DE10017394A1

DE10017394A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Einmessen der A-und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine

Info

Publication number: DE10017394A1
Application number: DE2000117394
Authority: DE
Inventors: Horst David
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einmessen der A- und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt mindestens zwei Weg-Meßeinrichtungen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß ein Meßdorn in der Werkzeugaufnahme einer Frässpingel einer Fräsmaschine befestigt wird und axial in eine erfindungsgemäße Vorrichtung bewegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einmessen der A- und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine.

Computergesteuerte Fräsmaschinen, sogenannte CNC-Maschinen, ermöglichen oft neben der translatorischen Bewegung des Fräswerkzeuges in den drei Raumrichtungen eine Drehung des Fräswerkzeuges um zwei Raumachsen. Neben der Rotation des Fräswerkzeuges, die mechanisch gesehen einen Freiheitsgrad darstellt, besitzt das Fräswerkzeug damit fünf weitere Freiheitsgrade. Derartige Fräsmaschinen bezeichnet man daher auch als fünfachsige Maschinen. Die beiden zusätzlichen Drehachsen des Fräswerkzeuges bezeichnet man als A- und C-Achsen. Die A-Achse bezeichnet üblicherweise die Drehung um eine horizontale Achse, die C-Achse entsprechend die Drehung um eine vertikale Achse. Zum Einmessen der A- und C-Achse wird ein Meßdorn in die Werkzeugaufnahme eingesetzt und in eine Null-Lage ausgerichtet. Diese Lage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des Meßdornes einen Winkel von 0° gegenüber der A- und C-Achse einschließt. Durch translatorische Bewegung des Meßdornes senkrecht zur A- und C-Achse kann die Winkelgenauigkeit der Null-Lage bestimmt werden. Bei einem Meßdorn konstanten Durchmessers ändert sich der Abstand der Oberfläche des Meßdornes zu einem beliebigen Bezugspunkt innerhalb der durch die A- und C-Achse gebildeten Ebene nicht, er bleibt also konstant.

Beim Betrieb einer fünfachsigen Fräsmaschine ist es notwendig, in geeigneten Zeitabständen ein Einmessen der Maschine bezüglich der A- und C-Achse vorzunehmen. Dabei wird eine Weg-Meßvorrichtung, beispielsweise eine sogenannte Meßuhr, zunächst in Richtung einer der Achsen angeordnet und die mit einem Meßdorn bestückte Werkzeugaufnahme senkrecht zu dieser Achse translatorisch bewegt. Die Meßuhr zeigt dann Winkelabweichungen durch im Laufe der translatorischen Bewegung veränderliche Weganzeigen an. Diese Anzeige kann bei bekannter Geometrie des Meßdornes in eine Winkelabweichung umgerechnet werden. Der gleiche Vorgang wird in Richtung der anderen Achse wiederholt. Das Einmessen erfordert daher das manuelle Einrichten der Weg-Meßvorrichtung nacheinander in zwei Raumrichtungen. Dieser Vorgang ist vergleichsweise aufwendig und erfordert einen Zeiteinsatz von bis zu 30 Minuten für einen Durchgang.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die bzw. das ein weniger aufwändiges Einmessen der A- und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine erlaubt.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 12 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt mindestens zwei Weg-Meßeinrichtungen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß ein Meßdorn in der Werkzeugaufnahme einer Frässpindel einer Fräsmaschine befestigt wird und axial in eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bewegt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann fest an der Fräsmaschine, beispielsweise an dem Frästisch, montiert sein. Denkbar ist auch eine Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beispiel in das Gehäuse oder den Ständer der Fräsmaschine. Das Einmessen erfordert an manueller Tätigkeit nur noch das Wechseln des Werkzeuges gegen einen Meßdom und das Einfahren des Meßdornes in die Vorrichtung. Zusätzliche Maßnahmen zum Aufbau und zur Justierung der Meßvorrichtung entfallen. Die Vorrichtung ermöglicht damit eine Einmessung der A- und C-Achse praktisch ohne Betriebsunterbrechung, da das Einmessen in wenigen Minuten durchführbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Weg-Meßeinrichtungen etwa senkrecht zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht die Bestimmung von Winkelabweichungen etwa senkrecht zueinander stehender Koordinaten, ohne Umrechnungen des Koordinatensystems vorzunehmen und damit Mess- und Rechenungenauigkeiten inkaufnehmen zu müssen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine der Weg- Meßeinrichtungen in Richtung der A-Achse angeordnet ist. Die Vorrichtung zeigt so Winkelabweichungen unmittelbar in Richtung der A-Achse an, ohne daß zusätzliche Umrechnungen der Raumrichtung erforderlich wären.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß eine der Weg- Meßeinrichtungen in Richtung der C-Achse angeordnet ist. Man erhält so ohne Umrechnungsaufwand unmittelbar Meßergebnisse in Richtung der A- und C-Achse.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß zwei gegenüberliegende Weg-Meßeinrichtungen in Richtung der A-Achse angeordnet sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine Kontrolle der Meßgenauigkeit der Vorrichtung. Die Anzeige einer Weg-Meßeinrichtung kann durch die Anzeige der gegenüber angeordneten Weg-Meßeinrichtung überprüft werden. Fehlerhafte Messungen, zum Beispiel durch eine beschädigte Weg-Meßeinrichtung oder dergleichen können so erfaßt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß zwei gegenüberliegende Weg-Meßeinrichtungen in Richtung der C-Achse angeordnet sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine Kontrolle der Anzeigewerte in Richtung der A- und in Richtung der C-Achse.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß diese einen U- förmigen Tragbügel sowie ein von dem U-förmigen Tragbügel umfaßtes Rohr umfaßt. Die derart ausgestaltete Vorrichtung kann aus handelsüblichen Halbzeugen gefertigt werden oder beispielsweise als vergleichsweise einfaches Gußteil ausgeführt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß die Weg- Meßeinrichtungen im wesentlichen radial in dem Rohr angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Weg-Meßeinrichtungen relativ einfach zu montieren und einfach auszutauschen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß die Weg- Meßeinrichtungen handelsübliche Meßuhren sind. Derartige Meßuhren sind im Bereich der Fertigungstechnik übliche Ausstattung und daher vergleichsweise kostengünstig.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Weg- Meßeinrichtungen berührungslos arbeitende Entfernungsmesser sind. Derartige Meßeinrichtungen weisen gegenüber mechanisch-tastenden Einrichtungen eine höhere Meßgenauigkeit auf und können aufgrund der in der Regel digital anfallenden Daten einfach in vorhandene Steuerungen integriert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß diese an einem Frästisch befestigbar ist. Auf diese Weise können vorhandene Fräsmaschinen nachträglich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Weg-Meßvorrichtungen Mittel zur elektrischen Datenerfassung sowie zur Datenübertragung an eine Fräsmaschinensteuerung umfassen. Diese Maßnahme ermöglicht die Übemahme der anfallenden Meßdaten in die Steuerung der Fräsmaschine und damit eine vollautomatische Auswertung der Meßdaten.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß ein Meßdom in der Werkzeugaufnahme einer Frässpindel einer Fräsmaschine befestigt wird und axial in eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bewegt wird. Die Vorgehensweise zum Einmessen der A- und C-Achse der fünfachsigen Fräsmaschine entspricht damit grundsätzlich der bekannten Vorgehensweise. Gegenüber dieser fällt jedoch ein Meßdurchgang weg.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Einmeßvorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Einmeßvorrichtung ohne Weg-Meßeinrichtungen;

Fig. 3 eine Skizze zur Anwendung der Einmeßvorrichtung.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der die A-Achse und die C-Achse eingezeichnet sind. Eine Einmeßvorrichtung 1 umfaßt einen Tragbügel 2, der im wesentlichen U-förmige Gestalt besitzt. An den beiden geöffneten Schenkeln des U- förmigen Tragbügels 2 ist an den Außenseiten jeweils ein Befestigungsschuh 3 angeordnet. In die Befestigungsschuhe 3 ist jeweils eine Befestigungsbohrung 4 eingebracht. Es handelt sich hier um Senkbohrungen zur Einbringung handelsüblicher Schrauben zur Befestigung der Einmeßvorrichtung 1 zum Beispiel mittels Nutensteinen an dem Werkzeugtisch einer Fräsmaschine.

In dem halbkreisförmigen Teil des Tragbügels 2 ist ein Rohr 5 angeordnet. Das Rohr 5 ragt an einer Seite, wie Fig. 2 zu entnehmen ist, über den Tragbügel 2 hinaus. Die Länge des Rohres 5 ist somit größer als die Tiefe des Tragbügels 2. Ebenso ist die Tiefe der Befestigungsschuhe 3 größer als die Tiefe des Tragbügels 2, so daß diese ebenfalls an einer Seite über den Tragbügel 2 hinausragen. Die Befestigungsschuhe 3 ragen an der gleichen Seite wie das Rohr 5 über den Tragbügel 2 hinaus.

In dem über den Tragbügel 2 hinaus ragenden Bereich des Rohres 5 sind vier Bohrungen 6 jeweils um 90° versetzt eingebracht. In den Bohrungen 6 sind Weg- Messeinrichtungen 7, in der dargestellten Ausführungsform sind dies handelsübliche sogenannte Messuhren, befestigt. Diese verfügen jeweils über einen Taststift 8, der jeweils in den Innenraum des Rohres 5 ragt.

Fig. 3 verdeutlicht die Anwendung der Einmeßvorrichtung 1. Diese ist befestigt an einem Werkzeugtisch 9. Die Frässpindel der Fräse ist bestückt mit einem Meßdorn 10. Dieser wird in das Rohr 5 eingeführt, so daß er zwischen den Taststiften 8 gelegen ist. Der von den Taststiften 8 markierte lichte Durchmesser ist geringer als der Durchmesser des Meßdorns 10, so daß alle Taststifte 8 den Meßdorn 10 berühren.

Der Meßdorn 10 wird während des Meßvorganges langsam in die Einmeßvorrichtung 1 eingefahren. Bei einer Abweichung der Mittelachse des Meßdorns 10 von der Vorschubrichtung der Frässpindel werden die Taststifte 8 im Laufe des Vorschubes unterschiedlich stark eingedrückt.

Die Meßuhren 7a und 7b dienen der Messung der C-Achse der Fräsmaschine, die Meßuhren 7c und 7d dienen der Messung der A-Achse der Fräsmaschine. Die Anordnung jeweils zwei sich gegenüberliegender Meßuhren, nämlich die Meßuhren 7a und 7b sowie die Meßuhren 7c und 7d, ermöglicht eine Kontrolle der Meßgenauigkeit der Einmeßvorrichtung 1 durch Vergleich der Anzeigewerte zweier jeweils sich gegenüberliegender Meßuhren 7. Ausreichend für die eigentliche Messung wäre jeweils eine Meßuhr je Koordinatenachse, beispielsweise also die Meßuhren 7a und 7c.

Anstatt der Meßuhren 7 können auch andere Weg-Meßeinrichtungen verwendet werden, beispielsweise berührungslos arbeitende Laser-Entfernungsmesser oder dergleichen. Ebenso können die Weg-Meßeinrichtungen mit Einrichtungen zur Datenerfassung und Datenübertragung an die CNC-Steuerung der Fräsmaschine ausgestattet sein, so daß Abweichungen unmittelbar vom Steuerungsprogramm der Fräsmaschine ausgewertet werden können.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Einmeßvorrichtung

2

Tragbügel

3

Befestigungsschuh

4

Befestigungsbohrung

5

Rohr

6

Bohrungen

7

(a, b, c, d) Weg-Messeinrichtungen

8

Taststift

9

Werkzeugtisch

10

Meßdorn

Claims

1. Vorrichtung zum Einmessen der A- und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens zwei Weg-Meßeinrichtungen (7) umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg- Meßeinrichtungen (7) etwa senkrecht zueinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Weg- Meßeinrichtungen (7) in Richtung der A-Achse angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Weg-Meßeinrichtungen (7) in Richtung der C-Achse angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Weg-Meßeinrichtungen (7a, 7c) in Richtung der A-Achse angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Weg-Meßeinrichtungen (7c, 7d) in Richtung der C-Achse angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen U-förmigen Tragbügel (2) sowie ein von dem U-förmigen Tragbügel (2) umfaßtes Rohr (5) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg- Meßeinrichtungen (7a, 7b, 7c, 7d) im wesentlichen radial in dem Rohr (5) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg-Meßeinrichtungen (7) handelsübliche Meßuhren sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg-Meßeinrichtungen (7) berührungslos arbeitende Entfernungsmesser sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese an einem Frästisch (9) befestigbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg-Meßvorrichtungen (7) Mittel zur elektrischen Datenerfassung sowie zur Datenübertragung an eine Fräsmaschinensteuerung umfassen.

13. Verfahren zum Einmessen der A- und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßdorn (10) in der Werkzeugaufnahme einer Frässpindel einer Fräsmaschine befestigt wird und axial in eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 bewegt wird.