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WO2003106105A1 - Vorrichtung und verfahren zum befestigen eines werkzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum befestigen eines werkzeugs Download PDF

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Publication number
WO2003106105A1
WO2003106105A1 PCT/EP2003/006437 EP0306437W WO03106105A1 WO 2003106105 A1 WO2003106105 A1 WO 2003106105A1 EP 0306437 W EP0306437 W EP 0306437W WO 03106105 A1 WO03106105 A1 WO 03106105A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tool
chuck
positioning
measuring
stop
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/006437
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Pfau
Original Assignee
E. Zoller GmbH & Co. KG Einstell- und Messgeräte
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 E. Zoller GmbH & Co. KG Einstell- und Messgeräte filed Critical E. Zoller GmbH & Co. KG Einstell- und Messgeräte
Priority to DE10392568T priority Critical patent/DE10392568D2/de
Priority to AU2003246554A priority patent/AU2003246554A1/en
Publication of WO2003106105A1 publication Critical patent/WO2003106105A1/de

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Classifications

    • 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
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0904—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool before or after machining
    • B23Q17/0919—Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
    • B23Q17/0923—Tool length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • B23P11/02—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits
    • B23P11/025—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits by using heat or cold
    • B23P11/027—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits by using heat or cold for mounting tools in tool holders
    • 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
    • B23Q16/00—Equipment for precise positioning of tool or work into particular locations not otherwise provided for
    • B23Q16/001—Stops, cams, or holders therefor
    • B23Q16/002—Stops for use in a hollow spindle

Definitions

  • the invention is based on a device for fastening a tool according to the preamble of claim 1 and a method for fastening a tool according to the preamble of claim 8.
  • Devices and methods for fastening a tool in particular a shank tool in a tool chuck, are known, in which the tool is inserted into the tool chuck and fixed in the tool chuck when an axial desired position is reached.
  • a method is known in which the tool is inserted into a first chuck and is positioned there by a movement of a positioning stop. The movement of the positioning stop is then transferred to a second positioning stop in a second chuck, and the tool is fixed there in the desired position.
  • Such a method requires two tool chucks, which is expensive.
  • BESTATIGUNGSKOPIE The invention has for its object to provide an inexpensive device and an inexpensive method with which a tool in a tool chuck can be quickly and exactly positioned and attached.
  • the object directed to the device is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1. Further refinements result from subclaims 2 to 7.
  • the invention is based on a device for fastening a tool in a tool chuck with a positioning device for vertical positioning of the tool in a desired position in the tool chuck.
  • the device be a measuring device with a means for determining a length of the tool in the axial direction, one separate from the tool chuck
  • receiving area for receiving the tool and a measuring stop that is immovable relative to the receiving area.
  • An immovable measuring stop is inexpensive to manufacture. With the determined length of the tool, the positioning device can be brought into the desired position in a simple manner.
  • the measuring device advantageously comprises at least two receiving ranges, each with a measuring stop.
  • Several tools can be measured one after the other, which means that when using several tools, a short can be achieved.
  • several different tools can be measured without having to replace adapters.
  • a further advantage is achieved if the recording area can be moved, in particular pivoted, from a waiting position into a measuring position.
  • a camera and with it a light source or a bright background do not have to be moved to several or all of the recording areas, which would mean technical effort.
  • the measuring position is such a position at which a tool held in the recording area can be focused by a camera device.
  • a position outside a measuring position is called a waiting position.
  • a simple movement of the recording area in front of a camera can be achieved if the recording area is arranged in a rotatable turret.
  • An additional advantage can be achieved in that a tool fastened in the tool chuck can be rotated by rotating the turret. With the aid of the rotation of the tool, focusing of a camera on a tool element, for example a cutting edge, can be facilitated or made possible. A rotating mechanism is necessary for this. By combining this rotary mechanism with a rotary mechanism of the revolver, components and costs can be saved.
  • By placing the measuring stop in a defined position relative to the tool chuck a high degree of accuracy in the positioning of the tool in the chuck can be achieved, since only a reference point or coordinate zero point is necessary for length measurement and positioning.
  • a separate position calibration of a separately arranged measuring stop is not necessary, since the position calibration of the measuring stop can be achieved with the position calibration of a positioning stop.
  • the defined position of the measuring stop relative to the tool chuck can be achieved particularly easily if the measuring stop is part of a spindle into which the tool chuck can be inserted.
  • the device comprise a means for determining a length of the tool in the axial direction with respect to the shaft end.
  • the positioning device can be set before the tool is inserted into the tool chuck, so that the tool can be automatically moved into its desired position when it is inserted into the tool chuck.
  • An additional unit for determining the target position of the tool in the tool chuck before fixation can thus advantageously be avoided.
  • a quick, simple and inexpensive device for exact positioning of the tool in the tool chuck can be reached.
  • the positioning device comprises a tool magazine with at least one tool holding area and the means is provided for determining the length of at least one tool To determine the tool receiving area located tool, removing the tool from the tool magazine for length determination can advantageously be avoided and work steps can be saved. If the tool magazine has a plurality of tool receiving areas with tools, the lengths of all the tools in the tool magazine can be determined one after the other in a particularly advantageous manner and workflows can thus be rationalized.
  • the device has a data processing system which is provided in the tool magazine for storing and for outputting the determined length of at least one tool, in particular at least two tools
  • the length of the tool can be determined in advance and can be called up when the tool is inserted into the tool chuck. If it is possible to uniquely assign the specific length to the tool using a code on the tool, a process for positioning the tool can be automated.
  • the lengths of several tools located in the tool magazine can be stored in the data processing system, called up at the same time and compared with one another via a data output.
  • other tool data can also be stored and called up, which the person skilled in the art considers useful, e.g. Geometry data, cutting edge lengths, etc.
  • the positioning device has at least one measuring stop for positioning the tool in the tool holding area and one positioning stop for positioning the tool in the tool chuck. It is a structurally simple device for determining the length and for determining the target position can be reached by the measuring stop having a defined position and the positioning stop having a defined starting position from which the positioning stop is moved into the positioning position, the tool being able to be brought into contact with the stops.
  • the measuring stop and the positioning stop advantageously each have a stop surface which is shaped identically to one another.
  • the length of the tool and / or the target position in the tool chuck are structurally simple and clearly reproducible with respect to the respective stops.
  • the stops can be attached in the respective receiving areas in the tool magazine and / or on other parts of the positioning device. Tolerances in determining the length and / or in the target position can thus be kept small.
  • the abutment surfaces can each be spherical, flat or in another manner that appears useful to the person skilled in the art. If the stop surface is formed by an outer surface of a hardened steel ball, precise positioning of the tool in the respective receiving area can be achieved in a structurally simple manner.
  • the positioning device can be structurally adjusted so that the tool comes into contact with the positioning element when it reaches its desired position.
  • the control can be done manually or automatically. If the control is automatic, a process for reaching the target position can be automated. It is also proposed that the means be provided to carry out a contactless measurement and to determine the length therefrom. A simple and exact measurement can be carried out, in which damage between the tool and the medium can be reliably avoided. Furthermore, the target position can be checked in a structurally simple manner after the tool has been fastened in the tool chuck.
  • the invention is based on a method for fastening a tool in a tool chuck, in which the
  • Tool is inserted into the tool chuck in the vertical direction and is fixed in the tool chuck after reaching an axial desired position.
  • a value characterizing the length of the tool in the axial direction is determined by a measurement and a positioning device for positioning the tool in the desired position is set with the value.
  • the positioning device can already before
  • Insertion of the tool into the tool chuck can be set so that the tool can be moved into its desired position when it is inserted into the tool chuck and comes into contact with at least part of the positioning device when the desired position is reached. Determining the target position of the tool in the tool chuck before fixation can thus can be avoided with advantage. As a result, a quick, simple and inexpensive method for exact positioning of the tool in the tool chuck can be achieved with only one movable positioning device. Due to the vertical insertion of the tool into the tool chuck, the tool is pressed onto the positioning device by its own weight and does not have to be pressed onto the positioning device by an operator. As a result, high positioning accuracy can be achieved since the tool has the same pressure, namely its
  • Weight pressure is pressed both on a measuring stop and on a positioning stop.
  • this pressure is always the same when several fixing processes are carried out in succession, as a result of which good positioning reproducibility can be achieved.
  • the method can be carried out particularly simply and inexpensively by carrying out the measurement, the tool being introduced into a receiving area of a measuring device and brought into contact with a measuring stop which is immovable relative to the receiving area, and the position of a measuring point which characterizes the tool is determined with respect to the measuring stop.
  • a value characterizing the length of a first tool is advantageously determined and a value characterizing the length of a second tool is determined before the first tool is fixed in the tool chuck.
  • Several tools can be measured "on stock", so that a later positioning process, in particular with several positioning devices, can be carried out quickly.
  • a successively more and more accurate positioning of the tool with several consecutive positions can be achieved if after fixing the tool in the target position the actual position of the tool is measured and a difference between the target position and the actual position is saved and is used as a correction value in a later positioning process. If the actual position is, for example, 50 .mu.m too deep, this value is taken into account as a correction value for the next positioning. This positioning can therefore be more precise.
  • a repeatability of 15 ⁇ m can be achieved in this way.
  • a high repeatability can also be achieved if the later positioning process takes place after removing the tool and reinserting the tool into the tool chuck. This is the case, for example, when the tool is used again later.
  • the correction value is then expediently in mechanical connection with the tool, for example in a chip on the
  • the tool To separate the tool from the tool chuck, for example after the use of the tool has ended, the tool must be removed from the chuck. If the tool is broken, the stump remaining in the chuck may not be long enough to be able to grasp it from the chuck. In addition, a tool can be hot due to a shrinking process, so that it can be is taken out with a gripper. It can happen that the tool shank does not protrude far enough from the tool chuck to be sufficiently tangible. By loosening the fixation of the tool in the tool chuck and then ejecting the tool from the tool chuck with the help of the positioning device, the tool shank can be lifted out of the tool chuck to such an extent that it can be gripped by a gripper. In the following, ejection is understood to mean lifting the tool in the chuck, the distance of the lifting being irrelevant. The tool can be lifted out of the chuck in whole or in part.
  • a positioning stop is expediently moved toward the tool before the fixation is released. This can prevent the tool from falling onto the stop over a long distance when it is loosened and from being displaced or impaired in an undesired manner.
  • the positioning stop is moved directly to the tool or only in the vicinity by moving it.
  • An unwanted adjustment of the positioning stop can also be prevented by bringing it together with the tool before ejecting it and, if a predetermined contact pressure of the tool against the positioning stop is exceeded, an ejection process is interrupted. If the tool is jammed in the tool chuck, damage to the positioning device can also be prevented. Merging takes place by moving the positioning stop towards the tool or vice versa, for example by the tool falling onto the stop. It is further proposed that pressing the tool onto a positioning stop is processed into a release signal for an ejection process. The ejection process can be effectively prevented before the fixation is released. For example, if the tool falls down, the tool is released in the chuck and hits the positioning stop. This impact can be registered, for example by a sensor, and the ejection can begin. Pressing occurs when the tool lies on or falls down on the stop.
  • the positioning device can be adjusted before the heating, so that when the tool chuck is heated or the receiving opening is widened, the weight of the tool can simply slide into the tool chuck until it reaches the positioning device comes into contact and the target position is reached.
  • the tool can be inserted quickly into the tool chuck, and long keeping warm or maintaining a temperature of the tool chuck can advantageously be avoided. This can reduce the risk of a possible structural change in the tool chuck.
  • the measurement is advantageously carried out by bringing the tool into contact with a measuring stop and determining the position of a measuring point that characterizes the tool with respect to the measuring stop.
  • the length of the tool can be easily determined by design using the measuring has a position defined in a coordinate system and the length between the measuring point and the measuring stop is determined. If the measuring stop is integrated in a receiving area of a tool holder, the length of the tool can already be determined while the tool is in the tool holder. Removing the tool from the tool holder for the purpose of measurement can thus advantageously be avoided.
  • the tool holder can be formed by a tool holder that is separate from the positioning device.
  • the length of the tools located in the holding areas can advantageously be determined in one work step.
  • the tool receiving areas can have different diameters, one diameter being assigned to a certain diameter of the receiving opening of the corresponding tool chuck. A determination of the length of the respective tool suitable for the tool chuck immediately before and / or during insertion into the tool chuck can thus advantageously be avoided and a flowing and fast workflow can be achieved.
  • the tool in the tool chuck can be exchanged after use with one of the already measured tools from the tool magazine, the tool from the tool magazine using the positioning device in its target position in the factory. Stuff is positionable. Movements can be improved and the time for changing the tool can thus advantageously be reduced.
  • the tools located in the tool holder areas and their determined lengths can be assigned to appropriate tool chucks using suitable codes.
  • the positioning device can be set accordingly and the tool corresponding to the tool chuck can be used in its desired position in the tool chuck.
  • the tool chuck or the tool can be inserted manually and / or automatically. If the insertion is automatic, the operator can position the tool quickly and independently in its target position in the tool chuck.
  • the measurement be carried out without contact.
  • the position of the measuring point characterizing the tool can be determined simply, quickly and precisely, in particular with a measuring device having optics, wherein damage through contacts between the tool and the measuring device can be avoided.
  • other points and / or positions that the person skilled in the art considers useful such as in particular a reference point on the tool chuck, a check of the target position after being fixed in the tool chuck, etc. can also be determined by means of the measuring device without contact risk of injury to an operator from measuring points Tool cutting, which would be present with a manual determination, can advantageously be avoided.
  • the target position of the tool in the tool chuck is advantageously defined with respect to a reference point, as a result of which the target position can always be checked. Once the reference point has been defined on the tool chuck, the target position of the tool in the tool chuck can easily be checked in a cutting machine.
  • the tool in the tool chuck be brought into contact with at least one positioning element when the desired position is reached.
  • a simple positioning can be achieved in which the weight of the tool when it is inserted into the tool chuck can slide into the tool receiving area until the desired position is reached.
  • the positioning device can be set in a structurally simple and exact manner.
  • the positioning device forms a stop for the tool, and the tool always comes into contact with the positioning element set in the axial direction in the desired position.
  • the tool chuck be heated to receive the tool and cooled to fix the tool in the desired position, in particular by a cooling device.
  • the tool can be thermally clamped precisely and evenly in its target position. A change The set position by mechanical clamping elements can advantageously be avoided.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a setting
  • FIG. 2 Measuring device with a positioning device
  • FIG. 3 an enlarged sectional view of the positioning device from FIG. 1.
  • the setting and measuring device 48 comprises a means 40 for acquiring tool parameters and a heating device 62 for thermally deforming tool chucks 14.
  • the target position 54 here is the position of a tool 10 positioned in the tool chuck 14 to a prescribed length dimension Z s .
  • the setting and measuring device 48 has a data processing system 42 with a screen 50 as a data output unit. With the data processing system 42, measured values, e.g. a certain length Zi of tools 10, 12 can be stored and called up.
  • a measuring slide 52 Arranged in a central region of the setting and measuring device 48 is a measuring slide 52 which can be moved in the axial direction 16 and opposite to the axial direction 16 and is mounted on linear axes (not shown in more detail). The linear axes are protected in a housing 56.
  • the means 40 for determining a length Zi of the tool 10 in the axial direction 16 with respect to a shaft end 18 is mounted on the measuring slide 52 (FIG. 2).
  • the means 40 has a CCD camera device (not shown in more detail) with which, in addition to the determination of the length Zi, parameters of the tools 10, 12 can also be detected in transmitted light and in incident light.
  • the means 40 is connected to the data processing system 42 via lines, not shown.
  • the positioning device 20 is arranged after the housing 56 of the linear axes.
  • the setting and measuring device 48 also comprises a tool magazine 28 which is formed by a tool turret which can be rotated about the axial direction 16.
  • the tool magazine 28 has a plurality of receiving areas 30 for receiving tools 10, 12 with different diameters (FIG. 2).
  • the receiving areas 30, the diameters of which can be freely selected, are located in a radially outer area of the tool magazine 28. assigns.
  • Each receiving area 30 has an identically shaped measuring stop 22 with a stop surface 44.
  • the measurement stops 22 are all immovable relative to the associated receiving areas 30.
  • Each receiving area 30 can be pivoted from a waiting position into a measuring position by rotating the tool turret.
  • a tool 10 held in the receiving area 30 can be focused by the camera device, whereas a tool 12 cannot be focused in a waiting position.
  • the tool magazine 28 has a receiving area 60 for a tool chuck 14.
  • the receiving area 60 is arranged centrally in the tool magazine 28.
  • the tool magazine 28 is designed as a high-precision spindle, in the receiving area 60 of which the tool chuck can be inserted and fixed for various tool chucks 14.
  • the measuring stops 22 can thus be indirectly attached to the tool chuck 14, so that they can be brought into a defined position relative to the tool chuck 14.
  • the setting and measuring device 48 also has a heating device 62 which can be moved in the axial direction 16 and counter to the axial direction 16 and has an induction head 64 (FIGS. 1 and 3).
  • the tool chuck 14 located in the receiving area 60 of the tool magazine 28 is heated with the induction head 64.
  • Different cooling adapters 66 are arranged for cooling the tool chuck 14.
  • the tool 10 is inserted into one of the receiving areas 30 of the tool magazine 28.
  • the tool 10 is brought into contact with its shank end 18 with a surface 44 of a measuring stop 22, a distance Z 3 between the stop surface 44 of the measuring stop 22 and a reference point 32 being known.
  • the reference point 32 is formed by a marking which is attached to an outwardly facing surface of the tool chuck 14.
  • the reference point 32 can be checked contactlessly by means 40 of the setting and measuring device 48.
  • the target position 54 of the tool 10 in the tool chuck 14 is defined via the length dimension Z s between a measuring point 26 characterizing the tool 10 and the reference point 32.
  • means 40 is used to carry out a contactless measurement, from which the length Zi of the tool 10 located in the tool magazine 28 in the axial direction 16 with respect to the shaft end 18 or a value characterizing the length Z is determined.
  • the position of the measuring point 26 characterizing the tool 10 with respect to the measuring stop 22 is determined.
  • the length Zi of the tool 10 located in the tool magazine 28 can thus be determined in a simple manner. It is also possible to change the lengths rerer or all of the tools 10, 12 located in the tool magazine 28, for example one after the other, before one of the tools 10, 12 is fixed in the tool chuck 14.
  • a positioning element 34 which can be controlled via an adjusting unit 70 and can be moved in the vertical axial direction 16 and counter to the axial direction 16, has a positioning stop 24 with a stop surface 46.
  • the stops 22 and 24 or their stop surfaces 44 and 46 are shaped identically and formed by steel balls.
  • the positioning element 34 In a defined starting position 36, the positioning element 34 has a known distance Z 2 between the stop surface 46 of its positioning stop 24 and the reference point 32.
  • the positioning element 34 is moved via the adjusting unit 70 by an adjusting path Z 4 in the axial direction 16 into a second position 38 in the tool chuck 14 ,
  • the adjustment path Z 4 results from the distance Z and the prescribed target position 54 of the tool 10 minus the determined length Zi of the tool 10.
  • the positioning device 20 is used to position the tool 10 in the target position 54 by the determined adjustment path Z 4 for the respective tool 10, and the positioning element 34 forms a stop for the tool 10 when the desired position 54 is reached.
  • the tool chuck 14 Before, during or after the adjustment path Z 4 is determined and the positioning element 34 via the adjustment unit 70 has been positioned, the tool chuck 14 is heated via the induction head 64 of the heating device 62. The receiving area 68 of the tool chuck 14 widens, and the manually or automatically insertable tool 10 slides vertically downward into the receiving area due to its weight
  • the tool 10 In order to avoid getting stuck in the receiving area 68, the tool 10 is pressed into the receiving area 68 via an additional plunger 72. When the target position 54 is reached, the tool 10 comes into contact with the positioning stop 46 of the positioning element 34.
  • the heating device 62 is removed and the tool chuck 14 is cooled via a corresponding cooling adapter 66.
  • the tool 10 is fixed in its desired position 54 in the tool chuck 14.
  • the correct target position 54 of the tool 10 in the tool chuck 14 is then checked contactlessly by means 40.
  • the positioning element 34 is moved into a range of a few mm below the shaft end of the tool 10.
  • the tool chuck is then heated in the manner described above, so that the receiving area 68 widens again.
  • the tool falls 10 or
  • the associated pulse acting on the positioning element 34 is registered by a sensor (not shown) and processed in the data processing system 42 to form a release signal for an ejection process. Triggered by the release signal, the positioning element 34 moves upward. As a result, the positioning element 34 and the tool 10 are brought together, and the positioning element 34 exerts a contact pressure on the tool 10 and pushes the tool 10 out of the tool chuck 14 by a presettable distance. If the tool 10 is jammed, the contact pressure exceeds a predetermined value, the contact pressure being measured by the sensor described above or by another sensor. If this is exceeded, the ejection process is stopped by the data processing system 42 and an error message is output on the screen 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Befestigen eines Werkzeugs (10) in einem Werkzeugfutter (14), bei dem das Werkzeug (10) in Vertikalrichtung in das Werkzeugfutter (14) eingeführt und nach Erreichen einer axialen Soll-Position (54) im Werkzeugfutter (14) fixiert wird. Es wird vorgeschlagen, dass vor dem Einführen des Werkzeugs (10) in das Werkzeugfutter (14) ein die Länge (Z1) des Werkzeugs (10) in Axialrichtung (16) charakterisierender Wert durch eine Messung ermittelt und mit dem Wert eine Positionierungsvorrichtung (20) zum Positionieren des Werkzeugs (10) in der Soll-Position (54) eingestellt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Befestigen eines Werkzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Befestigen eines Werkzeugs nach dem Oberbe- griff des Anspruchs 8.
Es sind Vorrichtungen und Verfahren zum Befestigen eines Werkzeugs, insbesondere eines Schaftwerkzeugs in einem Werkzeugfutter bekannt, bei denen das Werkzeug in das Werkzeug- futter eingeführt und bei Erreichen einer axialen Soll- Position im Werkzeugfutter fixiert wird. Aus der DE 100 15 322 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Werkzeug in ein erstes Futter eingeführt und dort durch eine Bewegung eines Positionierungsanschlags positioniert wird. Anschließend wird die Bewegung des Positionierungsanschlags auf einen zweiten Positionierungsanschlag in einem zweiten Futter übertragen und das Werkzeug dort in Soll-Position fixiert. Bei einem solchen Verfahren sind zwei Werkzeugfutter notwendig, was kostenaufwendig ist.
BESTATIGUNGSKOPIE Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vorrichtung und ein kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, mit denen ein Werkzeug in einem Werkzeugfutter schnell und exakt positioniert und befestigt werden kann. Die auf die Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs in einem Werkzeugfutter mit einer Positionie- rungsVorrichtung zur vertikalen Positionierung des Werkzeugs in einer Soll-Position im Werkzeugfutter.
Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Messvorrichtung mit einem Mittel zur Bestimmung einer Länge des Werk- zeugs in Axialrichtung, einen vom Werkzeugfutter separaten
Aufnahmebereich zur Aufnahme des Werkzeugs und einen relativ zum Aufnahmebereich unbeweglichen Messanschlag umfasst. Ein unbeweglicher Messanschlag ist preiswert in der Herstellung. Mit der ermittelten Länge des Werkzeugs kann die Positionie- rungsVorrichtung in einfacher Weise in Soll-Position gebracht werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Messvorrichtung mindestens zwei Aufnahmebereiehe mit jeweils einem Messanschlag. Es kön- nen mehrere Werkzeuge hintereinander vermessen werden, wodurch bei Verwendung mehrerer Werkzeuge ein kurzes Befesti- gungsverfahren erreicht werden kann. Außerdem können bei einer unterschiedlichen Ausgestaltung der Aufnahmebereiehe mehrere unterschiedliche Werkzeuge vermessen werden, ohne dass Adapter getauscht werden müssen.
Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn der Aufnahmebereich von einer Warteposition in eine Messposition bewegbar, insbesondere schwenkbar ist. Eine Kamera und mit ihr eine Lichtquelle oder ein heller Hintergrund müssen nicht zu mehreren oder allen Aufnahmebereichen verfahren werden, was technischen Aufwand bedeuten würde. Hierbei ist die Messposition eine solche Position, bei der ein im Aufnahmebereich gehaltenes Werkzeug von einer Kameravorrichtung fokussiert werden kann. Eine Position außerhalb einer Messposition wird als Warteposition bezeichnet.
Eine einfache Bewegung des Aufnahmebereichs vor eine Kamera kann erreicht werden, wenn der Aufnahmebereich in einem drehbaren Revolver angeordnet ist.
Ein zusätzlicher Vorteil kann dadurch erreicht werden, dass durch eine Drehung des Revolvers ein im Werkzeugfutter befestigtes Werkzeug drehbar ist. Mit Hilfe der Drehung des Werkzeugs kann eine Fokussierung einer Kamera auf ein Werk- zeugelement, beispielsweise eine Schneide, erleichtert oder ermöglicht werden. Hierfür ist eine Drehmechanik notwendig. Durch die Zusammenfassung dieser Drehmechanik mit einer Drehmechanik des Revolvers können Bauteile und Kosten eingespart werden . Durch das Bringen des Messanschlags in eine definierte Position relativ zum Werkzeugfutter kann eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung des Werkzeugs im Futter erreicht werden, da nur ein Bezugspunkt oder Koordinatennullpunkt für eine Längenmessung und Positionierung notwendig ist. Außerdem entfällt eine separate Positionseichung eines separat angeordneten Messanschlags, da die Positionseichung des Messanschlags mit der Positionseichung eines Positionierungsanschlags erreicht werden kann.
Die definierte Position des Messanschlags relativ zum Werkzeugfutter kann besonders einfach erreicht werden, wenn der Messanschlag Teil einer Spindel ist, in die das Werkzeugfutter einsetzbar ist.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Mittel zur Bestimmung einer Länge des Werkzeugs in Axialrichtung bezüglich des Schaftendes umfasst. Dadurch kann die Positionierungsvorrichtung bereits vor dem Einführen des Werkzeugs in das Werkzeugfutter eingestellt werden, so dass das Werkzeug beim Einführen in das Werkzeugfutter automatisch in seine Soll-Position bewegbar ist. Eine zusätzliche Einheit zum Ermitteln der Soll-Position des Werkzeugs im Werkzeugfutter vor einer Fixierung kann somit vorteilhaft vermieden werden. Es ist eine schnelle, einfache und kostengünstige Vorrichtung zur exakten Positionierung des Werkzeugs im Werkzeugfutter erreichbar.
Umfasst die Positionierungsvorrichtung ein Werkzeugmagazin mit mindestens einem Werkzeugaufnahmebereich und ist das Mittel dazu vorgesehen, die Länge wenigstens eines im Werk- zeugaufnahmebereich befindlichen Werkzeugs zu ermitteln, kann ein Herausnehmen des Werkzeugs aus dem Werkzeugmagazin zur Längenbestimmung vorteilhaft vermieden und Arbeitsschritte können eingespart werden. Weist das Werkzeugmagazin mehrere Werkzeugaufnahmebereiche mit Werkzeugen auf, können besonders vorteilhaft die Längen aller im Werkzeugmagazin befindlichen Werkzeuge nacheinander bestimmt und Arbeitsabläufe somit rationalisiert werden.
Weist die Vorrichtung ein DatenverarbeitungsSystem auf, das zur Speicherung und zur Ausgabe der ermittelten Länge zumindest eines Werkzeugs, insbesondere mindestens zweier Werkzeuge, im Werkzeugmagazin vorgesehen ist, kann die Länge des Werkzeugs vorab bestimmt und beim Einsetzen des Werkzeugs in das Werkzeugfutter abgerufen werden. Ist es möglich, die bestimmte Länge über eine Kodierung am Werkzeug dem Werkzeug eindeutig zuzuordnen, kann ein Ablauf zur Positionierung des Werkzeugs automatisiert werden. Ferner können die Längen mehrerer im Werkzeugmagazin befindlicher Werkzeuge in dem Daten- Verarbeitungssystem gespeichert, gleichzeitig abgerufen und über eine Datenausgabe miteinander verglichen werden. In dem Datenverarbeitungssystem sind auch andere Daten von Werkzeugen speicherbar und abrufbar, die der Fachmann als sinnvoll erachtet, wie z.B. Geometriedaten, Schneidenlängen usw.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Positionierungsvorrichtung zumindest einen Messanschlag zur Positionierung des Werkzeugs im Werkzeugaufnahmebereieh und einen Positionierungsanschlag zur Positio- nierung des Werkzeugs im Werkzeugfutter aufweist. Es ist eine konstruktiv einfache Vorrichtung zur Bestimmung der Länge und zur Bestimmung der Soll-Position erreichbar, indem der Messanschlag eine definierte Position aufweist und der Positionierungsanschlag eine definierte Ausgangsposition aufweist, aus der der Positionierungsanschlag in die Positionie- rungsposition bewegt wird, wobei das Werkzeug mit den Anschlägen in Anlage gebracht werden kann.
Vorteilhaft weisen der Messanschlag und der Positionierungsanschlag jeweils eine Anschlagfläche auf, die zueinander identisch geformt sind. Die Länge des Werkzeugs und/oder die Soll-Position im Werkzeugfutter sind konstruktiv einfach und eindeutig bezüglich der jeweiligen Anschläge reproduzierbar. Die Anschläge können hierbei in den jeweiligen Aufnahmebereichen im Werkzeugmagazin und/oder an anderen Teilen der Posi- tionierungsvorrichtung angebracht sein. Toleranzen bei der Bestimmung der Länge und/oder bei der Soll-Position können somit klein gehalten werden. Die Anschlagflächen können jeweils kugelflächig, eben oder in anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Weise ausgestaltet sein. Ist die An- schlagfläche von einer Außenfläche einer gehärteten Stahlkugel gebildet, ist konstruktiv einfach eine genaue Positionierung des Werkzeugs im jeweiligen Aufnahmebereich erreichbar.
Weist die Positionierungsvorrichtung ein ansteuerbares Posi- tionierungselement auf, kann die Positionierungsvorrichtung konstruktiv so eingesellt werden, dass das Werkzeug bei Erreichen seiner Soll-Position mit dem Positionierungselement in Anlage kommt. Die Ansteuerung kann hierbei manuell oder automatisch erfolgen. Erfolgt die Ansteuerung automatisch, kann ein Ablauf zum Erreichen der Soll-Position automatisiert werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass das Mittel dazu vorgesehen ist, eine berührungslose Messung durchzuführen und daraus die Länge zu bestimmen. Es ist eine einfache und exakte Messung durchführbar, bei der Beschädigungen zwischen dem Werkzeug und dem Mittel sicher vermieden werden können. Ferner kann konstruktiv einfach die Soll-Position nach dem Befestigen des Werkzeugs im Werkzeugfutter überprüft werden.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird gemäß der Er- findung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 9 bis 16.
Die Erfindung geht hierbei von einem Verfahren zum Befestigen eines Werkzeugs in einem Werkzeugfutter aus, bei dem das
Werkzeug in Vertikalrichtung in das Werkzeugfutter eingeführt und nach Erreichen einer axialen Soll-Position im Werkzeugfutter fixiert wird.
Es wird vorgeschlagen, dass vor dem Einführen des Werkzeugs in das Werkzeugfutter ein die Länge des Werkzeugs in Axialrichtung charakterisierender Wert durch eine Messung ermittelt und mit dem Wert eine Positionierungsvorrichtung zum Positionieren des Werkzeugs in der Soll-Position eingestellt wird. Die Positionierungsvorrichtung kann bereits vor dem
Einführen des Werkzeugs in das Werkzeugfutter so eingestellt werden, dass das Werkzeug beim Einführen in das Werkzeugfutter in seine Soll-Position bewegbar ist und bei Erreichen der Soll-Position mit zumindest einem Teil der Positionierungs- Vorrichtung in Anlage kommt. Ein Ermitteln der Soll-Position des Werkzeugs im Werkzeugfutter vor einer Fixierung kann so- mit vorteilhaft vermieden werden. Es ist dadurch ein schnelles, einfaches und kostengünstiges Verfahren zur exakten Positionierung des Werkzeugs im Werkzeugfutter mit nur einer beweglichen Positionierungsvorrichtung erreichbar. Durch die vertikale Einführung des Werkzeugs in das Werkzeugfutter wird das Werkzeug durch sein eigenes Gewicht auf die Positionierungsvorrichtung gedrückt und muss nicht von einem Bediener auf die Positionierungsvorrichtung gedrückt werden. Hierdurch kann eine hohe Genauigkeit der Positionierung erreicht wer- den, da das Werkzeug mit dem gleichen Druck, nämlich seinem
Gewichtsdruck, sowohl auf einen Messanschlag als auch auf einen Positionierungsanschlag gedrückt wird. Außerdem ist dieser Druck bei mehreren nacheinander ausgeführten Fixierprozessen immer gleich, wodurch eine gute Reproduzierbarkeit des Positionierens erreicht werden kann.
Besonders einfach und kostengünstig kann das Verfahren durchgeführt werden, indem die Messung durchgeführt wird, wobei das Werkzeug in einen Aufnahmebereich einer Messvorrichtung eingeführt und mit einem relativ zum Aufnahmebereich unbeweglichen Messanschlag in Anlage gebracht und die Position eines das Werkzeug charakterisierenden Messpunkts bezüglich des Messanschlags ermittelt wird.
Vorteilhaf erweise wird ein die Länge eines ersten Werkzeugs charakterisierender Wert ermittelt und vor dem Fixieren des ersten Werkzeugs im Werkzeugfutter ein die Länge eines zweiten Werkzeugs charakterisierender Wert ermittelt. Mehrere Werkzeuge können "auf Vorrat" vermessen werden, so dass ein späterer Positionierprozess, insbesondere mit mehreren Positionierungsvorrichtungen, schnell durchgeführt werden kann. Eine sukzessive immer genauer werdende Positionierung des Werkzeugs bei mehreren nacheinander folgenden Positionierungen kann erreicht werden, wenn nach der Fixierung des Werkzeugs in der Soll-Position die Ist-Position des Werkzeugs nachgemessen und eine Differenz zwischen der Soll-Position und der Ist-Position abgespeichert und bei einem späteren Positioniervorgang als Korrekturwert verwendet wird. Ist die Ist-Position beispielsweise 50 ßm zu tief, so wird dieser Wert als Korrekturwert bei der nächsten Positionierung be- rücksichtigt. Diese Positionierung kann somit genauer werden. Eine Wiederholgenauigkeit von 15 μm kann auf diese Weise erreicht werden.
Eine hohe Wiederholgenauigkeit kann auch dann erreicht wer- den, wenn der spätere Positioniervorgang nach einem Entfernen des Werkzeugs und einem erneuten Einführen des Werkzeugs in das Werkzeugfutter erfolgt. Dies ist beispielsweise bei einem späteren erneuten Gebrauch des Werkzeugs der Fall. Zweckmäßigerweise wird der Korrekturwert dann in mechanischer Verbin- düng mit dem Werkzeug, beispielsweise in einem Chip auf dem
Werkzeug, gespeichert. Er kann so bei einem späteren Positioniervorgang ohne großen Aufwand ausgelesen und zugeordnet werden.
Zum Trennen des Werkzeugs vom Werkzeugfutter, beispielsweise nach einer beendeten Verwendung des Werkzeugs, muss das Werkzeug aus dem Futter genommen werden. Bei einem gebrochenen Werkzeug kann es vorkommen, dass der im Futter verbliebene Stumpf nicht genügend lang ist, um ihn zum Herausnehmen aus dem Futter greifen zu können. Außerdem kann ein Werkzeug durch einen Ausschrumpfprozess heiß sein, so dass es vorteil- hafterweise mit einem Greifer herausgenommen wird. Hierbei kann es vorkommen, dass der Werkzeugschaft nicht weit genug aus dem Werkzeugfutter herausragt, um genügend greifbar zu sein. Durch eine Lösung der Fixierung des Werkzeugs im Werk- zeugfutter und das anschließende Ausstoßen des Werkzeugs aus dem Werkzeugfutter mit Hilfe der Positionierungsvorrichtung kann der Werkzeugschaft so weit aus dem Werkzeugfutter gehoben werden, dass er für einen Greifer greifbar ist. Unter Ausstoßen wird im Folgenden ein Heraufheben des Werkzeugs im Futter verstanden, wobei die Strecke des Heraufhebens unerheblich ist. Das Werkzeug kann ganz oder nur teilweise aus dem Futter herausgehoben werden.
Zweckmäßigerweise wird vor dem Lösen der Fixierung ein Posi- tionierungsanschlag an das Werkzeug heranbewegt. Hierdurch kann verhindert werden, dass das Werkzeug beim Lösen über eine weite Strecke auf den Anschlag fällt und diesen in ungewollter Weise verschiebt oder beeinträchtigt. Der Positionierungsanschlag wird durch das Heranbewegen direkt an das Werk- zeug oder nur in die Nähe geführt.
Eine ungewollte Verstellung des Positionierungsanschlags kann außerdem verhindert werden, indem er vor dem Ausstoßen mit dem Werkzeug zusammengeführt wird und bei Überschreiten eines vorbestimmten Anpressdrucks des Werkzeugs an den Positionierungsanschlag ein Ausstoßvorgang abgebrochen wird. Bei einem Klemmen des Werkzeugs im Werkzeugfutter kann zusätzlich eine Beschädigung der Positionierungsvorrichtung verhindert werden. Ein Zusammenführen geschieht durch ein Heranbewegen des Positionierungsanschlags an das Werkzeug oder umgekehrt, indem beispielsweise das Werkzeug auf den Anschlag fällt. Es wird des Weiteren vorgeschlagen, dass ein Aufdrücken des Werkzeugs auf einen Positionierungsanschlag zu einem Freigabesignal für einen Ausstoßvorgang verarbeitet wird. Ein Beginn des Ausstoßvorgangs vor einer Lösung der Fixierung kann wirksam verhindert werden. So ist beispielsweise bei einem Herabfallen des Werkzeugs das Werkzeug im Futter gelöst und trifft auf den Positionierungsanschlag auf. Dieses Auftreffen kann registriert werden, beispielsweise durch einen Sensor, und das Ausstoßen kann beginnen. Ein Aufdrücken ist bei einem Aufliegen oder einem Herunterfallen des Werkzeugs auf den Anschlag gegeben.
Insbesondere bei einem Werkzeugfutter, dessen Aufnahmeöffnung durch Wärmezufuhr geweitet wird, kann die Positionierungsvor- richtung bereits vor dem Erwärmen so eingestellt werden, dass bei erwärmtem Werkzeugfutter oder bei geweiteter Aufnahmeöffnung das Werkzeug durch seine Gewichtskraft einfach in das Werkzeugfutter gleiten kann, bis es mit der Positionierungsvorrichtung in Anlage kommt und die Soll-Position somit er- reicht ist. Das Werkzeug kann schnell in das Werkzeugfutter eingeführt werden, und ein langes Warmhalten bzw. ein Aufrechterhalten einer Temperatur des Werkzeugfutters kann vorteilhaft vermieden werden. Dadurch kann eine Gefahr einer eventuellen Gefügeveränderung im Werkzeugfutter reduziert werden.
Vorteilhaft wird die Messung durchgeführt, indem das Werkzeug mit einem Messanschlag in Anlage gebracht und die Position eines das Werkzeug charakterisierenden Messpunkts bezüglich des Messanschlags ermittelt wird. Die Länge des Werkzeugs kann konstruktiv einfach bestimmt werden, indem der Messan- schlag eine in einem Koordinatensystem definierte Position aufweist und die Länge zwischen dem Messpunkt und dem Messanschlag ermittelt wird. Ist der Messanschlag in einem Aufnah- mebereich einer Werkzeugaufnahme integriert, kann die Länge des Werkzeugs bereits ermittelt werden, während das Werkzeug sich in der Werkzeugaufnahme befindet. Ein Herausnehmen des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme zum Zweck der Messung kann somit vorteilhaft vermieden werden. Die Werkzeugaufnahme kann hierbei von einer von der Positionierungsvorrichtung separa- ten Werkzeugaufnahme ausgebildet sein.
Ist das Werkzeug während der Durchführung der Messung in einem Werkzeugmagazin gehalten, das Werkzeugaufnahmebereiche für wenigstens zwei Werkzeuge aufweist, kann vorteilhaft in einem Arbeitsgang die Länge bei den in den Aufnahmebereichen befindlichen Werkzeugen ermittelt werden. Die Werkzeugaufnahmebereiche können hierbei unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei jeweils ein Durchmesser einem bestimmten Durchmesser der Aufnahmeöffnung des entsprechenden Werkzeugfutters zugeordnet ist. Es kann somit eine Ermittlung der Länge des jeweiligen zum Werkzeugfutter passenden Werkzeugs unmittelbar vor und/oder während des Einsetzens in das Werkzeugfutter vorteilhaft vermieden und ein fließender und schneller Arbeitsablauf kann erreicht werden.
Denkbar ist auch, dass mehrere Werkzeugaufnahmeöffnungen denselben Durchmesser aufweisen. Das im Werkzeugfutter befindliche Werkzeug kann nach einer Benutzung mit einem der bereits vermessenen Werkzeuge aus dem Werkzeugmagazin ausgetauscht werden, wobei das Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin über die Positionierungsvorrichtung in seiner Soll-Position im Werk- zeugfutter positionierbar ist. Bewegungsabläufe können verbessert und die Zeitspanne zum Wechseln des Werkzeugs kann somit vorteilhaft reduziert werden.
Ist das Werkzeugmagazin mit einem Magazin für Werkzeugfutter kombinierbar, können die in den Werkzeugaufnahmebereichen befindlichen Werkzeuge und deren ermittelte Längen über geeignete Kodierungen entsprechenden Werkzeugfuttern zugeordnet werden. Bei einer Auswahl eines bestimmten Werkzeugfutters kann die Positionierungsvorrichtung entsprechend eingestellt und das mit dem Werkzeugfutter korrespondierende Werkzeug auf seine Soll-Position im Werkzeugfutter eingesetzt werden. Das Einsetzen des Werkzeugfutters bzw. des Werkzeugs kann manuell und/oder automatisch erfolgen. Erfolgt das Einsetzen auto a- tisch, kann eine vom Bediener unabhängige und schnelle Positionierung des Werkzeugs in seiner Soll-Position im Werkzeugfutter erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorge- schlagen, dass die Messung berührungslos durchgeführt wird. Die Position des das Werkzeug charakterisierenden Messpunkts kann insbesondere mit einer eine Optik aufweisenden Messvorrichtung einfach, schnell und exakt ermittelt werden, wobei Beschädigungen durch Kontakte zwischen dem Werkzeug und der Messvorrichtung vermeidbar sind. Mittels der Messvorrichtung sind jedoch auch andere Punkte und/oder Positionen berührungslos ermittelbar, die der Fachmann als sinnvoll erachtet, wie insbesondere ein Referenzpunkt am Werkzeugfutter, eine Überprüfung der Soll-Position nach dem Fixieren im Werkzeug- futter usw. Ferner kann durch die berührungslose Ermittlung von Messpunkten eine Verletzungsgefahr eines Bedieners an Werkzeugschneiden, die bei einer manuellen Ermittlung vorhanden wäre, vorteilhaft vermieden werden.
Vorteilhaft wird die Soll-Position des Werkzeugs im Werkzeugfutter bezüglich eines Referenzpunkts definiert, wodurch die Soll-Position stets überprüfbar ist. Ist der Referenzpunkt am Werkzeugfutter definiert, kann die Soll-Position des Werkzeugs im Werkzeugfutter in einer Zerspanungsmaschine einfach überprüft werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Werkzeug im Werkzeugfutter bei Erreichen der Soll-Position mit zumindest einem Positionierungselement in Anlage gebracht wird. Es ist eine einfache Positionierung erreichbar, bei der das Werkzeug beim Einführen in das Werkzeugfutter durch seine Gewichtskraft in den Werkzeugaufnahmebereich gleiten kann, bis die Soll-Position erreicht ist.
Wird das Positionierungselement zum Positionieren des Werk- zeugs zumindest teilweise im Werkzeugfutter in Axialrichtung bewegt, so kann die Positionierungsvorrichtung konstruktiv einfach und exakt eingestellt werden. Die Positionierungsvorrichtung bildet einen Anschlag für das Werkzeug, und das Werkzeug kommt in der Soll-Position stets mit dem in Axial- richtung eingestellten Positionierungselement in Anlage.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Werkzeugfutter zur Aufnahme des Werkzeugs erwärmt und zur Fixierung des Werkzeugs in der Soll-Position abgekühlt wird, insbesondere durch eine Kühlvorrichtung. Das Werkzeug kann exakt und gleichmäßig in seiner Soll-Position thermisch eingespannt werden. Ein Verän- dern der Soll-Position durch mechanische Spannelemente kann vorteilhaft vermieden werden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Einstell- und
Messgeräts mit einer Positionierungsvorrichtung, Fig. 2 ein Werkzeugmagazin von oben und Fig. 3 eine vergrößert dargestellte Schnittansicht der Positionierungsvorrichtung aus Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine als Einstell- und Messgerät 48 ausgebildete Vorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs 10, 12 in einem Werkzeugfutter 14 mit einer Positionierungsvorrichtung 20 zum Positionieren des Werkzeugs 10 in einer Soll-Position 54 (Fig. 2) . Das Einstell- und Messgerät 48 umfasst ein Mittel 40 zur Erfassung von Werkzeugparametern und eine Heizvorrichtung 62 zur thermischen Verformung von Werkzeugfuttern 14. Die Soll-Position 54 ist hierbei die Position eines auf ein vorgeschriebenes Längenmaß Zs im Werkzeugfutter 14 positionierten Werkzeugs 10.
Das Einstell- und Messgerät 48 weist ein Datenverarbeitungs- system 42 mit einem Bildschirm 50 als Datenausgabeeinheit auf. Mit dem Datenverarbeitungssystem 42 sind Messwerte, wie z.B. eine bestimmte Länge Zi von Werkzeugen 10, 12 abspeicherbar und abrufbar. In einem mittleren Bereich des Ein- stell- und Messgeräts 48 ist ein in Axialrichtung 16 und entgegengesetzt zur Axialrichtung 16 bewegbarer Messschlitten 52 angeordnet, der auf nicht näher dargestellten Linearachsen gelagert ist. Die Linearachsen sind geschützt in einem Gehäuse 56 angeordnet. Auf dem Messschlitten 52 ist das Mittel 40 zur Bestimmung einer Länge Zi des Werkzeugs 10 in Axialrichtung 16 bezüglich eines Schaftendes 18 montiert (Fig. 2) . Das Mittel 40 weist eine nicht näher dargestellte CCD-Kameravorrichtung auf, mit der neben der Bestimmung der Länge Zi auch eine Erfassung von Parametern der Werkzeuge 10, 12 im Durchlicht und im Auflicht möglich sind. Das Mittel 40 ist über nicht näher dargestellte Leitungen mit dem Datenverarbeitungssystem 42 verbunden. Nach dem Gehäuse 56 der Linearachsen ist die Positionierungsvorrichtung 20 angeordnet.
Das Einstell- und Messgerät 48 umfasst außerdem ein Werkzeugmagazin 28, das von einem um die Axialrichtung 16 drehbaren Werkzeugrevolver gebildet ist. Das Werkzeugmagazin 28 weist mehrere Aufnahmebereiche 30 zur Aufnahme von Werkzeugen 10, 12 mit unterschiedlichen Durchmessern auf (Fig. 2). Die Auf- nahmebereiche 30, deren Durchmesser frei wählbar sind, sind in einem radial äußeren Bereich des Werkzeugmagazins 28 ange- ordnet. Jeder Aufnahmebereich 30 weist einen identisch geformten Messanschlag 22 mit einer Anschlagfläche 44 auf. Die Messanschläge 22 sind alle relativ zu den dazugehörigen Aufnahmebereichen 30 unbeweglich angeordnet.
Jeder Aufnahmebereich 30 ist durch eine Drehung des Werkzeugrevolvers von einer Warteposition in eine Messposition schwenkbar. Hierbei kann ein im Aufnahmebereich 30 gehaltenes Werkzeug 10 von der Kameravorrichtung fokussiert werden, wo- hingegen ein Werkzeug 12 in einer Warteposition nicht fokussiert werden kann.
In einem radial inneren Bereich weist das Werkzeugmagazin 28 einen Aufnahmebereich 60 für ein Werkzeugfutter 14 auf. Der Aufnahmebereich 60 ist zentrisch im Werkzeugmagazin 28 angeordnet. Bei einer Drehung des Werkzeugmagazins 28 um die Axialrichtung 16 wird ein im Werkzeugfutter 16 fixiertes Werkzeug ebenfalls um seine Axialrichtung 16 gedreht. Das Werkzeugmagazin 28 ist als Hochgenauigkeitsspindel ausgestal- tet, in dessen Aufnahmebereich 60 für verschiedene Werkzeugfutter 14 das Werkzeugfutter einsetzbar und fixierbar ist. Die Messanschläge 22 sind somit indirekt am Werkzeugfutter 14 befestigbar, so dass sie relativ zum Werkzeugfutter 14 in eine definierte Position gebracht werden können.
Das Einstell- und Messgerät 48 weist des Weiteren eine in Axialrichtung 16 und entgegen der Axialrichtung 16 verfahrbare Heizvorrichtung 62 mit einem Induktionskopf 64 auf (Fig. 1 und Fig. 3) . Mit dem Induktionskopf 64 wird das im Aufnahme- bereich 60 des Werkzeugmagazins 28 befindliche Werkzeugfutter 14 erhitzt. Ferner sind am Einstell- und Messgerät 48 ver- schiedene Kühladapter 66 zur Kühlung des Werkzeugfutters 14 angeordnet .
Zum Bestimmen der Länge Zi von zumindest einem der Werkzeuge 10, 12 wird das Werkzeug 10 in einen der Aufnahmebereiche 30 des Werkzeugmagazins 28 eingeführt. Hierbei wird das Werkzeug 10 mit seinem Schaftende 18 mit einer Fläche 44 eines Messanschlags 22 in Anlage gebracht, wobei ein Abstand Z3 zwischen der Anschlagfläche 44 des Messanschlags 22 und einem Refe- renzpunkt 32 bekannt ist.
Der Referenzpunkt 32 wird von einer Markierung gebildet, die an einer nach außen weisenden Fläche des Werkzeugfutters 14 angebracht ist. Mit dem Mittel 40 des Einstell- und Messge- räts 48 ist der Referenzpunkt 32 berührungslos überprüfbar. Des Weiteren wird die Soll-Position 54 des Werkzeugs 10 im Werkzeugfutter 14 über das Längenmaß Zs zwischen einem das Werkzeug 10 charakterisierenden Messpunkt 26 und dem Referenzpunkt 32 definiert.
In einem nächsten Schritt wird mit dem Mittel 40 eine berührungslose Messung durchgeführt, aus der die Länge Zi des im Werkzeugmagazin 28 befindlichen Werkzeugs 10 in Axialrichtung 16 bezüglich des Schaftendes 18 bzw. ein die Länge Z charak- terisierender Wert ermittelt wird. Hierzu wird die Position des das Werkzeug 10 charakterisierenden Messpunkts 26 bezüglich des Messanschlags 22 ermittelt. Mit der Position des Messpunkts 26 und mit dem bekannten Abstand Z3 der Anschlagfläche 44 zum Referenzpunkt 32 ist somit die Länge Zi des sich im Werkzeugmagazin 28 befindlichen Werkzeugs 10 auf einfache Weise bestimmbar. Es ist auch möglich, die Längen meh- rerer oder aller im Werkzeugmagazin 28 befindlichen Werkzeuge 10, 12 beispielsweise nacheinander zu bestimmen, bevor eines der Werkzeuge 10, 12 im Werkzeugfutter 14 fixiert wird.
Ein über eine Nachstelleinheit 70 ansteuerbares und in der vertikalen Axialrichtung 16 und entgegen der Axialrichtung 16 bewegbares Positionierungselement 34 weist einen Positionierungsanschlag 24 mit einer Anschlagfläche 46 auf. Die Anschläge 22 und 24 bzw. ihre Anschlagflächen 44 und 46 sind hierbei identisch geformt und von Stahlkugeln gebildet. Das Positionierungselement 34 weist in einer definierten Ausgangsstellung 36 einen bekannten Abstand Z2 zwischen der Anschlagfläche 46 seines Positionierungsanschlags 24 und dem Referenzpunkt 32 auf.
Damit das Werkzeug 10 bei Erreichen der Soll-Position 54 mit dem Positionierungsanschlag 24 der Positionierungsvorrichtung 20 in Anlage kommt, wird das Positionierungselement 34 über die Nachstelleinheit 70 um einen Nachstellweg Z4 in Axial- richtung 16 in eine zweite Stellung 38 in das Werkzeugfutter 14 verfahren. Der Nachstellweg Z4 ergibt sich hierbei aus dem Abstand Z und der vorgeschriebenen Soll-Position 54 des Werkzeugs 10 abzüglich der ermittelten Länge Zi des Werkzeugs 10. Die Positionierungsvorrichtung 20 wird zum Positionieren des Werkzeugs 10 in der Soll-Position 54 um den ermittelten Nachstellweg Z4 für das jeweilige Werkzeug 10 eingestellt, und das Positionierungselement 34 bildet einen Anschlag für das Werkzeug 10 bei Erreichen der Soll-Position 54.
Vor, während oder nachdem der Nachstellweg Z4 ermittelt und das Positionierungselement 34 über die Nachstelleinheit 70 positioniert wurde, wird das Werkzeugfutter 14 über den Induktionskopf 64 der Heizvorrichtung 62 erwärmt. Der Aufnahmebereich 68 des Werkzeugfutters 14 weitet sich, und das manuell oder automatisch einsetzbare Werkzeug 10 gleitet durch seine Gewichtskraft vertikal abwärts in den Aufnahmebereich
68. Um ein Steckenbleiben im Aufnahmebereich 68 zu vermeiden, wird das Werkzeug 10 über einen zusätzlichen Stößel 72 in den Aufnahmebereich 68 gedrückt. Bei Erreichen der Soll-Position 54 kommt das Werkzeug 10 mit dem Positionierungsanschlag 46 des Positionierungselements 34 in Anlage.
Die Heizvorrichtung 62 wird entfernt, und das Werkzeugfutter 14 wird über einen entsprechenden Kühladapter 66 gekühlt. Das Werkzeug 10 ist in seiner Soll-Position 54 im Werkzeugfutter 14 fixiert. Anschließend wird die korrekte Soll-Position 54 des Werkzeugs 10 im Werkzeugfutter 14 berührungslos mit dem Mittel 40 überprüft.
Zum Entfernen des Werkzeugs 10 - oder im Falle eines gebro- chenen Werkzeugs zum Entfernen des Werkzeugstumpfs - aus dem Werkzeugfutter 14 wird das Positionierungselement 34 in einen Bereich von wenigen mm unter das Schaftende des Werkzeugs 10 heranbewegt. Anschließend wird das Werkzeugfutter in der oben beschriebenen Weise erhitzt, so dass sich der Aufnahmebereich 68 wieder weitet. Hierbei fällt das Werkzeug 10 oder der
Stumpf nach unten auf das Positionierungselement 34. Durch einen nicht dargestellten Sensor wird der damit verbundene auf das Positionierungselement 34 wirkende Impuls registriert und im DatenverarbeitungsSystem 42 zu einem Freigabesignal für einen Ausstoßvorgang verarbeitet. Durch das Freigabesignal getriggert bewegt sich das Positionierungselement 34 nach oben. Hierdurch werden das Positionierungselement 34 und das Werkzeug 10 zusammengeführt, und das Positionierungselement 34 übt einen Anpressdruck auf das Werkzeug 10 aus und stößt das Werkzeug 10 um eine voreinstellbare Wegstrecke nach oben aus dem Werkzeugfutter 14 heraus. Bei einer Verklemmung des Werkzeugs 10 überschreitet der Anpressdruck einen vorbestimmten Wert, wobei der Anpressdruck durch den oben beschriebenen oder einen weiteren Sensor ge- messen wird. Bei diesem Überschreiten wird der Ausstoßvorgang vom Datenverarbeitungssystem 42 abgebrochen und eine Fehlermeldung auf dem Bildschirm 50 ausgegeben.
18 . 06 . 03
Bezugszeichen
10 Werkzeug 54 Soll-Position
12 Werkzeug 56 Gehäuse
14 Werkzeugfutter 58 Umfangsrichtung
16 Axialrichtung 60 Aufnahmebereich
18 Schaftende 62 Heizvorrichtung
20 Positionierungsvorrich64 Induktionskopf tung
22 Messanschlag 66 Kühladapter
24 Positionierungsanschlag 68 Aufnahmebereich
26 Messpunkt 70 Nachstelleinheit
28 Werkzeugmagazin 72 Stößel
30 Aufnahmebereich Zs Längenmaß
32 Referenzpunkt Zx Länge des Werkzeugs
34 Positionierungselement Z2 Abstand
36 Position Z3 Abstand
38 Position Z Nachstellweg
40 Mittel
42 Datenverarbeitungssystem
44 Anschlagfläche
46 Anschlagfläche
48 Einstell- und Messgerät
50 Bildschirm
52 Messschlitten

Claims

18.06.03Ansprüche
1. Vorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs (10) in einem
Werkzeugfutter (14) mit einer Positionierungsvorrichtung (20) zur vertikalen Positionierung des Werkzeugs (10) in einer Soll-Position (54) im Werkzeugfutter (14), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Messvorrichtung mit einem Mittel (40) zur Bestimmung einer Länge (Zi) des Werkzeugs (10) in Axialrichtung (16) , einen vom Werkzeugfutter separaten Aufnahmebereich (30) zur Aufnahme des Werkzeugs (10) und einen relativ zum Aufnahmebereich (30) unbeweglichen Messanschlag (22).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messvorrichtung mindestens zwei Aufnahmebereiehe (30) mit jeweils einem Messanschlag (22) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aufnahmebereich (30) von einer Warteposition in eine Messposition bewegbar, insbesondere schwenkbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aufnahmebereich (30) in einem drehbaren Revolver angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch eine Drehung des Revolvers ein im Werkzeugfutter (14) befestigtes Werkzeug (10) drehbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Messanschlag (22) in eine definierte Position relativ zum Werkzeugfutter (14) bringbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Messanschlag Teil einer Spindel ist, in die das Werkzeugfutter (14) einsetzbar ist.
8. Verfahren zum Befestigen eines Werkzeugs (10) in einem Werkzeugfutter (14), bei dem das Werkzeug (10) in Vertikalrichtung in das Werkzeugfutter (14) eingeführt und nach Erreichen einer axialen Soll-Position (54) im Werk- zeugfutter (14) fixiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Einführen des Werkzeugs (10) in das Werkzeugfutter (14) ein die Länge (Zi) des Werkzeugs (10) in Axialrichtung (16) charakterisierender Wert durch eine Messung ermittelt und mit dem Wert eine Positionierungsvorrichtung (20) zum Positionieren des Werkzeugs (10) in der Soll-Position (54) eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 8 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messung durchgeführt wird, indem das Werkzeug (10) in einen Aufnahmebereich (30) einer Messvorrichtung eingeführt und mit einem relativ zum Aufnahmebereich (30) unbeweglichen Messanschlag (22) in Anlage gebracht und die Position eines das Werkzeug (10) charakterisierenden Messpunkts (26) bezüglich des Messanschlags (22) ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein die Länge (Zi) eines ersten Werkzeugs (10) charakterisierender Wert ermittelt und vor dem Fixieren des ersten Werkzeugs im Werkzeugfutter (14) ein die Länge (Zi) eines zweiten Werkzeugs (10) charakterisierender Wert ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach der Fixierung des Werkzeugs (10) in der Soll- Position (54) die Ist-Position des Werkzeugs (10) nachgemessen und eine Differenz zwischen der Soll-Position (54) und der Ist-Position abgespeichert und bei einem späteren Positioniervorgang als Korrekturwert verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der spätere Positioniervorgang nach einem Entfernen des Werkzeugs (10) und einem erneuten Einführen des Werk- zeugs (10) in das Werkzeugfutter (14) erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Fixierung des Werkzeugs (10) im Werkzeugfutter (14) gelöst und das Werkzeug (10) anschließend mit Hilfe der Positionierungsvorrichtung (20) aus dem Werkzeugfutter (14) ausgestoßen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Lösen der Fixierung ein Positionierungsanschlag (24) an das Werkzeug (10) heranbewegt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Ausstoßen ein Positionierungsanschlag (24) und das Werkzeug (10) zusammengeführt werden und bei Überschreiten eines vorbestimmten Anpressdrucks des Werkzeugs (10) an den Positionierungsanschlag (24) ein Aus- stoßvorgang abgebrochen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Aufdrücken des Werkzeugs (10) auf einen Positionierungsanschlag (24) zu einem Freigabesignal für einen Ausstoßvorgang verarbeitet wird.
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