[go: up one dir, main page]

WO2021197715A1 - Werkzeugmaschine mit hochgenauer bearbeitungsmöglichkeit - Google Patents

Werkzeugmaschine mit hochgenauer bearbeitungsmöglichkeit Download PDF

Info

Publication number
WO2021197715A1
WO2021197715A1 PCT/EP2021/054535 EP2021054535W WO2021197715A1 WO 2021197715 A1 WO2021197715 A1 WO 2021197715A1 EP 2021054535 W EP2021054535 W EP 2021054535W WO 2021197715 A1 WO2021197715 A1 WO 2021197715A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tool
temperature
machining
shaft
elongation
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/054535
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Röders
Silke COHRS
Original Assignee
P&L Gmbh & Co. Kg
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 P&L Gmbh & Co. Kg filed Critical P&L Gmbh & Co. Kg
Priority to US17/915,283 priority Critical patent/US20230135905A1/en
Priority to CH001132/2022A priority patent/CH718681B1/de
Priority to JP2022559429A priority patent/JP2023519689A/ja
Priority to CN202180026154.6A priority patent/CN115362418A/zh
Publication of WO2021197715A1 publication Critical patent/WO2021197715A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • 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
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/18—Compensation of tool-deflection due to temperature or force
    • 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
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • 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
    • 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
    • B23Q17/0952—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 during machining
    • B23Q17/0985—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 during machining by measuring temperature
    • 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
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
    • 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
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2457—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of tools
    • B23Q17/2461—Length
    • 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
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/1552—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling parts of devices for automatically inserting or removing tools
    • B23Q3/15553—Tensioning devices or tool holders, e.g. grippers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49206—Compensation temperature, thermal displacement, use measured temperature
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49207—Compensate thermal displacement using measured distance
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49209—Compensation by using temperature feelers on slide, base, workhead
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49211—Compensation dilatation using calculated temperature from velocity
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49217—Compensation of temperature increase by the measurement
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49219—Compensation temperature, thermal displacement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool for machining a workpiece with a highly precise machining option, in which thermal and / or rotational speed-related elongations of components of the machine tool can be detected and taken into account in the machining control.
  • the present invention also relates to a method for operating a machine tool.
  • Machine tools for machining are known from the prior art in different designs.
  • a machining tool is usually clamped to a main spindle for milling or grinding.
  • the machining tool is usually fastened in a tool holder.
  • the tool holder with machining tool is clamped to the shaft of the main spindle via a standardized interface, e.g. hollow shank taper or steep taper.
  • the main spindle drives the shaft with the tool holder and machining tool clamped to it for the mechanical machining of a workpiece in the machine tool and sets it in rotation.
  • the shaft is supported by ball bearings in the main spindle.
  • other forms of storage e.g. hydrostatic or aerostatic, are also known.
  • the length of the machining tool is usually measured on the main spindle.
  • a measuring laser for example, is known from the prior art.
  • the main spindle accelerates the shaft with tool holder and machining tool to the target speed and then the rotating machining tool is moved into the measuring laser to determine the actual length.
  • the machining of the workpiece then begins.
  • the shaft of the main spindle heats up over a period of several minutes.
  • the shaft expands thermally in the longitudinal direction and the rotating tool holder with the machining tool clamped to it is displaced in the longitudinal direction.
  • the heat from the shaft of the main spindle reaches the tool holder via the clamping point, so that it is also heated and thermally elongated. This leads to an additional displacement of the machining tool and thus further inaccuracies during machining.
  • the machine tool according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that no warm-up times have to be waited for high-precision machining of workpieces, but machining of a workpiece is possible immediately after the machine tool has been started or a tool change. According to the invention, this is achieved in that thermal and rotational speed-related displacements of a driven shaft of a main spindle and of a tool holder with a machining tool can be compensated for and in a control unit which is set up to specify a tool path when machining the workpiece, must be taken into account.
  • the machine tool comprises a main spindle with a driven shaft and a tool holder which can be clamped into the shaft and in which a machining tool is arranged.
  • a distance sensor is provided for determining a distance between the shaft of the main spindle and a reference point.
  • the control unit is set up to compensate for the tool path when machining the workpiece, based on an elongation and displacement of the shaft and an elongation of the tool holder with the machining tool.
  • the elongation and displacement of the shaft is determined based on the distance determined with the distance sensor and the elongation of the tool holder with the machining tool is determined based on a rotational speed of the shaft.
  • the control unit can compensate for the tool path of the machining tool during machining of a workpiece.
  • the values for the speed and the distance are preferably continuously recorded and fed to the control unit, so that the tool path of the machining tool can be continuously adapted.
  • the distance sensor is preferably a high-precision distance sensor and in particular a distance sensor for contactless measurement, for example an eddy current sensor.
  • the elongation of the tool holder with the machining tool is determined based on the speed of the shaft, because the elongation of the tool holder with the machining tool is caused by the temperature change of the shaft of the main spindle, which in turn depends on the speed due to friction in a bearing and / or a temperature increase often near the shaft arranged for their drive spindle motor.
  • This speed-dependent increase in temperature of the shaft of the main spindle means that the tool holder clamped on the shaft of the main spindle is also heated due to heat conduction and expands in the axial direction.
  • a displacement of the machining tool can be detected and taken into account by adding a) that based on the speed-dependent thermal load and the elongation as well as the shift of the shaft based on the distance determined with the distance sensor and b) based on the speed-dependent elongation of the tool holder with the machining tool can be recorded and taken into account on the speed of the shaft.
  • the distance sensor is preferably arranged in the main spindle in the vicinity of the interface for clamping the tool holder or outside the main spindle by means of a separate holder.
  • the surface to be measured on the shaft of the main spindle which is used to determine the distance with the distance sensor, is at right angles to a central axis X-X of the shaft of the main spindle. It is also possible, for example, to measure on inclined surfaces and to calculate an axial displacement of the shaft accordingly.
  • the distance sensor is particularly preferably arranged such that a measurement of the distance is carried out at one end of the shaft as close as possible to the clamping point for the tool holder in order to detect the displacement of the interface between the shaft of the main spindle and the tool holder as precisely as possible.
  • the machine tool further preferably comprises a measuring device, in particular a measuring laser, which determines a length of the tool holder with the machining tool before machining begins.
  • the control unit is set up to determine the elongation and displacement of the shaft and the elongation of the tool holder with the machining tool, starting from the value measured with the measuring device as a reference point. The value recorded by the measuring device is thus the zero point for determining the elongation and displacement of the shaft and tool holder with machining tool.
  • control unit is set up, based on distance values of the distance sensor and the speed of the shaft, a temperature of the shaft at a clamping point of the tool holder with the machining tool in the main spindle to determine. From this and from the speed of the shaft, the elongation of the tool holder with the machining tool is then determined.
  • a temperature of the shaft at the clamping interface of the tool holder and from this the elongation of the tool holder with machining tool can also be determined based on a speed curve of the shaft over time and / or a curve of the distance values that are recorded with the distance sensor over time will.
  • the control unit is furthermore preferably set up to determine the elongation of the tool holder with the machining tool based on a first temperature which the tool holder has before machining begins. By detecting the first temperature of the tool holder before machining begins, the accuracy in the compensation of the tool path can be further improved.
  • the control unit is preferably set up to determine the first temperature of the tool holder with the machining tool before machining starts from a storage time of the tool holder in the tool changer since the last clamping on the shaft of the main spindle. As a result, different temperatures of the tool holders in the tool changer can be recorded in a simple manner. More preferably or in addition, a first temperature sensor is provided which determines the first temperature of the tool holder before the start of machining, the control unit being set up to determine the elongation of the tool holder with machining tool based on the first temperature before the start of machining. The first temperature can be detected directly on the tool holder without contact or with a touching button or the like.
  • the temperature sensor is preferably arranged in the tool changer.
  • the temperature can be detected without contact, for example by means of an infrared sensor. It is also possible here that the temperature of the tool holder is preferably measured directly after the tool holder has been clamped on the main spindle, so that a temperature sensor in the tool changer may be dispensed with.
  • the first temperature sensor is arranged below the main spindle adjacent to the clamping point of the tool holder in the shaft.
  • the first temperature sensor can preferably be moved by means of a moving unit in order to measure the first temperature in the vicinity of the clamping point of the tool holder in the main spindle in the clamped state.
  • the machine tool further comprises a second temperature sensor which determines a second temperature of the shaft.
  • the control unit is set up to determine the elongation of the tool holder with the machining tool based on the recorded second temperature and / or on a course of the recorded second temperature over time. This enables precise temperature detection of the shaft, with the rising temperature of the shaft also being transmitted to the tool holder via heat conduction and corresponding elongation occurring in the axial direction of the tool holder with the machining tool.
  • the machine tool further preferably comprises a third temperature sensor which is arranged on a bearing of the shaft.
  • the third temperature sensor determines a third temperature of the bearing, the control unit being set up to determine a temperature of the shaft based on the third temperature of the bearing and / or a profile of the third temperature of the bearing over time, and from this the elongation of the tool holder with the machining tool to determine.
  • the bearing temperature can also be recorded as a further input variable, from which the temperature of the shaft can be deduced, which in turn enables the axial elongation of the tool holder with the machining tool to be determined.
  • the machine tool further preferably comprises a fourth temperature sensor which detects a fourth temperature of a working space of the machine tool.
  • the control unit is set up to determine the elongation of the tool holder with the machining tool based on the fourth temperature of the working space and / or a course of the fourth temperature of the working space over time. By recording the working space temperature, it is possible to enable an even more precise compensation of the tool path. This is particularly important if, for example, the tool changer is arranged at a relatively large distance from the work space or, if necessary, in a separate cabinet or the like. Outside the work space, in which the temperature is different from that in the work space.
  • a further more precise compensation of the tool path is possible if the control unit of the machine tool is set up to determine the elongation of the tool holder with the machining tool based on a geometry of the tool holder and / or based on a geometry of the machining tool.
  • the temperature of the tool holder at the clamping point on the shaft of the main spindle is highest during a thermally steady state during machining. As the distance from the clamping point increases, the temperature of the tool holder decreases due to the rotation-related convection cooling. This effect is also different for different geometries of tool holders, so that the machining accuracy can be further improved by the additional input variable of the geometry of the tool holder and / or the machining tool.
  • the machine tool further comprises a fifth temperature sensor which detects a fifth temperature of the distance sensor and / or a time profile of the fifth temperature of the distance sensor.
  • the control unit is set up to determine a temperature of the shaft and from this the elongation of the tool holder with the machining tool based on the fifth temperature sensor of the distance sensor. Since the distance sensor is very is arranged close to the shaft of the main spindle, a precise temperature of the shaft of the main spindle can be recorded and processed in the control unit.
  • the control unit is preferably designed as a learning system, in particular to enable the elongation and displacement of the shaft and / or the elongation of the tool holder with the machining tool to be determined from historical data.
  • the control unit preferably has a memory in which standardized geometries for tool holders and / or machining tools are stored. An operator of the machine tool can then simply enter this additional input variable for determining the elongation and displacement of the shaft and / or the elongation of the tool holder with the machining tool in the control unit by selecting the corresponding standardized geometry.
  • the present invention also relates to a method for operating a machine tool with the features of claim 13.
  • the method adapts a tool path during the operation of the machine tool when machining a workpiece, taking into account an elongation and displacement of the shaft and an elongation of the tool holder with the machining tool will.
  • the elongation and displacement of the shaft is determined based on distance values of the distance sensor and the elongation of the tool holder with the machining tool is determined based on a rotational speed of the shaft.
  • the method according to the invention is preferably carried out so that a first temperature of the tool holder is determined before the start of machining from a storage time of the tool holder in the tool changer since the last clamping on the shaft of the main spindle and / or by means of a first temperature sensor the first temperature of the tool holder before The start of machining is determined, and the elongation of the tool holder with the machining tool is determined based on the first temperature of the tool holder before the start of machining and / or a second temperature of the shaft is determined by means of a second temperature sensor and the elongation of the tool holder with the machining tool is based on the detected second temperature and / or a course of the second temperature is determined over time, and / or a third temperature of a bearing in which the shaft is mounted is determined by means of a third temperature sensor and the temperature of the shaft and from it the elongation of the tool holder with the machining tool based on the third temperature of the bearing and / or a temperature profile of the
  • the method according to the invention is more preferably carried out continuously while a workpiece is being machined, in order to enable the tool path to be continuously adapted when the workpiece is machined. It is also possible for the control unit to teach-in at times when the machine tool is not being used for machining in order to continuously repeat a determination of the elongation and displacement of the shaft and the elongation of the tool holder with the machining tool and values for the elongation and refine or correct relocation.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective view of a machine tool according to a preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic, perspective view of a tool changer from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic, perspective view of the tool changer from FIG. 2 with the temperature sensor in a second position
  • FIG. 4 shows a schematic comparative illustration of the elongation and displacement of a shaft and the elongation of a tool holder with the machining tool of the machine tool from FIG. 1, FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the main spindle of the machine tool from FIG. 1 during a measuring process in a measuring device
  • Fig. 6 is a schematic representation of the main spindle with tool holder of the
  • the machine tool 1 for machining a workpiece comprises a main spindle 2 and a tool holder 3, which is clamped in a driven shaft 20 (cf. FIG. 6) of the main spindle 2.
  • the tool holder 3 is used to fasten a machining tool 4, e.g. a milling cutter, with which a workpiece (not shown) can be machined on a machining table.
  • the machine tool 1 also includes a tool changer 15 in a work space 9, in which a multiplicity of tool holders 3 with machining tools 4 are arranged and which can provide various tools around the circumference.
  • the tool changer can be seen in detail from FIGS.
  • the machine tool 1 further comprises a distance sensor 5 for determining a distance L from the shaft 20 to the main spindle 2 a reference point.
  • the reference point lies directly on a surface of the distance sensor 5.
  • the machine tool 1 also has a control unit 10.
  • the control unit 10 is set up to compensate for the tool path when machining the workpiece, based on a first elongation and displacement AL1 of the shaft 20 and a second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4.
  • the first elongation and displacement AL1 of the shaft 20 is based on the distance L.
  • the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 is based on a speed of the shaft 20.
  • the speed of the shaft 20 can be determined using known methods, for example a speed sensor, or is a value known to the control unit 10 anyway. It should be noted that the control unit 10 can in principle be a separate control unit or can also be integrated into a main control unit of the machine tool.
  • the distance sensor 5 is arranged in such a way that a distance L from a shaft end 21 of the shaft 20 can be measured.
  • the shaft end 21 is perpendicular to a central axis X-X of the shaft 20.
  • the distance sensor 5 is arranged by means of a holder 7 below the main spindle 2, adjacent to a clamping point 6 of the tool holder 3 in the shaft 20.
  • the elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 is determined based on the speed of the shaft 20. As a result, the additional, second elongation of the tool holder 3 with the machining tool 4 can be detected in addition to the first elongation and displacement AL1 of the shaft 20.
  • the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 is caused by heat conduction from the shaft 20 to the tool holder 3, as a result of which the tool holder 3 and the machining tool 4 expand in the axial direction. This leads to an additional displacement of the end of the machining tool 4, which cannot be detected by the distance sensor 5, since this only detects the axial elongation and displacement of the shaft 20 of the main spindle 2.
  • the elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 depends essentially on the speed of the shaft 20, the rotation also causing a certain cooling effect due to convection on the tool holder 3 with the machining tool 4.
  • the control unit 10 can now determine the first and second elongation and displacement AL1 and AL2 based on the distance value L and the rotational speed of the shaft 20 and enable a corresponding compensation of the tool path of the machining tool 4.
  • the machine tool 1 also has a first temperature sensor 11A, which, as can be seen from FIG. 6, is arranged below the main spindle 2 adjacent to the clamping point 6 of the tool holder 3 in the shaft 20 is.
  • the first temperature sensor 11A determines a first temperature T1 of the tool holder 3 before machining begins.
  • the control unit is set up to then additionally determine the elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 based on the first temperature T1.
  • the first temperature sensor 11A can also determine the first temperature T1 of the tool holder 3 continuously during machining and the control unit 10 can use the measured temperature values for a corresponding compensation of the tool path of the machining tool 4.
  • first temperature sensor 11A can also be movably arranged under the main spindle 2 in the vicinity of the clamping point 6 of the tool holder 3 in the main spindle 2 for measuring the first temperature T1 on a traversing unit (not shown).
  • the machine tool 1 comprises a further first temperature sensor 11C in the tool changer 15 (see FIGS. 2 and 3) in order to detect the first temperature T1 of the tool holder 3 with the machining tool 4 before the tool holder 3 is clamped on the shaft 20.
  • the accuracy of the determination of the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 can also be improved by detecting further temperatures.
  • a second temperature sensor 12 is provided which determines a second temperature T2 of the shaft 20, the control unit 10 being set up to additionally determine the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 based on the detected second temperature T2 or alternatively to be determined.
  • the elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 can thus be determined more precisely based on the rotational speed and the second temperature T2.
  • a third temperature sensor 13 is arranged on a bearing 22 for supporting the shaft 20.
  • the third temperature sensor 13 detects a third temperature T3 of the bearing 22, the control unit 10 being set up to additionally or alternatively determine a temperature of the shaft 20 and, based on the third temperature T3, an elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4. Consequently the accuracy of the elongation of the tool holder 3 with the machining tool 4 can be further improved.
  • a fourth temperature sensor 14 is provided, which detects a fourth temperature T4 of the working space 9 of the machine tool 1.
  • the control unit 10 is set up to additionally or alternatively determine the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 based on the fourth temperature T4 of the working space 9. As a result, the accuracy in the compensation of the tool path can be further improved.
  • a fifth temperature sensor 15 is integrated in the distance sensor 5.
  • the fifth temperature sensor 15 detects a fifth temperature T5 of the distance sensor 5, the control unit 10 being set up to determine the elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 additionally or alternatively at the fifth temperature T5.
  • control unit 10 is set up to determine both the absolute values of the recorded temperatures and, additionally or alternatively, the temperature profiles over time for determining the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4.
  • the control unit 10 is also set up to process historical input variables and to determine the first and second elongation and displacement of the shaft 20 and the tool holder 3 with the machining tool 4.
  • the first elongation and displacement AL1 of the shaft 20 can be determined based on distance values L of the distance sensor 5 and the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 can be determined based on a rotational speed of the shaft 20 and, in this exemplary embodiment, additionally or alternatively based on the first to fifth temperature T1, T2, T3, T4 and T5 can be determined.
  • the second elongation AL2 of the tool holder 3 with the machining tool 4 can be determined with high precision and taken into account during machining.
  • Fig. 4 shows schematically the first and second elongation and displacement AL1 and AL2 of the shaft 20 and the tool holder 3 with machining tool 4.
  • the left illustration shows the main spindle 2 with tool holder 3 and machining tool 4, in which there is no thermal and speed-related elongation and Relocation has occurred.
  • the right illustration shows schematically a first elongation and displacement AL1 of the shaft 20 and a second elongation AL2 of the tool holder 3 with machining tool 4.
  • the sum of the first and second elongations and displacement AL1 plus AL2 results in the total elongation and Displacement of the shaft 20 and the tool holder 3 with the machining tool 4 in the axial direction XX.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend eine Hauptspindel (2) mit einer angetriebenen Welle (20), einen Werkzeughalter (3), welcher in die Welle (20) einspannbar ist, ein Bearbeitungswerkzeug (4), welches am Werkzeughalter (3) angeordnet ist, einen Abstandssensor (5) zur Bestimmung eines Abstandes (L) der Welle (20) der Hauptspindel (2) zu einem Bezugspunkt, und eine Steuereinheit (10), welche eingerichtet ist, eine Kompensation der Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks basierend auf einer Längung und Verlagerung (ΔL1) der Welle (20) und einer Längung (ΔL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) auszuführen, wobei die Längung und Verlagerung (ΔL1) der Welle (20) basierend auf dem mit dem Abstandssensor (5) bestimmten Abstand (L) bestimmt wird, und wobei die Längung (ΔL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf einer Drehzahl der Welle (20) bestimmt wird.

Description

Werkzeugmaschine mit hochgenauer Bearbeitungsmöglichkeit
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mit hochgenauer Bearbeitungsmöglichkeit, bei der thermisch und/oder drehzahlbedingte Längungen von Bauteilen der Werkzeugmaschine erfasst werden können und bei der Bearbeitungssteuerung berücksichtigt werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine.
Werkzeugmaschinen für die spanende Bearbeitung sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Für eine Fräs- oder Schleifbearbeitung wird üblicherweise ein Bearbeitungswerkzeug an einer Hauptspindel gespannt. In der Regel wird dazu das Bearbeitungswerkzeug in einem Werkzeughalter befestigt. Der Werkzeughalter mit Bearbeitungswerkzeug wird über eine standardisierte Schnittstelle, z.B. Hohlschaftkegel oder Steilkegel, an der Welle der Hauptspindel gespannt. Die Hauptspindel treibt die Welle mit daran gespanntem Werkzeughalter und Bearbeitungswerkzeug für die mechanische Bearbeitung eines Werkstücks in der Werkzeugmaschine an und versetzt diese in Rotation. Die Welle ist in der Hauptspindel mit Hilfe von Kugellagern gelagert. Es sind aber auch andere Formen der Lagerung, z.B. hydrostatisch oder aerostatisch bekannt.
Vor Beginn der Bearbeitung mit einem neu gespannten Werkzeughalter mit Bearbeitungswerkzeug wird üblicherweise eine Messung der Länge des Bearbeitungswerkzeuges an der Hauptspindel durchgeführt. Aus dem Stand der Technik bekannt ist dafür z.B. ein Messlaser. Nach dem Spannen des Werkzeughalters an der Welle der Hauptspindel beschleunigt die Hauptspindel die Welle mit Werkzeughalter und Bearbeitungswerkzeug auf Solldrehzahl und anschließend wird das rotierende Bearbeitungswerkzeug in den Messlaser gefahren, um die tatsächliche Länge zu ermitteln. Im Anschluss beginnt dann die Bearbeitung des Werkstücks. Insbesondere wenn eine Bearbeitung bei hohen Drehzahlen erfolgen soll, erwärmt sich die Welle der Hauptspindel über einen Zeitraum von mehreren Minuten. Das hat zur Folge, dass sich die Welle in Längsrichtung thermisch ausdehnt und es zu einer Verlagerung des rotierenden Werkzeughalters mit daran gespanntem Bearbeitungswerkzeug in Längsrichtung kommt. Außerdem kommt es zu einer drehzahl- und thermisch bedingten Verlagerung der Welle in axialer Richtung bezüglich der Lagerstellen der Welle. Das führt zu unerwünschten Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung, da der Vorgang sich über einen längeren Zeitraum nach der Messung im Messlaser erstreckt. Außerdem gelangt die Wärme aus der Welle der Hauptspindel über die Spannstelle in den Werkzeughalter, so dass sich dieser ebenfalls erwärmt und ebenfalls thermisch längt. Das führt zu einer zusätzlichen Verlagerung des Bearbeitungswerkzeuges und damit weiteren Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung. Da dieser Vorgang mehrere Minuten dauert und die Messung der Länge des Bearbeitungswerkzeuges direkt nach dem Spannen des Werkzeughalters an der Welle der Hauptspindel erfolgt, findet die thermisch und drehzahlbedingte Verlagerung des Bearbeitungswerkzeuges während der Bearbeitung des Werkstücks statt und führt zu Ungenauigkeiten.
In der Praxis werden bei hochgenauen Bearbeitungen daher nach jedem Wechsel eines Bearbeitungswerkzeugs zunächst Warmlaufzeiten abgewartet, bis sich Hauptspindel, Werkzeughalter und Bearbeitungswerkzeug in einem thermischen Gleichgewicht befinden. Erst dann erfolgt die Messung der Länge im Messlaser und erst danach beginnt die Bearbeitung. Die Wartezeit bis zum Erreichen eines solchen thermischen Gleichgewichts kann mehrere Minuten dauern und ist daher unerwünscht, insbesondere wenn die Bearbeitungszeit mit dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug nur kurz ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei denen eine hochgenaue Bearbeitung von Werkstücken ohne Abwarten von vorhergehenden Warmlaufzeiten möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass für eine hochgenaue Bearbeitung von Werkstücken keine Warmlaufzeiten abgewartet werden müssen, sondern eine Bearbeitung eines Werkstücks sofort nach einem Start der Werkzeugmaschine oder einem Werkzeugwechsel möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass thermische und drehzahlbedingte Verlagerungen einer angetriebenen Welle einer Hauptspindel und eines Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug kompensiert werden können und in einer Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks vorzugeben, berücksichtigt werden. Hierbei umfasst die Werkzeugmaschine eine Hauptspindel mit einer angetriebenen Welle und einen Werkzeughalter, welcher in die Welle einspannbar ist und in welchem ein Bearbeitungswerkzeug angeordnet ist. Ferner ist ein Abstandssensor zur Bestimmung eines Abstandes der Welle der Hauptspindel zu einem Bezugspunkt vorgesehen. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Kompensation der Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks, basierend auf einer Längung und Verlagerung der Welle und einer Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug auszuführen. Dabei wird die Längung und Verlagerung der Welle basierend auf dem mit dem Abstandssensor bestimmten Abstand bestimmt und die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug wird, basierend auf einer Drehzahl der Welle, bestimmt. Somit kann basierend auf den beiden Eingangsgrößen der Drehzahl der Welle und dem mit dem Abstandssensor bestimmten Abstand durch die Steuereinheit eine Kompensation der Werkzeugbahn des Bearbeitungswerkzeugs während einer Bearbeitung eines Werkstücks erfolgen. Vorzugsweise werden die Werte für die Drehzahl und den Abstand kontinuierlich erfasst und zur Steuereinheit zugeführt, so dass kontinuierlich eine Anpassung der Werkzeugbahn des Bearbeitungswerkzeugs möglich ist. Der Abstandssensor ist vorzugsweise ein hochgenauer Abstandssensor und insbesondere ein Abstandssensor für eine berührungslose Messung, z.B. ein Wirbelstromsensor.
Die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug wird basierend auf der Drehzahl der Welle bestimmt, weil die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug durch Temperaturveränderung der Welle der Hauptspindel verursacht wird, die wiederum drehzahlabhängig aufgrund von Reibung in einem Lager und/oder einem Temperaturanstieg eines häufig nahe der Welle für deren Antrieb angeordneten Spindelmotors entsteht. Diese drehzahlabhängige Temperaturerhöhung der Welle der Hauptspindel führt dazu, dass sich auch der an der Welle der Hauptspindel gespannte Werkzeughalter aufgrund von Wärmeleitung erwärmt und in axialer Richtung ausdehnt. Somit kann eine Verlagerung des Bearbeitungswerkzeugs durch Addition a) der basierend auf der drehzahlabhängigen thermischen Belastung und der Längung sowie der Verlagerung der Welle, basierend auf dem mit dem Abstandssensor bestimmten Abstand, erfasst und berücksichtigt werden und b) der drehzahlabhängigen Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der Drehzahl der Welle erfasst und berücksichtigt werden.
Durch die Erfassung der Drehzahl der Welle der Hauptspindel kann ferner auch berücksichtigt werden, dass die Rotation der Welle mit dem Werkzeughalter und dem daran gehaltenen Bearbeitungswerkzeug zu einer Kühlung des sich durch Wärmeleitung aus der Welle der Hauptspindel erwärmten Werkzeughalters durch Konvektion führt. Mit steigender Drehzahl steigt die Kühlleistung durch Konvektion. Daher kann insbesondere bei einer bevorzugten zyklischen Ermittlung der Längung und Verlagerung der Welle und der Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug die hochgenaue Bearbeitung des Werkstücks sichergestellt werden.
Der Abstandssensor ist vorzugsweise in der Hauptspindel in der Nähe der Schnittstelle zur Spannung des Werkzeughalters oder außerhalb der Hauptspindel mittels eines separaten Halters angeordnet.
Weiter bevorzugt ist die zu messende Fläche an der Welle der Hauptspindel, welche zur Bestimmung des Abstandes mit dem Abstandssensor verwendet wird, rechtwinklig zu einer Mittelachse X-X der Welle der Hauptspindel. Es ist aber auch möglich, z.B. an schrägen Flächen zu messen und eine axiale Verlagerung der Welle entsprechend zu berechnen.
Besonders bevorzugt ist der Abstandssensor derart angeordnet, dass eine Messung des Abstandes möglichst an einem Ende der Welle nahe an der Spannstelle für den Werkzeughalter durchgeführt wird, um die Verlagerung der Schnittstelle zwischen Welle der Hauptspindel und Werkzeughalter möglichst genau zu erfassen.
Weiter bevorzugt umfasst die Werkzeugmaschine eine Messeinrichtung, insbesondere einen Messlaser, welche eine Länge des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug vor einem Beginn der Bearbeitung bestimmt. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Längung und Verlagerung der Welle und die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug, ausgehend von dem mit der Messeinrichtung gemessenen Wert als Bezugspunkt zu bestimmen. Der durch die Messeinrichtung erfasste Wert ist somit der Nullpunkt für die Bestimmung der Längung und Verlagerung von Welle und Werkzeughalter mit Bearbeitungswerkzeug.
Eine noch genauere Erfassung einer Längung und Verlagerung der Welle der Hauptspindel und des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug wird erreicht, wenn die Steuereinheit eingerichtet ist, basierend auf Abstandswerten des Abstandssensors und der Drehzahl der Welle eine Temperatur der Welle an einer Spannstelle des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug in der Hauptspindel zu bestimmen. Daraus und aus der Drehzahl der Welle wird dann die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Temperatur der Welle an der Spannschnittstelle des Werkzeughalters und daraus die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug auch basierend auf einem Drehzahlverlauf der Welle über die Zeit und/oder einem Verlauf der Abstandswerte, die mit dem Abstandssensor über die Zeit erfasst werden, bestimmt werden. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Längung des Werkzeugshalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf einer ersten Temperatur zu bestimmen, welche der Werkzeughalter vor einem Beginn der Bearbeitung aufweist. Durch Erfassung der ersten Temperatur des Werkzeughalters vor Beginn der Bearbeitung kann die Genauigkeit bei der Kompensation der Werkzeugbahn weiter verbessert werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, die erste Temperatur des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug vor Beginn der Bearbeitung aus einer Lagerzeit des Werkzeughalters im Werkzeugwechsler seit dem letzten Spannen an der Welle der Hauptspindel zu bestimmen. Dadurch können auf einfache Weise unterschiedliche Temperaturen der Werkzeughalter im Werkzeugwechsler erfasst werden. Weiter bevorzugt oder zusätzlich ist ein erster Temperatursensor vorgesehen, welcher die erste Temperatur des Werkzeughalters vor dem Beginn der Bearbeitung bestimmt, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der ersten Temperatur vor Beginn der Bearbeitung zu bestimmen. Die erste Temperatur kann dabei direkt am Werkzeughalter berührungslos oder mit einem berührenden Taster oder dgl. erfasst werden.
Hierzu ist vorzugsweise der Temperatursensor im Werkzeugwechsler angeordnet. Berührungslos kann die Temperatur beispielsweise mittels eines Infrarotsensors erfasst werden. Hierbei ist es auch möglich, dass die Temperatur des Werkzeughalters bevorzugt direkt nach dem Spannen des Werkzeughalters an der Hauptspindel gemessen wird, so dass gegebenenfalls auf einen Temperatursensor im Werkzeugwechsler verzichtet werden kann.
Weiter alternativ ist der erste Temperatursensor unterhalb der Hauptspindel benachbart zur Spannstelle des Werkzeughalters in der Welle angeordnet.
Bevorzugt ist der erste Temperatursensor mittels einer Verfahreinheit verfahrbar, um die erste Temperatur in der Nähe der Spannstelle des Werkzeughalters in der Hauptspindel im gespannten Zustand zu messen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Werkzeugmaschine ferner einen zweiten Temperatursensor, welcher eine zweite Temperatur der Welle bestimmt. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der erfassten zweiten Temperatur und/oder auf einem Verlauf der erfassten zweiten T emperatur über die Zeit zu bestimmen. Dadurch ist eine genaue Temperaturerfassung der Welle möglich, wobei die ansteigende Temperatur der Welle über Wärmeleitung auch auf den Werkzeughalter übertragen wird und entsprechend eine Längung in Axialrichtung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug auftritt. Weiter bevorzugt umfasst die Werkzeugmaschine einen dritten Temperatursensor, welcher an einem Lager der Welle angeordnet ist. Der dritte Temperatursensor bestimmt eine dritte Temperatur des Lagers, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, basierend auf der dritten Temperatur des Lagers und/oder einem Verlauf der dritten Temperatur des Lagers über die Zeit eine Temperatur der Welle zu bestimmen und daraus die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug zu bestimmen. Somit kann zusätzlich als weitere Eingangsgröße die Lagertemperatur erfasst werden, aus welcher auf die Temperatur der Welle geschlossen werden kann, welche wiederum eine Bestimmung der axialen Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug ermöglicht.
Weiter bevorzugt umfasst die Werkzeugmaschine einen vierten Temperatursensor, welcher eine vierte Temperatur eines Arbeitsraums der Werkzeugmaschine erfasst. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der vierten Temperatur des Arbeitsraumes und/oder einem Verlauf der vierten Temperatur des Arbeitsraums über die Zeit zu bestimmen. Durch die Erfassung der Arbeitsraumtemperatur ist es möglich, eine noch genauere Kompensation der Werkzeugbahn zu ermöglichen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn beispielsweise der Werkzeugwechsler mit relativ großem Abstand vom Arbeitsraum angeordnet ist oder gegebenenfalls in einem separaten Schrank oder dgl. Außerhalb des Arbeitsraumes angeordnet ist, in welchem eine andere Temperatur als im Arbeitsraum herrscht.
Eine weitere genauere Kompensation der Werkzeugbahn ist möglich, wenn die Steuereinheit der Werkzeugmaschine eingerichtet ist, basierend auf einer Geometrie des Werkzeughalters und/oder basierend auf einer Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug zu bestimmen. Grundsätzlich ist während eines thermisch eingeschwungenen Zustands bei einer Bearbeitung die Temperatur des Werkzeughalters an der Spannstelle an der Welle der Hauptspindel am höchsten. Mit zunehmendem Abstand von der Spannstelle nimmt die Temperatur des Werkzeughalters aufgrund von rotationsbedingter Konvektionskühlung ab. Dieser Effekt ist für unterschiedliche Geometrien von Werkzeughaltern auch unterschiedlich, so dass durch die zusätzliche Eingangsgröße der Geometrie des Werkzeughalters und/oder des Bearbeitungswerkzeugs die Bearbeitungsgenauigkeit weiter verbessert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Werkzeugmaschine ferner einen fünften Temperatursensor, welcher eine fünfte Temperatur des Abstandssensors und/oder einen zeitlichen Verlauf der fünften Temperatur des Abstandssensors erfasst. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Temperatur der Welle und daraus die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf dem fünften Temperatursensor des Abstandssensors zu bestimmen. Da der Abstandssensor sehr nah an der Welle der Hauptspindel angeordnet ist, kann eine genaue Temperatur der Welle der Hauptspindel erfasst werden und in der Steuereinheit verarbeitet werden.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise als lernendes System ausgebildet, um insbesondere auch eine Bestimmung der Längung und Verlagerung der Welle und/oder der Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug aus historischen Daten zu ermöglichen.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit einen Speicher auf, in welchem standardisierte Geometrien für Werkzeughalter und/oder Bearbeitungswerkzeuge hinterlegt sind. Ein Bediener der Werkzeugmaschine kann dann in der Steuereinheit einfach durch Auswahl der entsprechenden standardisierten Geometrie diese zusätzliche Eingangsgröße für die Bestimmung der Längung und Verlagerung der Welle und/oder der Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug eingeben.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Das Verfahren passt dabei im Betrieb der Werkzeugmaschine eine Werkzeugbahn bei der Bearbeitung eines Werkstücks an, wobei eine Längung und Verlagerung der Welle und eine Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug berücksichtigt werden. Die Längung und Verlagerung der Welle wird basierend auf Abstandswerten des Abstandssensors bestimmt und die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug wird basierend auf einer Drehzahl der Welle bestimmt. Dadurch können die voranstehend erläuterten Vorteile betreffend die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine erhalten werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt, so dass eine erste Temperatur des Werkzeughalters vor Beginn der Bearbeitung aus einer Lagerzeit des Werkzeughalters im Werkzeugwechsler seit dem letzten Spannen an der Welle der Hauptspindel bestimmt wird und/oder mittels eines ersten Temperatursensors die erste Temperatur des Werkzeughalters vor dem Beginn der Bearbeitung bestimmt wird, und die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der ersten Temperatur des Werkzeughalters vor dem Beginn der Bearbeitung bestimmt wird und/oder eine zweite Temperatur der Welle mittels eines zweiten Temperatursensors bestimmt wird und die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der erfassten zweiten Temperatur und/oder einem Verlauf der zweiten Temperatur über die Zeit bestimmt wird, und/oder eine dritte Temperatur eines Lagers, in welchem die Welle gelagert ist, mittels eines dritten Temperatursensors bestimmt wird und die Temperatur der Welle und daraus die Längung Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug basierend auf der dritten Temperatur des Lagers und/oder einem Temperaturverlauf der dritten Temperatur des Lagers über die Zeit bestimmt wird und/oder basierend auf den Werten des Abstandssensors und der Drehzahl der Welle eine Temperatur der Welle bestimmt wird und basierend auf der derart bestimmten Temperatur der Welle und der Drehzahl die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt wird und/oder basierend auf dem Verlauf der Abstandswerte des Abstandssensors über die Zeit eine Temperatur der Welle und daraus eine Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt wird und/oder basierend auf einem Drehzahlverlauf der Welle über die Zeit eine Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt wird, und/oder basierend auf einer vierten Temperatur eines Arbeitsraums der Werkzeugmaschine und/oder basierend auf einem Verlauf der vierten Temperatur des Arbeitsraums über die Zeit die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt wird, und/oder basierend auf einer fünften Temperatur des Abstandsensors eine Temperatur der Welle und daraus die Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt wird.
Bevorzugt werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Längung und Verlagerung der Welle und/oder der Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug historische Daten vorhergehender Bearbeitungsvorgänge, in welchen die beiden Längungen und die Verlagerung der Welle und des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug bestimmt wurden, berücksichtigt.
Weiter bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich während einer Bearbeitung eines Werkstücks ausgeführt, um eine kontinuierliche Anpassung der Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks zu ermöglichen. Auch ist es möglich, dass die Steuereinheit ein Anlernen in Zeiten, in denen die Werkzeugmaschine nicht für eine Bearbeitung genutzt wird, ausführt, um eine Bestimmung der Längung und Verlagerung der Welle und der Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug kontinuierlich zu wiederholen und Werte für die Längung und Verlagerung zu verfeinern oder zu korrigieren. Dies ist insbesondere ein Vorteil, dass, wenn sich eine Lagerung der Hauptspindel über eine Lebensdauer der Werkzeugmaschine in ihrem Verhalten ändert, ein gelegentliches ergänzendes Anlernen der Steuereinheit und/oder einzelner verwendeter Parameter zur Bestimmung der Längung und Verlagerung der Welle und/oder der Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug ausgeführt wird.
Nachfolgend wir unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Werkzeugwechslers der
Werkzeugmaschine von Fig. 1 mit einem Temperatursensor in einer ersten Stellung,
Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht des Werkzeugwechslers von Fig. 2 mit dem Temperatursensor in einer zweiten Stellung,
Fig. 4 eine schematische vergleichende Darstellung der Längung und Verlagerung einer Welle und der Längung eines Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug der Werkzeugmaschine von Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht der Hauptspindel der Werkzeugmaschine von Fig. 1 während eines Messvorgangs in einer Messeinrichtung, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Hauptspindel mit Werkzeughalter der
Werkzeugmaschine von Fig. 1.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Werkzeugmaschine 1 zur Bearbeitung eines Werkstücks eine Hauptspindel 2 und einen Werkzeughalter 3, welcher in eine angetriebene Welle 20 (vgl. Fig. 6) der Hauptspindel 2 eingespannt ist. Der Werkzeughalter 3 dient zur Befestigung eines Bearbeitungswerkzeuges 4, z.B. einem Fräser, mit welchem ein Werkstück (nicht gezeigt) auf einem Bearbeitungstisch bearbeitet werden kann.
Die Werkzeugmaschine 1 umfasst in einem Arbeitsraum 9 ferner einen Werkzeugwechsler 15, in welchem eine Vielzahl von Werkzeughaltern 3 mit Bearbeitungswerkzeugen 4 angeordnet ist und welcher umlaufend verschiedene Werkzeuge bereitstellen kann. Der Werkzeugwechsler ist im Detail aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich.
Wie weiter aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, umfasst die Werkzeugmaschine 1 ferner einen Abstandssensor 5 zur Bestimmung eines Abstandes L der Welle 20 der Hauptspindel 2 zu einem Bezugspunkt. Der Bezugspunkt liegt in diesem Ausführungsbeispiel direkt auf einer Oberfläche des Abstandssensors 5.
Die Werkzeugmaschine 1 weist ferner eine Steuereinheit 10 auf. Die Steuereinheit 10 ist eingerichtet, eine Kompensation der Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks, basierend auf einer ersten Längung und Verlagerung AL1 der Welle 20 und einer zweiten Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 auszuführen. Durch Berücksichtigung der beiden Längungen und Verlagerung AL1 und AL2 kann somit eine hochgenaue Bearbeitung eines Werkstücks ermöglicht werden.
Die erste Längung und Verlagerung AL1 der Welle 20 basiert auf dem mit dem Abstandssensor 5 bestimmten Abstand L. Die zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 basiert auf einer Drehzahl der Welle 20. Die Drehzahl der Welle 20 kann mit bekannten Verfahren ermittelt werden, z.B. einem Drehzahlsensor, oder ist sowieso ein für die Steuereinheit 10 bekannter Wert. Es sei angemerkt, dass die Steuereinheit 10 grundsätzlich eine separate Steuereinheit sein kann oder auch in eine Hauptsteuereinheit der Werkzeugmaschine integriert sein kann.
Somit kann eine thermisch-bedingte und eine drehzahl-bedingte Längung und Verlagerung der Welle 20 der Hauptspindel 2 mittels des Abstandssensors 5 berührungslos gemessen werden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist der Abstandssensor 5 dabei derart angeordnet, dass ein Abstand L zu einem Wellenende 21 der Welle 20 gemessen werden kann. Das Wellenende 21 ist dabei senkrecht zu einer Mittelachse X-X der Welle 20.
Der Abstandssensor 5 ist mittels eines Halters 7 dabei unterhalb der Hauptspindel 2, benachbart zu einer Spannstelle 6 des Werkzeughalters 3 in der Welle 20 angeordnet.
Die Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 wird basierend auf der Drehzahl der Welle 20 bestimmt. Dadurch kann die zusätzliche zweite Längung des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 neben der ersten Längung und Verlagerung AL1 der Welle 20 erfasst werden. Die zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 wird dabei aufgrund von Wärmeleitung von der Welle 20 auf den Werkzeughalter 3 verursacht, wodurch sich der Werkzeughalter 3 und das Bearbeitungswerkzeug 4 in axialer Richtung ausdehnt. Dies führt zu einer zusätzlichen Verlagerung des Endes des Bearbeitungswerkzeuges 4, welche durch den Abstandssensor 5 nicht erfasst werden kann, da dieser nur die axiale Längung und Verlagerung der Welle 20 der Hauptspindel 2 erfasst. Die Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 hängt dabei im Wesentlichen von der Drehzahl der Welle 20 ab, wobei durch die Drehung auch ein gewisser Kühleffekt durch Konvektion am Werkzeughalter 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 auftritt. Die Steuereinheit 10 kann nun basierend auf dem Abstandswert L und der Drehzahl der Welle 20 die erste und zweite Längung und Verlagerung AL1 und AL2 bestimmen und eine entsprechende Kompensation der Werkzeugbahn des Bearbeitungswerkzeugs 4 ermöglichen.
Um die Genauigkeit der Kompensation der Werkzeugbahn bei der Bearbeitung zu erhöhen, weist die Werkzeugmaschine 1 ferner einen ersten Temperatursensor 11A auf, welcher, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, unterhalb der Hauptspindel 2 benachbart zur Spannstelle 6 des Werkzeughalters 3 in der Welle 20 angeordnet ist. Der erste Temperatursensor 11A ermittelt eine erste Temperatur T1 des Werkzeughalters 3 vor einem Beginn der Bearbeitung. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 dann zusätzlich basierend auf der ersten Temperatur T1 zu bestimmen. Natürlich kann der erste Temperatursensor 11A die erste Temperatur T1 des Werkzeughalters 3 auch kontinuierlich während der Bearbeitung bestimmen und die Steuereinheit 10 die gemessenen Temperaturwerte für eine entsprechende Kompensation der Werkzeugbahn des Bearbeitungswerkzeugs 4 nutzen.
Es sei angemerkt, dass der erste Temperatursensor 11A auch unter der Hauptspindel 2 in der Nähe der Spannstelle 6 des Werkzeughalters 3 in der Hauptspindel 2 zur Messung der ersten Temperatur T1 an einer nicht gezeigten Verfahreinheit verfahrbar angeordnet sein kann.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Werkzeugmaschine 1 einen weiteren ersten Temperatursensor 11C im Werkzeugwechsler 15 (vgl. Fig. 2 und 3), um die erste Temperatur T1 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 vor dem Spannen des Werkzeughalters 3 an der Welle 20 zu erfassen.
Die Genauigkeit der Bestimmung der zweiten Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 kann ferner verbessert werden, indem weitere Temperaturen erfasst werden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist ein zweiter Temperatursensor 12 vorgesehen, welcher eine zweite Temperatur T2 der Welle 20 bestimmt, wobei die Steuereinheit 10 eingerichtet ist, die zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 basierend auf der erfassten zweiten Temperatur T2 zusätzlich oder alternativ zu bestimmen. Somit kann die Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 basierend auf der Drehzahl und der zweiten Temperatur T2 genauer bestimmt werden.
Ein dritter Temperatursensor 13 ist, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, an einem Lager 22 zur Lagerung der Welle 20 angeordnet. Der dritte Temperatursensor 13 erfasst eine dritte Temperatur T3 des Lagers 22, wobei die Steuereinheit 10 eingerichtet ist, basierend auf der dritten Temperatur T3 eine Temperatur der Welle 20 und daraus eine Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 zusätzlich oder alternativ zu bestimmen. Somit kann die Genauigkeit der Längung des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 noch weiter verbessert werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist ein vierter Temperatursensor 14 vorgesehen, welcher eine vierte Temperatur T4 des Arbeitsraumes 9 der Werkzeugmaschine 1 erfasst. Die Steuereinheit 10 ist dabei eingerichtet, die zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 basierend auf der vierten Temperatur T4 des Arbeitsraums 9 zusätzlich oder alternativ zu bestimmen. Dadurch kann die Genauigkeit bei der Kompensation der Werkzeugbahn weiter verbessert werden.
Ein fünfter Temperatursensor 15 ist in den Abstandssensor 5 integriert. Der fünfte Temperatursensor 15 erfasst eine fünfte Temperatur T5 des Abstandssensors 5, wobei die Steuereinheit 10 eingerichtet ist, die Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 zusätzlich oder alternativ auf der fünften Temperatur T5 zu bestimmen.
Zu den erfassten ersten bis fünften Temperaturen sei angemerkt, dass die Steuereinheit 10 eingerichtet ist, sowohl die Absolutwerte der erfassten Temperaturen als auch zusätzlich oder alternativ die Temperaturverläufe über die Zeit für die Bestimmung der zweiten Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 zu bestimmen.
Die Steuereinheit 10 ist ferner eingerichtet, auch historische Eingangsgrößen zu verarbeiten und die erste und zweite Längung und Verlagerung der Welle 20 und des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 zu ermitteln.
Somit kann die erste Längung und Verlagerung AL1 der Welle 20 basierend auf Abstandswerten L des Abstandssensor 5 bestimmt werden und die zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 basierend auf einer Drehzahl der Welle 20 und in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ basierend auf der ersten bis fünften Temperatur T1 , T2, T3, T4 und T5 bestimmt werden. Dadurch kann insbesondere die zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 hochgenau ermittelt werden und bei der Bearbeitung berücksichtigt werden.
Fig. 4 zeigt schematisch die erste und zweite Längung und Verlagerung AL1 und AL2 der Welle 20 und des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4. Die linke Darstellung zeigt dabei die Hauptspindel 2 mit Werkzeughalter 3 und Bearbeitungswerkzeug 4, bei welchen noch keine thermisch und drehzahlbedingte Längung und Verlagerung aufgetreten ist. Die rechte Darstellung zeigt schematisch eine erste Längung und Verlagerung AL1 der Welle 20 und eine zweite Längung AL2 des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4. Die Summe der ersten und zweiten Längungen und Verlagerung AL1 plus AL2 ergibt die Gesamtlängung und Verlagerung der Welle 20 und des Werkzeughalters 3 mit Bearbeitungswerkzeug 4 in Axialrichtung X-X.
Bezugszeichenliste
1 Werkzeugmaschine
2 Hauptspindel
3 Werkzeughalter
4 Bearbeitungswerkzeug
5 Abstandssensor
6 Spannstelle des Werkzeughalters in der Hauptspindel
7 Halter
8 Messeinrichtung
9 Arbeitsraum
10 Steuereinheit
11 erster T emperatursensor
11A erster Temperatursensor unterhalb der Hauptspindel
11 C erster T emperatursensors im Werkzeugwechsler
12 zweiter T emperatursensor
13 dritter T emperatursensor
14 vierter Temperatursensor
15 fünfter Temperatursensor
16 Werkzeugwechsler
20 Welle
21 Wellenende
22 Lager
L Abstand Welle-Bezugsmesspunkt
AL1 Längung und Verlagerung der Welle
AL2 Längung des Werkzeughalters mit Bearbeitungswerkzeug
T 1 bis T5 erste bis fünfte Temperatur
X-X Rotationsachse
Z Vertikalrichtung

Claims

Ansprüche
1. Werkzeugmaschine (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend: eine Hauptspindel (2) mit einer angetriebenen Welle (20), einen Werkzeughalter (3), welcher in die Welle (20) einspannbar ist, ein Bearbeitungswerkzeug (4), welches am Werkzeughalter (3) angeordnet ist, einen Abstandssensor (5) zur Bestimmung eines Abstandes (L) der Welle (20) der
Hauptspindel (2) zu einem Bezugspunkt, und eine Steuereinheit (10), welche eingerichtet ist, eine Kompensation der
Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks basierend auf einer Längung und Verlagerung (AL1) der Welle (20) und einer Längung (AL2) des
Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) auszuführen, wobei die Längung und Verlagerung (AL1) der Welle (20) basierend auf dem mit dem Abstandssensor (5) bestimmten Abstand (L) bestimmt wird, und wobei die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf einer Drehzahl der Welle (20) bestimmt wird.
2. Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Messeinrichtung (8), insbesondere einen Messlaser, welche eine Länge des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor einem Beginn der Bearbeitung bestimmt, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die Längung und Verlagerung (AL1) der Welle (20) und die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) ausgehend von dem mit der Messeinrichtung (8) gemessenen Wert zu bestimmen.
3. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, basierend auf Abstandswerten des Abstandssensors
(5) und der Drehzahl der Welle (20) eine Temperatur der Welle (20) an einer Spannstelle
(6) des Werkzeughalters (3) in der Hauptspindel (2) zu bestimmen und daraus die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) zu bestimmen und/oder wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, basierend auf einem Drehzahlverlauf der Welle (20) über die Zeit und/oder dem Verlauf der Abstandswerte (L) des Abstandssensors (5) über die Zeit eine Temperatur der Welle (20) zu bestimmen und daraus die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) zu bestimmen.
4. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf einer ersten Temperatur (T1) zu bestimmen, die der Werkzeughalter (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor Beginn der Bearbeitung hat.
5. Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die erste Temperatur (T1) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor Beginn der Bearbeitung aus einer Lagerzeit des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) im Werkzeugwechsler (16) seit dem letzten Spannen an der Welle (20) der Hauptspindel (2) zu bestimmen.
6. Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend einen ersten Temperatursensor (11 A, 11 C), welcher eine erste Temperatur (T1) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor dem Beginn der Bearbeitung bestimmt, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der ersten Temperatur (T1) vor Beginn der Bearbeitung zu bestimmen.
7. Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 6, wobei der erste Temperatursensor (11A) unterhalb der Hauptspindel (2) benachbart zur Spannstelle (6) des Werkzeughalters (3) in der Welle (20) angeordnet ist und/oder wobei der erste Temperatursensor (11A) unter die Hauptspindel (2) in der Nähe der Spannstelle (6) des Werkzeughalters (3) in der Hauptspindel (2) zur Messung der ersten Temperatur (T1) des an der Welle (20) gespannten Werkzeughalters (3) mittels einer Verfahreinheit verfahrbar ist und/oder wobei der erste Temperatursensor (11C) im Werkzeugwechsler (16) der Werkzeugmaschine (1) angeordnet ist, um die erste Temperatur (T1) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor dem Spannen des Werkzeughalters (3) an der Welle (20) zu erfassen.
8. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten Temperatursensor (12), welcher eine zweite Temperatur (T2) der Welle (20) bestimmt, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der erfassten zweiten Temperatur (T2) und/oder auf einem Verlauf der erfassten zweiten Temperatur (T2) über die Zeit zu bestimmen.
9. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen dritten Temperatursensor (13), welcher an einem Lager (22) der Welle (20) angeordnet ist und welcher eine dritte Temperatur (T3) des Lagers (22) bestimmt, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, basierend auf der dritten Temperatur (T3) des Lagers (22) und/oder einem Verlauf der dritten Temperatur (T3) des Lagers (22) über die Zeit eine Temperatur der Welle (20) zu bestimmen und daraus die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) zu bestimmen.
10. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen vierten Temperatursensor (14), welcher eine vierte Temperatur (T4) eines Arbeitsraumes (9) der Werkzeugmaschine (1) erfasst, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der vierten Temperatur (T4) des Arbeitsraumes (9) und/oder einem Verlauf der vierten Temperatur (T4) des Arbeitsraumes (9) über die Zeit zu bestimmen.
11. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, basierend auf einer Geometrie des Werkzeughalters (3) die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) zu bestimmen und/oder wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, basierend auf einer Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs (4) die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) zu bestimmen.
12. Werkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen fünften Temperatursensor (15), welcher eine fünfte Temperatur (T5) des Abstandssensors (5) und/oder einen zeitlichen Verlauf der fünften Temperatur (T5) des Abstandssensors (5) erfasst, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, eine Temperatur der Welle (20) und daraus die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der fünften Temperatur (T5) des Abstandsensors (5) zu bestimmen.
13. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine (1), welche eine Hauptspindel (2) mit einer Welle (20), einen Werkzeughalter (3), der in die Hauptspindel (2) einspannbar ist und ein am Werkzeughalter (3) angeordnetes Bearbeitungswerkzeug (4) sowie einen Abstandssensor (5) zur Bestimmung eines Abstandes (L) der Welle (20) der Hauptspindel (2) zu einem Bezugspunkt umfasst, wobei im Betrieb der Werkzeugmaschine (1) zur Kompensation der Werkzeugbahn bei der Bearbeitung des Werkstücks eine Längung und Verlagerung (AL1) der Welle (20) und eine Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) berücksichtigt werden, wobei die Längung und Verlagerung (AL1) der Welle (20) basierend auf Abstandswerten (L) des Abstandssensors (5) bestimmt wird, und wobei eine Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf einer Drehzahl der Welle (20) bestimmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine erste Temperatur (T1) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor Beginn der Bearbeitung aus einer Lagerzeit des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) im Werkzeugwechsler seit dem letzten Spannen an der Welle (20) der Hauptspindel (2) bestimmt wird und/oder mittels eines ersten Temperatursensors (11) die erste Temperatur (T1) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor dem Beginn der Bearbeitung bestimmt wird, und die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der ersten Temperatur (T1) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) vor dem Beginn der Bearbeitung bestimmt wird und/oder wobei eine zweite Temperatur (T2) der Welle (20) mittels eines zweiten Temperatursensors (12) bestimmt wird und die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der erfassten zweiten Temperatur (T2) und/oder einem Verlauf der zweiten Temperatur (T2) über die Zeit bestimmt wird, und/oder wobei eine dritte Temperatur (T3) eines Lagers (22), in welchem die Welle (20) gelagert ist, mittels eines dritten Temperatursensors (13) bestimmt wird und eine Temperatur der Welle (20) und daraus die Längung (AL2) Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) basierend auf der dritten Temperatur (T3) des Lagers (22) und/oder einem Temperaturverlauf der dritten Temperatur (T3) des Lagers (22) über die Zeit bestimmt wird und/oder wobei basierend auf den Werten (L) des Abstandssensors (5) und der Drehzahl der Welle (20) eine Temperatur der Welle (20) bestimmt wird und basierend auf der derart bestimmten Temperatur der Welle (20) die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) bestimmt wird und/oder wobei basierend auf dem Verlauf der Abstandswerte (L) des Abstandssensors (5) über die Zeit eine Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) bestimmt wird und/oder wobei basierend auf einem Drehzahlverlauf der Welle (20) über die Zeit eine Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) bestimmt wird, und/oder wobei basierend auf einer vierten Temperatur (T4) eines Arbeitsraums (9) der Werkzeugmaschine (1) und/oder basierend auf einem Verlauf der vierten Temperatur (T4) des Arbeitsraums (9) über die Zeit die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) bestimmt wird, und/oder wobei basierend auf einer fünften Temperatur (T5) des Abstandsensors (5) eine Temperatur der Welle (20) und daraus die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei zur Bestimmung der Längung und
Verlagerung (AL1) der Welle (20) und/oder der Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) historische Daten vorhergehender Bearbeitungsvorgänge, in welchen die Längung und Verlagerung (AL1) der Welle (20) und/oder die Längung (AL2) des Werkzeughalters (3) mit Bearbeitungswerkzeug (4) bestimmt wurden, berücksichtigt werden.
PCT/EP2021/054535 2020-04-01 2021-02-24 Werkzeugmaschine mit hochgenauer bearbeitungsmöglichkeit WO2021197715A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/915,283 US20230135905A1 (en) 2020-04-01 2021-02-24 Machining tool with high precision machining capability
CH001132/2022A CH718681B1 (de) 2020-04-01 2021-02-24 Werkzeugmaschine mit hochgenauer Bearbeitungsmöglichkeit.
JP2022559429A JP2023519689A (ja) 2020-04-01 2021-02-24 高精度加工能力を備えた加工機
CN202180026154.6A CN115362418A (zh) 2020-04-01 2021-02-24 具有高精度加工能力的机床

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020204232.2A DE102020204232B4 (de) 2020-04-01 2020-04-01 Werkzeugmaschine mit hochgenauer Bearbeitungsmöglichkeit und Verfahren zum Betreiben
DE102020204232.2 2020-04-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021197715A1 true WO2021197715A1 (de) 2021-10-07

Family

ID=74732931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/054535 WO2021197715A1 (de) 2020-04-01 2021-02-24 Werkzeugmaschine mit hochgenauer bearbeitungsmöglichkeit

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230135905A1 (de)
JP (1) JP2023519689A (de)
CN (1) CN115362418A (de)
CH (1) CH718681B1 (de)
DE (1) DE102020204232B4 (de)
TW (1) TWI833070B (de)
WO (1) WO2021197715A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI828089B (zh) * 2022-03-22 2024-01-01 國立中正大學 智慧刀把校正系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6471451B2 (en) * 2000-07-06 2002-10-29 Fanuc Ltd. Method of correcting thermal displacement of machine tool
US20130223946A1 (en) * 2010-10-21 2013-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. System for correcting thermal displacement of machine tool
US8770901B2 (en) * 2011-05-18 2014-07-08 Buffalo Machinery Company Limited Spindle control system for a milling machine
US20180178339A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3792266B2 (ja) * 1994-06-16 2006-07-05 森精機興産株式会社 工作機械の熱変位補正方法及びその装置
JPH11114771A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Toyota Motor Corp Ｎｃ装置による輪郭形状の補正方法
AU2001227690A1 (en) * 2000-01-11 2001-07-24 Electro Scientific Industries, Inc. Abbe error correction system and method
DE102006016919A1 (de) * 2006-04-08 2007-10-11 Nordmann, Klaus, Dr.-Ing. Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern im Spalt zwischen Werkzeug und Spindel in spanenden Werkzeugmaschinen
JP4727634B2 (ja) * 2007-09-07 2011-07-20 本田技研工業株式会社 加工方法
JP5169946B2 (ja) * 2009-03-31 2013-03-27 ブラザー工業株式会社 数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法
JP5956497B2 (ja) 2014-04-08 2016-07-27 ファナック株式会社 機械の熱変位補正装置
TWM555262U (zh) * 2017-09-15 2018-02-11 Yeh Mei Jung 電腦數値控制工具機溫升熱變形自動補償系統

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6471451B2 (en) * 2000-07-06 2002-10-29 Fanuc Ltd. Method of correcting thermal displacement of machine tool
US20130223946A1 (en) * 2010-10-21 2013-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. System for correcting thermal displacement of machine tool
US8770901B2 (en) * 2011-05-18 2014-07-08 Buffalo Machinery Company Limited Spindle control system for a milling machine
US20180178339A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool

Also Published As

Publication number Publication date
CN115362418A (zh) 2022-11-18
CH718681B1 (de) 2024-01-31
TWI833070B (zh) 2024-02-21
DE102020204232B4 (de) 2023-05-17
JP2023519689A (ja) 2023-05-12
US20230135905A1 (en) 2023-05-04
DE102020204232A1 (de) 2021-10-07
TW202204085A (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017009760B4 (de) Numerische Steuervorrichtung und Steuerverfahren für eine numerische Steuervorrichtung
DE102012104195B4 (de) Controller für eine Werkzeugmaschine, die Gewinde schneidet
DE3836263C1 (de)
WO2016128074A1 (de) Verfahren zur lagebestimmung eines werkstücks in einer werkzeugmaschine
DE102007051108A1 (de) Verfahren zum induktiven Erwärmen eines metalischen Werkstücks
DE102017008151A1 (de) Flüssigkeitsausstoss-Vorrichtung
EP1789860B1 (de) Verfahren zur kompensation von thermischen verlagerungen
DE60210771T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur prüfung des bearbeitungsverfahrens einer werkzeugmaschine
DE10314199A1 (de) Bearbeitungsfehlerkorrekturverfahren für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Schleifmaschine, in der das Verfahren angewendet wird
WO2021197715A1 (de) Werkzeugmaschine mit hochgenauer bearbeitungsmöglichkeit
DE3927855A1 (de) Vorschubspindel-lagerstruktur
EP2431114B9 (de) Drehmaschine mit einer Leit- und Zugspindel und einer elektronischen Steuerung für den Längs- und/oder Planschlitten
EP0578977A1 (de) Vorrichtung und Steuerung zum Erzeugen von Unrund-/Ballig-Geometrien an Drehteilen
DE102017001297B4 (de) Vorrichtung zum Indexieren einer Spindelphase für eine Werkzeugmaschine
DE3822873C1 (de)
DE102007039768B4 (de) Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten
DE10150710A1 (de) Rotierendes Maschinenelement sowie Verfahren zur Erfassung von Positionswerten von mindestens einem Funktionsträger eines solchen rotierenden Maschinenelementes
DE102018206488A1 (de) Verfahren zum ausgleich einer temperaturbedingten längenänderung eines werkzeugs bzw. einer werkzeugeinheit an einer werkzeugmaschine
DE19800033B4 (de) Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür
EP3611584B1 (de) Verfahren zum betrieb einer drehmaschine mit einer lünette
EP3681673B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur feinbearbeitung von zylindrischen werkstückflächen
DE10257229A1 (de) Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschinen mit einer solchen Vorrichtung
DE3013378A1 (de) Einrichtung zur adaptiven regelung von bearbeitungsprozessen insbesondere an rundschleifmaschinen
DE1427003B1 (de) Radsatzdrehmaschine
EP3681674B1 (de) Feinbearbeitungsmodul für eine werkzeugmaschine und bearbeitungsverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21707974

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022559429

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21707974

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1