the respective fine adjustment head.
  • a bidirectional data line leads from this transceiver module to a control device.
  • the KOMET Micro Kom BluFlex® 2 fine adjustment head with integrated display and Bluetooth® technology allows data to be transferred to a mobile device (smartphone, tablet, etc.), but there are no provisions in the CNC machine for a direct connection to this Fei Adjust head via Bluetooth®.
  • the slider of the cutting tool can be adjusted using an integrated servo motor and controlled and operated via a bidirectional infrared interface. This means that the fine adjustment head can also be adjusted in the spindle.
  • the slide position is recorded by the measuring system.
  • the adjustment is made with an external control unit.
  • the data exchange and the energy supply take place via permanently installed connections through the spindle.
  • the MicroKom BluFlex® 2 fine adjustment head is intended exclusively for boring, boring and turning.
  • the MicroKom BluFlex ® 2 fine adjustment head may only be installed and operated in machine tools intended for this purpose. Permissible speeds of the fine adjustment head depend on the tool used (size & type) and the slide control. The speeds must be adapted according to the processing and its conditions.
  • the known fine adjustment heads for tool cutting edges have a housing with a separation point (ABS® 32, ABS® 50) on the one hand and a tool interface on the other hand (for example ABS® 32, ABS® 50 or a holder for boring bars with cylindrical shank according to DIN 1835-A, etc.)
  • the other components interface for energy and data, infrared transmitter / receiver module, presetting device, servomotor, etc.
  • a dedicated infrared or Bluetooth® transmitter / receiver module is required in the machine room for communication; it requires space, must be installed and connected to the controller.
  • EP 0 907 444 A1 discloses a tool head for use in machine tools, with a base body, a tool shank that protrudes axially beyond the base body and can be coupled to a machine spindle, with a work slide that is adjustable transversely to the base body axis and has a frontal tool holder, and with a work slide in the base body arranged adjusting motor.
  • Gear means in the base body have an output shaft that can be rotated concentrically to the base body axis and has a drive pinion.
  • a toothing on the working slide meshes with the drive pinion and is arranged on an intermediate gear element which is guided in the base body and which is coupled to the working slide.
  • the adjusting motor and the gear are at least partially nested radially and axially one inside the other.
  • a slide assembly for receiving the working slide and possibly a compensating slide, a drive assembly for receiving the adjusting motor and the gear, and a connection assembly having the tool shank are detachably connected to one another at axial separation points.
  • the slide assembly contains a measuring device for direct measurement of the adjustment path of the working slide relative to the base body.
  • the slide assembly and / or the drive assembly contains measuring and control electronics connected to the measuring device for controlling the adjusting motor.
  • the connection assembly contains an interface for an inductive power supply and data transmission.
  • the adjustment motor is arranged with its housing in a recess of the base body which is concentric to the base body axis, leaving a gap space for the motor cooling that can be acted upon by a coolant.
  • the power supply interface is located in a housing which can be acted upon on the outside via a gap with a coolant.
  • the drive assembly with an axially protruding bearing sleeve for the output shaft engages in an axially open recess of the slide assembly.
  • the bearing sleeve engages in an elongated hole in the compensating slide.
  • the working slide-side tooth plate or the drive pinion in two axially separated relative to each other displaceable or rotatable and rigid ver together ⁇ bindable toothed parts are divided.
  • the working slide has a radial bore, which is connected to the tool holder and aligned parallel to the adjustment direction, for connection to a coolant line fixed to the base body.
  • the coolant line which is fixed to the base body, has a plug-in pipe that slides into the radial bore and engages in a liquid-tight manner.
  • the slide assembly has a jacket tube clamped to the base body via a cover part.
  • the base body has an interface for a galvanic power supply and data transmission in the area of the slide assembly. Collapsing problem
  • a tool head of the type specified at the beginning should be universally replaceable and inexpensive to purchase and operate, as well as to be trouble-free.
  • the solution presented is based, among other things, on the knowledge that measuring buttons of the type mentioned above are often used in machining centers or other CNC machines, which communicate with the CNC control or a measuring PC via a wireless light or radio connection.
  • the adjustment head proposed here is intended and set up for use in the work area of a CNC machine which has a base station set up and specific for the exchange of information with a measuring probe or bore measuring mandrel, which is connected to a control of the CNC machine, and includes a First functional module and a second functional module, the first functional module being divided into a power supply module and a data transmission module, the second functional module comprising a machining module for receiving at least one tool, the machining module having a tool adjustment device for adjusting the tool in a radial direction and / or in an axial direction and / or in an angular alignment of the tool based on specifications of the controller, and wherein the energy supply module comprises components of the adjustment head, including the data transmission module and the tool adjustment device, with electrical energy v provided, and wherein the data transmission module is set up and intended for the exchange of information relating to at least the adjustment of the tool accommodated in the adjustment head with the base station of the probe or bore measuring mandrel in the working space of the CNC machine.
  • the base station is set up and designed to address the / each adjustment head, as well as the / each probe or bore gauge in the work area of the CNC machine, to activate / deactivate the / each adjustment head with adjustment task addressing its cutting edge (s), receiving appropriate feedback and forwarding it to the control of the CNC machine, addressing the / each measuring probe or bore plug with measuring tasks, receiving corresponding feedback and forwarding it to the control of the CNC machine.
  • the data transmission module and the base station are set up and intended to exchange the information relating to at least the adjustment of the tool accommodated in the adjustment head via a wireless bidirectional radio interface or a wireless bidirectional infrared interface.
  • first functional module and a second functional module are provided, so not three assemblies but only two.
  • the division of the sub-assemblies (energy supply, data transmission module, machining module, tool adjustment device ...) into the first and second functional module follows the concept that the energy and data transmission on the one hand and the machining on the other hand must be clearly separated.
  • the adjustment head can be easily configured with different energy supply (Ultracap plus inductive energy coupling or externally chargeable batteries) and data transmission modules (infrared or radio), or other processing modules and different tool holders in the second function module.
  • different energy supply Ultracap plus inductive energy coupling or externally chargeable batteries
  • data transmission modules infrared or radio
  • the power supply module and the data transmission module have a section of an integrated coolant channel for conveying cooling lubricant to at least one processing point of the processing module.
  • the two sections of the coolant channel in the energy supply and data transmission module on the one hand and in the machining module on the other hand are connected to one another and guide the cooling lubricant from the inlet on the side of the energy supply or data transmission module to the outlet assigned to the machining module.
  • An integrated position measuring module is used to record the adjustment of the tool or its cutting edge (s) in the machining module.
  • the machining module is set up to set up a boring tool with adjustable adjustment of the tool or its cutting edge (s). take or form, which does not allow any change during the machining operation.
  • the machining module is set up to allow adjustment of the tool or its cutting edge (s) during machining of a workpiece.
  • the processing module is adapted to receive an reaming tool having a plurality of Schnei ⁇ or form, which allows for a finely adjustable adjustment of the tool or its cutting edge (s) during processing.
  • the machining module is set up to receive or form a honing tool, and is set up to adjust the honing stones of the honing tool during machining, and data on a current diameter of the honing tool via the data transmission module of the control of the CNC machine to signal in order to trigger or control an end of a honing process when a programmed production dimension is reached by the control.
  • one or more cutting edge positions of a tool in the machining module can be changed electrically, for example by means of an electric motor or a piezo drive, or adjustment of the tool or its cutting edge (s) in the machining module is / are hydraulically by means of a pressure actuator To effect ⁇ hit (cooling) fluid, with the fluid (for example by a membrane or by a piston) an adjustment of the tool or its cutting edge (s) is to be effected.
  • data transmitted from the control of the CNC machine to the data transmission module is used to control a fluid valve in order to effect an adjustment of the tool or its cutting edge (s) together with an integrated displacement measuring module, according to the data from the Control of the CNC machine during the machining operation.
  • one or more sensors are provided in the machining module, set up and intended to measure operating parameters of one or more cutting edges of a tool in the machining module, for example temperature, vibration, condition of the tool cutting edges (the latter, for example, determined from a tool to be used Cutting force or an acoustically recorded signature during the cutting process) etc. and to signal it to the control of the CNC machine via the data transmission module as a raw data signal or as a process status signal.
  • raw data signals are transmitted, they are processed and evaluated in the control of the CNC machine.
  • the Adjustment head (by a processor for example of the first function module) transmitted processed and evaluated sensor data to the control of the CNC machine.
  • the processor compares the sensor data with limit values stored in the adjustment head and, if these values are exceeded, a message or an error signal is transmitted to the control of the CNC machine. For example, if the cutting force suddenly increases, this indicates a damaged cutting edge.
  • the adjusting head is equipped with a flon tool, reaching the dimension for the diameter to be honed stored in the adjusting head could be signaled as a process status signal to the control of the CNC machine.
  • a turbine is provided in the power supply module, which is set in rotation by means of a pressurized (cooling) fluid to be supplied to the adjustment head.
  • the turbine is operationally coupled to a generator that supplies converted energy to a battery and / or capacitor for intermediate storage.
  • an interface module is provided cumulatively or alternatively to the data transmission module, which is intended and set up to be operated by a touching or non-contacting external transmitter in the form of an actuating pin, a light or (ultra) sound source, a permanent or Electromagnets, or the like. Detect and process one or more manual inputs in order to generate a signal in the sense of a (fine) adjustment of one or more cutting edge positions of a tool located in the machining module, the assumption of a (retracted or extended) end position, a predefined one Setpoint position, or the like. To effect the processing module.
  • the interface module has an optical (e.g. LED (array), acoustic (beeper) and / or haptic (buzzer or vibrator) output unit for reporting back that an input has been made respective input different positioning processes of a tool located in the machining module by appropriate control of the electric motor, piezo drive or the fluid valve to effect an adjustment of the tool or its cutting edge (s) in the machining module.
  • optical e.g. LED (array), acoustic (beeper) and / or haptic (buzzer or vibrator) output unit for reporting back that an input has been made respective input different positioning processes of a tool located in the machining module by appropriate control of the electric motor, piezo drive or the fluid valve to effect an adjustment of the tool or its cutting edge (s) in the machining module.
  • the data transmission module and the interface module are set up and intended to receive activation and / or addressing of the adjustment head with data exchange in order to optionally initiate manual adjustment. ment or to effect an adjustment of a tool located in the machining module via a wireless data connection.
  • a method for adjusting the tool or its cutting edge (s) in the processing module of an adjusting head is described, with wear of the cutting edge (s) of the tool occurring in the CNC control during machining of a workpiece using a tool located in the processing module existing tool data of the tool in the processing module are calculated, and the CNC control then compensates for the wear of the cutting edge (s) of the tool during processing of the workpiece by correcting the position of the cutting edge (s) of the tool accordingly.
  • the adjustment of the cutting edge (s) of the tool is not calculated and effected by an external measuring computer, but by a function of the machine control itself. Not every possible adjustment is carried out at the same time, but only an adjustment that is necessary / possible depending on the tool data of the control.
  • the correction values can be transmitted head from direct measurement or from a measurement downstream of the workpiece, or by manual input into the machine controller to the adjustment ⁇ .
  • Correction values are to be introduced into the machining process by direct manual input into the adjustment head, while in known systems only input via an external measuring computer is possible. A direct determination of the deviation between target and actual values in the CNC control is also not possible in known systems.
  • a zero position and a current position of the cutting edge (s) of the tool are stored in a data memory of the adjusting head, and in a learning step they are stored in the adjusting head
  • the stored information "zero position” and "current position” or “actual position” of the cutting edge (s) of the tool is transmitted to the CNC control by the data transmission module. This makes the adjustment head very easy to use in different machining centers or other CNC machines .
  • the control loop closes through the targeted generation of the actual dimension by a measuring device in the machining center and a correction of the tool set by the machine depending on the control parameters in order to achieve the target dimension for the next machining.
  • the maximum adjustment of the cutting edges can also provide information about the need to replace the cutting edge.
  • the adjustment head reports that the adjustment is no longer possible, or the control determines the previous adjusted value depending on the zero position and the actual position and signals that it is necessary to replace the cutting edge.
  • the method presented here compensates for wear on a cutting edge of the tool by correcting the infeed.
  • the wear can be offset against the tool data in order to compensate for the wear.
  • wear can be compensated for by adjusting the cutting edge.
  • the method proposed here provides for the adjustment of the cutting edge of the adjustment head to be carried out directly on the machine control itself.
  • the adjustment head includes a memory unit for the zero position and the current position.
  • the method presented here for adjusting the tool or its cutting edge (s) in the processing module of an adjusting head provides that an actual dimension of the workpiece is recorded by means of a probe or measuring head, and in the CNC control using the actual dimension and a the deviation determined from the nominal dimension of the workpiece, a correction value is determined, which is made available to the adjustment head.
  • An adjustment of the tool or its cutting edge (s) is triggered by appropriate control of an actuator in the tool, wherein the correction value is communicated to the adjustment head via a data link.
  • the correction value is preferably also stored in the data memory of the adjustment head.
  • the procedure presented here and the adjustment head presented here allow the calculation of the correction value by the CNC control and the subsequent storage of the information "zero position” and “current position” of the cutting edge (s) of the tool in the adjustment head. This allows cycle times to be reduced in machining, higher dimensional accuracy and lower integration costs.
  • DE 102 62 188 A1 relates to a multidirectional measuring probe with a housing in which an annular support bearing is formed which defines an X, Y-bearing plane and a central axis Z of the measuring probe normal to it.
  • a stylus holder is arranged centrally on a support body in order to receive a stylus.
  • a transmission member is displaceably guided in the housing along the central axis Z in order to convert any deflections of the support body from its rest position into straight movements.
  • a sensor converts the movements of the transmission link into measurement signals.
  • the transmission of the measurement signals from a probe to a stationary base station takes place wirelessly either by optical (e.g. infrared) signals or by radio signals.
  • measuring probes that communicate with the stationary base station and that can be inserted into the respective spindle for workpiece measurement, with newer versions being able to measure simultaneously machined workpieces in one measuring sequence.
  • the adjustment head presented here is modularized so that it can has a data transmission module that corresponds to that of the probe.
  • the data communication of the adjustment head presented here can also take place via the wireless light or radio connection base station already present in the machine room.
  • the adjustment head is equipped with a light or radio connection module such as a probe or a bore gauge.
  • the adjustment head is equipped with a power supply module corresponding to the power supply module of the probe or bore measuring mandrel.
  • the proportion of identical parts in the adjustment head and the measuring probe or bore measuring mandrel can also increase. This lowers inventory and the cost of acquisition and maintenance. Since the light or radio link base station in the machine tool is used in operation for a probe and / or bore measuring head on the one hand and the adjustment head on the other, this constellation is an efficient and precise machining process with comparatively low investment costs and reduced installation effort realizable. This constellation is also suitable for more cost-effective machining centers and retrofits.
  • the adjustment head is also more precise because the integrated position measuring module and its measuring and evaluation electronics for direct adjustment distance measurement are moved inside the integrated position measuring module, taking into account the special features of operation on high-speed machine tools. In particular, must be provided with rotating parts that acting on the parts of acceleration and Zentri ⁇ fugal mechanism compensate each other to get any speed-dependent error in the length measurement.
  • the modular design of the power supply, data transmission and integrated displacement measuring module can be used in a versatile and cost-effective manner, compatible with various processing modules of the adjustment head.
  • the voltage supply and / or data transmission module and / or the respective processing module are statically and / or dynamically balanced, in that the respective module is designed unbalanced and readjusted in one, two or more planes. This means that the individual modules can be combined as required in order to configure the adjustment head according to customer requirements.
  • a CNC machine with a machine room is also disclosed here.
  • the CNC machine is set up and intended to machine a workpiece with at least one tool accommodated in a spindle of the CNC machine.
  • the spindle and the workpiece can be moved relative to one another, controlled by a CNC controller.
  • the or one of the spindles is also set up and intended to receive a measuring probe.
  • the probe is set up and intended to scan the workpiece in a touching or non-contact manner and to connect corresponding measurement signals for communication between the probe and a control system of the CNC machine or a control computer. which base station can output wirelessly.
  • the or one of the spindles is also set up and intended to receive an adjusting head as a tool for machining the workpiece, which is also intended and set up for wireless communication with the base station.
  • the adjusting head preferably has one or more of the features explained above.
  • a base station is also disclosed here for use in a machine room of a CNC machine.
  • the base station is connected to a control of the CNC machine or a control computer.
  • the CNC machine is set up and intended to machine a workpiece with at least one tool accommodated in a spindle of the CNC machine.
  • the or one of the spindles is also set up and intended to receive a measuring probe which is set up and intended to scan the workpiece in a touching or non-contacting manner and to output corresponding measuring signals wirelessly to the base station.
  • the or one of the spindles is also set up and intended to receive an adjusting head as a tool for machining the workpiece. It is also intended and set up for wireless communication with the base station.
  • the adjusting head preferably has one or more of the features explained above.
  • the power supply and / or the data transmission module of the adjustment head / probe can be used in many ways and enable the tool manufacturer to manufacture various actuating or intelligent tools at low cost.
  • an activation signal is sent to the respective measuring probe / adjustment head before the actual information is sent out and an inactivation signal is sent after the actual information has been sent out .
  • each of the measuring buttons / adjustment heads can be activated by means of a dedicated activation signal for the respective one of the measuring buttons / adjustment heads.
  • each of the probe / adjustment heads can be activated by means of a common activation signal for all of the probe / adjustment heads assigned to a single base station.
  • the or each of the activation signals can either be transmitted from the receiving part and / or from the numerical control of the machining center, for example also from an additional participant or the control of the CNC machine via the receiver.
  • the probe / adjustment heads can send their data telegrams to the single base station at predetermined time intervals after they have been activated.
  • the / each probe / adjustment head monitors the only base station to determine whether communication is ongoing and / or whether the status "probe / adjustment head battery is good" in "Battery of the measuring probe / adjustment head is empty". If this is the case, a variant can provide for a characteristic warning signal to be emitted by the base station.
  • the transmission time of the data telegrams for all data telegrams of all measuring buttons is at least approximately identical.
  • a base station is also presented here for the exchange of information with measuring probes / adjustment heads to be recorded together in a machining center.
  • the base station is set up to determine whether a respective data telegram has been received from a probe / adjustment head and then to forward this to the controller.
  • La, lb schematically illustrate a work area of a CNC machine with a measuring probe and an adjusting head, both of which are received one after the other in the same spindle of the CNC machine.
  • Fig. 1c schematically illustrate a work area of a CNC machine with a measuring probe and an adjusting head, both of which are accommodated simultaneously in different spindles of the CNC machine.
  • FIG. 2 schematically illustrates a variant of an adjusting head from FIG. 1. Detailed description of the drawing
  • La, lb schematically illustrate a machining center in the form of a CNC machine 110 with a work or machine room 112, in which a spindle 114 a clamped workpiece WS is machined (milled, drilled, or the like) when the machining center is in operation.
  • the machining center has a CNC control 140.
  • the spindle 114 can be moved and driven here in three orthogonal directions X, Y, Z within the machine room 112 of the machining center relative to the workpiece WS.
  • work can be carried out on the workpiece WS, as shown here, and measurements can be made alternately.
  • an automatic tool changer (not further illustrated) caused by the CNC controller 140 alternately changes a measuring probe 120 and an adjusting head 100 into the spindle 114 in order to measure or machine the machined workpiece WS.
  • the measuring button 120 shown here works in a touching manner; it detects a (workpiece) surface upon contact with it. For each detected feature, the measuring button 120 outputs corresponding measuring signals.
  • a measuring probe from the applicant is disclosed, for example, in DE 102 62 188 A1, the content of which is referred to here.
  • the communication between the measuring button 120 and a base station 130 arranged in the machine room 112 takes place wirelessly either by optical signals or by radio signals. In this case, measuring signals are output from the measuring button 120 to the base station 130, and control commands are output from the base station 130 to the measuring button 120.
  • Fig. 1c schematically illustrates a machining center in the form of a CNC machine 110 with a work or machine room 112, in which two spindles 114, 116 a clamped workpiece WS is machined (milled, drilled, or the like) when the machining center is in operation.
  • the machining center has a CNC control 140.
  • the two spindles 114, 116 can be moved and driven here in three orthogonal directions X, Y, Z within the machine room 112 of the machining center relative to the workpiece WS.
  • two workpieces can be machined simultaneously, or on the workpiece WS, as shown here, both spindles can work simultaneously.
  • an automatic tool changer (not further illustrated), initiated by the CNC control 140, exchanged a measuring probe 120 and an adjustment head 100 in the respective spindle 116, 114 in order to measure or measure the machined workpiece WS. to edit.
  • the measuring button 120 shown here also functions in a touching manner; it corresponds to the probe from Fig. lb. Details on the procedure for signal transmission between the one, illustrated here or not further illustrated here, several measuring button (s) 120 and the stationary base station 130 are also in a variant in DE 10 2013 008 182 A1 of the applicant disclosed, the content of which is incorporated herein by reference. With the procedure for signal transmission described there, it is possible for several components to use the same wireless transmission channel. If the transmission channel is an (infrared) light path, the measuring probes 120 use light signals of the same wavelength and modulation schemes. If the transmission channel is a radio link, for example in an ISM band (eg 2.4 GHz), the measuring probes 120 use the same carrier frequencies and modulation schemes. This makes it possible for the measuring probes 120 to communicate with one and the same stationary base station 130 via the transmission channel.
  • ISM band eg 2.4 GHz
  • a workpiece WS is to be machined with the CNC machine 110, more precisely with a tool accommodated in a spindle 114 of the CNC machine.
  • the spindle 114 and the workpiece can be moved relative to one another, controlled by a CNC control 140.
  • the or one of the spindles 114, 116 can also accommodate a measuring probe 120.
  • the measuring button 120 illustrated in FIG. 1 is used to touch the workpiece WS and to wirelessly output corresponding measuring signals for communication between the measuring button 120 and the base station 130 connected to the controller 140 of the CNC machine 110 .
  • the or one of the spindles 114, 116 receives an adjusting head 100 as a tool for machining the workpiece WS.
  • This adjustment head 100 or also further adjustment heads 100 not illustrated here is also intended and set up for wireless communication with the base station 130.
  • the Ver ⁇ adjusting head 100 preferably has one or more of the features discussed below.
  • the base station 130 is connected to a controller 140 of the CNC machine 110 or a control computer.
  • the base station 130 is used to communicate with at least one measuring probe 120 accommodated in a spindle 114, 116 of the CNC machine 110 and to alternately or (quasi) simultaneously communicate with an adjustment head 100, which is also in a spindle 114 , 116 of the CNC machine 110 is added.
  • the adjustment head 100 illustrated schematically in an operational situation in FIG. 1 comprises, as illustrated in more detail in FIG. 2, an approximately circular cylindrical base body which is divided into a first functional module 150 and a second functional module 160, the first functional module 150 being a power supply - 152 and a data transmission module 154 is divided.
  • the second functional module 160 has a machining module 162 for receiving at least one tool.
  • the machining module 162 has a tool Adjusting device 164 for adjusting the tool in a radial direction based on specifications from the CNC control.
  • the energy supply module has batteries 158 and supplies components of the adjustment head 100, that is to say the data transmission module 154, the tool adjustment device 164, and other components of the adjustment head 100 described in more detail below with electrical energy.
  • the data transmission module 154 is able, programmed and set up, to provide information relating to at least the adjustment of the tool accommodated in the adjustment head with the base station 130 of the measuring probe 120 or a bore measuring mandrel in the working space 121 of the CNC machine 110 with the controller 140 of the CNC machine 110 to exchange.
  • both the adjustment head 100 and the measuring probe 120 or a bore measuring mandrel (not shown in detail) in the working space 121 of the CNC machine 110 communicate bidirectionally via the base station 130 with the controller 140 of the CNC machine 110 serve in the adjustment head 100 along the circumference of the data transmission module 154 evenly distributed infrared transmitting / receiving diodes 182, via which the data transmission module 154 communicates with corresponding infrared transmitting / receiving diodes of the base station 130.
  • the data transmission module 154 of the adjustment head 100 sends to the base station 130, and through this to the controller 140 of the CNC machine 110, the information relating, among other things, to the adjustment of the tool 170 accommodated in the adjustment head 100 via the in the Fig. 3, wireless bidirectional infrared interface 180b shown.
  • the data transmission module 154 of the adjusting head 100 receives information or commands (path / angle information for one / all cutting edges of the tool 170) for adjusting the tool 170 accommodated in the adjusting head 100 from the controller 140 of the CNC machine 110 through the base station 130 .
  • the power supply 152 and the data transmission module 154 have a first section of an integrated coolant channel 155 for conveying cooling lubricant, and the machining module 162 has a second section of an integrated coolant channel 165 which leads to at least one machining point of the machining module 162.
  • An integrated path measuring module 200 in the machining module 162 is used to record the adjustment of the tool 170 in the machining module 162.
  • the cutting edge position of a tool 170 located in the machining module 162 can be changed electrically, here by means of a piezo drive 210.
  • the extent of the change is specified by a command from the CNC controller 140, which is transmitted to the data transmission module 154 of the adjustment head 100 via the base station 130 and the wireless bidirectional infrared interface 180b. There the command is converted into corresponding control signals for the piezo drive 210, which leads to the adjustment of the alignment of the cutting edges 170a, 170b.
  • the tool or its cutting edge (s) is adjusted hydraulically in the machining module 162 by means of a pressurized cooling fluid.
  • an adjustment of the tool 170 or its cutting edge (s) 170a, 170b can be effected indirectly or directly by the fluid.
  • the integrated path measuring module 200 in the machining module 162 carries out its measurements for the position of the cutting edges or the tool.
  • one or more sensors for detecting operating parameters of the cutting edge (s) of the tool 170 located in the processing module 162 can be provided in addition to or instead of the integrated path measuring module 200 in the processing module 162.
  • These include sensors 212 for recording temperature, vibration, and the condition of the tool cutting edges, for example by recording the required cutting force / forces.
  • the data transmission module 154 receives the signals from these sensors 212 and sends them as raw data signals or as process status signals through the data transmission module 154 of the adjustment head 100 via the bidirectional infrared interface 180b via the base station 130 to the CNC controller 140.
  • an interface module 240 is cumulatively provided for the data transmission module 154 in order to allow manual inputs with several sensors, for example in the form of contact points 240a .. provided by an external transmitter in the form of a magnetic actuation pin MAG. .d to capture and process. Based on these inputs, there is a signaling in the sense of a (fine) adjustment of the cutting edge (s) of the tool 170 located in the machining module 162, the assumption of a (retracted or extended) end position, a predefined target position stored in a data memory of the adjustment head 100 , or the like. To the processing module 162. In the variant shown, several contact points 240a...
  • d are provided which, when the magnetic actuating pin MAG approaches, each execute a trigger predefined commands. These commands can be sent from the CNC control 140 via the base station 130 to the data transmission module 154 of the adjustment head 100. There they are stored in the data memory.
  • corresponding functions can be executed or values, for example the setting positions of the tool 170 or its cutting edge (s) 170a, 170b can be called up or changed. These respective functions or values performed are also output on a display 244.
  • different positioning sequences can be started, for example in order to manually move to a target position of the tool 170 or its cutting edge (s) 170a, 170b.
  • different positioning processes of a tool or its cutting edge (s) 170a, 170b located in the machining module can be made according to the respective manual input, independently or in addition to the control by the wireless bidirectional radio or infrared interface 180 via the base station 130 by appropriate Activate the actuator (electric motor, piezo drive or the fluid valve).
  • These manually activatable functions can also be carried out on the adjustment head 100 in the CNC machine by wirelessly transmitting a corresponding correction value. If, for example, the activation of the adjustment head 100 is detected by a magnetic pen MAG at the corresponding one of the contact points 240a ... d, the adjustment head 100 is activated. However, the wireless bidirectional radio or infrared interface 180 remains deactivated. Through the contactless interaction with the magnetic pen MAG, the desired target position of the tool 170 or its cutting edge (s) 170a, 170b can be approached.
  • the adjustment head 100 presented here is a battery-operated, motor-driven, fine adjustment head that enables both manual adjustment and adjustment of the tool 170 or its cutting edge (s) 170a, specified via a wireless data connection,
  • the interface module has an LED (array) as an output unit for reporting back that an input has been made.
  • wear of the cutting edge (s) of the tool that occurs in the machining module during machining of a workpiece by means of the adjustment head 100 is compared with the tool data available in the CNC control of the processing module Tool charged.
  • the method for the automatic correction of the cutting edge wear provides that the deviation from the nominal dimension of the machined workpiece determined by a probe (or a measuring head) by providing a correction value determined on the CNC control to the adjustment head, an adjustment of the cutting edge (n ) of the tool 170 causes. Further processing leads to dimensional accuracy of the workpiece.
  • the correction value is communicated to the adjustment head via a data connection.
  • the CNC control calculates the correction value, which is then communicated to the adjustment head and stored there in the memory. Measuring and correcting does not necessarily have to take place when machining one and the same workpiece. In the case of series production, a workpiece dimension is kept within very narrow tolerance limits even with the same workpieces produced one after the other.
  • the CNC control then compensates for wear of the cutting edge (s) of the tool that occurs during machining of the workpiece by correspondingly correcting the position of the cutting edge ⁇ ) of the tool.
  • corresponding commands are sent from the CNC controller 140 to the adjustment head 100 via the wireless interface 130, and the latter supplies measurement data to the CNC controller 140 in the opposite direction.
  • a zero position and a current position of the cutting edge (s) of the tool are stored in a data memory of the adjusting head.
  • the information “zero position” and “current position of the cutting edge (s) of the tool stored in the data memory of the adjustment head 100 are transmitted to the CNC controller by the data transmission module.

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Abstract

Der Verstellkopf dient zum Einsatz im Arbeitsraum einer CNC-Maschine, die eine zum Informationsaustausch mit einem Mess-Taster oder Bohrungsmessdorn eingerichtete und bestimmte Basis-Station aufweist, welche mit einer Steuerung der CNC-Maschine verbunden ist, und umfasst ein erstes Funktionsmodul und ein zweites Funktionsmodul, wobei das erste Funktionsmodul in ein Energieversorgungs- und ein Datenübertragungsmodul gegliedert ist, wobei das zweite Funktionsmodul ein Bearbeitungsmodul zur Aufnahme wenigstens eines Werkzeugs umfasst, wobei das Bearbeitungsmodul eine Werkzeug-Verstelleinrichtung zur Verstellung des Werkzeugs in einer radialen und/oder einer axialen Richtung und/oder in einer Winkelausrichtung des Werkzeugs basierend auf Vorgaben der Steuerung umfasst, und wobei das Energieversorgungsmodul Komponenten des Verstellkopfes, einschließlich des Datenübertragungsmoduls und der Werkzeug-Verstelleinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, und wobei das Datenübertragungsmodul zum Austauschen von Information betreffend zumindest das Verstellen von in dem Verstell köpf aufgenommenem Werkzeug mit der Basis-Station des Mess-Tasters oder Bohrungsmessdorns in dem Arbeitsraum der CNC- Maschine eingerichtet und bestimmt ist.

Description

WerkzeuQschneiden-Verstellkopf. Verfahren zu dessen Betrieb und zur Korrektur des Werkzeuaschneiden-Verschleißes
Beschreibung
Einleitung
Hier werden ein Werkzeugschneiden-Verstellkopf und ein Verfahren zu dessen Betrieb und zur Korrektur des Werkzeugschneiden-Verschleißes offenbart. Außerdem werden die entspre¬ chenden Vorrichtungskomponenten wie der Werkzeugschneiden-Verstellkopf und ein entsprechender Sender/ Empfänger zur Kommunikation mit einer NC-Steuerung zum Beispiel einer Werkzeugmaschine erläutert. Ein Werkzeugschneiden-Verstellkopf wird auch als Aussteuerwerkzeug bezeichnet. Details hierzu sind in den Ansprüchen definiert; aber auch die Beschreibung enthält relevante Angaben zur Struktur und zur Funktionsweise sowie zu Varianten des Verfahrens und den System- oder Vorrichtungskomponenten.
Hintergrund, Stand der Technik
In Bearbeitungszentren wird mit einer oder mehreren Spindeln ein Werkstück bearbeitet. Ein Bearbeitungszentrum ist eine Werkzeugmaschine, die für einen automatisierten Betrieb mit einer CNC-Steuerung zur Komplettbearbeitung von (Metall-, Holz-, oder Kunststoff-) Werkstücken ausgerüstet ist. An jeder der Spindeln kann ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert sein; die Spindeln können fest positioniert oder zum Beispiel in drei orthogonalen Richtungen X, Y, Z innerhalb eines Arbeitsraums des Bearbeitungszentrums bewegt und angetrieben werden. Bearbeitungszentren haben in der Regel einen automatischen Werkzeug- und Werkstückwechsler, der - von der CNC-Steuerung veranlasst - einen Mess-Taster in die jeweilige Spindel ein- und auswechseln kann, um das mit dieser Spindel bearbeitete Werkstück auch zu vermessen. Der Mess-Taster kommuniziert dazu mit der CNC-Steuerung. Bei einer spanabhebenden Bearbeitung unterliegen Werkzeugschneiden einem kontinuierlichen Verschleiß. Dieser Verschleiß lässt sich in Grenzen durch eine Korrektur der Zustellung des Werkzeugs zum Werkstück kompensieren. Bei Fräs- und Drehbearbeitungen kann in der CNC-Steuerung der Verschleiß mit den in der CNC-Steuerung vorgehaltenen Werkzeugdaten verrechnet werden. Während der Bearbeitung des Werkstücks wird dann mit aktivierter Kompensation des Werkzeugradius der Verschleiß des Werkzeugs ausgeglichen.
Bei Bohr- und Ausdrehwerkzeugen kann der Verschleiß des Werkzeugs nur durch Verstellen der Schneide kompensiert werden. Bei den meisten Werkzeugen dieser Art erfolgt das Verstellen manuell durch den Maschinenbediener innerhalb oder außerhalb der Maschine. Weitere Werkzeuge haben eine motorische Verstellung. Dazu gehören zum Beispiel der Feinverstell opf Komet-042, in den ein direktes Mess-System am Verstellschieber, ein Servo- getriebe-Motor sowie eine Infrarot-Sende- und Empfangselektronik integriert ist, wobei die externe Energieversorgung berührungslos erfolgt. Üblicherweise wird beim Feinbearbeiten von Bohrungen manuell in den Fertigungsablauf eingegriffen, um durch Messen und Korrigieren Toleranzen im Mikrometer-Bereich zu erreichen.
Mit dem Feinverstellkopf Komet-042 ist ein Messen und Korrigieren im automatisierten Gesamtablauf möglich. Der Feinverstell köpf Komet-042 erlaubt das Verstellen der Schneide in pm-Schritten im geschlossenen Regelkreis. Dazu wird der Feinverstellkopf Komet-042 durch einen externen Messrechner angesteuert.
Eine weitere Lösung ist das KOMET KomTronic® U-Achssystem, ein automatisch einwechselbares Werkzeugsystem. Diese Anordnung erlaubt ein Ausdrehen, Hinterdrehen, Anfasen und Erzeugen von CNC-gesteuerten Konturen an Werkstücken. Unterschiedliche Innen- und Außenkonturen sind in Verbindung mit Aufsatzwerkzeugen und Wendeschneidplatten auch an nicht rotationssymmetrischen Bauteilen in einem Arbeitsgang herstellbar.
Des Weiteren sind berührungslos oder taktil wirkende Mess-Taster bekannt, die mit der CNC- gesteuerten Werkzeugmaschine kommunizieren um in einem Maschinenraum (Bearbeitungsraum) eine Oberfläche, eine Kante oder eine Spitze eines Werkzeugs oder Werkstücks abzutasten. Für jedes detektierte Merkmal signalisiert der Kontakt- / kontaktlose Mess-Taster entsprechende Mess-Daten an die CNC-Maschinen-Steuerung, die ein Computerprogramm enthalten kann. Zusammen mit Maschinenpositionsdaten aus der CNC-Steuerung erlauben die Mess-Tasterdaten der numerischen Steuerung, ein exaktes Bild der Abmessungen des Werkzeugs oder Werkstücks zu ermitteln.
Die DE 2010200 A betrifft eine Werkzeughaltevorrichtung, bei der das Werkzeug an einem Schlitten befestigt ist, der relativ zu einem Körper, der an einer Werkzeugmaschine von dieser drehbar befestigt ist, radial verschiebbar ist. Ein Mehrphasen-Schrittmotor ist an einem Körper befestigt und derart angeordnet, dass er eine relative Radialbewegung erzeugen kann. Die Welle des Schrittmotors verläuft koaxial zu der Drehachse des Körpers. An der Welle ist eine Schneckenschraube befestigt, die mit einem Schneckenrad gekoppelt ist, das an dem zentralen Teil einer zweiten Welle zwischen einem zylindrischen Teil, das von einem oder mehreren Lagern getragen wird, und einem Gewindeteil, das mit einer an dem Schlitten befestigten Mutter gekuppelt ist, verbunden ist.
Weiteren technologischen Hintergrund enthalten die EP 491 724 Bl und die EP 719 195 Bl. Ein dort gezeigter Werkzeugkopf für den Einsatz in Werkzeugmaschinen hat einen um eine Drehachse rotierenden Grundkörper. Ein relativ zum Grundkörper quer zur Drehachse verstellbarer Schieber ist mit einem Schneidwerkzeug bestückbar. Des Weiteren sind eine Mess- Einrichtung für den Verstellweg des Schiebers relativ zum Grundkörper und eine Einrichtung zur Auswertung und Anzeige der Wegmess-Ergebnisse vorhanden.
Um die Position des Schneidwerkzeugs einstellen zu können, ist aus der DE-OS 35 26 712 bekannt, den Verstellweg des Schiebers relativ zum Gehäuse auf direktem Wege durch optische Abtastung zu messen. Die Ablesung der Wegmess-Ergebnisse erfordert eine ortsgebundene Installation. Der Einsatz des Werkzeugkopfes ist auf diese Installation enthaltende Werkzeugmaschinen beschränkt.
Die bekannten Lösungen haben zur Datenübertragung als Übertragungsmedium Infrarotlicht (zum Beispiel der Feinverstellkopf M042). Dazu ist im Arbeitsraum der CNC-Maschine ein Infrarot- Sende/Empfangsmodul installiert, das mit dem jeweiligen Feinverstellkopf kommuniziert. Von diesem Sende/Empfangsmodul führt eine bidirektionale Datenleitung zu einem Ansteuergerät. Der KOMET MicroKom BluFlex® 2 Fei nverstell köpf mit integriertem Display und Bluetooth® Technologie erlaubt eine Datenübertragung zu einem Mobilgerät (Smart- phone, Tablet, etc.), es gibt aber keine Vorkehrungen in der CNC-Maschine für eine direkte Verbindung mit diesem Fei nverstell köpf über Bluetooth®. Beim Fei nverstell köpf M042 ist die Verstellung des Schiebers des Schneidwerkzeugs durch einen integrierten Servomotor und die Ansteuerung und Bedienung über eine bidirektionale Infrarot-Schnittstelle möglich. Dadurch kann der Feinverstellkopf auch in der Spindel verstellt werden. Die Schieberstellung wird durch das Messsystem erfasst. Die Verstellung erfolgt mit einem externen Bediengerät. Der Datenaustausch und die Energiezufuhr geschehen über fest installierte Verbindungen durch die Spindel.
Der MicroKom BluFlex® 2 Feinverstellkopf ist ausschließlich zum Auf- und Ausbohren und Überdrehen bestimmt. Der MicroKom BluFlex® 2 Feinverstellkopf darf nur in dafür vorgesehene Werkzeugmaschinen eingebaut und dort betrieben werden. Zulässige Drehzahlen des Feinverstellkopfes sind abhängig vom verwendeten Werkzeug (Masse & Typ) und der Schieberaussteuerung. Die Drehzahlen müssen entsprechend der Bearbeitung und deren Bedingungen angepasst sein.
Die bekannten Werkzeugschneiden-Feinverstellköpfe haben ein Gehäuse mit einer Trennstelle (ABS® 32, ABS® 50) einerseits und andererseits einer Werkzeug-Schnittstelle (zum Beispiel ABS® 32, ABS® 50 oder einer Aufnahme für Bohrstangen mit Zylinderschaft nach DIN 1835-A, etc.) Auch die übrigen Komponenten (Schnittstelle für Energie und Daten, In- frarot-Sende/Empfangsmodul, Voreinstellgerät, Stellmotor, etc.) sind in dem Gehäuse unter- gebracht. Für die Kommunikation sind ein dediziertes Infrarot-oder Bluetooth®- Sen de/Empfangsmodul im Maschinenraum erforderlich, das Platz benötigt, zu montieren und mit der Steuerung zu verbinden ist.
Aus der EP 0 907 444 Al ist Werkzeugkopf für den Einsatz in Werkzeugmaschinen bekannt, mit einem Grundkörper, einem axial über den Grundkörper überstehenden, mit einer Maschinenspindel kuppelbaren Werkzeugschaft, mit einem quer zur Grundkörperachse verstellbaren, eine stirnseitige Werkzeugaufnahme aufweisenden Arbeitsschieber und mit einem im Grundkörper angeordneten Verstellmotor. Getriebemittel im Grundkörper haben eine konzentrisch zur Grundkörperachse drehbare Ausgangswelle mit einem Antriebsritzel. Eine arbeitsschieberseitige Verzahnung kämmt mit dem Antriebsritzel und ist an einem im Grundkörper geführten Zwischengetriebeelement angeordnet, das mit dem Arbeitsschieber gekuppelt ist. Der Verstellmotor und das Getriebe sind zumindest teilweise radial und axial ineinandergeschachtelt. Eine Schieberbaugruppe zur Aufnahme des Arbeitsschiebers und ggf. eines Ausgleichsschiebers, eine Antriebsbaugruppe zur Aufnahme des Verstellmotors und des Getriebes und eine den Werkzeugschaft aufweisende Anschlussbaugruppe sind an axialen Trennstellen lösbar miteinander verbunden.
Die Schieberbaugruppe enthält eine Messeinrichtung zur direkten Messung des Verstellwegs des Arbeitsschiebers relativ zum Grundkörper. Die Schieberbaugruppe und/oder die Antriebsbaugruppe enthält eine mit der Messeinrichtung verbundene Mess- und Regelelektronik zur Ansteuerung des Verstellmotors. Die Anschlussbaugruppe enthält eine Schnittstelle für eine induktive Stromversorgung und Datenübertragung. Der Verstell motor ist mit seinem Gehäuse in einer zur Grundkörperachse konzentrischen Ausnehmung des Grundkörpers unter Freilassung eines mit einem Kühlmittel beaufschlagbaren Spaltraums für die Motorkühlung angeordnet ist. Die Stromversorgungsschnittstelle befindet sich in einem außenseitig über einen Spaltraum mit einem Kühlmittel beaufschlag baren Gehäuse. Die Antriebsbaugruppe mit einer axial überstehenden Lagerhülse für die Ausgangswelle greift in eine axial offene Ausnehmung der Schieberbaugruppe ein. Die Lagerhülse greift in ein Langloch des Ausgleichsschiebers ein. Die arbeitsschieberseitige Zahnplatte oder das Antriebsritzel in zwei axial getrennte, relativ zueinander verschieb- oder verdrehbare und starr miteinander ver¬ bindbare Verzahnungsteile unterteilt sind. Der Arbeitsschieber hat eine mit der Werkzeugaufnahme verbundene, parallel zur Verstellrichtung ausgerichtete Radialbohrung für den Anschluss an eine grundkörperfeste Kühlmittelleitung. Die grundkörperfeste Kühlmittelleitung hat ein in die Radialbohrung gleitend und flüssigkeitsdicht eingreifendes Steckrohr. Die Schieberbaugruppe hat ein über ein Deckelteil mit dem Grundkörper verspanntes Mantelrohr. Der Grundkörper hat im Bereich der Schieberbaugruppe eine Schnittstelle für eine galvanische Stromversorgung und Datenübertragung. Zuamndelieaendes Problem
Ausgehend hiervon soll ein Werkzeugkopf der eingangs angegebenen Art universell ersetzbar und kostengünstig in Anschaffung und Betrieb, sowie störungsarm sein.
Voraestellte Lösung
Hierzu wird die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und nachstehend erörtert.
Die vorgestellte Lösung geht u.a. von der Erkenntnis aus, dass in Bearbeitungszentren oder anderen CNC-Maschinen vielfach Mess-Taster der eingangs genannten Art zum Einsatz kommen, die über eine drahtlose Licht- oder Funkverbindung mit der CNC-Steuerung oder einem Mess-PC kommunizieren.
Der hier vorgeschlagene Verstellkopf ist bestimmt und eingerichtet zum Einsatz im Arbeitsraum einer CNC-Maschine, die eine zum Informationsaustausch mit einem Mess-Taster oder Bohrungsmessdorn eingerichtete und bestimmte Basis-Station aufweist, welche mit einer Steuerung der CNC-Maschine verbunden ist, und umfasst ein erstes Funktionsmodul und ein zweites Funktionsmodul, wobei das erste Funktionsmodul in ein Energieversorgungs- und ein Datenübertragungsmodul gegliedert ist, wobei das zweite Funktionsmodul ein Bearbeitungsmodul zur Aufnahme wenigstens eines Werkzeugs umfasst, wobei das Bearbeitungs¬ modul eine Werkzeug-Verstelleinrichtung zur Verstellung des Werkzeugs in einer radialen und/oder einer axialen Richtung und/oder in einer Winkelausrichtung des Werkzeugs basierend auf Vorgaben der Steuerung umfasst, und wobei das Energieversorgungsmodul Komponenten des Verstell kopfes, einschließlich des Datenübertragungsmoduls und der Werkzeug-Verstelleinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, und wobei das Datenübertragungsmodul zum Austauschen von Information betreffend zumindest das Verstellen von in dem Verstellkopf aufgenommenem Werkzeug mit der Basis-Station des Mess- Tasters oder Bohrungsmessdorns in dem Arbeitsraum der CNC-Maschine eingerichtet und bestimmt ist.
Da nur eine (stationäre) Basis-Station für den wenigstens einen Verstellkopf einerseits und den/die Mess-Taster andererseits benötigt wird, reduziert dies die Kosten für Anschaffung, Installation und Betrieb der Gesamtanordnung. Dabei ist die Basis-Station dazu eingerichtet und bestimmt, auf entsprechende Befehle der Steuerung der CNC-Maschine den / jeden Verstellkopf, sowie den / jeden Mess-Taster oder Bohrungsmessdorn im Arbeitsraum der CNC-Maschine anzusprechen, zu de-/aktivieren, den / jeden Verstellkopf mit Verstellaufga- ben seiner Schneide(n) anzusprechen, entsprechende Rückmeldungen zu empfangen und an die Steuerung der CNC-Maschine weiterzuleiten, den / jeden Mess-Taster oder Bohrungsmessdorn mit Mess-Aufgaben anzusprechen, entsprechende Rückmeldungen zu empfangen und an die Steuerung der CNC-Maschine weiterzuleiten.
Ausgestaltungen, Vorteile. Eigenschaften
Bei einer Variante des Verstellkopfes sind das Datenübertragungsmodul und die Basis-Station dazu eingerichtet und bestimmt, die Information betreffend zumindest das Verstellen von in dem Verstellkopf aufgenommenem Werkzeug über eine drahtlose bidirektionale Funkschnittstelle oder eine drahtlose bidirektionale Infrarotschnittstelle auszutauschen.
Bei einer Variante des Verstell kopfes sind nur ein erstes Funktionsmodul und ein zweites Funktionsmodul vorgesehen, also keine drei Baugruppen sondern nur zwei. Hierbei folgt die Aufteilung der Unterbaugruppen (Energieversorgungs- Datenübertragungsmodul, Bearbeitungsmodul, Werkzeug-Verstelleinrichtung ...) auf das erste und zweite Funktionsmodul dem Konzept, dass die Energie- und Datenübertragung einerseits, und die Bearbeitung andererseits klar zu trennen sind.
Da die beiden Funktionsmodule zwar fest und dicht miteinander verbunden (verschraubt), aber einfach voneinander zu trennen sind, können auf sehr einfache Weise unterschiedliche Module miteinander kombiniert werden. So ist zum Beispiel der Verstellkopf mit unterschiedlichen Energieversorgungs- (Ultracap plus induktive Energie-Einkopplung oder extern aufladbare Akkumulatoren) und Datenübertragungsmodulen (Infrarot oder Funk), oder anderen Bearbeitungsmodulen und unterschiedlichen Werkzeugaufnahmen im zweiten Funktionsmodul einfach zu konfigurieren.
Bei einer Variante des Verstell kopfes haben das Energieversorgungs- und das Datenübertragungsmodul einen Abschnitt eines integrierten Kühlmittelkanals zum Durchleiten von Kühlschmierstoff zu wenigstens einer Bearbeitungsstelle des Bearbeitungsmoduls. Die beiden Abschnitte des Kühlmittelkanals im Energieversorgungs- und das Datenübertragungsmodul einerseits und im Bearbeitungsmodul andererseits sind miteinander verbunden und leiten den Kühlschmierstoff vom Einlass auf der Seite des Energieversorgungs- oder des Datenübertragungsmoduls zum dem Bearbeitungsmodul zugeordneten Auslass. Ein integriertes Wegmessmodul dient zur Erfassung der Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul.
Bei einer Variante des Verstell kopfes ist das Bearbeitungsmodul dazu eingerichtet, ein Ausspindelwerkzeug mit justierbarer Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) aufzu- nehmen oder zu bilden, welches keine Veränderung während des Zerspanungsbetriebs zulässt. Bei einer weiteren Variante des Verstellkopfes ist das Bearbeitungsmodul dazu eingerichtet, während einer spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks eine Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) zuzulassen. In einer weiteren Variante des Verstellkopfes ist das Bearbeitungsmodul dazu eingerichtet, ein Reibwerkzeug mit mehreren Schnei¬ den aufzunehmen oder zu bilden, das während der Bearbeitung eine feinjustierbare Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) zulässt. Bei einer weiteren Variante des Verstellkopfes ist das Bearbeitungsmodul dazu eingerichtet, ein Honwerkzeug aufzunehmen oder zu bilden, und ist dazu eingerichtet, Honsteine des Honwerkzeugs während der Bearbeitung zu verstellen, und Daten zu einem aktuellen Durchmesser des Honwerkzeugs über das Datenübertragungsmodul der Steuerung der CNC-Maschine zu signalisieren, um so ein Beenden eines Honvorgangs bei Erreichen eines programmierten Fertigungsmaßes durch die Steuerung auszulösen oder anzusteuern.
Bei weiteren Varianten des Verstell kopfes ist/sind eine oder mehrere Schneidenpositionen eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs elektrisch, zum Beispiel mittels eines Elektromotors oder eines Piezoantriebs veränderbar, oder eine Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul ist/sind hydraulisch mittels eines druckbeauf¬ schlagten (Kühl-)Fluid zu bewirken, wobei durch das Fluid (z.B. durch eine Membrane oder durch einen Kolben) eine Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) zu bewirken ist.
Bei der Variante des hydraulischen Verstellens der Schneidenpositionen dienen von der Steuerung der CNC-Maschine an das Datenübertragungsmodul übermittelte Daten zum Ansteuern eines Fluidventils, um zusammen mit einem integrierten Wegmessmodul eine Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) zu bewirken, entsprechend dem Daten aus der Steuerung der CNC-Maschine während des Zerspanungsbetriebs.
Bei weiteren Varianten des Verstell kopfes ist/sind im Bearbeitungsmodul ein oder mehrere Sensoren vorgesehen, dazu eingerichtet und bestimmt, Betriebsparameter einer oder mehrerer Schneiden eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs, zum Beispiel Temperatur, Vibration, Zustand der Werkzeugschneiden (letzterer zum Beispiel ermittelt aus einer aufzuwendenden Schnittkraft oder einer akustisch erfassten Signatur beim Schneidvorgang) usw. zu erfassen und über das Datenübertragungsmodul als Roh-Datensignal oder als Prozesszustandssignal der Steuerung der CNC-Maschine zu signalisieren.
Bei der Variante, in der Roh-Datensignale übertragen werden, erfolgt deren Aufbereitung und Auswertung in der Steuerung der CNC-Maschine. Als Prozesszustandssignal werden im Verstellkopf (durch einen Prozessor zum Beispiel des ersten Funktionsmoduls) aufbereitete und ausgewertete Sensordaten an die Steuerung der CNC-Maschine übertragen. Dabei werden zum Beispiel die Sensordaten durch den Prozessor mit im Verstellkopf abgelegten Grenzwerten verglichen und beim Überschreiten derselben eine Meldung oder ein Fehlersignal an die Steuerung der CNC-Maschine übertragen. Steigt zum Beispiel plötzlich die Schnittkraft an, deutet dies auf eine beschädigte Schneide hin. In einer weiteren Ausgestaltung, wenn der Verstellkopf mit einem Flonwerkzeug ausgestattet ist, könnte das Erreichen des im Verstellkopf abgelegten Maß für den zu honenden Durchmesser als Prozesszustandssignal der Steuerung der CNC-Maschine signalisiert werden.
Bei weiteren Varianten des Verstell kopfes ist im Energieversorgungsmodul eine Turbine vorgesehen, die mittels eines dem Verstellkopf zuzuführenden, druckbeaufschlagten (Kühl- )Fluids in Rotation zu versetzen ist. Die Turbine ist betrieblich mit einem Generator gekoppelt, der gewandelte Energie einem Akku und/oder Kondensator zur Zwischenspeicherung zuführt.
Bei weiteren Varianten des Verstellkopfes ist zum Datenübertragungsmodul kumulativ oder alternativ ein Schnittstellenmodul vorgesehen, das dazu bestimmt und eingerichtet ist, durch einen berührend oder berührungslos wirkenden, externen Geber in Form eines Betätigungsstiftes, einer Licht- oder (Ultra-)Schallquelle, eines Permanent- oder Elektromagneten, oder dergl. eine oder mehrere manuelle Eingaben zu erfassen und zu verarbeiten, um daraus eine Signalisierung im Sinne einer (Fein-)Justierung einer oder mehrerer Schneidenpositionen eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs, das Einnehmen einer (eingefahrenen oder ausgefahrenen) Endstellung, einer vordefinierten Sollstellung, oder dergl. an das Bearbeitungsmodul zu bewirken.
Bei weiteren Varianten des Verstell kopfes hat das Schnittstellenmodul eine optische (z.B. LED(-Array), akustische (Piepser) und/oder haptische (Summer oder Vibrator) Ausgabeeinheit zur Rückmeldung einer erfolgten Eingabe. Das Schnittstellenmodul ist dazu bestimmt und eingerichtet, abhängig von der jeweiligen Eingabe unterschiedliche Positionierungsabläufe eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors, Piezoantriebs oder des Fluidventils eine Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul zu bewirken.
Bei weiteren Varianten des Verstell kopfes sind das Datenübertragungsmodul und das Schnittstellenmodul dazu eingerichtet und bestimmt, eine Aktivierung und/ oder Ansprache des Verstell kopfes mit Datenaustausch zu empfangen, um wahlweise eine manuelle Verstel- lung oder eine über eine drahtlose Datenverbindung vorgegebene Verstellung eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs zu bewirken.
Des Weiteren wird hier ein Verfahren zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul eines Verstellkopfes beschrieben, wobei bei einer spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs auftretender Verschleiß der Schneide(n) des Werkzeugs mit in der CNC-Steuerung vorliegenden Werkzeugdaten des im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs verrechnet werden, und die CNC-Steuerung dann bei der Bearbeitung des Werkstücks den auftretenden Verschleiß der Schneide(n) des Werkzeugs ausgleicht durch entsprechende Korrektur der Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs.
Die Verstellung der Schneide(n) des Werkzeugs wird nicht durch einen externen Messrechner, sondern durch eine Funktion der Maschinensteuerung selbst errechnet und bewirkt. Dabei wird gleichzeitig nicht jede mögliche Verstellung durchgeführt sondern nur eine abhängig von den Werkzeugdaten der Steuerung notwendige/mögliche Verstellung. Die Korrekturwerte können aus der direkten Messung oder aus einer nachgelagerten Vermessung des Werkstückes, oder durch manuelle Eingabe in die Maschinensteuerung an den Verstell¬ kopf übertragen werden.
Korrekturwerte sind hier durch direkte manuelle Eingabe in den Verstellkopf in den Bearbeitungsprozess einzuführen, während in bekannten Systemen nur die Eingabe über einen externen Messrechner möglich ist. Auch ein direktes Ermitteln der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Werten in der CNC-Steuerung ist in bekannten Systemen nicht möglich.
Bei weiteren Varianten des Verfahrens zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide^) im Bearbeitungsmodul eines Verstell kopfes wird in einem Datenspeicher des Verstellkopfes eine Null-Stellung und eine aktuelle Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs abgelegt, und bei einem Anlernschritt werden die im Verstellkopf gespeicherten Informationen „Null-Stellung" und „aktuelle Stellung" oder „Ist-Stellung" der Schneide(n) des Werkzeugs durch das Datenübertragungsmodul an die CNC-Steuerung übermittelt. So wird der Verstellkopf in unterschiedlichen Bearbeitungszentren oder anderen CNC-Maschinen sehr einfach einsetzbar.
Mit der hier vorgestellten Verfahrensweise und dem hier vorgestellten Verstellkopf ist eine automatische Korrektur des Verschleißes von Werkzeugschneiden vereinfacht. Die hier vorgestellte Vorgehensweise hat eine automatische Verstellung der Schneide zur Folge. Demgegenüber beruht die bisherige Vorgehensweise darauf, dass ein Messrechner einen Korrekturwert aus von der CNC-Maschine übermittelten Koordinatenwerten errechnet. Der errechnete Korrekturwert wird an eine zusätzliche Steuerungseinheit übertragen um eine entsprechende Verstellung des Werkzeugs auszulösen. Diese Steuerungseinheit ist mit der hier vorgestellten Vorgehensweise entbehrlich.
Der Regelkreis schließt sich durch das gezielte Generieren des Ist-Maßes durch ein Messmittel im Bearbeitungszentrum und einer, durch die Maschine abhängig von den Regelparame- tern eingestellten Korrektur des Werkzeuges, um das Soll-Maß bei der nächsten Bearbeitung zu erreichen.
Gleichzeitig kann die maximale Verstellung der Schneiden auch Aufschluss über die Notwendigkeit eines Schneidentausches geben. Der Verstellkopf meldet, dass die Verstellung nicht mehr möglich ist, oder die Steuerung ermittelt abhängig von der Null-Position und der Ist- Position den bisherigen verstellten Wert und signalisiert, dass ein Schneidentausch notwendig ist.
Das hier vorgestellte Verfahren kompensiert einen Verschleiß einer Schneide des Werkzeugs durch eine Korrektur der Zustellung. So kann bei spanabhebender Bearbeitung (zum Beispiel Fräsen, Drehen etc.) der Verschleiß mit den Werkzeugdaten verrechnet werden um den Verschleiß auszugleichen. Bei Bohr- und Ausdrehwerkzeugen kann der Verschleiß durch Verstellen der Schneide kompensiert werden. Das hier vorgeschlagene Verfahren sieht vor, die Verstellung der Schneide des Verstell kopfes direkt auf der Maschinensteuerung selbst auszuführen. Der Verstellkopf umfasst eine Speichereinheit für die Nullposition und die aktuelle Position.
Ein bisher erforderlicher externer Messrechner, der die zu korrigierende Position abhängig von den Variablen aus der Maschinensteuerung korrigiert, ist so nicht mehr erforderlich. Der Messrechner ist nicht zwischen unterschiedlichen Bearbeitungszentren austauschbar. Weil mit der hier vorgestellten Lösung kein Messrechner mehr notwendig ist, lässt sich das System einfach an mehreren Maschinen betreiben, und durch die Speicherung der Ist- und Null- Position kennt jede Maschine die Werte des Verstellkopfes.
Das hier vorgestellte Verfahren zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul eines Verstellkopfes sieht vor, dass mittels eines Tast- oder Messkopfes ein Ist-Maß an dem Werkstück erfasst, und in der CNC-Steuerung anhand des Ist-Maßes und einer vom Nennmaß des Werkstücks ermittelten Abweichung ein Korrekturwert ermittelt wird, der an den Verstellkopf bereitgestellt wird. Durch entsprechende Ansteuerung eines Aktors im Werkzeug ein Verstellen des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) ausgelöst wird, wobei der Korrekturwert über eine Datenverbindung an den Verstellkopf kommuniziert. Vorzugsweise wird der Korrekturwert auch im Datenspeicher des Verstellkopfes abgelegt.
Die hier vorgestellte Verfahrensweise und der hier vorgestellte Verstellkopf erlauben die Berechnung des Korrekturwertes durch die CNC-Steuerung und das anschließende Speichern der Informationen „Null-Stellung" und „aktuelle Stellung" der Schneide(n) des Werkzeugs im Verstellkopf. Dies erlaubt eine Taktzeitreduzierung bei der spanabhebenden Fertigung, höhere Maßhaltigkeit und geringeren Integrationsaufwand.
So betrifft unter anderem die DE 102 62 188 Al einen multidirektionalen Mess-Taster mit einem Gehäuse, in dem ein ringförmiges Stützlager ausgebildet ist, das eine X, Y-Lagerebene und eine dazu normale zentrale Achse Z des Mess-Tasters definiert. An einem Tragkörper ist eine Taststiftaufnahme zentral angeordnet um einen Taststift aufzunehmen. Ein Übertragungsglied ist im Gehäuse entlang der zentralen Achse Z verschiebbar geführt, um beliebige Auslenkungen des Tragkörpers aus seiner Ruhelage in geradlinige Bewegungen umzusetzen. Ein Sensor setzt die Bewegungen des Übertragungsgliedes in Mess-Signale um. Die Übertragung der Mess-Signale von einem Mess-Taster zu einer stationären Basis-Station erfolgt drahtlos entweder durch optische (z.B. Infrarot) Signale oder durch Funksignale. Üblicherweise sind in einem Bearbeitungszentrum entsprechend der Anzahl der Spindeln auch mit der stationären Basis-Station kommunizierende Mess-Taster vorgesehen, die in die jeweilige Spindel zur Werkstückvermessung eingesetzt werden können, wobei in neueren Ausführungen in einem Messablauf gleichzeitig bearbeitete Werkstücke auch gleichzeitig gemessen werden können.
Anstatt die Daten-Kommunikation zwischen dem hier vorgestellten Verstellkopf und der CNC- Steuerung oder dem Mess-PC über separate Infrarot-oder Bluetooth®- Sende/Empfangs- module im Feinverstellkopf und im Maschinenraum abzuwickeln, ist der hier vorgestellte Verstellkopfes so modularisiert, dass er ein Datenübertragungsmodul hat, das dem des Mess-Tasters entspricht. So kann die Daten-Kommunikation des hier vorgestellten Verstellkopfes auch über die bereits in dem Maschinenraum vorhandene drahtlose Licht- oder Funk- verbindungs-Basis-Station erfolgen.
Dazu ist in einer Variante der Verstellkopf mit einem Licht- oder Funkverbindungsmodul wie ein Mess-Taster oder Bohrungsmessdorn ausgestattet. In gleicher Weise ist in einer Variante der Verstellkopf mit einem dem Stromversorgungsmodul des Mess-Tasters oder Bohrungs- messdorns entsprechenden Stromversorgungsmodul ausgestattet. Durch diese Ausgestaltung des hier vorgestellten Verstell kopfes ist die Mehrfachnutzung der vorhandenen Ressourcen (im Maschinenraum vorhandene, für die Kommunikation des/der Mess-taster/s mit der CNC-Steuerung vorgesehene drahtlose Licht- oder Funkverbindungs-Basis-Station) möglich.
Auch kann der Anteil der Gleichteile in dem Verstellkopf und dem Mess-Taster oder Bohrungsmessdorn (Licht- oder Funkverbindungsmodul, Stromversorgungsmodul, Wegmesssys¬ tem, etc.) steigen. Dies senkt die Lagerhaltung, und den Anschaffungs- und Wartungsaufwand. Da die Licht- oder Funkverbindungs-Basis-Station in der Werkzeugmaschine im Betrieb für einen Mess-Taster und/ oder Bohrungsmesskopf einerseits und den Verstellkopf andererseits gleichermaßen genutzt wird, ist in dieser Konstellation ein effizienter und präzi ser Bearbeitungsprozess bei vergleichsweise geringen Investitionskosten und verringertem Installationsaufwand realisierbar. Diese Konstellation eignet sich auch für kostengünstigere Bearbeitungszentren und Nachrüstungen.
Im Einsatz ist der Verstellkopf auch dadurch präzisier, dass das integrierte Wegmessmodul sowie dessen Mess- und Auswerteelektronik für die direkte Verstellwegmessung in das Innere des integrierte Wegmessmodul verlegt wird und dabei die Besonderheiten des Betriebs an schnelldrehenden Werkzeugmaschinen berücksichtigt werden. Insbesondere ist bei drehenden Teilen dafür zu sorgen, dass die auf die Teile einwirkende Beschleunigungs- und Zentri¬ fugalkräfte sich kompensieren, um keine drehzahlabhängigen Fehler in der Längenmessung zu erhalten.
Die modulare Bauweise des Spannungsversorgungs-, Datenübertragungs- und integrierten Wegmessmoduls ist vielseitig und kostengünstig mit verschiedenen Bearbeitungsmodulen des Verstellkopfes kompatibel verwendbar. In einer Variante des Verstelikopfes sind das Spannungsversorgungs- und/oder Datenübertragungsmodul und/oder das jeweilige Bearbeitungsmodul statisch und/oder dynamisch ausgewuchtet, indem das jeweilige Modul in einer, zwei oder mehr Ebenen unwuchtfrei ausgelegt und nachjustiert ist. Damit können die einzelnen Module beliebig kombiniert werden um den Verstellkopf nach Kundenwunsch zu konfigurieren.
Hier wird auch eine CNC-Maschine offenbart mit einem Maschinenraum. Die CNC-Maschine ist dazu eingerichtet und bestimmt, mit wenigstens einem in einer Spindel der CNC-Maschine aufgenommenen Werkzeug ein Werkstück zu bearbeiten. Die Spindel und das Werkstück sind, gesteuert durch eine CNC-Steuerung, relativ zueinander bewegbar. Die oder eine der Spindeln ist auch dazu eingerichtet und bestimmt, einen Mess-Taster aufzunehmen. Der Mess-Taster ist dazu eingerichtet und bestimmt, das Werkstück berührend oder berührungslos abzutasten und entsprechende Mess-Signale zur Kommunikation zwischen dem Mess- Taster und einer mit einer Steuerung der CNC-Maschine oder einem Steuerrechner verbun- denen Basis-Station drahtlos auszugeben. Die oder eine der Spindeln ist auch dazu einge richtet und bestimmt, als Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks einen Verstellkopf aufzunehmen, der ebenfalls zur drahtlosen Kommunikation mit der Basis-Station bestimmt und eingerichtet ist. Der Verstellkopf hat vorzugsweise eines oder mehrere der oben erläuterten Merkmale.
Ebenso wird hier eine Basis-Station offenbart zum Einsatz in einem Maschinenraum einer CNC-Maschine. Die Basis-Station ist mit einer Steuerung der CNC-Maschine oder einem Steuerrechner verbunden. Die CNC-Maschine ist dazu eingerichtet und bestimmt, mit wenigstens einem in einer Spindel der CNC-Maschine aufgenommenen Werkzeug ein Werkstück zu bearbeiten. Die oder eine der Spindeln ist auch dazu eingerichtet und bestimmt, einen Mess-Taster aufzunehmen, der dazu eingerichtet und bestimmt ist, das Werkstück berührend oder berührungslos abzutasten und entsprechende Mess-Signale an die Basis-Station drahtlos auszugeben. Die oder eine der Spindeln ist auch dazu eingerichtet und bestimmt, als Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks einen Verstellkopf aufzunehmen. Er ist ebenfalls zur drahtlosen Kommunikation mit der Basis-Station bestimmt und eingerichtet. Der Verstellkopf hat vorzugsweise eines oder mehrere der oben erläuterten Merkmale.
Das Spannungsversorgungs- und/oder das Datenübertragungsmodul des Verstell kopfes / des Mess-Tasters sind vielseitig einsetzbar und ermöglichen dem Werkzeughersteller die kostengünstige Herstellung unterschiedlicher aktorischer oder intelligenter Werkzeuge.
Zum Initialisieren / (In-)Aktivieren jedes der Mess-Taster / Verstellköpfe ist gemäß einer Variante vorgesehen, dass vor dem Aussenden der eigentlichen Information ein Aktivierungssignal, und nach dem Aussenden der eigentlichen Information ein Inaktivierungssignal an die jeweiligen Mess-Taster / Verstellkopf gesendet wird.
Dabei kann gemäß einer Variante jeder der Mess-Taster / Verstellköpfe mittels eines dedi- zierten Aktivierungssignals für den jeweiligen der Mess-Taster / Verstellköpfe aktiviert werden. Gemäß einer anderen Variante kann jeder der Mess-Taster / Verstellköpfe mittels eines gemeinsamen Aktivierungssignals für alle, einer einzigen Basis-Station zugeordneten Mess- Taster / Verstellköpfe aktiviert werden.
Das oder jedes der Aktivierungssignale kann dabei je nach Systemarchitektur und Steuerungskonzept des Bearbeitungszentrums entweder von dem Empfangsteil und/ oder von der numerischen Steuerung des Bearbeitungszentrums zum Beispiel auch von einem zusätzlichen Teilnehmer oder der Steuerung der CNC-Maschine über den Empfänger ausgesendet werden. Die Mess-Taster / Verstellköpfe können gemäß einer Variante nach ihrem Aktivieren ihre Datentelegramme in vorbestimmten Zeitintervalien an die einzige Basis-Station aussenden. Dabei überwacht gemäß einer Variante insbesondere in der Betriebsart „Normalbetrieb" der / jeder Mess-Taster / Verstellkopf die einzige Basis-Station, ob eine Kommunikation fortwährend besteht, und / oder ob der Zustand „Batterie des Mess-Tasters / Verstellkopfes ist gut" in „Batterie des Mess-Tasters / Verstellkopfes ist leer" gewechselt hat. Sollte dies der Fall sein, kann gemäß einer Variante vorgesehen sein, dass ein hierfür charakteristisches Warnsignal von der Basis-Station abgegeben wird.
Des Weiteren kann gemäß einer Variante vorgesehen sein, dass die Übertragungszeit der Datentelegramme für alle Datentelegramme aller Mess-Taster zumindest annähernd identisch ist.
Schließlich wird hier auch eine Basis-Station vorgestellt zum Austausch von Information mit gemeinsam in einem Bearbeitungszentrum aufzunehmenden Mess-Tastern / Verstell köpfen. Die Basis-Station ist dazu eingerichtet, zu ermitteln ob von einem Mess-Taster / Verstellkopf ein jeweiliges Datentelegramm empfangen wurde, und dieses dann an die Steuerung weiterzuleiten.
Kurzbeschreibuna der Zeichnung
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Zusammenstellung in der Beschreibung oder der Zeichnungen, oder ihrer Gruppierung in den An¬ sprüchen oder deren Rückbezügen.
Fig. la, lb veranschaulichen schematisch einen Arbeitsraum einer CNC-Maschine mit einem Mess-Taster und einem Verstellkopf, die beide nacheinander in derselben Spindel der CNC- Maschine aufgenommen sind.
Fig. lc veranschaulichen schematisch einen Arbeitsraum einer CNC-Maschine mit einem Mess-Taster und einem Verstellkopf, die beide gleichzeitig in unterschiedlichen Spindeln der CNC-Maschine aufgenommen sind.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine Variante eines Verstellkopfes aus der Fig. 1. Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Fig. la, lb veranschaulichen schematisch ein Bearbeitungszentrum in Gestalt einer CNC- Maschine 110 mit einem Arbeits- oder Maschinenraum 112, in dem eine Spindel 114 im Betrieb des Bearbeitungszentrums ein eingespanntes Werkstück WS bearbeitet (gefräst, gebohrt, oder dergl.) wird. Das Bearbeitungszentrum hat eine CNC-Steuerung 140. Die Spindel 114 ist hier in drei orthogonalen Richtungen X, Y, Z innerhalb des Maschinenraums 112 des Bearbeitungszentrums relativ zum Werkstück WS beweg- und antreibbar. In einem Bearbeitungszentrum mit einer Spindel kann an dem Werkstück WS, wie hier gezeigt, gearbeitet und im Wechsel gemessen werden. In der hier gezeigten Situation werden durch einen nicht weiter veranschaulichten automatischen Werkzeugwechsler, von der CNC- Steuerung 140 veranlasst, ein Mess-Taster 120 und ein Verstellkopf 100 abwechselnd in die Spindel 114 eingewechselt, um das bearbeitete Werkstück WS zu vermessen bzw. zu bearbeiten.
Der hier gezeigte Mess-Taster 120 funktioniert berührend; er detektiert eine (Werkstück- )Oberfläche bei Kontakt mit dieser. Für jedes detektierte Merkmal gibt der Mess-Taster 120 entsprechende Mess-Signale aus. Ein solcher Mess-Taster der Anmelderin ist zum Bespiel in der DE 102 62 188 Al offenbart, auf deren Inhalt hier Bezug genommen wird. Die Kommunikation zwischen dem Mess-Taster 120 und einer im Maschinenraum 112 angeordneten Basis-Station 130 erfolgt drahtlos entweder durch optische Signale oder durch Funksignale. Dabei werden von dem Mess-Taster 120 Mess-Signale zu der Basis-Station 130 ausgegeben, und von der Basis-Station 130 Steuerbefehle an den Mess-Taster 120 ausgegeben.
Fig. lc veranschaulicht schematisch ein Bearbeitungszentrum in Gestalt einer CNC-Maschine 110 mit einem Arbeits- oder Maschinenraum 112, in dem zwei Spindeln 114, 116 im Betrieb des Bearbeitungszentrums ein eingespanntes Werkstück WS bearbeitet (gefräst, gebohrt, oder dergl.) wird. Das Bearbeitungszentrum hat eine CNC-Steuerung 140. Die beiden Spindeln 114, 116 sind hier in drei orthogonalen Richtungen X, Y, Z innerhalb des Maschinenraums 112 des Bearbeitungszentrums relativ zum Werkstück WS beweg- und antreibbar. In einem Bearbeitungszentrum mit zwei Spindeln können zum Beispiel zwei Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden, oder an dem Werkstück WS können wie hier gezeigt, beide Spindeln gleichzeitig arbeiten. In der hier gezeigten Situation wurden bereits durch einen nicht weiter veranschaulichten automatischen Werkzeugwechsler, von der CNC-Steuerung 140 veranlasst, ein Mess-Taster 120 und ein Verstellkopf 100 in die jeweilige Spindel 116, 114 eingewechselt, um das bearbeitete Werkstück WS zu vermessen bzw. zu bearbeiten.
Auch der hier gezeigte Mess-Taster 120 funktioniert berührend; er entspricht dem Mess- Taster aus der Fig. lb. Details zur Vorgehensweise bei der Signalübertragung zwischen dem einen, hier veranschau lichten, oder hier nicht weiter veranschaulichten, mehreren Mess-Taster(n) 120 und der stationären Basis-Station 130 sind in einer Variante auch in der DE 10 2013 008 182 Al der Anmelderin offenbart, auf deren Inhalt hier Bezug genommen wird. Mit der dort beschriebenen Vorgehensweise bei der Signalübertragung ist es möglich, dass mehrere Komponenten denselben drahtlosen Übertragungskanal nutzen. Sofern der Übertragungskanal eine (In- frarot-)Lichtstrecke ist, benutzen die Mess-Taster 120 Lichtsignale gleicher Wellenlänge und Modulationsschemata. Sofern der Übertragungskanal eine Funkstrecke zum Beispiel in einem ISM-Band (z.B. 2.4 GHz) ist, benutzen die Mess-Taster 120 gleiche Trägerfrequenzen und Modulationsschemata. Damit ist es möglich, dass die Mess-Taster 120 mit ein und derselben stationären Basis-Station 130 über den Übertragungskanal kommunizieren.
Wie vorstehend erläutert ist mit der CNC-Maschine 110, genauer gesagt mit einem in einer Spindel 114 der CNC-Maschine aufgenommenen Werkzeug ein Werkstück WS zu bearbeiten. Die Spindel 114 und das Werkstück sind, gesteuert durch eine CNC-Steuerung 140, relativ zueinander bewegbar. Die oder eine der Spindeln 114, 116 kann auch einen Mess-Taster 120 aufnehmen. Der in der Fig. 1 veranschaulichte Mess-Taster 120 dient dazu, das Werkstück WS berührend abzutasten und entsprechende Mess-Signale zur Kommunikation zwischen dem Mess-Taster 120 und der mit der Steuerung 140 der CNC-Maschine 110 verbundenen Basis-Station 130 drahtlos auszugeben. Die oder eine der Spindeln 114, 116 nimmt als Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks WS einen Verstellkopf 100 auf. Dieser Verstellkopf 100 oder auch weitere, hier nicht veranschaulichte Verstellköpfe 100, ist ebenfalls zur drahtlosen Kommunikation mit der Basis-Station 130 bestimmt und eingerichtet. Der Ver¬ stellkopf 100 hat vorzugsweise eines oder mehrere der nachstehend erläuterten Merkmale.
Die Basis-Station 130 ist mit einer Steuerung 140 der CNC-Maschine 110 oder einem Steuerrechner verbunden. Die Basis-Station 130 dient dazu, mit wenigstens einem in einer Spindel 114, 116 der CNC-Maschine 110 aufgenommenen Mess-Taster 120 zu kommunizieren und abwechselnd oder (quasi-)gleichzeitig mit einem Verstellkopf 100 zu kommunizieren, der ebenfalls in einer Spindel 114, 116 der CNC-Maschine 110 aufgenommen ist.
Der in Fig. 1 schematisch in einer Einsatzsituation veranschaulichte Verstellkopf 100 umfasst, wie in Fig. 2 näher veranschaulicht, einen in etwa kreiszylindrischen Grundkörper, der in ein erstes Funktionsmodul 150 und ein zweites Funktionsmodul 160 gegliedert ist, wobei das erste Funktionsmodul 150 in ein Energieversorgungs- 152 und ein Datenübertragungsmodul 154 gegliedert ist. Das zweite Funktionsmodul 160 hat ein Bearbeitungsmodul 162 zur Aufnahme wenigstens eines Werkzeugs. Das Bearbeitungsmodul 162 hat eine Werkzeug- Verstelleinrichtung 164 zur Verstellung des Werkzeugs in einer radialen Richtung basierend auf Vorgaben der CNC-Steuerung. Das Energieversorgungsmodul hat Batterien 158, und versorgt Komponenten des Verstellkopfes 100, also das Datenübertragungsmodul 154, die Werkzeug-Verstelleinrichtung 164, und andere, weiter unten näher beschriebene Komponenten des Verstellkopfes 100 mit elektrischer Energie.
Das Datenübertragungsmodul 154 ist in der Lage, dazu programmiert und eingerichtet, Information betreffend zumindest das Verstellen von in dem Verstellkopf aufgenommenem Werkzeug mit der Basis-Station 130 des Mess-Tasters 120 oder eines Bohrungsmessdorns in dem Arbeitsraum 121 der CNC-Maschine 110 mit der Steuerung 140 der CNC-Maschine 110 auszutauschen. Mit anderen Worten kommunizieren sowohl der Verstellkopf 100 als auch der Mess-Taster 120 oder ein (nicht näher gezeigter) Bohrungsmessdorn in dem Arbeitsraum 121 der CNC-Maschine 110 bidirektional über die Basis-Station 130 mit der Steuerung 140 der CNC-Maschine 110. Hierzu dienen bei dem Verstellkopf 100 entlang des Umfangs des Datenübertragungsmoduls 154 gleichmäßig verteilt angeordnete Infrarot-Sende-/Empfangs- dioden 182, über die das Datenübertragungsmodul 154 mit entsprechenden Infrarot-Sende- /Empfangsdioden der Basis-Station 130 kommuniziert. So ist die drahtlose bidirektionale Infrarotschnittstelle 180b implementiert. Dies ist in einer anderen, nicht gezeigten Variante durch eine drahtlose bidirektionale Funkschnittstelle 180a implementiert.
Genauer gesagt, sendet das Datenübertragungsmodul 154 des Verstellkopfes 100 an die Basis-Station 130, und durch diese an die Steuerung 140 der CNC-Maschine 110, die Information betreffend unter anderem das Verstellen des in dem Verstellkopf 100 aufgenomme nen Werkzeuges 170 über die in den Fig. gezeigte, drahtlose bidirektionale Infrarotschnittstelle 180b. Außerdem erhält das Datenübertragungsmodul 154 des Verstellkopfes 100 durch die Basis-Station 130 von der Steuerung 140 der CNC-Maschine 110 Informationen oder Befehle (Weg- / Winkelangaben für eine / alle Schneiden des Werkzeuges 170) zum Verstellen des in dem Verstellkopf 100 aufgenommenen Werkzeuges 170.
Bei einer Variante des Verstellkopfes haben das Energieversorgungs- 152 und das Datenübertragungsmodul 154 einen ersten Abschnitt eines integrierten Kühlmittelkanals 155 zum Durchleiten von Kühlschmierstoff, und das Bearbeitungsmodul 162 einen zweiten Abschnitt eines integrierten Kühlmittelkanals 165, der zu wenigstens einer Bearbeitungsstelle des Bearbeitungsmoduls 162 führt. Ein integriertes Wegmessmodul 200 im Bearbeitungsmodul 162 dient zur Erfassung der Verstellung des Werkzeugs 170 im Bearbeitungsmodul 162.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, ist die Schneidenposition eines im Bearbeitungsmodul 162 befindlichen Werkzeugs 170 elektrisch, hier mittels eines Piezoantriebs 210, veränderbar. Das Maß der Veränderung gibt ein Befehl aus der CNC-Steuerung 140 vor, der über die Basis-Station 130 und die drahtlose bidirektionale Infrarotschnittstelle 180b an das Daten übertragungsmodul 154 des Verstellkopfes 100 übermittelt wird. Dort wird der Befehl in entsprechende Ansteuersignale für den Piezoantrieb 210 umgesetzt, was zur Verstellung der Ausrichtung der Schneiden 170a, 170b führt. Das integrierte Wegmessmodul 200 im Bearbeitungsmodul 162 erfasst die erfolgte Verstellung des Werkzeugs 170 im Bearbeitungsmodul 162 und signalisiert die entsprechenden Werte durch das Datenübertragungsmodul 154 des Verstellkopfes 100 über die drahtlose bidirektionale Infrarotschnittstelle 180b über die Basis-Station 130 an die CNC-Steuerung 140 zurück.
In einer nicht weiter veranschaulichten Variante erfolgt eine Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul 162 hydraulisch mittels eines druckbeaufschlagten Kühlfluids. Dabei kann durch das Fluid indirekt oder direkt eine Verstellung des Werkzeugs 170 oder seiner Schneide(n) 170a, 170b zu bewirken sein.
Das integrierte Wegmessmodul 200 im Bearbeitungsmodul 162 führt seine Messungen zur Stellung der Schneiden oder des Werkzeugs aus. Zur besonders präzisen Kontrolle der Schneidengeometrie, des Schneidenzustandes und anderer Bearbeitungsparameter können zusätzlich oder anstelle des integrierten Wegmessmodul 200 im Bearbeitungsmodul 162 ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung von Betriebsparameter der Schneide(n) des im Bearbeitungsmodul 162 befindlichen Werkzeugs 170 vorgesehen sein. Hierzu gehören Sensoren 212 zur Erfassung von Temperatur, Vibration, Zustand der Werkzeugschneiden, zum Beispiel durch Erfassen der erforderlichen Schnittkraft/-kräfte. Das Datenübertragungsmodul 154 empfängt die Signale dieser Sensoren 212 und sendet sie als Roh-Datensignale oder als Prozesszustandssignale durch das Datenübertragungsmodul 154 des Verstell kopfes 100 über die bidirektionale Infrarotschnittstelle 180b über die Basis-Station 130 an die CNC-Steuerung 140.
Bei Varianten des Verstellkopfes 100 nach den Fig. 1 und 2 ist zum Datenübertragungsmodul 154 kumulativ ein Schnittstellenmodul 240 vorgesehen, um durch einen externen Geber in Form eines Magnet-Betätigungsstiftes MAG bereitgestellte, manuelle Eingaben mit mehreren Sensoren zum Beispiel in Form von Kontaktstellen 240a ... d zu erfassen und zu verarbeiten. Basierend auf diesen Eingaben erfolgt eine Signalisierung im Sinne einer (Fein-)Justierung der Schneide(n) des im Bearbeitungsmodul 162 befindlichen Werkzeugs 170, das Einnehmen einer (eingefahrenen oder ausgefahrenen) Endstellung, einer vordefinierten und in einem Datenspeicher des Verstell kopfes 100 abgelegten Sollstellung, oder dergl. an das Bearbeitungsmodul 162. In der gezeigten Variante sind mehrere Kontaktstellen 240a ... d vorgesehen, die bei Annäherung des Magnet-Betätigungsstiftes MAG jeweils die Ausführung eines vordefinierten Kommandos auslösen. Diese Kommandos können von der CNC-Steuerung 140 über die Basis-Station 130 an das Datenübertragungsmodul 154 des Verstellkopfes 100 gesendet werden. Dort werden sie in dem Datenspeicher abgelegt. Alternativ oder zusätzlich können auch bei Annäherung des Magnet-Betätigungsstiftes MAG an die jeweilige der Kontaktstellen 240a ... d entsprechende Funktionen ausgeführt werden oder Werte, z.B. Stellpositionen des Werkzeugs 170 oder seiner Schneide(n) 170a, 170b aufgerufen oder verändert werden. Diese jeweiligen ausgeführten Funktionen oder Werte werden auch an einer Anzeige 244 ausgegeben.
So kann auch abhängig von der gewählten Reihenfolge der jeweilige der Kontaktstellen 240a ... d unterschiedliche Positionierungsabläufe gestartet werden, um zum Beispiel manuell eine Sollposition des Werkzeugs 170 oder seiner Schneide(n) 170a, 170b anzufahren. Letztlich lassen mithilfe des Schnittstellenmoduls unterschiedliche Positionierungsabläufe eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs oder seiner Schneide(n) 170a, 170b entsprechend der jeweiligen manuellen Eingabe, unabhängig oder zusätzlich zur Ansteuerung durch die die drahtlose bidirektionale Funk- oder Infrarotschnittstelle 180 über die Basis-Station 130 durch entsprechende Ansteuerung des Aktors (Elektromotors, Piezoantriebs oder des Fluidventils) bewirken.
Diese manuell aktivierbaren Funktionen sind an dem Verstellkopf 100 in der CNC-Maschine auch durch die drahtlose Übertragung eines entsprechenden Korrekturwertes ausführbar. Wenn zum Beispiel an der entsprechenden der Kontaktstellen 240a ... d die Aktivierung des Verstellkopfes 100 durch einen Magnetstift MAG erkannt wird, wird der Verstellkopf 100 aktiviert. Allerdings bleibt dabei die drahtlose bidirektionale Funk- oder Infrarotschnittstelle 180 deaktiviert. Durch die berührungslose Interaktion mit dem Magnetstift MAG kann die gewünschte Sollposition des Werkzeugs 170 oder seiner Schneide(n) 170a, 170b angefahren werden.
Der hier vorgestellte Verstellkopf 100 ist ein batteriebetriebener motorisch verstellbar Feinverstellkopf, der sowohl eine manuelle Verstellung als auch eine über eine drahtlose Datenverbindung vorgegebene Verstellung des Werkzeugs 170 oder seiner Schneide(n) 170a,
170b ermöglicht.
So werden Voreinstellgeräte mit zusätzlicher Hardware überflüssig. Hierdurch entfallen An- schaffungs-, Folge- und Unterhaltskosten.
Bei dem hier gezeigten Verstellkopf 100 hat das Schnittstellenmodul ein LED(-Array) als Ausgabeeinheit zur Rückmeldung einer erfolgten Eingabe. Zur Verstellung des Werkzeugs 170 oder seiner Schneide(n) 170a, b im Bearbeitungsmodul des Verstellkopfes wird bei einer spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels des Verstellkopfes 100 auftretender Verschleiß der Schneide(n) des Werkzeugs mit in der CNC- Steuerung vorliegenden Werkzeugdaten des im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs verrechnet. Das Verfahren zur automatischen Korrektur des Schneidenverschleißes sieht vor, dass die durch einen Mess-Taster (oder einen Mess-Kopf) ermittelte Abweichung vom Nennmaß des bearbeiteten Werkstücks durch Bereitstellen eines auf der CNC-Steuerung ermittelten Korrekturwertes an den Verstellkopf eine Verstellung der Schneide(n) des Werkzeugs 170 bewirkt. So führt eine weitere Bearbeitung zur Maßhaltigkeit des Werkstückes.
Der Korrekturwert wird dabei über eine Datenverbindung an den Verstellkopf kommuniziert. Die CNC-Steuerung berechnet den Korrekturwert, der anschließend an den Verstellkopf kommuniziert und dort im Speicher abgelegt wird. Das Messen und Korrigieren muss nicht zwingend bei der Bearbeitung ein und desselben Werkstückes erfolgen. Bei einer Serienfertigung wird so auch bei gleichen, nacheinander hergestellten Werkstücken ein Werkstückmaß innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen gehalten.
Die CNC-Steuerung gleicht dann bei der Bearbeitung des Werkstücks auftretenden Verschleiß der Schneide(n) des Werkzeugs aus durch entsprechende Korrektur der Stellung der Schneide^) des Werkzeugs. Hierzu werden über die drahtlose Schnittstelle 130 von der CNC- Steuerung 140 entsprechende Kommandos an den Verstellkopf 100 gesendet, und dieser liefert in umgekehrter Richtung Mess-Daten an die CNC-Steuerung 140.
Zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul des Verstellkopfes 100 wird in einem Datenspeicher des Verstellkopfes eine Null-Stellung und eine aktuelle Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs abgelegt. Bei einem Anlernschritt werden die im Datenspeicher des Verstellkopfes 100 gespeicherten Informationen „Null-Stellung" und „aktuelle Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs durch das Datenübertragungsmodul an die CNC-Steuerung übermittelt.
Die vorangehend beschriebenen Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften der vorgestellten Lösung; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Varianten ein. Die Fig. sind schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede tech nische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches / welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Lösung zuzuschreiben sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst.
Die vorstehend erläuterten Vorrichtungs- und Verfahrensdetails sind zwar im Zusammenhang dargestellt; sie sind jedoch auch unabhängig voneinander und auch frei miteinander kombi- nierbar. Die in den Fig. gezeigten Verhältnisse der einzelnen Teile und Abschnitte hiervon zueinander und deren Abmessungen und Proportionen sind nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr können einzelne Abmessungen und Proportionen auch von den gezeigten abweichen. Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle aufgezeigten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.

Claims

Patentansprüche
1. Verstellkopf (100), bestimmt und eingerichtet zum Einsatz im Arbeitsraum einer CNC- Maschine, die eine zum Informationsaustausch mit einem Mess-Taster (120) oder Bohrungsmessdorn eingerichtete und bestimmte Basis-Station (130) aufweist, welche mit einer Steuerung der CNC-Maschine (140) verbunden ist, wobei der Verstellkopf (100) umfasst:
- ein erstes Funktionsmodul (150) und ein zweites Funktionsmodul (160), wobei das erste Funktionsmodul (150) in
-- ein Energieversorgungs- (152) und
-- ein Datenübertragungsmodul (154) gegliedert ist, wobei das zweite Funktionsmodul -- ein Bearbeitungsmodul (162) zur Aufnahme wenigstens eines Werkzeugs (170) umfasst, wobei das Bearbeitungsmodul (162) eine Werkzeug-Verstelleinrichtung zur Verstellung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) in einer radialen und/oder einer axialen Richtung und/oder in einer Winkelausrichtung des Werkzeugs (170) basierend auf Vorgaben der Steuerung umfasst, und wobei
- das Energieversorgungsmodul (152) Komponenten des Verstellkopfes (100), einschließlich des Datenübertragungsmoduls (154) und der Werkzeug-Verstelleinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, und wobei
- das Datenübertragungsmodul (154) zum Austauschen von Information betreffend zumindest das Verstellen von in dem Verstellkopf (100) aufgenommenem Werkzeug mit der Basis- Station (130) des Mess-Tasters (120) oder Bohrungsmessdorns in dem Arbeitsraum der CNC-Maschine (140) eingerichtet und bestimmt ist.
2. Verstellkopf (100) nach Anspruch 1, bei dem
- das Datenübertragungsmodul (154) des Verstellkopfes (100) und die Basis-Station (130) dazu eingerichtet und bestimmt sind, die Information betreffend zumindest das Verstellen von in dem Verstellkopf (100) aufgenommenem Werkzeug (170) über eine drahtlose bidirektionale Funkschnittstelle oder eine drahtlose bidirektionale Infrarotschnittstelle auszutauschen.
3. Verstellkopf (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
- das Energieversorgungs- (152) und das Datenübertragungsmodul (154) einen integrierten Kühlmittelkanal zur Durchleitung von Kühlschmierstoff zu wenigstens einer Bearbeitungsstelle des Bearbeitungsmoduls aufweisen, und/oder bei dem
- ein integriertes Wegmessmodul zur Erfassung der Verstellung des Werkzeugs (170) im Bearbeitungsmodul (162) vorgesehen ist.
4. Verstellkopf (100) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem
- das Bearbeitungsmodul (162) dazu eingerichtet ist, ein Ausspindelwerkzeug mit justierbarer Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) aufzunehmen, welches keine Veränderung während des Zerspanungsbetriebs zulässt, oder
- das Bearbeitungsmodul (162) während der Bearbeitung eine Verstellung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) zulässt, oder
- das Bearbeitungsmodul (162) dazu eingerichtet ist, ein Reibwerkzeug mit mehreren Schneiden aufzunehmen, das während der Bearbeitung eine feinjustierbare Verstellung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) zulässt, oder
- das Bearbeitungsmodul (162) dazu eingerichtet ist, ein Honwerkzeug aufzunehmen, und dazu eingerichtet ist, Honsteine des Honwerkzeugs während der Bearbeitung zu verstellen, und Daten zu einem aktuellen Durchmesser des Honwerkzeugs über das Datenübertragungsmodul (154) der Steuerung der CNC-Maschine zu signalisieren, um so ein Beenden eines Honvorgangs bei Erreichen eines programmierten Fertigungsmaßes durch die Steuerung auszulösen.
5. Verstellkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine Verstellung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) im Bearbeitungsmodul (162) elektrisch, zum Beispiel mittels eines Elektromotors oder eines Piezoan- triebs zu bewirken ist, oder eine Verstellung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) im Bearbeitungsmodul (162) hydraulisch mittels eines druckbeaufschlagten (Kühl- )Fluid zu bewirken ist, wobei durch das Fluid eine Verstellung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) zu bewirken ist.
6. Verstellkopf (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- in der Variante des hydraulischen Verstellens des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) von der Steuerung der CNC-Maschine an das Datenübertragungsmodul (154) übermittelte Daten zum Ansteuern eines Fluidventils dienen, um zusammen mit einem integrierten Wegmessmodul ein Verstellen des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) zu bewirken, entsprechend dem Daten aus der Steuerung der CNC-Maschine während des Zerspanungsbetriebs.
7. Verstellkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Datenübertragungsmodul dazu eingerichtet und bestimmt ist, Roh-Datensignale oder Prozesszustandssignale aus dem Verstellkopf (100) an die Steuerung der CNC-Maschine zu signalisieren.
8. Verstellkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- im Bearbeitungsmodul (162) wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, der dazu eingerichtet und bestimmt ist, Betriebsparameter einer oder mehrerer Schneiden eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs, zum Beispiel Temperatur, Vibration, Werkzeugschneidenzustand oder Schnittkraft des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) usw. zu erfassen und über das Datenübertragungsmodul als Roh-Datensignal oder als Prozesszustandssignal der Steuerung der CNC-Maschine zu signalisieren.
9. Verstellkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- im Energieversorgungsmodul (152) eine Turbine vorgesehen ist, die mittels eines druckbeaufschlagten (Kühl-)Fluids in Rotation zu versetzen ist, wobei
- die Turbine betrieblich mit einem Generator gekoppelt ist, der gewandelte Energie einem Akku und/oder Kondensator zur Zwischenspeicherung zuführt.
10. Verstellkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- zum Datenübertragungsmodul (154) kumulativ oder alternativ ein Schnittstellenmodul vorgesehen ist, das dazu bestimmt und eingerichtet ist, durch einen berührend oder berührungslos wirkenden, externen Geber in Form eines Betätigungsstiftes, einer Licht- oder (Ultra-)Schallquelle, eines Permanent- oder Elektromagneten, oder dergl. eine oder mehrere manuelle Eingaben zu erfassen und zu verarbeiten, um daraus eine Signalisierung im Sinne einer (Fein-)Justierung des Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b), das Einnehmen einer (eingefahrenen oder ausgefahrenen) Endstellung, einer vordefinierten Sollstellung, oder dergl. an das Bearbeitungsmodul zu bewirken.
11. Verstellkopf (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Schnittstellenmodul
- eine optische, akustische und/oder haptische Ausgabeeinheit zur Rückmeldung einer erfolgten Eingabe aufweist, und
- dazu bestimmt und eingerichtet ist, abhängig von der jeweiligen Eingabe unterschiedliche Positionierungsabläufe eines im Bearbeitungsmodul (162) befindlichen Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) durch entsprechende Ansteuerung des Aktors in Form eines Elektromotors, Piezoantriebs, des Fluidventils oder dergl. ein Verstellen des befindlichen Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b) auszulösen.
12. Verstellkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Datenübertragungsmodul (154) und das Schnittstellenmodul dazu eingerichtet und bestimmt sind, eine Aktivierung und / oder Ansprache des Verstellkopfes (100) zu empfangen, um wahlweise eine manuelle Verstellung oder eine über eine drahtlose Datenverbindung vorgegebene Verstellung eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs (170) oder seiner Schneide(n) (170a, b)zu bewirken.
13. CNC-Maschine (110) mit einem Maschinenraum (112), die dazu eingerichtet und be stimmt ist, mit wenigstens einem in einer Spindel (114) der CNC-Maschine (110) aufgenommenen Werkzeug ein Werkstück (WS) zu bearbeiten, wobei die Spindel (114) und das Werkstück (WS), gesteuert durch eine CNC-Steuerung (140), relativ zueinander bewegbar sind, wobei die oder eine der Spindeln (114) auch dazu eingerichtet und bestimmt ist, einen Mess-Taster (120) aufzunehmen, der dazu eingerichtet und bestimmt ist, das Werkstück (WS) berührend oder berührungslos abzutasten und entsprechende Mess-Signale zur Kommunikation zwischen dem Mess-Taster (120) und einer mit einer Steuerung der CNC- Maschine (110) oder einem Steuerrechner verbundenen Basis-Station (130) drahtlos auszugeben, und wobei die Spindel (114) auch dazu eingerichtet und bestimmt ist, als Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks (WS) einen Verstellkopf (100) aufzunehmen, der ebenfalls zur drahtlosen Kommunikation mit der Basis-Station (130) bestimmt und eingerichtet ist, wobei der Verstellkopf (100) vorzugsweise die Merkmale eines oder mehrerer der Ansprüche 1 - 11 umfasst.
14. Basis-Station (130) zum Einsatz in einem Maschinenraum (112) einer CNC-Maschine (110), die mit einer Steuerung der CNC-Maschine (110) oder einem Steuerrechner verbunden ist, und die dazu eingerichtet und bestimmt ist, mit wenigstens einem in einer Spindel (114) der CNC-Maschine (110) aufgenommenen Werkzeug ein Werkstück (WS) zu bearbeiten, wobei die oder eine der Spindeln (114) auch dazu eingerichtet und bestimmt ist, einen Mess-Taster (120) aufzunehmen, der dazu eingerichtet und bestimmt ist, das Werkstück (WS) berührend oder berührungslos abzutasten und entsprechende Mess-Signale an die Basis-Station (130) drahtlos auszugeben, und wobei die oder eine der Spindeln (114) auch dazu eingerichtet und bestimmt ist, als Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks (WS) einen Verstellkopf (100) aufzunehmen, der ebenfalls zur drahtlosen Kommunikation mit der Basis-Station (130) bestimmt und eingerichtet ist, wobei der Verstellkopf (100) vorzugsweise die Merkmale eines oder mehrerer der Ansprüche 1 - 11 umfasst.
15. Verfahren zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul eines Verstellkopfes mit einem oder mehreren Merkmalen der vorangehenden Vorrichtungsansprüche 1 - 11, wobei bei einer spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs auftretender Verschleiß der Schneide(n) des Werkzeugs mit in der CNC-Steuerung vorliegenden Werkzeugdaten des im Bearbeitungsmodul befindlichen Werkzeugs verrechnet werden, und die CNC-Steuerung bei der Bearbeitung des Werkstücks den auftretenden Verschleiß der Schneide(n) des Werkzeugs ausgleicht durch entsprechende Korrektur der Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs.
16. Das Verfahren zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul eines Verstellkopfes nach dem vorherigen Verfahrensansprüche, bei dem mittels eines Tast- oder Messkopfes ein Ist-Maß an dem Werkstück erfasst, in der CNC- Steuerung anhand des Ist-Maßes und einer vom Nennmaß des Werkstücks ermittelten Ab- weichung ein Korrekturwert ermittelt wird, der an den Verstellkopf bereitgestellt wird, und durch entsprechende Ansteuerung des Aktors ein Verstellen des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) ausgelöst wird, wobei der Korrekturwert über eine Datenverbindung an den Verstellkopf kommuniziert und im Datenspeicher des Verstellkopfes abgelegt wird.
17. Verfahren zur Verstellung des Werkzeugs oder seiner Schneide(n) im Bearbeitungsmodul eines Verstell kopfes nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, bei dem in einem Da tenspeicher des Verstellkopfes eine Null-Stellung und eine aktuelle Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs abgelegt wird, und bei einem Anlernschritt die im Verstellkopf gespeicherten Informationen „Null-Stellung" und „aktuelle Stellung der Schneide(n) des Werkzeugs durch das Datenübertragungsmodul mit der CNC-Steuerung ausgetauscht werden.
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