DE10345993B4

DE10345993B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter und Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft

Info

Publication number: DE10345993B4
Application number: DE2003145993
Authority: DE
Inventors: Andreas Schubert; Hans-Joachim Koriath; Bertram Schulz; Welf-Guntram Drossel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: DE10345993A1

Abstract

Verfahren zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges (8) in einem Werkzeughalter (1) mit den Schritten:
A- Definieren einer Werkzeuggeometrie und Festlegen oder Korrigieren einer Referenzkoordinate (TCP) des Werkzeuges (8) in einer Werkzeugmaschinensteuerung (16),
B- Annähern des in dem Werkzeughalter (1) in einer Soll-Position eingespannten Werkzeuges (8) an ein Werkstück und Erkennen einer Kontaktstelle zwischen Werkzeug (8) und Werkstück, und
C- Bestimmen der Ist-Position des Werkzeuges relativ zu einem Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2) aus der erkannten Kontaktstelle, gekennzeichnet durch die Schritte
D- Berechnen und Korrektur der statischen Werkzeuglage
E- Messen einer Bearbeitungskraft (F_s) an dem Werkzeug (8), und
F- Berechnen und Korrektur der dynamischen Werkzeuglage relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2) durch Feinstellen des Werkzeuges im Werkzeughalter (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 16. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer an einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug anliegenden Bearbeitungskraft nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.
Insbesondere betrifft die Erfindung hierbei Mess-, Positionier- und Bearbeitungsvorgänge mit Werkzeugen im Mikrobereich. So werden beispielsweise gegenwärtig Mikrospanwerkzeuge zum Bohren und Fräsen an Werkzeugmaschinen verlangt, die mit Kopfmessern < 200 μm zur Herstellung von Mikrostrukturen an Werkstücken bis zu 10 μm Größe eingesetzt werden können. Die Erfindung soll jedoch auch für Werkzeuggrößen jeder Art geeignet sein.
Positioniergenauigkeiten formschlüssiger Vorrichtungen für den Fertigungsprozess von solchen Mikrowerkstücken werden mit ±2 μm erreicht, wobei jedoch Aufspannfehler des Werkstückes auftreten können, die gegenwärtig mit einem in die Werkzeugaufnahme einzuwechselnden Messtaster mit ±1 μm festgestellt und korrigiert werden können.
Zum Einsatz solcher Fühler sind gegenwärtig unterschiedliche Systeme bekannt. So werden Druck-Messtaster mit Piezoresonatoren und ebensolche Bewegungstaster eingesetzt, wofür insbesondere Messtastkugeln zum Einsatz gelangen.
Für die Messungen an Kleinstproben im μ-Bereich ist jedoch der Durchmesser einer Messkugel zu groß, da die Kontaktfläche der Messkugel mit dem Prüfling oder Werkstück einen Messfleck mit einem Durchmesser von einigen 1/100tel Millimetern beträgt, so dass Messfehler unter 1 μm nicht feststellbar sind.
Ein weiterer Nachteil der Messtastkugel ist auch, dass ihre Formabweichungen über die Oberfläche im Bereich von 0,3 μm und darüber liegt, so dass Ergebnisse unter 1 μm auch aus diesem Grund nicht zuverlässig zu gewinnen sind. Schließlich liegen auch die Tastkräfte herkömmlicher Messtaster in einem Bereich von 0,1 Newton und 1 Newton am Prüfling, so dass hierdurch die zu prüfende Oberfläche des Werkstückes beschädigt (z. B. angeritzt oder eingedrückt) werden kann und nicht korrigierbare Messfehler auftreten können.
Als Weiterentwicklung eines Druckmesstasters mit einer Messkugel ist in der DE 42 43 284 A1 ein 3D-Messtaster für Koordinatenmesssysteme beschrieben, der mehrere auf Piezoresonatoren mit einer Länge von 100 μm befestigte 4 μm lange Mikrotastnadeln mit polygonartigen Diamanttastern besitzt und eine laterale Auflösung von < 10 nm erreicht. Um jedoch die Mikrotastnadeln gefahrlos an die Oberfläche eines zu messenden Werkstückes heranfahren zu können, ist ein optisches oder akustisches Vorwarnsystem erforderlich. Messfehler durch Umspannen sind unvermeidbar.
In der WO 89/00672 A1 ist weiterhin ein Berührungsdetektor in Form eines Stabresonators gezeigt, dessen Tastspitze bei Kontakt mit einer Messoberfläche auftretende Frequenz- oder Amplitudenveränderungen des Resonators als Signal ausgibt, um so ein Oberflächenprofil ermitteln zu können. Nachteil dieser Anordnung ist, dass der Stabresonator hohe Messkräfte bewirkt und niedrige Resonanzfrequenzen aufweist, so dass die Messoberfläche verletzt werden kann und nur geringe Messgeschwindigkeiten erzielbar sind. Auch hier ist ein von der Werkstückbearbeitung getrenntes Messgerät erforderlich.
Ein weiteres bekanntes Tastschrittgerät arbeitet nach einem Impulstastverfahren, bei dem eine Tastnadel impulsförmig von der Oberfläche des Messobjektes angehoben und wieder abgesenkt wird. Das Gerät arbeitet quasi statisch. Das Anheben der Tastnadel dient der Verminderung von Reibkräften und Tangentialkräften in den Lagerstellen des Messwerkes (Lehmann, R.: „Leitfaden der Längenmesstechnik", VEB-Verlag Technik Berlin, 1960, Seite 277). Bei diesem Gerät ist es von Nachteil, dass die Impulsgeschwindigkeit gering ist und dass die Messkräfte zu hoch liegen. Außerdem ist auch hier ein von der Werkstückbearbeitung getrenntes Messgerät erforderlich.
Schließlich ist in der DE 40 35 076 A1 der DE 40 35 084 A1 ein auf einem Piezoresonator befestigter Tastkopf mit einer Mikrotastnadel bekannt, mit Hilfe dessen Mikrostrukturen mit lateralen Maßen in einem Profilometer durch Kontakt oder Kraftänderung detektiert werden können. Auch dieses Gerät weist die oben bereits genannten Nachteile auf.
Weiterhin sind kontaktfreie Messverfahren unter der Bezeichnung „Raster-Tunnelmikroskopie STM" oder „Atom-Kraft-Mikroskopie AFM" bekannt, wobei eine nanometerfeine Spitze aus Wolfram, Gold oder Diamant im Abstand von wenigen nm über die elektrisch leitende Prüfoberfläche eines Werkstückes geführt werden, so dass bei einer Spannung zwischen Spitze und Prüfling von wenigen mV ein Tunnelstrom von wenigen nA oder zwischenatomare Kräfte wirksam werden, die gemessen werden können und über einen Abstandsregler konstant gehalten werden. Die zuletzt genannten berührungsfreien Messverfahren sind jedoch nur bei Werkstücken durchführbar, die leitende Oberflächen aufweisen.
Bei den zuvor beschriebenen, mit einer Resonatoranordnung arbeitenden Messsystemen ist einerseits die Oberflächenbeanspruchung des zu messenden Werkstückes zu groß, andererseits die jeweils erzielbare Messgeschwindigkeit insbesondere dann zu gering, wenn voneinander unabhängige Punkte an einem Werkstück individuell messtechnisch erfasst werden sollen.
Ein weiterer Nachteil aller zuvor genannten Messsysteme ist, dass entweder eine spezielle Messvorrichtung vorgesehen werden muss, oder während der Bearbeitung eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine ein Umspannen zwischen Werkzeug und Messfühler erfolgen muss, was zu weiteren Ungenauigkeiten in der Fertigung führen kann. Auch ist keine Messmöglichkeit während der Bearbeitung möglich. Ebenso wenig können Beanspruchung und Verschleiß am Werkzeug unmittelbar festgestellt werden, noch können exakte Korrekturmaßnahmen vorgenommen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter zu schaffen, mit dem ein Mess-, Positionier- und/oder Bearbeitungsvorgang effektiv und genau durchgeführt werden kann.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft an einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug zu schaffen.
Bezüglich eines Verfahrens zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, das u. a. die Schritte aufweist:

– Berechnen und Korrektur der statischen Werkzeuglage,
– Messen einer Bearbeitungskraft an dem Werkzeug, und
– Berechnen und Korrektur der dynamischen Werkzeuglage relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine durch Feinstellen des Werkzeuges im Werkzeughalter.

Bezüglich einer Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter, mit den Merkmalen des Anspruches 16, die u. a. ein Trägerbauteil und einen um definierte Freiheitsgrade verstellbaren Führungskörper, an dem eine Spannvorrichtung zur Aufnahme eines Werkzeuges vorgesehen ist, aufweist, wobei zwischen dem Trägerbauteil und dem Führungskörper mindestens ein Verstellglied angeordnet ist, und wobei zumindest ein Sensorelement zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges vorgesehen ist.
Bezüglich des weiteren Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft an einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruches 10, u. a. mit den Schritten:

– Aktivieren einer Betriebsart „Kraftmessung" in einer Steuer-/Regelungseinheit einer Werkzeugmaschine,
– Berechnen eines Vektors der Bearbeitungskraft zum Werkzeughalter und
– Berechnen einer Koordinatentransformation des Vektors der Bearbeitungskraft zur Kinematik der Kraftmessung im Werkzeughalter.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es möglich, ein Werkstück, insbesondere seine Oberfläche, effektiver und genauer als bisher zu erfassen und zu bearbeiten. Insbesondere kann dadurch ein Werkzeug effektiv und genau relativ zu dem Werkstück ausgerichtet und positioniert werden, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht wird.
Hierbei ist es möglich, das Werkzeug selbst als Messfühler zu verwenden, so dass ein zeitraubendes und für die Messgenauigkeit nachteiliges Umspannen zwischen Werkzeug und Messfühler entfällt.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich von Mikrobearbeitungen eingesetzt, wobei es sich bei den zum Einsatz kommenden Werkzeugen um Mikrowerkzeuge bzw. Mikrotastelemente, insbesondere der eingangs genannten Art und/oder Größe, handelt, mit denen feinste Mikrostrukturen eines zu untersuchenden bzw. zu bearbeitenden Werkstückes erkannt und/oder bearbeitet werden können.
Insbesondere können Mikrostrukturen mit dem Mikrowerkzeug angefahren, festgestellt und/oder bearbeitet werden, wobei die relative Lagegenauigkeit < 1 μm beträgt. Ist eine Bearbeitung an dem Werkstück mittels eines Werkzeuges nicht erforderlich, können die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Vorrichtung auch lediglich einen Messfühler aufweisen. Auch ist eine Ausführungsvariante denkbar, bei der Messfühler und Werkzeuge an einer Aufnahmevorrichtung vorgesehen sind.
Weiterhin können die auf das Werkzeug, z. B. einen Mikrofräser, einwirkenden Kräfte, insbesondere Zerspankräfte während der Bearbeitung des Werkstückes gemessen werden. Hierbei kann die Messung der Bearbeitungskräfte insbesondere zwischen angetriebenem Werkzeug und Werkstück, z. B. während des Fräsvorganges, erfolgen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass während der Bearbeitung auftretende Verschleißerscheinungen an dem Werkzeug noch während der Bearbeitung aufgrund einer Veränderung der auftretenden Bearbeitungs- bzw. Spankräfte erkannt werden können, und das Werkzeug entsprechend nachjustiert werden kann, um den Verschleiß aus zugleichen bzw. von Anfang an gering zu halten, indem rechtzeitig Vorschubeinstellungen angepasst werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie einem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dessen Durchführung eine derartige Vorrichtung Anwendung findet, ist es daher möglich, feinste Abstufungen oder Strukturen an der Oberfläche eines zu bearbeitenden Bauteils zu erkennen.
Auch können Zerspankräfte zwischen dem Werkstück und dem spanenden Werkzeug gemessen werden. Dies kann erfindungsgemäß insbesondere während der Bearbeitung erfolgen, so dass theoretisch letztendlich jeder einzelne spanabhebende Vorgang kräftemäßig erfasst werden kann. Hierbei können sowohl Kräfte in Vorschubrichtung wie auch seitlich dazu durch unterschiedliche Sensorelemente erfasst werden.
Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass diese zum statischen und dynamischen Messen und auch zum Bearbeiten eines Werkstückes verwendet werden kann, wobei kein Umspannvorgang zwischen einem Mikrowerkzeug und einem speziellen Messfühler mehr nötig ist, da das Mikrowerkzeug selbst als Messfühler verwendet werden kann.
Durch Verwendung von Mikroaktoren, insbesondere piezoelektrischer Aktoren und mit diesen gekoppelter hochpräziser Sensoren kann jedes beliebige Werkzeug, das in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingespannt ist, als Messfühler dienen, ohne dass es hierzu einer weiteren Schaltmechanik oder Elektronik bedürfte.
Hierdurch können insbesondere Verzögerungen oder Messungenauigkeiten von Lagerstellen sowie Schaltträgheiten vermieden werden. Auch sind Ein- oder Umspannfehler ausgeschlossen, da zwischen Bearbeiten und Messen keine Umspannung, insbesondere aber auch keine Umpositionierung oder Umschwenkung von Werkzeug zu Messfühler erfolgen muss. Die Lagepositionierung des Werkzeuges bezüglich einer Referenzkoordinate TCP (Tool Center Point) kann in einer Werkzeughalterung durch die Werkzeugmaschinensteuerung vorgenommen werden. Zur Korrektur zwischen Ist- und Soll-Position des Werkzeuges oder Werkstückes relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine kommt vorzugsweise Koordinatentransformation zum Einsatz.
Durch die Beeinflussung der an den Mikroaktoren anliegenden elektrischen Spannung oder eines Magnetfeldes oder eines Temperaturverlaufes lassen sich einerseits auf jeweils auf eine Bearbeitungsaufgabe abgestimmte Steifigkeiten in der Werkzeugspannung erzielen, andererseits kann damit die Lage des Mikrowerkzeuges direkt an der Einspannstelle beeinflusst werden. So kann beispielsweise ein Werkzeug noch während der Bearbeitung, insbesondere während eines andauernden Bearbeitungsvorganges beim Erkennen von Verschleiß oder Wärmeausdehnung soweit nachgestellt werden, dass die Bearbeitungsgenauigkeit beibehalten wird.
Durch die Verwendung adaptiver Mikroaktoren, die auch als Sensor nutzbar sind, beispielsweise mittels einer Sensorlage in einem Piezostapel, ist es daher vorteilhafter Weise möglich, in ein und demselben Bauelement Bewegungen und/oder Kraftwirkungen zu erzeugen und diese gleichzeitig zu messen. So ist es, wie bereits beschrieben, möglich, die Kontur- oder spezielle Strukturen des Mikrowerkstückes bzw. -bauteiles direkt mit dem eingespannten Mikrowerkzeug zu ertasten, indem feinste Berührungen des Werkzeuges am Werkstück am Sensor in Form einer Spannungsänderung ΔU messbar sind. Damit ist eine hoch präzise Lagezuordnung (< 1 μm) zwischen Werkzeugspitze und Werkstück realisierbar, Fehlereinflüsse durch Austausch eines Messtasters gegen das Werkzeug werden vermieden.
Da Formänderungen am Werkzeug z. B. durch Verschleiß, und vorhandene Einspannfehler in die Messung mit eingehen, kann auch hierfür automatisch eine Korrektur vorgenommen werden.
Alternativ kann durch die Anordnung eines kapazitiv oder induktiv wirkenden Sensors im Bereich der Werkzeugschneide eine berührungslose Lagebestimmung zwischen Werkzeug und Werkstück durchgeführt werden. Das Anfahren des Werkstücks durch das Werkzeug erfolgt mit einer vorgegebenen Annäherungsgeschwindigkeit, wobei durch Auswerten von ΔU durch Δt der Abstand zwischen dem kapazitiven Sensor und dem Werkstück bestimmbar ist.
Wie bereits beschrieben, können durch die in die Werkzeugspannvorrichtung integrierten adaptiven Mikrosensoren während des Zerspanungsprozesses Messsignale gewonnen werden, deren Auswertung eine Bestimmung der Prozesskräfte direkt am Werkzeug möglich macht.
Durch die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, ein Werkstück zu messen und ein Werkzeug entsprechend zu positionieren und zu repositionieren, wobei das Werkstück nicht unbedingt leitfähig sein muss und keine Deformationen oder Messmarken auf der Oberfläche des Werkstücks entstehen.
Aus der Erfindung ergibt sich somit eine Möglichkeit zur Koordinatenmessung, wobei ein Mikrowerkzeug mit vordefinierter Geometrie und Form und/oder die Längenmesssysteme der Werkzeugmaschine selbst zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges im Werkstückkoordinatensystem verwendet werden.
Hierbei kann die Bestimmung der Abweichung von Soli-Geometrie und Soll-Lage des Werkzeuges durch Antasten des Werkstückes mit dem Werkzeug selbst, insbesondere mit definierten Inkrementen einer Drehung des Werkzeuges durch die Werkzeugspindel erfolgen. Während eines Bearbeitungsvorganges kann eine Prozesskraft zwischen Werkzeug und Werkstück kontinuierlich und intermittierend gemessen werden, da mehrere Mikroaktoren mit integrierten Sensorfunktionen oder separate Kraftsensoren im Werkzeughalter bzw. der Spannvorrichtung des Werkzeuges hierzu vorgesehen sind.
Mit der erfindungsgemäßen Mess-, Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung kann ein Mikrowerkzeug definiert translatorisch und/oder rotatorisch gegenüber einer Aufnahmeeinrichtung verstellt bzw. eingespannt werden, wobei die Aufnahmeeinrichtung in eine herkömmliche Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine einsetzbar ist. Auch die Stei figkeit der Werkzeugspannung kann durch Krafterhöhung einwirkender Mikroaktoren definiert gesteuert werden.
Auch ist es denkbar, das Mikrowerkzeug als ein Greif- oder Haltewerkzeug auszubilden, mit dem Miniaturbauteile, z. B. SMD-Bauteile, mechanisch, elektrostatisch oder auf andere Weise aufgenommen, gehalten, positioniert und/oder abgegeben werden können. Eine exakte Positionierung und kraftorientierte Aufnahme bzw. Abgabe derartiger Werkstücke ist somit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform sind die Mikrosensoren/-aktoren in kartesischen Achsrichtungen der Werkzeugmaschine angeordnet, um so ein einfaches programmgesteuertes Einrichten und Umstellen des gehaltenen Werkzeugs zu ermöglichen. Ein Kontakt zwischen Mikrowerkzeug und Werkstück bzw. ein entsprechender Abstand zwischen Werkzeughalter und Werkstück kann durch einen Spannungsunterschied oder eine kapazitive oder induktive Messung mittels eines Sensors festgestellt werden.
Es ergibt sich somit die Möglichkeit, lineare Abmessungen auf einer strukturierten Oberfläche eines Messobjektes oder -werkstückes mittels eines Werkzeuges mit vordefinierter Geometrie oder in einem Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine zu messen.
Hierbei erfolgt die Übertragung der Messdaten und der zu messenden Energie und Steuerdaten vorzugsweise berührungslos zwischen einem feststehenden Statorteil und einem Rotorteil am Trägerteil bzw. Werkzeughalter. Anstelle der oben beschriebenen Piezostapelaktoren sind auch separate Kraftsensoren (Dehnmessstreifen) einsetzbar.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Verfahren sowie der vorliegenden Vorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der nachfolgenden Zeichnung näher und mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter.
2a)–d) schematische Darstellungen von alternativen Ausführungsformen von Spannvorrichtungen als Teil der vorliegenden Vorrichtung,
3a)–c) alternative Anordnungsvarianten von Spanngliedern in einer Spannvorrichtung als Detail der vorliegenden Vorrichtung und
4 eine Prinzipdarstellung beispielsweise zu erfassender Kräfte und Abweichungen an einem Werkzeug während eines Bearbeitungsvorgangs.
In 1 ist ein schematischer Querschnitt einer bevorzugen Ausführungsform einer Mess-, Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung mit einer Aufnahmevorrichtung 1 und einem darin aufgenommenen Mikrofräser als Beispiel für ein Werkzeug, insbesondere ein Mikrowerkzeug 8, gezeigt.
An einem Trägerbauteil 10 der Aufnahmevorrichtung in Form eines Werkzeughalters 1, das über einen Flansch 11 an eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine 2a koppelbar ist, ist auf der von Flansch 11 abgewandten Seite eine Adapterbuchse 20 angeordnet. Das Trägerbauteil 10 ist vorzugsweise einstückig mit dem Flansch 11 ausgebildet und im Wesentlichen vorzugsweise symmetrisch zu einer Längsachse L₁ aufgebaut.
Die Längsachse L entspricht vorzugsweise einer Drehachse der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine 2a. Über den Flansch 11 kann ein von der Werkzeugspindel erzeugtes Drehmoment auf das Trägerbauteil 10 übertragen werden, so dass dies in eine Rotation bezüglich der Längsachse L₁ versetzt wird. Die Adapterbuchse 20, die vorzugsweise von dem Trägerbauteil abnehmbar als Komponente des Trägerbauteiles 10 ausgebildet ist, ist als einseitig beschlossener Hohlzylinder geformt, wobei die geschlossene Seite zum Trägerbauteil 10 hinzeigt. Im optimalen Fall entspricht die Längsachse L₁ der Mittelachse bzw. Drehachse L eines eingespannten Werkzeuges 8.
Des Weiteren ist ein speziell ausgebildeter Führungskörper 40 im Inneren der Adapterbuchse 20 vorgesehen, der gegenüber dieser in Längsrichtung, also in Richtung entlang der Längsachse L₁, verschiebbar ist. Ein Verstellglied 30 das in der in 1 dargestellten Ausführungsform als ein Stapel von Mikroaktoren 31 in Form eines Piezo-Stapelaktor dargestellt ist, ist zwischen einer inneren Stirnfläche der Adapterbuchse 20 und einer dieser gegenüberliegenden Stirnfläche des Führungskörpers 40 angeordnet.
Der Führungskörper 40 ist durch Aktivierung des Verstellgliedes 30 entlang der Längsachse L des Trägerbauteiles 10 bzw. der Aufnahmeeinrichtung 1 in Form eines Werkzeughalters 1 verfahrbar. An der Stirnseite des offenen Endes der hohlzylinderförmigen Adapterbuchse 20 ist ein einstellbarer Führungsring 21 mittels mehrerer lösbarer Befestigungselemente 44 an der Adapterbuchse 20 angelenkt. Der Führungsring 21 besitzt speziell ausgeprägte Führungsflächen zur Führung des Führungskörpers 40 und kann aus einem oder mehreren Segmentringen 22 bestehen.
In der 1 gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Führungsring 21 und dem Führungskörper 40 eine in L₁-Richtung wirkende, elastische Anordnung 45 vorgesehen, die aus mehreren elastischen Einzelelementen bestehen kann. Insbesondere können mehrere Federelemente 46 als Einzelelemente entlang eines inneren Umfangs der Adapterbuchse 20 zwischen dem Führungskörper 40 und dem Führungsring 21 als Teil des Trägerbauteils 10 angeordnet sein.
Das Verstellglied 30 ist als eine Verstelleinrichtung vorzugsweise aus Mikroaktoren 31, beispielsweise Piezostapelaktoren aufgebaut, die derart angeordnet sind, dass sie über speziell ausgebildete Übertragungs- und Stellelemente 32 auf ein Werkzeug 8, insbesondere ein Mikrowerkzeug 8a oder einen alternativ eingesetzten Messfühler 8b, einwirken können. Anstelle von piezoelektrisch wirkenden Mikroaktoren sind z. B. magnetostriktiv, magnetorheologisch/elektrorheologisch wirkende Aktoren oder Mikroaktoren aus Form-Gedächtnis-Legierung einsetzbar.
Das in 1 dargestellte Werkzeug 8, insbesondere ein Mikrowerkzeug 8a bzw. alternativ hierzu ein Messfühler 8b, wird in einer dünnwandigen vorzugsweise geschlitzten Spannhülse 55 durch segmentartig um diese Spannhülse angeordnete Anpresskeile 57 gespannt. Die erforderliche Spannkraft wird durch weitere Verstelleinrichtungen 51, die in dieser Ausführungsform wiederum Piezoaktoren 53 mit einer dazwischen gelagerten Sensorschicht 52 enthalten, erzeugt.
Wie dargestellt, können die Verstelleinrichtungen 51 der Spannvorrichtung 50 mit ihren Bewegungsachsen B₁, B₂, B₃, ... parallel zur Längsachse L₁ des Trägerbauteiles 10 mit geringem Abstand zum Zentrum (Längsachse L₁) positioniert sein, um ein günstiges Wuchtverhalten zu erreichen, wenn die Vorrichtung z. B. als Mikrofräse eingesetzt wird.
Jeweils ein Übertragungskeil 56 überträgt die Kraft der Piezoaktoren 53 auf die Anpresskeile 57. Auf einer den Verstelleinrichtungen 51 gegenüberliegenden Seite (werkzeugnahe Seite) der Übertragungskeile 56 sind ein oder mehrere den Aktoren 53 der Verstelleinrichtungen 51 entgegengesetzt wirkende Kraftelemente bzw. Federbauteile 52 angeordnet.
Die Spannvorrichtung 50 ist, wie in 1 dargestellt, mit all ihren Einzelelementen innerhalb des Führungskörpers 40 angeordnet. Der Führungskörper 40 selbst ist wiederum als einseitig geschlossenes Hohlzylinderbauteil ausgeführt, das an der werkzeugnahen Seite, also der flanschabgewandten Seite, geöffnet ist und mit einem Führungskörperdeckel 43 mittels weiterer Befestigungselemente 44 fest verschlossen ist.
Der Führungskörperdeckel 43 besitzt in seiner Mitte eine Öffnung, deren Mittelpunkt auf der Längsachse L liegt, so dass das Werkzeug 8, 8a bzw. der Messfühler 8b mit seiner Mittelachse L in die mit der Mitte fluchtenden Spannhülse 55 eingeführt werden kann. Weiterhin dient der Führungskörperdeckel als Abdeckung für die beweglichen Elemente der Spannvorrichtung 50, um so ein Eindringen von Schmutz oder Spänen zu verhindern.
Wie bereits angedeutet, kann zwischen dem Piezoaktoren 53 der Verstelleinrichtungen 51 eine Sensorlage bzw. Sensoren 52 angeordnet sein, mittels der sowohl die von den Piezoaktoren 53 erzeugte Haltekraft wie auch die während eines Bearbeitungsvorganges auf das Werkzeug, insbesondere auf die Werkzeugschneide 9 wirkenden seitlichen Bearbeitungs- bzw. Spankräfte festgestellt werden können.
Die Übertragung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung notwendiger elektrischer Energie sowie der erforderlichen Steuerungsdaten erfolgt über einen Datenkopf 15 zu einer an der Aufnahmeeinrichtung 1, vorzugsweise der Adapterbuchse 20 angeordneten Signalübertragungseinheit 12 vorzugsweise berührungslos, insbesondere induktiv, optisch und/oder mit Funkwellen. Diese Signalübertragungseinheit 12 ist hierbei vorzugsweise als Bauteil ausgebildet, das eine ringförmig um die Adapterbuchse 20 an deren Außenseite umfassende Signalantenne und eine erforderliche Sende- und Empfangselektronik aufweist.
Während sich die Signalübertragungseinheit 12 rotatorisch um die Längsachse L₁ dreht, wenn die Mess- und Bearbeitungsvorrichtung im spanenden Einsatz ist, ist der Datenkopf 15 feststehend mit einer Werkzeugmaschine 2a und/oder einer Messanordnung 2b gekoppelt. Die Signalübertragungseinheit 12 kann somit Energie und Informationen vom Datenkopf 15 empfangen, aber auch Messinformationen der Sensoren 52 und des Sensorelementes 35 an den Datenkopf 15 übertragen.
Zur Ansteuerung der Piezoaktoren und zum Auswerten gewonnener Messsignale ist eine Steuer-/Regelungseinheit 16 vorgesehen, die als ein eigenes Steuerungsmodul oder als Teil der elektronischen Steuerung der Werkzeugmaschine 2a bzw. der Messanordnung 2b in diese eingebunden ist.
In den 2a) bis 2d) sind Varianten zur Kraftübertragung von den Piezoaktoren 53 auf die Spannhülse 55, in der ein Werkzeug 8, 8a oder ein Messfühler 8b gehalten ist, dargestellt.
In 2a) ist ein Teil einer Spannvorrichtung 50 als Prinzipskizze gezeigt, wie sie bereits zuvor anhand der 1 beschrieben wurde. Von den Piezoaktoren 53 der Verstelleinrichtung 51 wird eine Kraft auf den Übertragungskeil 56 aufgebracht, die von den Sensoren 52 in der Verstelleinrichtung 51 gemessen wird. Die so aufgebrachte Kraft F₁ wirkt einer Federkraft F₂ entgegen, die durch die Federbauteile 58 auf die Gegenseite des Übertragungskeils 56 einwirkt. Beide Kräfte wirken parallel zur Längsachse L₁ der Mess- und Bearbeitungsvorrichtung 1 bzw. zur Mittelachse L des Werkzeuges 8, 8a.
Durch die vorzugsweise sägezahnförmig ausgebildete schräg zur Längsachse L₁ verlaufende Berührfläche des Übertragungskeils 56 mit dem Anpresskeil 57 wird die Kraft F₁, zumindest ihr Anteil, der größer ist als die Federkraft F₂ bzw. die resultierende aus diesen beiden Kräften, an der Berührfläche umgelenkt, so dass eine Kraft F₃ entsteht, die senkrecht zur Längsachse L₁ wirkt und somit die Spannhülse 55 zusammendrückt, um das Werkzeug 8a, 8b zu haltern. Umgekehrt werden auf die Werkzeugschneide 9 einwirkende Bearbeitungs- bzw. Spankräfte F_s auf entgegengesetztem Wege umgelenkt und von den Sensoren 52 erfasst und über die Signalübertragungseinheit 12 und dem Datenkopf 15 der Steuer-/Reglungseinheit 16 der Werkzeugmaschine 2a oder der Messanordnung 2b zugeführt (vgl. auch 4).
In 2b ist eine zweite Variante zur Kraftübertragung von den Verstelleinrichtungen 51 auf die Werkzeugspannhülse 55 dargestellt, bei der die Kraft mittels eines Festkörper-Drehgelenks 59 übertragen wird, was vorteilhaft für kleine und präzise Bewegungen bzw. Kraftübertragungen ist. Die von der Verstelleinrichtung 51 auf das Festkörper-Drehgelenk 59 aufgebrachte Kraft F₁ wird um einen Drehpunkt D wiederum um 90° umgelenkt und wird somit als Kraft F₂ im Wesentlichen gleicher Größe jedoch anderer Orientierung auf die Spannhülse 55 seitlich ein.
In der in 2b dargestellten Schnittebene liegen die Bewegungsachse B₁ der Verstelleinrichtung 51 sowie die Längsachse L₁, die durch den Mittelpunkt der Spannhülse 55 des Werkzeuges 8 geht; wohingegen der Drehpunkt D der Schnittpunkt dieser Ebene mit einer senkrecht durch diese Ebene verlaufenden Drehachse D' ist. Wiederum sind Sensoren 52 vorgesehen, die die Kraft F₁ sowie auf die Werkzeugschneide 9 aufgebrachte Spankräfte F_s zu messen vermögen.
Bei der in 2c gezeigten Variante wird die Kraft F₁ im Wesentlichen verlustfrei mittels eines fluidischen Elementes F um 90° umgelenkt, wobei jeweils erwünschte Fluideigenschaften unterschiedlicher Fluide ausgenutzt werden können (z. B. MRF). Ansonsten entspricht die Funktionsweise und der Aufbau der in 2c dargestellten Variante der in den zuvor beschriebenen.
Schließlich ist in 2d eine Variante mit einer radialen direkten Anordnung der Verstelleinrichtungen 51 dargestellt, wobei zwei Verstelleinrichtungen 51a, 51b jeweils eine Kraft F₁, F₂ radial senkrecht auf die Spannhülse 55 aufbringen, weshalb Kraftumlenkelemente, wie in den Anordnungen der 2a bis 2c beschrieben, entbehrlich sind. Diese Anordnung weist zwar eine ungünstigere Masseverteilung zur Drehachse des Werkzeughalters bzw. der Mess- und Bearbeitungsvorrichtung 1 auf, ermöglicht jedoch eine genauere Messung der auf die Werkzeugschneide 9 auftreffenden Bearbeitungs- bzw. Spankräfte F_s. Die Bewegungsachsen B₄ bzw. B₅ der Verstelleinrichtungen 51a bzw. 51b liegen in der in 2d dargestellten Radialschnittebene, in der auch die Längsachse L liegt, jedoch jeweils in einer dazu senkrechten Schnittebene übereinander angeordnet.
Jede der anhand der 2a bis 2d beschriebenen Varianten zur Kraftübertragung von den Verstelleinrichtungen auf die Werkzeugspannhülse ist einer Spannvorrichtung mehrfach ausgeführt, wobei die einzelnen dargestellten Komponenten radial zueinander, wie in den 3a bis 3c beispielsweise gezeigt, angeordnet sein können.
3a bis 3c zeigt hierbei jeweils einen Querschnitt einer Ebene senkrecht zur Längsachse L. Die segmentartige Anordnung der Piezoaktoren 53 bzw. der Verstelleinrichtungen 51 und die Werkzeugspannhülse 55 ist hierbei am Beispiel eines Klemmkeil-Betriebs dargestellt, wie es den 1 und 2a entspricht. Hierbei ist prinzipiell eine zweifache (180°) Anordnung, wie in 3a gezeigt, möglich, eine dreifache (120°) Anordnung, wie in 3c gezeigt, oder eine vierfache Anordnung in einem Winkel von 90°, wie in 3b dargestellt. In Abhängigkeit der Dimension der verwendeten Mikroaktoren und der Größe der Spannhülse ist hierbei jedoch auch eine n-fache Anordnung denkbar, wobei die Mikroaktoren in einem Winkelabstand von 360°/n angeordnet sind. Die Anordnung der Verstelleinrichtungen 51 mit den Piezoaktoren 53 ist jeweils punktiert dargestellt.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen und Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter gezeigt, wobei einzelne Komponenten mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind. 4 verdeutlicht hierbei als Prinzipdarstellung, die beispielsweise während eines Bearbeitungsvorganges auf das Werkzeug wirkenden Kräfte, die zu Abweichungen und Ungenauigkeiten führen können und somit zu erfassen und zu korrigieren sind.
In einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine 2a ist ein Werkzeughalter 1 mit einem Trägerbauteil 10 aufgenommen, in dem ein um definierte Freiheitsgrade verstellbarer Führungskörper 40 vorgesehen ist. Ebenfalls ist eine Spannvorrichtung 50 gezeigt, in dem ein Werkzeug 8 bzw. Mikrowerkzeug 8a gespannt werden kann. Die Einspannkräfte des Werkzeuges sowie die auf die Werkzeugspitze 9 wirkenden Bearbeitungs- bzw. Spankräfte F_s werden hierbei über Sensorelemente 52 und 35 erfasst, die zwischen Werkzeug 8, 8a und dem Werkzeughalter 1 angeordnet sind.
Die Auswirkungen die auf die Werkzeugspitze 9 wirkenden Kräfte F_s bezüglich des PCT (Tool Center Point) sind ebenfalls in 4 dargestellt. Die Kräfte F_s verursachen hierbei einerseits eine Drehung der Werkzeugmittelachse L relativ zur Längsachse des Werkzeughalters 1 um einen Winkel Δφ der seitlichen Verschiebung der beiden Achsen um einen Betrag ΔR.
Während der Bearbeitung des um die Längsachse L₁ des Werkzeughalters 1 rotierenden Werkzeuges 8 führt dies zu einer ständig wechselnden, umlaufenden Belastung des Werkzeuges bzw. Werkzeughalters, was zu einer Erwärmung und so mit einer Formänderung der Vorrichtung und des eingespannten Werkzeuges führt und die Bearbeitung negativ beeinflusst. Derartige Änderungen sowie die sie verursachenden Kräfte können durch die beschriebenen Sensoreinrichtungen erkannt werden und durch Gegensteuerung der zwischen den Werkzeugen und dem Werkzeughalter angeordneten Verstelleinrichtungen ausgeglichen werden. Auch ist eine Einstellung und/oder Anpassung bereits vor Beginn des Werkzeugeinsatzes bzw. der Bearbeitung möglich.
Hierdurch kann eine exakte Bearbeitung selbst mit Werkzeugen durchgeführt werden, deren Bearbeitungsabschnitt (Werkzeugspitze) einen Durchmesser von lediglich 200 μm oder kleiner aufweist. Es können somit Genauigkeiten von 0,1 μm in der Bearbeitung erreicht werden, was zu Werkstückgenauigkeiten von 1 μm führt.
Auch die kinematischen Restfehler der Werkzeugmaschine selbst, die herkömmlicherweise mindestens 3 μm betragen, können durch die beschriebene Vorrichtung bzw. das Verfahren ausgeglichen werden. Eine Kombination aller zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten untereinander oder einzelner Aspekte oder Komponenten dieser Varianten ist durchaus denkbar. Das Werkstück, das zur Ermittlung der Ist-Position des Werk zeuges Einsatz findet, kann das später zu bearbeitende oder das bereits zuvor bearbeitete Werkstück sein, es kann aber auch ein Referenzbauteil der Werkzeugmaschine sein. Alternativ zur Korrektur der Werkzeugkoordinaten kann entsprechend des beschriebenen und beanspruchten Verfahrens auch eine Korrektur der Werkstückkoordinaten erfolgen.

Claims

Verfahren zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges (8) in einem Werkzeughalter (1) mit den Schritten: A- Definieren einer Werkzeuggeometrie und Festlegen oder Korrigieren einer Referenzkoordinate (TCP) des Werkzeuges (8) in einer Werkzeugmaschinensteuerung (16), B- Annähern des in dem Werkzeughalter (1) in einer Soll-Position eingespannten Werkzeuges (8) an ein Werkstück und Erkennen einer Kontaktstelle zwischen Werkzeug (8) und Werkstück, und C- Bestimmen der Ist-Position des Werkzeuges relativ zu einem Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2) aus der erkannten Kontaktstelle, gekennzeichnet durch die Schritte D- Berechnen und Korrektur der statischen Werkzeuglage E- Messen einer Bearbeitungskraft (F_s) an dem Werkzeug (8), und F- Berechnen und Korrektur der dynamischen Werkzeuglage relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2) durch Feinstellen des Werkzeuges im Werkzeughalter (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt A ein Aufspannen und Ausrichten eines Werkstückes zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2), insbesondere mittels eines Messtasters, erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt C ein Vergleichen der gemessenen Ist-Position des Werkzeuges mit dessen Soll-Position und ein Berechnen eines Vektors einer korrigierten Werkzeuglage, insbesondere einer korrigierten Werkzeugachse (L) erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Schritten B und C oder vor dem Schritt D eine Wiederholung zumindest der Schritte B und C für einen oder mehrere definierte Freiheitsgrade zur Feinstellung des Werkzeuges (8) im Werkzeughalter (50) erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, durch elektrischen Stromfluss zwischen Werkzeug (8) und Werkstück festgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, durch einen kapazitiven Sensor zwischen Werkzeug (8a) und Werkstück festgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, zwischen Werkzeug (8) und Werkstück durch ein Sensorelement (35, 52) insbesondere einen Kraftsensor, im Werkzeughalter (1) festgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, berührungsfrei oder durch einen schaltenden Messtaster festgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der korrigierten Werkzeuglage eine Bearbeitung am aufgespannten Werkstück durchgeführt wird, wobei zumindest einige der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 8 iterativ wiederholt werden.
Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft (F_s) an einem in einem Werkzeughalter (1) eingespannten Werkzeug (8), in Kombination mit einem Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Schritte: A- Aktivieren einer Betriebsart „Kraftmessung" in einer Steuer-/Regelungseinheit einer Werkzeugmaschine (2), B- Berechnen eines Vektors der Bearbeitungskraft (F_s) zum Werkzeughalter (1) und C- Berechnen einer Koordinatentransformation eines Vektors der Bearbeitungskraft (F_s) zur Kinematik der Kraftmessung im Werkzeughalter (1).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur einer Werkzeuglage relativ zum Werkzeughalter (1) durchführbar ist, die – eine Durchbiegung einer Werkzeugachse (L) im einseitigen Eingriff aufgrund der Bearbeitungskraft kompensiert, – ein thermisch bedingtes Spindelwachstum der Werkzeugmaschine (2a) kompensiert, – einen Verschleiß des Werkzeuges (8), insbesondere eine Geometrieabweichung von einem Ursprungszustand des Werkzeuges (8), kompensiert, – einen Rundlauffehler mehrschneidiger Werkzeuge (8) kompensiert, – einen unsymmetrischen Anschliff mehrschneidiger Werkzeuge (8) kompensiert, – eine fehlende Übereinstimmung von Rotationsachse (L₁) und Werkzeugachse (L) kompensiert, – Restfehler einer externen Werkzeugvoreinstellung kompensiert, und/oder – Restfehler der Werkzeugmaschinenkinematik kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (8) insbesondere kontinuierlich während der Bearbeitung feingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen Schritt des Kompensierens eines zeitlichen und/oder eines kraftabhängigen Verschleißes an der Werkzeugschneide (9).
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Werkzeuglage durch piezoelektrisch, magnetostriktiv, magnetorheologisch oder elektrorheologisch wirkende adaptive Mikroaktoren (53) oder durch solche aus Form-Gedächtnis-Legierungen erfolgt, wobei die Mikroaktoren (53) insbesondere an einer Spannvorrichtung (50) des Werkzeughalters (1) zur Aufnahme des Werkzeuges (8) angeordnet sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der aktuellen Position und/oder der Kräfte durch Sensoren erfolgt, die in dem Werkzeughalter (1), insbesondere gemeinsam mit den Mikroaktoren (53) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges (8) in einem Werkzeughalter (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einen der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch ein Trägerbauteil (10) und einem um definierte Freiheitsgrade verstellbaren Führungskörper (40), an dem eine Spannvorrichtung (50) zur Aufnahme eines Werkzeuges (8) vorgesehen ist, wobei zwischen dem Trägerbauteil (10) und dem Führungskörper (40) mindestens ein Verstellglied (30) angeordnet ist und wobei zumindest ein Sensorelement (35, 52) zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorelement (35, 52) zur Bestimmung von am Werkzeug (8) anliegenden Kräften im Werkzeughalter (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (10) einen Flansch (11) aufweist, der mit einer Spindelhal terung einer Werkzeugmaschine (2a) koppelbar ist, wobei die Spindelhalterung vorzugsweise translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar oder antreibbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (10) zur Übertragung eines Drehmomentes bezüglich einer Rotations-/oder Längsachse (L₁) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verstellglied (30) adaptive Mikroaktoren (31) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktoren (31) piezoelektrische, magnetostriktive, magnetorheologische oder elektrorheologische Mikroaktoren sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktoren (31) solche aus Form-Gedächtnis-Legierungen sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als Sensorlage (35) in dem Verstellglied (30) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als kapazitiver Sensor in der Nähe eines Spitzenbereiches des Werkzeuges (8), insbesondere einer Werkzeugschneide (9), ausgebildet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (8) ein Mikro-Werkzeug (8a) ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Werkzeug (8) als Messfühler (8b) einsetzbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Werkzeug (8) eine Aufnahme- und/oder Halteinrichtung für ein Bauteil aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Elemente (45), insbesondere dem Verstellglied (30) entgegengesetzt orientierte Federpakete (46), zwischen dem Führungskörper (40) und dem Trägerbauteil (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adapterbuchse (20) als Teil des Trägerbauteiles (10) vorgesehen ist, in der der Führungskörper (40) längsverschiebbar bezüglich der Längsachse (L₁) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (50) mehrere, insbesondere individuell ansteuerbare, Verstelleinrichtungen (51), vorzugsweise jeweils mit adaptiven Mikroaktoren (52) und diesen entgegengesetzt orientierten Federbauteilen (53), aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verstelleinrichtungen (51) Sensoren (52) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (51) segmentartig um eine entlang der Längsachse (L₁) angeordnete Spannhülse (55) zur Aufnahme des Werkzeuges (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (51) mit ihren Bewegungsachsen (B₁, B₂) parallel zur Längsachse (L₁) des Führungskörpers (40) ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (51) mit ihren Bewegungsachsen (B₁, B₂) in einer oder mehreren Ebenen senkecht zur Längsachse (L₁) des Führungskörpers (40) ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerbauteil (10) eine Energie- und Signalübertragungseinheit (12) vorgesehen ist, die Mess- und oder Steuerungsdaten, vorzugsweise berührungsfrei, an einen Energie- und Datenkopf (15) überträgt und/oder von diesem empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie- und Datenkopf (15) mit einer, vorzugsweise elektronischen, Steuer-/Regelungseinheit (16) der Werkzeugmaschine (2a) koppelbar ist.