DE10017394A1 - Method and device for gauging and adjusting the A and C axes of a five-axis milling machine includes path adjusters for fastening a barrel gauge in a milling spindle tool holding fixture and moving it axially. - Google Patents
Method and device for gauging and adjusting the A and C axes of a five-axis milling machine includes path adjusters for fastening a barrel gauge in a milling spindle tool holding fixture and moving it axially.Info
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einmessen der A- und C-Achse einer fünfachsigen Fräsmaschine.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the A and C axes of a five-axis milling machine.
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.Computer-controlled milling machines, so-called CNC machines, often make it possible in addition to the translatory movement of the milling tool in the three spatial directions a rotation of the milling tool around two spatial axes. In addition to the rotation of the Milling tool, which mechanically represents a degree of freedom, has that Milling tool thus five additional degrees of freedom. Such milling machines called therefore also as five-axis machines. The two additional axes of rotation of the Milling tools are referred to as A and C axes. Denoted the A axis usually the rotation around a horizontal axis, the C axis corresponding to the Rotation around a vertical axis. A is used to measure the A and C axes Measuring mandrel inserted in the tool holder and aligned in a zero position. This position is characterized in that the central axis of the measuring mandrel is one Includes an angle of 0 ° to the A and C axes. Through translational Movement of the measuring mandrel perpendicular to the A and C axes can change the angular accuracy the zero position can be determined. With a measuring mandrel of constant diameter changes the distance between the surface of the measuring mandrel and any reference point not within the plane formed by the A and C axes, so it remains constant.
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.When operating a five-axis milling machine, it is necessary to use suitable Intervals of measuring the machine with respect to the A and C axes to make. A displacement measuring device, for example a so-called Dial gauge, initially arranged in the direction of one of the axes and the one with a measuring mandrel equipped tool holder moved translationally perpendicular to this axis. The The dial gauge then shows angular deviations due to the translatory movement variable route displays. If the geometry of the Measuring mandrel can be converted into an angular deviation. The same process will repeated in the direction of the other axis. Measuring therefore requires manual Setting up the path measuring device in succession in two spatial directions. This The process is comparatively complex and requires a time commitment of up to 30 Minutes for a run.
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.The problem underlying the present invention is an apparatus and to provide a method that a less complex measurement of the A- and C-axis of a five-axis milling machine.
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.This problem is solved according to the invention by a device according to claim 1 and a method according to claim 12 solved. The device according to the invention comprises at least two path measuring devices. The method according to the invention provides that a measuring mandrel in the tool holder of a milling spindle Milling machine is fastened and axially into a device according to one of claims 1 until 11 is moved.
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.The device according to the invention can be firmly attached to the milling machine, for example the milling table. An integration of the invention is also conceivable Device, for example, in the housing or the stand of the milling machine. The In manual activity, measuring only requires changing the tool against a measuring dome and the insertion of the measuring mandrel into the device. Additional Measures to set up and adjust the measuring device are not necessary. The The device thus enables measurement of the A and C axes practically without Business interruption because the calibration can be carried out in a few minutes.
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 a preferred embodiment it is provided that the displacement measuring devices are arranged approximately perpendicular to each other. This configuration of the device enables the determination of angular deviations approximately perpendicular to each other standing coordinates without converting the coordinate system and thus having to accept measurement and calculation inaccuracies.
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 a preferred embodiment it is provided that one of the paths Measuring devices is arranged in the direction of the A axis. The device shows so Angular deviations immediately in the direction of the A axis without additional Conversions of the spatial direction would be necessary.
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 a preferred embodiment it is further provided that one of the paths Measuring devices is arranged in the direction of the C axis. So you get without Conversion effort directly results of measurements in the direction of the A and C axes.
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 a preferred embodiment it is further provided that two opposite measuring devices are arranged in the direction of the A-axis. This measure enables the measuring accuracy of the device to be checked. The A path measuring device can be displayed by displaying the opposite arranged displacement measuring device can be checked. Faulty measurements, for Example by a damaged path measuring device or the like can be detected in this way become.
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 a preferred embodiment it is further provided that two opposite measuring devices are arranged in the direction of the C-axis. This measure enables the display values to be checked in the direction of the A and in Direction of the C axis.
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 a preferred embodiment it is further provided that this has a U- shaped support bracket and a tube surrounded by the U-shaped support bracket. The device designed in this way can be manufactured from commercially available semi-finished products are or be carried out, for example, as a comparatively simple casting.
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 a preferred embodiment it is further provided that the path Measuring devices are arranged essentially radially in the tube. In this Design of the device, the displacement measuring devices are relatively simple assemble and easy to replace.
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 a preferred embodiment it is further provided that the path Measuring devices are standard dial gauges. Such dial indicators are in the range The usual equipment in manufacturing technology and therefore comparatively inexpensive.
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 an alternative embodiment it can be provided that the path Measuring devices are non-contact rangefinders. Such Measuring devices have a higher level than mechanical probing devices Measurement accuracy on and can due to the usually digital data can be easily integrated into existing controls.
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. In a preferred embodiment it is provided that these are on a milling table is attachable. In this way, existing milling machines can be retrofitted be equipped with a device according to the invention.
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.Furthermore, it can be provided that the path measuring devices have means for electrical Data acquisition and for data transmission to a milling machine control include. This measure enables the measurement data to be taken over in the control of the milling machine and thus a fully automatic evaluation of the Measurement data.
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.The inventive method provides that a measuring dome in the Tool holder of a milling spindle of a milling machine is fastened and axially in a device according to one of claims 1 to 11 is moved. The method for measuring the A and C axes corresponds to the five-axis milling machine basically the known procedure. However, compared to this one occurs Measurement run away.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigenThe following is an embodiment of the present invention Described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Einmeßvorrichtung; Fig. 1 is a front view of a measuring device;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Einmeßvorrichtung ohne Weg-Meßeinrichtungen; Fig. 2 is a side view of the calibration apparatus without path-measuring devices;
Fig. 3 eine Skizze zur Anwendung der Einmeßvorrichtung. Fig. 3 is a sketch for the application of the measuring device.
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.First, reference is made to FIG. 1, in which the A-axis and the C-axis are drawn. A measuring device 1 comprises a support bracket 2 , which has a substantially U-shaped shape. On the two opened legs of the U-shaped bracket 2 , a fastening shoe 3 is arranged on the outer sides. A mounting hole 4 is made in each of the mounting shoes 3 . These are countersunk bores for introducing commercially available screws for fastening the measuring device 1, for example by means of sliding blocks on the tool table of a milling machine.
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 the semi-circular part of the bracket 2 , a tube 5 is arranged. The tube 5 protrudes beyond the support bracket 2 on one side, as can be seen in FIG. 2. The length of the tube 5 is thus greater than the depth of the support bracket 2 . Similarly, the depth of the fixing shoes is greater than 3, so that these protrude than the depth of the bracket 2 is also on one side via the supporting bracket. 2 The mounting shoes 3 protrude on the same side as the tube 5 beyond the bracket 2 .
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.In the area of the tube 5 which projects beyond the support bracket 2 , four bores 6 are each offset by 90 °. Path measuring devices 7 are fastened in the bores 6 , in the embodiment shown these are commercially available so-called dial gauges. These each have a stylus 8 , which projects into the interior of the tube 5 .
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. Fig. 3 illustrates the application of the calibration apparatus. 1 This is attached to a tool table 9 . The milling spindle of the milling machine is equipped with a measuring mandrel 10 . This is inserted into the tube 5 so that it is located between the styli 8 . The clear diameter marked by the styli 8 is smaller than the diameter of the measuring mandrel 10 , so that all styli 8 touch the mandrel 10 .
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.The measuring mandrel 10 is slowly moved into the measuring device 1 during the measuring process. If the center axis of the measuring mandrel 10 deviates from the feed direction of the milling spindle, the stylus pins 8 are pressed in to different extents during the feed.
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.The dial indicators 7 a and 7 b are used to measure the C axis of the milling machine, the dial indicators 7 c and 7 d are used to measure the A axis of the milling machine. The arrangement of two opposite dial gauges, namely dial gauges 7 a and 7 b and dial gauges 7 c and 7 d, enables the measuring accuracy of measuring device 1 to be checked by comparing the display values of two opposite dial gauges 7 . One dial gauge per coordinate axis would be sufficient for the actual measurement, for example, dial gauges 7 a and 7 c.
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. Instead of dial gauges 7 , other displacement measuring devices can also be used, for example non-contact laser range finders or the like. Likewise, the path measuring devices can be equipped with devices for data acquisition and data transmission to the CNC control of the milling machine, so that deviations can be evaluated directly by the control program of the milling machine.
11
Einmeßvorrichtung
Measuring device
22
Tragbügel
Support bracket
33rd
Befestigungsschuh
Mounting shoe
44
Befestigungsbohrung
Mounting hole
55
Rohr
pipe
66
Bohrungen
Holes
77
(a, b, c, d) Weg-Messeinrichtungen
(a, b, c, d) displacement measuring devices
88th
Taststift
Stylus
99
Werkzeugtisch
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