DE1961010A1

DE1961010A1 - Machine tool

Info

Publication number: DE1961010A1
Application number: DE19691961010
Authority: DE
Inventors: Perry Charles Boswell
Original assignee: Cincinnati Milling Machine Co
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1969-01-23
Filing date: 1969-12-05
Publication date: 1970-07-30
Also published as: GB1290360A

Description

PATENTANWÄLTE F.W. H EM M ER ICH · G E R D M O LLE R · D. C-R OSSf 21 PATENTANWÄLTE FW H EM M ER ICH GERDMO LLE R D. CR OSSf 21 DÜSSELDORF 1 0 · HO M BE R G E R STR ASSE 5 2ß H 1969DÜSSELDORF 1 0 HO M BE R G E R STR ASSE 5 2ß H 1969 THE CINCINNATI MILLING MACHINE CO., Cincinnati, OHIO / USA Machine tool

Diese Erfindung befaßt sich mit einer Werkzeugmaschine. Sie befaßt sich insbesondere aber mit einer Vorrichtung, welche unter Verwendung eines flachen Laserstrahles die Position oder die Einstellung des Werkzeuges bestimmt.This invention is concerned with a machine tool. It is particularly concerned with a device which, using a flat laser beam, the Determines the position or the setting of the tool.

Was den Betrieb und die Arbeitsweise von Werkzeugmaschinen, insbesondere von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechselvorrichtungen und numerischer Steuerung, betrifft, so gibt es noch eine Reihe von praxisbezogenen Problemen. Eines dieser Probleme ist die Anordnung oder die Positionierung der Werkzeugspitze. Ist eine Werkzeugwechselvorrichtung vorhanden, dann besitzt ein jedes der aufeinanderfolgenden Werkzeuge einen eigenen Werkzeughalter, welcher fest und kraftschlüssig in eine Buchse der Werkzeugmaschinenspindel paßt und dadurch im Hinblick auf die Spindelachse sehr genau in Position gebracht wird. Im Hinblick auf die Spindelachse kann der Arbeitspunkt oder die Schneidkante des Werkzeuges nach dem Einstellen der Maschine und nach dem Aufzeichnen der Werkzeugspitzenposition auf den Steuerstreifen oder Lochstreifen sich jedoch verändern, weil das Werkzeugverschlissen sein kann, weil das Werkzeug geschärft sein kann oder weil das Werkzeug im Werkzeughalter verschoben worden ist. Ein anderes Problem ist die Erwärmung oder Erhitzung des Werkzeuges. Eine Lochstreifensteuerung ist ohne eine bestimmte Startposition für jedes Werkzeug unmöglich. Diese und andere bei den bisherigen Vorrichtungen" aufgekommenen Schwierigkeiten und Probleme werden im Rahmen dieser Erfindung in einer vollkommen neuartigen Weise vermieden,As for the operation and functioning of machine tools, in particular machine tools with tool changing devices and numerical control, there are still a number of practical problems. One One of these problems is the placement or positioning of the tool tip. Is a tool changing device present, then each of the successive tools has its own tool holder, which is fixed and frictionally in a socket of the machine tool spindle fits and is thereby brought into position very precisely with regard to the spindle axis. With regard to the spindle axis can be the working point or the cutting edge of the tool after setting the machine and after recording However, the tool tip position on the control strip or punched tape change because the tool may be worn because the tool may be sharpened can or because the tool has been moved in the tool holder. Another problem is warming or heating of the tool. A punched tape control is impossible without a specific starting position for each tool. These and other difficulties and problems encountered with the prior art devices are addressed within the scope of this Invention avoided in a completely new way,

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Diese Erfindung zielt deshalb in der Hauptsache darauf ab, eine. Werkzeugmaschine zu schaffen, bei welcher im Hinblick auf die Spindelachse die Position der Werkzeugspitze genau bestimmt wird.This invention is therefore mainly aimed at one. To create a machine tool in which the position of the tool tip is accurate with respect to the spindle axis is determined.

Diese Erfindung zielt zum anderen darauf ab, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, welche eine Bandsteuerung oder eine Lochstreifensteuerung besitzt, die trotz der von Werkstück zu Werkstück anderen Werkzeugspitzenposition eine w gute Wiederholbarkeit gewährleistet.This invention is directed to the other from it, to provide a machine tool which has a band control or a punched tape control system, which ensures a good w repeatability in spite of the workpiece to the other workpiece tool tip position.

Diese Erfindung zielt weiterhin darauf ab, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, deren Arbeitsablauf samt Werkzeugwechsel automatisch gesteuert und geregelt wird und bei welcher es nicht notwendig ist, ein bestimmtes Werkzeug trotz Verschleiß des Werkzeuges, trotz Anschärfen des Werkzeuges und trotz Verschieben des Werkzeuges im Werkzeughalter einzustellen oder zu verstellen.This invention also aims to create a machine tool, the work flow including tool change is controlled and regulated automatically and for which it is not necessary to use a specific tool despite wear of the tool, despite sharpening the tool and despite moving the tool in the tool holder adjust or adjust.

Werden diese und andere Ziele und Eigenschaften berücksichtigt, dann sollte es für Fachleute klar sein, daß sich k diese Erfindung aus einer Kombination der in der nachstehend gegebenen Spezifikation beschriebenen Teile zusammensetzt, für welche mit den Patentansprüchen um Patentschutz nachgesucht wird.If these and other goals and characteristics are taken into account, then it should be clear to those skilled in the art that k this invention from a combination of those in the following given specification is composed of parts for which patent protection is sought with the claims will.

Diese Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit einer Werkzeugmaschine. Zu dieser Werkzeugmaschine gehören: eine Grundplatte, auf welche eine Werkzeughalterung und eine Werkstückhalterung montiert sind; Vorrichtungen, welche längs einer bestimmten Bahn zwischen Werkzeughalterung und der Werkstückhalterung eine Relativbewegung herbeizuführen haben; ein Generator oder eine Lichtquelle, welche in einer rechtwinklig zur vorerwähnten Bahn liegenden Ebene einThis invention is generally concerned with a machine tool. This machine tool includes: a base plate on which a tool holder and a Workpiece holder are mounted; Devices, which along a certain path between the tool holder and have to bring about a relative movement of the workpiece holder; a generator or a light source, which in a at right angles to the aforementioned path a plane

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Lichtband oder einen Lichtstrahl zu erzeugen hat; sowie eine Empfangsvorrichtung, auf welche der Lichtstrahl oder das Lichtband auftrifft und welche zur Errichtung eines Bezugspunktes in dem vorerwähnten Pfad oder in der vorerwähnten Bahn dann wirksam wird, wenn das Werkzeug in das Lichtband oder in den Lichtstrahl eindringt.Has to produce a band of light or a beam of light; as a receiving device on which the light beam or the light band impinges and which for the establishment of a Reference point in the aforementioned path or in the aforementioned path then becomes effective when the tool is in the light band or into the light beam penetrates.

Um es genauer auszudrücken: Der Generator oder die Lichtquelle setzt einen Lichtstrahl konstanter Frequenz frei, welcher dann Über eine Reihe von Lichtstrahlbahnen, welche alle in der gleichen Ebene liegen,geführt wird. Die Unterbrechung von irgendeiner Lichtbahn wird vom Empfänger oder vom Meßfühler zur Kenntnis genommen. Bei einer Ausführung des Erfindungsgegenstandes besitzen die Lichtbahnen oder Strahlenbahnen eine durch einen sich drehenden Spiegel herbeiführte fächerartige Form, bei einer anderen Ausführung des Erfindungsgegenstandes erzeugen zwei nicht ganz parallel angeordnete Spiegel eine Zick-Zack-Form.To put it more precisely: the generator or the light source releases a beam of light of constant frequency, which then passes through a series of light beam paths, which are all in the same plane. The interruption of any light path is made by the receiver or noted by the sensor. In one embodiment of the subject matter of the invention, the light paths have or ray traces a fan-like shape brought about by a rotating mirror, in another Execution of the subject matter of the invention produce two mirrors that are not completely parallel arranged in a zigzag shape.

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Diese und andere Eigenschaften und Ziele dieser Erfindung sind am besten zu verstehen, wenn dazu die nachstehend gegebene Beschreibung und die dieser Patentanmeldung beiliegenden Zeichnungen zu Hilfe genommen werden. Im einzelnen ist:These and other features and objects of this invention are best understood when referring to the description given below and the description attached to this patent application Drawings can be used as an aid. In detail is:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Werkzeugmaschine dieser Erfindung.Fig. 1 is a top plan view of a machine tool of this invention.

Fig. 2 ein längs der Linie II-II von Fig. 1 gelegter Vertikalschnitt durch" den Erf xndung s gegenstand.FIG. 2 is one laid along the line II-II of FIG Vertical section through the subject of the invention.

Fig. 3 eine vertikale Seitenansicht einer geänderten und modifizierten Ausführung des Erfindungsgegenstandes. Fig. 3 is a vertical side view of a modified one and modified execution of the subject matter of the invention.

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil der Werkzeugmaschine.FIG. 4 is an enlarged plan view of part of FIG Machine tool.

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer anderen Werkzeugmaschine, bei welcher dieser Erfindung Anwendung findet.Fig. 5 is a perspective view of another machine tool in which this invention Applies.

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Wiedergabe eines Teiles der mit Fig. 5 dargestellten Werkzeugmaschine. FIG. 6 shows an enlarged perspective reproduction of part of the machine tool shown in FIG. 5.

Zunächst einmal sei auf Fig. 1 verwiesen, welche die wesentlichen Eigenschaften und Merkmale dieser Erfindung am besten kenntlich macht. Die dort mit der Hinweiszahl 10 gekennzeichnete Werkzeugmaschine besitzt eine längliche Grundplatte 11, auf welche ein Werkzeugschlitten oder Werkzeughalterungsschlitten 12 montiert ist. Zur Werkzeugmaschine gehört auch eine Vorrichtung, welche zur Herbei-First of all, reference is made to FIG. 1, which shows the essential properties and features of this invention on best identifies. The one there with the reference number 10 The machine tool marked has an elongated base plate 11 on which a tool slide or tool holder slide 12 is mounted. The machine tool also includes a device which

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führung einer Quervorschubsbewegung während des Arbeitsablaufes den Werkzeugschlitten oder den Werkzeughalterungsschlitten quer zur Grundplatte zu bewegen oder zu verfahren hat. Auf die Oberfläche des Werkzeugschlittens oder des Werkzeughalterungsschlittens ist die WerkzeughalterungExecution of a cross feed movement during the work process to move or move the tool slide or the tool holder slide transversely to the base plate Has. The tool holder is on the surface of the tool slide or the tool holder slide

13 aufgesetzt, in welche wiederum ein Einschneidenwerkzeug13 placed in which, in turn, a single cutting tool

14 eingesetzt ist.14 is inserted.

Auf die Grundplatte 11 ist weiterhin auch ein Werkstückschlitten 15 mit seiner drehbaren oder umlaufenden Spindel 16, auf welcher ein Werkstück 17 sitzt, welches durch das Werkzeug 14 eine Drehfläche eingearbeitet erhalten soll. Die vorerwähnte Spindel wird von einer Werkstückshalterung 18 gehalten und von einem Motor 19, welcher ebenfalls auf die Oberfläche des Werkstückschlittens montiert ist, angetrieben. Damit der Werkstückschlitten 15 in Richtung der Spindelachse und in Längsrichtung der Grundplatte verfahren oder bewegt werden kann, ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen.A workpiece slide 15 with its rotatable or rotating spindle is also on the base plate 11 16, on which a workpiece 17 sits, which is to be machined into a turning surface by the tool 14. The aforementioned spindle is held by a workpiece holder 18 and by a motor 19, which is also on the surface of the workpiece carriage is mounted, driven. So that the workpiece carriage 15 in the direction the spindle axis and can be moved or moved in the longitudinal direction of the base plate, is a drive device intended.

Von der einen Seite des Werkstückschlittens 15 aus erstreckt sich in seitlicher Richtung ein Arm oder Träger 21, auf dem ein Lichtstrahlgenerator oder eine den Lichtstrahl hervorrufende Beleuchtungsquelle 22 sitzt. Von der anderen Seite des Werkstückschlittens 15 aus erstreckt sich in seitlicher Richtung ein Arm oder Träger 23, auf welchen der Empfänger oder die Lichtstrahlaufnahmevorrichtung 24 sitzt. Das aus dem Lichtstrahlgenerator oder aus der einen Lichtstrahl erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung 23 austretende Licht, welches auf die Lichtstrahlaufnahmevorrichtung oder den Empfänger 24 ausgerichtet ist, bildet ein dünnes Band 25, welches in einer zur Achse der Spindel 16 rechtwinkligen Ebene liegt.Extends from one side of the workpiece carriage 15 In the lateral direction there is an arm or support 21 on which a light beam generator or a light beam causing illumination source 22 is seated. From the other side of the workpiece carriage 15 extends in lateral direction an arm or support 23 on which the receiver or the light beam pickup device 24 sits. That emerging from the light beam generator or from the lighting device 23 which generates a light beam Light that is aimed at the light beam capture device or the receiver 24 forms a thin band 25 which lies in a plane perpendicular to the axis of the spindle 16.

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Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Lichtstrahlgenerator oder die einen Lichtstrahl hervorrufende Beleuchtungsvorrichtung einen aus Einzelfrequenzlicht bestehenden Lichtstrahl 26 erzeugt, welcher allgemein als Laserstrahl bekannt ist. Dieser Lichtstrahl, welcher zunächst einmal eine Blende 27 passiert, wird auf einen nahe dem Empfänger oder der Lichtstrahlaufnahmevorrichtung 2»» angeordneten Spiegel 28 geführt, welcher dann wiederum den Lichtstrahl wieder zum Lichtstrahlgenerator oder der den Lichtstrahl erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung hin reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl fällt in einen Spiegel 29 ein, welcher den Lichtstrahl dann wieder zurückwirft. Die vorerwähnten Spiegel sind derart montiert, daß sie auf Achsen, welche der Spindelachse parallel angeordnet sind, eingestellt und verstellt werden können. Werden die reflektierenden Flächen dieser Spiegel so eingestellt, daß sie etwas aus der Parallele herausgebracht sind, dann wird der Lichtstrahl zur Bildung des Lichtbandes 25 zickzackförmig hin und her reflektiert. Dieser Lichtstrahl wird dann vom Spiegel 29 derart reflektiert, daß,er an der unteren Kante des Spiegels 28 vorbei in den Empfänger oder in die Lichtstrahlauf nahmevorrichtung 24,zu welcher eine Photozelle 31 gehört, einfällt. Diese Photozelle ist in der üblichen Weise derart mit einem Relais verbunden, daß ein Ausbleiben des Lichtstrahles oder des einfallenden Lichtes ein Signal hervorruft, welches dann zur Steuerung oder zur Regelung der Werkzeugmaschine weitergeleitet wird und dort anzeigt, daß ein Werkzeug oder daß das Werkzeug das Lichtband 25. erreicht hat. Die vertikale oder seitliche Anordnung des Werkzeuges ist nicht so wichtig, weil das Lichtband so breit gewählt ist, daß es allen möglichen Positionen des Werkzeuges entsprechen kann.From Fig. 2 it can be seen that the light beam generator or the lighting device producing a light beam is one composed of single frequency light Light beam 26 is generated, which is commonly known as a laser beam. This ray of light, which first of all a diaphragm 27 passes, is placed on a near the receiver or the light beam pickup device 2 »» Mirror 28 out, which then in turn returns the light beam to the light beam generator or the light beam generating lighting device reflected back. The reflected light beam falls into a mirror 29, which then throws the light beam back again. The aforementioned mirrors are mounted in such a way that they are on axes, which are arranged parallel to the spindle axis, can be set and adjusted. Will be reflective Areas of these mirrors adjusted so that they are brought out of parallel, then the Light beam to form the light band 25 is reflected back and forth in a zigzag shape. This light beam is then from Mirror 29 is reflected in such a way that it runs past the lower edge of mirror 28 into the receiver or into the light beam taking device 24, to which a photocell 31 heard, occurs. This photocell is connected to a relay in the usual way so that the failure of the Light beam or the incident light causes a signal, which is then used for control or regulation of the machine tool and indicates there that a tool or that the tool has reached the light band 25 Has. The vertical or side arrangement of the tool is not so important because the light band is so is chosen broad so that it can correspond to all possible positions of the tool.

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Fig. 3 zeigt eine geänderte und modifizierte Ausführung der Vorrichtung, mittels der der Lichtstrahl in ein Lichtband umgesetzt werden soll. Von einem Lasergenerator 22a wird ein Lichtstrahl 26a erzeugt und dann auf den Spiegel 32 geworfen.Fig. 3 shows a changed and modified embodiment of the device, by means of which the light beam in a light band should be implemented. A light beam 26a is generated by a laser generator 22a and then onto the mirror 32 thrown.

Der auf einer parallel zur Spindelachse angeordneten Achse 33 montierte Spiegel 32 kann derart gedreht werden, daß das Licht nach dem Passieren eines Schlitzes der Blende 35 zu einem fächerartigen Lichtband 34 wird. Die Lichtstrahlen fallen in einen Hohlspiegel 36 ein, welcher die Lichtstrahlen in einer Linse 37 sammelt, von wo aus die Lichtstrahlen dann auf einen Empfänger oder eine Photozelle 38 geführt werden. Wird der Lichtstrahl während seiner Schwingbewegung irgendwann einmal unterbrochen, dann wird dieser Zustand von der Photozelle aus der Werkzeugmaschinensteuerung weitergegeben oder gemeldet.The one arranged on an axis parallel to the spindle axis 33 mounted mirror 32 can be rotated in such a way that the light after passing a slit of the aperture 35 becomes a fan-like light band 34. The rays of light fall into a concave mirror 36, which collects the light rays in a lens 37, from where the light rays then to a receiver or a photocell 38. Will the light beam sometime during its swinging movement once interrupted, this status is passed on from the machine tool control by the photocell or reported.

Fig. 4 zeigt schematisch wie eine Werkzeugspitze 39 in ein Lichtband 41 eindringt, welches aus mehreren schlitzförmigen Strahlen 42, 43 und 44 besteht. Bei einer praktischen Ausführung des Erfxndungsgegenstandes hat die Werkzeugspitze einen Radius von 0,0025", sind die Lichtstrahlen 0,0005" dick und 0,003" breit, während die Kanten der Lichtstrahlen um 0,0005" voneinander entfernt sind. Ist die Werkzeugspitze nun so tief in das Lichtband 41 eingedrungen, daß der Querschnitt von einem der Lichtstrahlen um 20 % verringert ist, dann spricht der Meßfühler an. Das Eindringen der Werkzeugspitze zwischen zwei einander benachbarten Strahlen führt zu der gleichen Verringerung im Ausgangsstrahl, wie dies bei ' nur einem Lichtstrahl der Fall wäre, weil wegen der Reflektion durch die Spiegel es zu einer Umkehrung der Seiten der Lichtstrahlen kommt.Fig. 4 shows schematically how a tool tip 39 in a Light band 41 penetrates, which consists of several slot-shaped Rays 42, 43 and 44 consists. In a practical embodiment of the subject matter of the invention, the tool tip has With a radius of 0.0025 ", the light rays are 0.0005" thick and 0.003 "wide, while the edges of the light rays are around 0.0005 "apart. If the tool tip has now penetrated the light band 41 so deep that the cross-section of one of the light beams is reduced by 20%, the sensor responds. Penetration of the tool tip between two adjacent beams leads to the same reduction in the output beam as in ' only one ray of light would be the case because of the reflection the mirrors reverse the sides of the light rays.

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Nachstehend seien nun einige der Vorteile dieser Erfindung angeführt;Below are some of the advantages of this invention cited;

1. In den Werkzeughaltern braucht die Wirklänge der Schneidwerkzeuge nicht mehr voreingestellt zu werden.1. The effective length of the cutting tools no longer needs to be preset in the tool holders.

2. Wegfall der für das Nachstellen oder Kompensieren der zufällig eingestellten Werkzeuglängen erforderlichen Maschinen-Einstellzeit.2. Elimination of the need for readjustment or compensation the machine setting time required for the randomly set tool lengths.

3. Größere Genauigkeit in der Z-Achsen-Zustellbewegung:3. Greater accuracy in the Z-axis infeed movement:

a) Vermeidung einer sich aus der Voreinstellungsungenauigkeit und aus der Veränderung der zwischen dem Werkzeughalter und der Spindel vorhandenen Einsatztiefe ergebenden Toleranzvergrößerung.a) Avoidance of a presetting imprecision and a change in between the Tool holder and the spindle existing depth of use resulting in increased tolerance.

b) Automatische Kompensation oder automatischer Ausgleich für thermisch in der Werkzeugmaschine herbeigeführte Abmessungsänderungen.b) Automatic compensation or automatic compensation for dimensional changes thermally induced in the machine tool.

c) Automatische Kompensation oder automatischer Ausgleich für orthogonale Ungenauigkeiten oder Winkelungenauigkeiten in der Werkzeugmaschine. (Besonders bedeutend bei großen Maschinen, beispielsweise bei Maschinen mit verfahrbarem Ständer, bei welchen die Position der Spindelspitze beeinflußt wird von der geraden Ausführung der Gleitbahnen und von dem koplanaren Verhältnis oder der koplanaren Zuordnung zwischen den Zweiwege-Oberflächen).c) Automatic compensation or automatic compensation for orthogonal inaccuracies or angular inaccuracies in the machine tool. (Particularly important for large machines, for example for Machines with a movable column in which the position of the spindle tip is influenced by the straight execution of the slideways and the coplanar relationship or the coplanar assignment between the two-way surfaces).

^. Weil ein genauer Tiefenanschlag des Werkzeughalters in der Spindel nicht mehr erforderlich ist, kann im Hinblick auf die Konstruktion des Werkzeughalters und der^. Because a precise depth stop of the tool holder in the spindle is no longer required, can in view on the construction of the tool holder and the

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Spindelspitze ein völlig neuer Weg eingeschlagen werden. So läßt diese Erfindung beispielsweise die Verwendung von konischen Schäften samt deren damit verbundenen Verbesserung in der Festigkeit und in der Auslaufsteuerung oder Auslaufregelung zu.Spindle tip a completely new way can be taken. For example, this invention allows its use of conical shafts together with their associated improvement in strength and in run-out control or phase-out regulation too.

Eine Obersicht über den bisherigen und vor dieser Erfindung liegenden Zustand wird von Interesse sein.An overview of the past and prior to this invention lying condition will be of interest.

Bei positionsgesteuerten Maschinen sind bisher zur Steuerung und Regelung der Spitze von Werkzeugen im Hinblick auf die Z-Achsen-Messungen zwei Methoden oder verfahren in großem Umfange.In position-controlled machines are so far used to control and regulate the tip of tools with regard to the Z-axis measurements two methods or travels on a large scale.

Bei dem einen dieser Verfahren wird das Werkzeug im Werkzeughalter in einem bestimmten geregelten Tiefenverhältnis zu einem Ansatz in diesem Werkzeughalter voreingestellt. Dieser Ansatz des Werkzeughalters liegt dann gegen eine entsprechende Fläche auf der Spindelspitze an und arbeitet mit dieser zusammen. Bei dieser Anordnung wird die Position der Schneidkante durch ihr Verhältnis zur Spindelnase oder zur Spindelspitze bekannt, welche ihrerseits wiederum in einem gesteuerten und geregelten Verhältnis zu einer Meßskala steht. Dieses System besitzt die nachstehend angezogenen größeren Nachteile:In one of these processes, the tool is in the tool holder Preset in a certain regulated depth ratio to an approach in this tool holder. This approach of the tool holder then rests against a corresponding surface on the spindle tip and works with this together. With this arrangement, the position of the cutting edge is determined by its relationship to the spindle nose or known to the spindle tip, which in turn is in a controlled and regulated relationship to a measuring scale stands. This system has the major disadvantages mentioned below:

1. Es ist wegen des sehr großen Arbeitsanteiles, welcher bei der Einstellung der Werkzeugspitzen oder Werkzeugschneiden auf die bei den meisten Anwendungsfällen verlangte Genauigkeit erforderlich ist, kostspielig und teuer. Ganz besonders viel Arbeitszeit wird dann verbraucht, wenn Spannhülsen zum Greifen und Festhalten der Werkzeugschäfte oder der Schäfte der Werkzeughalterpaßstücke - (wie dies oft geschieht) - verwendet werden.1. It is because of the very large amount of work that goes into setting the tool tips or tool edges to the accuracy required in most applications is costly and expensive. A particularly large amount of working time is consumed when clamping sleeves have to be gripped and held the tool shanks or the shanks of the tool holder fittings - (as is often done) - can be used.

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Eine Spannhülse besitzt die Eigenschaft, daß sie, wenn sie angezogen oder gespannt wird, bei dem von ihr gegriffenen Schaft eine Axialbewegung herbeiführt:^ Ein Schaft, welcher vor dem Anziehen oder Spannen der Spannhülse in seiner richtigen Position war, ist nun nach dem Anziehen oder Spannen der Spannhülse nicht mehr in seiner richtigen Position. Für den Werkzeug-Einsteller ist es nicht ungewöhnlich, daß er die Spannhülse drei oder vier mal spannt und löst, bevor er seine Arbeit beendet hat, und sich das Werkzeug mit seiner Spitze bei gespannter Spannhülse in der richtigen Position befindet.A clamping sleeve has the property that, when it is tightened or tensioned, it is when the its gripped shaft causes an axial movement: ^ A shaft that was in its correct position before tightening or tensioning the adapter sleeve is now no longer in its correct position after tightening or tensioning the adapter sleeve. For the tool adjuster it is not uncommon for him to tighten and loosen the collet three or four times before he has finished its work and the tip of the tool is in the correct position.

2. Werden die Werkzeuge geschärft, wird die Länge der Werkzeuge verändert, dann ist es oft erforderlich, Längenausgleichsstücke zu verwenden, wodurch wiederum ein anderes mechanisches Element eingeführt wird, das dazu neigt, das Auslaufen des Werkzeuges zu verstärken, und die Kosten der Voreinstellung zu erhöhen.2. If the tools are sharpened, the length of the tools increases changed, then it is often necessary to use length compensation pieces, which in turn creates a another mechanical element is introduced which tends to increase the leakage of the tool, and increase the cost of presetting.

3. Die Voreinstellungsmethode verlangt vom Programmierer, daß er bestimmt, ob er eine standardmäßige Werkzeug-3. The preset method requires the programmer to determine whether to use a standard tool

. verschiebung oder eine spezielle Werkzeugverschiebung haben möchte, die dann der Werkzeugvoreinstellungsstation eingegeben wird. Im Rahmen dieser Erfindung wird die Aufgabe des Programmierers erleichtert, und zwar dadurch, daß er alle Schneidwerkzeug-Z-Achsen-Instruktionen unter Verwendung der auf der Maschine durch das "Lichtband" errichteten Meßstation gibt und diese Meßstation als Startpunkt verwendet.. shift or a special tool shift that is then sent to the tool presetting station is entered. In the context of this invention, the task of the programmer is facilitated, and by having all of the cutting tool Z-axis instructions using those on the machine by the "light band" erected measuring station and this measuring station used as a starting point.

Η. Die Voreinstellungsmethode kompliziert die Konstruktion der Werkzeughalter und der Spindelnase oder Spindelspitze, wodurch wiederum auch die Kosten sowohl für Η. The preset method complicates the construction the tool holder and the spindle nose or spindle tip, which in turn reduces the cost of both

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die Werkzeughalter als auch für die Spindelnase oder Spindelspitze größer werden. Darüber hinaus können konische Werkzeughalterschäfte bei diesem System dann nicht verwendet werden« wenn eine große Tiefengenauigkeit verlangt wird, eine Einstellung auf der Maschine aber nicht gewünscht ist. Bei einigen Maschinen-Werkzeughalterkonstruktion wird durch das Voreinstellungsprinzip auch das Werkzeugwechselsystem kompliziert. So haben beispielsweise solche Werkzeughalter, welche einen Endeiristellungszapf en besitzen, je nach Einstellung dieses Zapfens, welche abmessungsmäßig auf die Spitze des Fräsers bezogen ist, in der Spindelnase oder der Spindelspitze eine variable Eindringtiefe. Bei einer solchen Anordnung muß der Werkzeugzuführungsmechanismus in der Lage sein, die Aufnahmenut im Werkzeugschaft zu suchen, weil dessen Position von Werkzeug zu Werkzeug nicht festgelegt ist. Dadurch werden die Kosten und die Komplexität des Werkzeugaufnahmesystems größer, was auch wiederum dazu führt, daß für einen Werkzeugwechsel mehr Zeit erforderlich ist.the tool holder as well as for the spindle nose or Spindle tip become larger. In addition, tapered tool holder shafts can then be used with this system not to be used «if a great depth accuracy is required, a setting on the Machine is not wanted. With some machine tool holder designs the tool change system also becomes due to the pre-setting principle complicated. For example, those tool holders that have an end position pin depending on the setting of this pin, which is dimensionally related to the tip of the milling cutter, in the Spindle nose or the spindle tip a variable penetration depth. With such an arrangement, the tool feed mechanism be able to search for the locating groove in the tool shank because its position is not fixed from tool to tool is. This increases the cost and complexity of the tool holder system, which in turn leads to the fact that more time is required for a tool change.

Bei dem anderen System oder bei der anderen Methode der Zuordnung der Werkzeugspitze in das Z-Achsen-Maßsystem we2*?en die Fräswerkzeuge oder die Schneidwerkzeuge ohne Beachtung der Position der Werkzeugspitze oder der FCäserspitze in die Werkzeughalter eingesetzt. Dann werden vom Maschinenführer auf der Maschine eine Reihe von Arbeitsvorgängen, zu denen die Positionierung der Werkzeugspitze oder der Fräserspitze in gesteuerter oder geregelter Zuordnung zu dem zu bearbeitenden Teil oder zu der Fläche, welche das zu bearbeitende Teil hält, vorgenommen, und damit der Achse dann registriertWith the other system or with the other method of assigning the tool tip to the Z-axis system of measurement, the milling tools or the cutting tools are inserted into the tool holder regardless of the position of the tool tip or the milling tip. The machine operator then performs a series of work processes on the machine, including the positioning of the tool tip or the milling cutter tip in a controlled or regulated assignment to the part to be machined or to the surface that holds the part to be machined, and thus the axis registered

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-Gewahrend die iräserspitze oder Werkzeugspitze ausgerichtet wird. Dieses System besitzt die nachstehend erwähnten Nachteile:- Keeping the cutter tip or tool tip aligned will. This system has the following disadvantages:

1. Verringerung der Mensch/Maschinen-Produktivität durch Vornahme solcher zeitraubender Arbeitsvorgänge an der Maschine.1. Decrease man / machine productivity by performing such time consuming operations at the machine.

2. Erhöhte Komplizierung der Werkzeugmaschine und des Steuerungssystemes oder Regelungssystemes durch die Hereinnahme der Steuerungen, Anzeigevorrichtungen und Speicherschaltungen, welche dafür erforderlich sind.2. Increased complication of the machine tool and the control system or regulation system taking in the controls, display devices and memory circuits required for this are.

Es gibt zwei Spezialverfahren, welche bis heute zur automatischen Anpassung von beliebig eingestellten Werkzeugen verwendet worden sind und verwendet werden. Diese Verfahren besitzen jedoch zwei größere Nachteile. Bei dem einen dieser Verfahren wird in die Spindel eine Meßvorrichtung oder ein Meßfühler eingebaut, welcher anzeigt, wann das Werkzeug das zu bearbeitende Teil berührt, und welcher an dieser Stelle mit der Z-Achsen-Messung beginnt. Einige der Nachteile bei dieser Lösung sind:There are two special processes that are still used today for the automatic adjustment of arbitrarily set Tools have been used and are being used. However, these methods have two major disadvantages. In one of these methods, a measuring device or sensor is built into the spindle, which shows when the tool touches the part to be machined, and which one at this point starts with the Z-axis measurement. Some of the cons in this solution are:

1. Das Kriterium für die Eindringtiefe des Werkzeuges in ein zu bearbeitendes Teil ist oft nicht die Oberfläche des Teiles, welches dem Werkzeug zuerst gegenüberliegt.1. The criterion for the penetration depth of the tool in a part to be machined is often not that Surface of the part that is facing the tool first.

2. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Werkzeug dem zu bearbeitenden Teil nähern kann, ist beträchtlich geringer als die Geschwindigkeit, welche in zufriedenstellender Weise mit dieser Erfindung gefahren werden kann.2. The speed at which the tool can approach the part to be machined is considerable less than the speed which can be satisfactorily obtained with this invention can be driven.

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3. Das hier verwendete Prinzip kann bei Maschinen mit horizontal angeordneten Spindeln wegen der um vieles größeren Reibungsprobleme nicht eingesetzt werden. Darin liegt aber der größere Nachteil, weil allen oder den meisten Werkzeugwechselsystemen ein Drehen des Werkstückes zugeordnet ist, was wiederum eine HorizontalspindelrAusführung diktiert.3. The principle used here can be used for machines with horizontal arranged spindles are not used because of the much greater friction problems. In it lies but the greater disadvantage, because all or most of the tool changing systems are assigned a turning of the workpiece is what, in turn, dictates a horizontal spindle design.

Um festzustellen, wo sich die Werkzeugspitze befindet, verwendet das andere System einen Lichtstrahl. Dies geschieht in einer sehr groben Weise (innerhalb eines 1/4"). Das Signal dient dazu, in einer sicheren Entfernung den raschen Vorschub vor dem Auftreffen des Werkzeuges auf das zu bearbeitende Werkzeug zu verlangsamen. Der Augenblick, in dem das Werkzeug das zu bearbeitende Werkstück tatsächlich berührte, wurde von einem in der Haltevorrichtung montierten Schwingungsaufnehmer gemessen. Dieser Schwingungsaufnehmer aktivierte dann seinerseits wiederum die Tiefenmessungsschaltung. Dieses System wird schon seit vielen Jahren in der Praxis verwendet, sein Einsatz wird jedoch wegen der nachstehend angegebenen größeren Nachteile nicht so weit verbreitet sein:The other system uses a beam of light to determine where the tool tip is. this happens in a very rough manner (within a 1/4 "). The signal is used to get the quick at a safe distance Feed before the tool hits the one to be machined Slow down tool. The moment when the tool actually touches the workpiece to be machined touched, was measured by a vibration sensor mounted in the holding device. This vibration sensor then in turn activated the depth measurement circuit. This system has been in has been used in practice, but its use does not become so widespread because of the major drawbacks noted below be common:

1. Bisher ist noch kein Schwingungsaufnehmer gefunden worden, welcher an einer einzelnen Stelle in der Halterung montiert auf alle Werkzeugeingriffe in dem zu bearbeitendem Teil zuverlässig ansprechen würde. Zur Zeit wird ein Ausgleich oder eine Kompensation dadurch geschaffen, daß der Maschinenführer die Halterung dann mit einem Hammer bearbeitet, wenn die Schwingungsaufnahmevorrichtung im Ansprechen versagt.1. So far no vibration sensor has been found which is located at a single point in the bracket mounted would respond reliably to all tool interventions in the part to be machined. At the moment a Compensation or compensation created by the machine operator then holding the bracket with a hammer processed when the vibration absorbing device fails in response.

2. Dadurch, daß das Werkzeug vor dem Werkzeugeingriff in2. Because the tool is in

das zu bearbeitende Werkstück sich durch eine Sicherheits-the workpiece to be machined through a safety

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zone oder durch einen Sicherheitsabstand mit einem sehr geringen Vorschub bewegt, geht viel Maschinenzeit verloren. zone or by a safety margin with a very Moved at a low feed rate, a lot of machine time is lost.

3. Die Tatsache,.daß auch hier oft nicht die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes, welches zuerst von dem Fräser ergriffen wird, ein Kriterium für die Eindringtiefe ist.3. The fact that here too often the surface of the workpiece to be machined, which is gripped first by the milling cutter, a criterion for the penetration depth is.

Das Prinzip dieser Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß ein Lichtstrahl von extrem kleinem Durehmesser (in der Größenordnung von 0,0002" bis 0,0005") verwendet wird, um so etwas wie ein Lichtband, durch welches die Werkzeugspitze hindurch muß, zu bilden. Der Lichtstrahl kann von einem Lasergenerator oder auch von einer konventionelleren Lichtquelle erzeugt werden. Zur Umformung des Lichtstrahles in ein Lichtband können zwei Verfahren angewendet werden:The principle of this invention is essentially that a light beam of extremely small diameter (in the Of the order of 0.0002 "to 0.0005") is used to create something like a band of light through which the tool tip must go through to form. The light beam can come from a laser generator or from a more conventional one Light source are generated. Two methods can be used to transform the light beam into a light band:

1. Verwendung zweier Spiegel mit reflektierender Oberfläche, welche zueinander in einem sehr kleinen Winkel eingestellt sind und verursachen, daß der Lichtstrahl hin und her reflektiert wird, und zwar derart, daß in dem Bereich, welchen das Werkzeug zu passieren hat, die Strahlen dicht beieinander liegen.1. Use two mirrors with a reflective surface that are at a very small angle to each other are set and cause the light beam to be reflected back and forth in such a way that in the area through which the tool has to pass, the rays are close together.

2. Reflektierung eines Einzelstrahles von einer sich drehenden Reflektionsfläche oder von einer oszillierenden Reflektionsflache, und zwar derart, daß der Lichtstrahl den Bereich, welchen das Werkzeug passieren muß, überstreicht. 2. Reflection of a single beam from a rotating reflection surface or from an oscillating one Reflection surface, in such a way that the light beam the area through which the tool must pass.

Bei dem ersten Verfahren ist nach einer Reihe von Reflektionen durch die Spiegel der Zielpunkt für den Lichtstrahl ein optisches Linsensystem, welches den Strahl spreizt und auf eine Lichtaufnahmevorrichtung, beispielsweise auf eineThe first method is after a series of reflections through the mirror the target point for the light beam an optical lens system, which spreads the beam and opens a light receiving device, for example on a

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Photozelle führt. Bei dem zweiten Verfahren fällt der oszillierende Lichtstrahl in einen Parabolspiegel ein, dessen parabolische Refelektionsflache den Lichtstrahl, welcher sich in irgendeiner Überstreichungsposition befindet, dazu bringt, in ein optisches Linsensystem einzufallen, welches den Strahl spreizt und in eine Lichtaufnahmevorrichtung einfallen läßt.Photocell leads. In the second method, the oscillating light beam is incident on a parabolic mirror, whose parabolic reflection surface represents the light beam, which is in any swept position, causes it to enter an optical lens system which spreads the beam and a light receiving device comes up.

Das erste Verfahren mit den beiden oberflächen-reflektierenden Spiegeln ist für solche Bearbeitungsverfahren geeignet, bei welchen die am weitesten vorne liegende Fläche des Fräserwerkzeuges oder des Schneidwerkzeuges sich auf der Spindelachse befindet oder in einem kontrollierten Winkelverhältnis ringsum die Spindelachse angeordnet ist. So könnte beispielsweise ein Einzelfräser-Bohrwerkzeug von diesem System dann gemessen werden, wenn die Spitze des Werkzeuges zum Zeitpunkt des Durchganges durch das "Lichtband" immer in einem kontrollierten Winkelverhältnis wäre. Das gleiche gilt für Schlagmesser, Bohrwerkzeuge und für Mehrwerkzeugfräser. Dieses erste Prinzip kann auch ohne Überwachung des Winkelverhältnisses des Werkzeuges dadurch verwendet werden, daß die Spindel mit großer Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt wird, was dazu führt, daß die Werkzeugspitze die Messungen mit einer verringerten seitlichen Geschwindigkeit passiert. Für die meisten Anwendungsfälle wird das zuletzt genannte Verfahren wegen des Nachteiles, daß das Werkzeug zum Erreichen des zu bearbeitenden Werkstückes mehr Zeit benötigt, jedoch nicht empfohlen. Das eigentliche Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche die vorerwähnten Messungen dann ausführt, wenn sich das Werkzeug mit schnellem Vorschub, welcher beispielsweise Werte bis 200" in der Minute annehmen kann, dem zu bearbeitenden Werkstück nähert. Mit diesemThe first method with the two surface-reflecting mirrors is suitable for such processing methods, in which the furthest forward surface of the milling tool or cutting tool is on the Spindle axis is located or in a controlled angular relationship around the spindle axis is arranged. For example, a single milling cutter from this system can be measured when the tip of the tool at the time of passage through the "light band" would always be in a controlled angular relationship. The same goes for fly knives, drilling tools and for Multi-tool milling cutters. This first principle can also be used without monitoring the angular relationship of the tool be used that the spindle is set in rotation at high speed, which leads to the Tool tip passing the measurements at a reduced lateral speed. For most use cases is the last-mentioned method because of the disadvantage that the tool to reach the to be machined Workpiece requires more time, but not recommended. The ultimate aim of this invention is to provide a device that carries out the aforementioned measurements when the tool is moving at fast feed, which, for example, can assume values of up to 200 "per minute, approaches the workpiece to be machined. With this

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Werkzeugspitzen-Suchsystem kann ein sehr einfaches und sehr wirksames System für die Z-Achsen-Messung eingesetzt werden. Ein Impulsgenerator mit einer so feinen Auflösung von 0,0001'* würde dann, wenn es von der Werkzeugaufnahmestation aus zu einem Vorrücken längs der Z-Achse kommt, Impulse erzeugen. Die Impulszahl würde bis zum Eindringen der Werkzeugspitze in das "Lichtband" nicht beachtet werden. Das Zählen der vom Impulsgenerator erzeugten Impulse beginnt von dem Augenblick an, in welchem der Lichtstrahl von der Werkzeugspitze unterbrochen wird. Vom gleichen Meßunkt aus würden auch die Bewegungen auf der Z-Achse programmiert werden. (Z = 0 ist in der Tat das "Lichtband"). Im Falle von Maschinen mit verfahrbarer Säule oder verfahrbarem Ständer würde der Tatbestand, daß das "Lichtband¹¹ eine absolut flache Ebene bildet, die Gesamtgenauigkeit der Maschine beträchtlich verbessern. Das derzeitige System, mit welchem Z-Achsen-Bewegungen gemessen werden, befindet sich in der Säule oder in dem Ständer und kann somit, weil sich die Säule bewegt, Schwankungen in der Position der Säule oder des Ständers nicht kompensieren.Tool tip search system, a very simple and very effective system can be used for Z-axis measurement. A pulse generator with such a fine resolution of 0.0001 '* would generate pulses if the tool receiving station were to advance along the Z-axis. The number of pulses would not be taken into account until the tool tip penetrated the "light band". The counting of the pulses generated by the pulse generator starts from the moment the light beam is interrupted by the tool tip. The movements on the Z axis would also be programmed from the same measuring point. (Z = 0 is in fact the "band of light"). In the case of machines with a movable column or column, the fact that the light band ^{11 forms} an absolutely flat plane would improve the overall accuracy of the machine considerably Column or in the stand and thus, because the column moves, cannot compensate for fluctuations in the position of the column or the stand.

Für den erfolgreichen Einsatz dieser Erfindung ist es unbedingt erforderlich, daß die Spitze des Fräsers zum Zeitpunkt des Eindringens in das "Lichtband" sauber und trocken ist. Was die Maschinen betrifft, die mit manuell eingespannten Werkzeugen unter Z-Achsensteuerung arbeiten, so wird der Maschinenführer alle notwendigen Schritte unternehmen, um die Werkzeuge sauber und trocken zu halten. Bei Maschinen mit automatischem Werkzeugwechsel muß zusätzlich eine Werkzeugspitzen-Reinigungsvorrichtung vorgesehen werden. Eine solche Werkzeugspitzen-Reinigungsvorrichtung, welche als ein Teil der Erfindung anzusehenFor the successful use of this invention, it is imperative that the tip of the cutter to Time of penetration into the "light band" clean and is dry. As for the machines that work with manually clamped tools under Z-axis control, so the machine operator takes all the necessary steps take steps to keep the tools clean and dry. For machines with automatic tool change, an additional a tool tip cleaning device is provided will. Such a tool tip cleaning device, which are to be regarded as part of the invention

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Ist, wird mit dieser Patentanmeldung besenrieben. Beim ersten Einsetzen in das Werkzeugmagazin der Haschine kann angenommen werden, daß die Werkzeuge und deren Spitzen sauber und trocken sind. Biese Annahme ist deswegen gültig, weil die Schneidkante wahrscheinlich auf Schärfe geprüft werden muß, so daß mit der Sauberkeit und Trockenheit der Werkzeugspitzen gerechnet werden kann, ohne daß irgend jemand zusätzlich belastet wird. Immer dann, wenn diese Werkzeuge in die Spindel eingesetzt werden und sich zum ¹¹LI ent band" bewegen, wird sich die Höheneinstellung der Werkzeugspitzen-Reinigungsvorrichtung mit der gleichen Geschwindigkeit und über die gleiche Distanz bewegen, die auch von der Werkzeugspitze zurückgelegt wird. Sobald die Werkzeugspitze den Lichtstrahl unterbricht, kommt es zu einer Verriegelung der Reinigungsvorrichtung in der gerade erreichten Position, und zwar in dem Augenblick, in welchem von der Lichtaufnahmevorrichtung das Signal aufgeschaltet wird. Auf diese Weise wird so ein jedes Werkzeug in die Spindel eingespannt und zum Anfahren an das zu bearbeitende Werkstück veranlaßt. Mit dem Werkzeug bewegt sich auch die Reinigungsvorrichtung eine entsprechende Strecke weiter und hält dann an, wenn sie die zum Reinigen des jeweiligen Werkzeuges bestimmte Position erreicht hat. Beim Abnehmen der Werkzeuge von der Spindel und bei deren Zurückführung in das Werkzeugmagazin der Maschine würde der Reinigungskopf, welcher aus einer rotierenden Bürstenscheibe und aus einer Druckluftdüse besteht, die Spitze reinigen. Damit aber werden.alle in dem Werkzeugmagazin der Maschine befindlichen Werkzeuge immer sauber gehalten und können deshalb dann genau gemessen werden, wenn sie das "Lichtband" passieren. Die Konstruktionsdetails der Reinigungsstation oder Reinigungsvorrichtung ändern sich mit jeder Maschine, sie sind im wesentlichen abhängig von der Ausführung der bei der Maschine verwendeten Fräeerwerkzeuge und vom größtenIs is described in this patent application. When inserted into the machine's tool magazine for the first time, it can be assumed that the tools and their tips are clean and dry. This assumption is valid because the cutting edge must probably be checked for sharpness so that the cleanliness and dryness of the tool tips can be expected without any additional stress on anyone. Whenever these tools are inserted into the spindle and move to the ¹¹ LI belt, the height adjustment of the tool tip cleaning device will move at the same speed and over the same distance as the tool tip If the tool tip interrupts the light beam, the cleaning device is locked in the position it has just reached at the moment when the signal is switched on by the light receiving device. In this way, each tool is clamped in the spindle and ready to start The cleaning device moves along with the tool a corresponding distance and then stops when it has reached the position intended for cleaning the respective tool, when removing the tools from the spindle and returning them to the tool magazine the machine would be the Reini application head, which consists of a rotating brush disk and a compressed air nozzle, clean the tip. However, this means that all tools in the machine's tool magazine are always kept clean and can therefore be measured precisely when they pass the "light band". The construction details of the cleaning station or cleaning device change with each machine, they are essentially dependent on the design of the milling tools used in the machine and the largest

21 §71 loci mn «»U· 21 §71 loci mn «» U ·

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Durehmesser solcher Werkzeuge. Eine rotierende bürste, in welche die Werkzeugspitze um ungefähr 1/8" eindringen würde, wäre ein sehr adäquates System, welches gewährleisten würde, daß keine Späne auf der Spitze dies Fräsers zurückbleiben. Nach dem Bürsten wird ein Luftstrahl, der so breit ist, daß er das Werkzeug mit dem größten Durchmesser umspülen kann, auf das Werkzeug gerichtet, welches dem Werkzeugspeicher der Maschine zugeführt wird. Diameter gauges of such tools. A rotating brush into which the tool tip would penetrate by about 1/8 "would be a very adequate system which would ensure that no chips are left on the tip of the milling cutter. After brushing, an air jet that is so wide that he can wash around the tool with the largest diameter, directed at the tool, which is fed to the tool storage of the machine.

Die Mehrzahl der Fräswerkzeuge oder der Schneidwerkzeuge besitzt eine Konstruktion mit nach vorn gerichteter Schneidfläche, welche mit diesem Meßsystem gut vereinbar ist, d.h. das vorderste Fräserelement des Fräsers ist die Bezugsfläche, von der aus die Messungen beginnen sollten. Es gibt jedoch auch Ausnahmen, dazu gehören einige Ausführungen von Bohrwerkzeugen und im wesentlichen alle geführten Werkzeuge. In diesen Fällen würde die nichtschneidende Kante vor der Schneidkante in das "Lichtband" eindringen. Eine praktische Lösung dieses Problemes wäre die Standardisierung oder Normung der Länge der Führungsstifte, welche bei Nabensenkern und bei anderen Fräsern verwendet werden. Der Programmierer würde dann die Bewegung auf der Z-Achse eher von der Spitze des FührungsStiftes aus bestimmen als von der Schneidkante aus. Bei Bohrwerkzeugen, bei welchen die Schneidkante dem Stangenkörper nicht vorangeht, würde das gleiche gelten. Der Programmierer würde den von der Stange zurückzulegenden Weg eher von der Spitze der Stange aus messen als von der Spitze der Schneidkante aus. Bei Bohrstangen könnte eine genormte Abmessung dadurch erreicht werden, daß in das Ende der Stange ein Gewindebolzen eingesetzt wird, deren Spitze dann derart eingestellt werden könnte, daß sie dieThe majority of milling tools or cutting tools has a construction with a forward facing cutting surface, which is compatible with this measuring system, i.e. it is the foremost milling element of the milling cutter the reference surface from which the measurements should begin. However, there are exceptions to this some types of drilling tools and essentially all guided tools. In these cases the non-cutting edge in front of the cutting edge in the "light band" penetration. A practical solution to this problem would be to standardize the length of the Guide pins, which are used with hub cores and other milling cutters. The programmer would then determine the movement on the Z-axis from the tip of the guide pin rather than from the cutting edge the end. The same would apply to drilling tools in which the cutting edge does not precede the rod body. The programmer would measure the distance to be traveled by the pole from the top of the pole rather than from the top of the pole Tip of the cutting edge. In the case of boring bars, a standardized dimension could be achieved by inserting into the End of the rod a threaded bolt is used, the tip of which could then be adjusted so that they the

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standardmäßige nach vorn gerichtete Distanz der Schneidkante ist.is the standard forward cutting edge distance.

Ob nun die Wahl auf die Ausführung mit Flachspiegeln fällt oder auf das Verfahren mit dem Oszillations-Lichtstrahl, das hängt von einer großen Anzahl von Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören:Whether the choice falls on the version with flat mirrors or on the method with the oscillation light beam, it depends on a large number of factors. These factors include:

1. Typ und Konstruktion der Haschine.1. Type and construction of the machine.

2. Genauigkeit, mit welcher die Tiefe gesteuert und geregelt werden muß.2. Accuracy with which the depth must be controlled and regulated.

3. Abmessungen und Ausführung der zu verwendenden Fräserwerkzeuge oder Schneidwerkzeuge.3. Dimensions and design of the milling tools or cutting tools to be used.

f. Kosten einer langsameren Vorschubsgeschwindigkeit durch die Meßstation. (Diese Kosten als Produktionsverlust angegeben). f. the cost of a slower feed rate through the measuring station. (These costs are expressed as loss of production).

Mit der nachstehenden Diskussion oder Erörterungen werden einige Parameter betreffend das mit Flächenspiegeln arbeitende Verfahren aufgestellt. Wird koherentes Licht verwendet, welches von einem Laser erzeugt wird, dann kann der Lichtstrahl wenige millionstel Zoll klein sein. Angenommen, das Flächenspiegelverfahren sollte in einem Anwendungefall verwendet werden, in welchem die zulässige Abweichung in der Werkzeugspitzenanzeige nicht größer sein sollte als 0,001". Für einen solchen Anwendungsfall könnte di* Verwendung eines Lichtstrahles von 0,003" χ 0,0005" zusammen mit einem Lichtaufnahmesystem gewählt werden, welches auf eine kurzzeitige Änderung in der Lichtstärke, und dies in der Größenordnung von 20 %,'anspricht. Nun sei angenommen, der Winkel der Flächenspiegel würde derart eingestellt werden, daß im Bereich "der'Spind'elächse der Abstand zwischen den 0,003" breiten Strahlen*von Mitte zu Mitte 0,00t" betragen würde. Das sollte'soga^'dem tat-With the discussion or discussion below, some parameters pertaining to face mirroring working procedures established. If coherent light is used, which is generated by a laser, then can the light beam can be a few millionths of an inch. Accepted, the surface mirror method should be used in an application in which the permissible The deviation in the tool tip display should not be greater than 0.001 ". For such an application, di * Use of a light beam of 0.003 "χ 0.0005" be chosen together with a light receiving system, which responds to a short-term change in the light intensity, and this in the order of 20%. Well be Assuming that the angle of the surface mirror would be set in such a way that in the area "of the 'spindle axis the Distance between the 0.003 "wide rays * from center to Middle would be 0.00t ". That should be yoga ^ 'to the fact-

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sächlichen Radius von scharf gespitzten Werkzeugen entsprechen und eine Messung gestatten_f welche gut in der Töleranz von O,ÖÖ1^M liegt. Angenommen, der Wirkungsgrad der Flächenspiegel läge bei 95 %, dann können kB Reflek« tionen durchlaufen werden, bevor es zu einer Senkung der eingegebenen Energie um 10 % kommt. Diese Verringerung in der eingegebenen Energie würde dennoch eine Messung zulassen, welche innerhalb der Möglichkeiten der derzeit vor* handenen Ausrüstungen liegt. Mit der zuvor beschriebenen Anordnung würde das Lichtband im Bereich der Spindelachse 0,180" betragen. Die bei der Optimierung einer derartigen Konstruktion auszuwertenden Faktoren wären:extraneous radius of sharp tipped tools and a corresponding measurement permit _f which lies well in the Töleranz of O, ÖÖ1 ^M. Assuming that the efficiency of the surface mirrors is 95%, then kB reflections can be run through before the energy input is reduced by 10%. This reduction in the entered energy would nevertheless allow a measurement which is within the possibilities of the currently available equipment. With the arrangement described above, the light band in the area of the spindle axis would be 0.180 ". The factors to be evaluated when optimizing such a construction would be:

1. Die Energiekonzentration im Lichtstrahl muß derart ausgelegt sein, daß von ihr die reflektierenden Flächenspiegel nicht beschädigt werden.1. The energy concentration in the light beam must be such be designed so that it does not damage the reflective surface mirrors.

2. Durchmesser, Form und Abstand der Strahlen, welche zur Erreichung der erforderlichen Meßgenauigkeit erforderlich sind.2. Diameter, shape and spacing of the beams, which are necessary to achieve the required measurement accuracy required are.

3. Lichtmeßvorrichtung oder photoelektrische Meßvorrichtung sowie der Auslöserkreis sehr empfindlich gegenüber kurzzeitigen Änderungen in der Lichtstärke, jedoch relativ unempfindlich gegenüber Verschiebungen, welche lange Zeit benötigen.3. Light measuring device or photoelectric measuring device and the trigger circuit very sensitive to short-term changes in the light intensity, but relatively insensitive to shifts, which take a long time.

Auch bei dem mit dem oszillierenden Lichtstrahl arbeitenden Verfahren wird die Konstruktion des Systems von den veränderlichen Größen bestimmt. Zuerst einmal muß die Genauigkeit, mit welcher die Messungen vorgenommen werden müssen berücksichtigt, desgleichen aber auch der größte Durchmesser der zu messenden Werkzeuge. Durch diese Oberlegungen wird der Durchmesser des Lichtstrahles festge-Even with the one working with the oscillating light beam Procedure, the construction of the system is determined by the variable quantities. First of all, she has to Accuracy with which the measurements must be taken into account, but also the greatest Diameter of the tools to be measured. Through these considerations the diameter of the light beam is determined

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legt. Festgelegt wird aber auch der Bogen, welcher vom Lichtstrahl zu überstreichen ist. Die Konstruktion und die Anordnung der sammelnden Lichtreflektionsfläche und des Lichtmeßfühlers hängt im wesentlichen von der Art der Maschine ab. So könnte die Lichtquelle beispielsweise bei einer säulenartigen Vertikalspindelmaschine fest mit der Säule oder dem Ständer der Maschine verbunden sein, wie dies auch für den Meßfühler der Fall sein könnte, während die Reflektionsfläche auf der Bedienungsseite der Maschine montiert würde. Als Alternative könnte die Lichtquelle an dem einem Ende der Maschine bodenmontiert sein, während der LichtiKsßfühler und die Reflektionsfläche auf dem anderen Ende der Maschine angeordnet oder montiert sein könnten. Die Vorrichtung, welche das Schwingen des Lichtstrahles herbeizuführen hat, hängt von der Größe des Bogens ab sowie auch von der Durchlaufgeschwindigkeit, in welcher dieses Schwingen durchzuführen ist, wobei diese Geschwindigkeit der schnellen Vorschubsgeschwindigkeit der Maschine und der Genauigkeit der durchzuführenden Messungen zuzuordnen ist.lays. However, the arc that is to be swept over by the light beam is also specified. The construction and the arrangement of the collecting light reflecting surface and the light sensor depends essentially on the type the machine. For example, the light source could be fixed with a column-like vertical spindle machine be connected to the column or the stand of the machine, as could be the case for the probe, while the reflective surface would be mounted on the operator side of the machine. As an alternative, it could be the light source be floor-mounted at one end of the machine, while the light sensor and the reflective surface are on arranged or mounted at the other end of the machine could be. The device, which has to bring about the oscillation of the light beam, depends on the size of the Sheet as well as the throughput speed, in which this oscillation is to be carried out, this speed being the rapid advance speed of the Machine and the accuracy of the measurements to be performed.

Für viele Anwendungsfälle würde ein reflektierender Flächenspiegel, welcher mit 60 Hz oder Schwingungen schwingt, vollauf genügen. Sind Überstreichungsgeschwindigkeiten oder Überstreichungsfrequenzen von mehr als 60 Hz oder Schwingungen in der Sekunde verlangt, dann wäre eine rotierende Reflektionsfläche eine einfache und angemessene Lösung. In jedem dieser Fälle könnte der auf die oszillierende oder rotierende Fläche auftreffende Lichtstrahl sehr groß sein, weil zur Einregulierung der Strahldicke und der Position der durch das Überstreichen durch den Strahl gebildeten Lichtebene der reflektierte Strahl durch einen Schlitz der erforderlichen Größe geführt wird.For many applications, a reflective surface mirror, which oscillates at 60 Hz or vibrations are completely sufficient. Are sweep speeds or sweep frequencies of more than 60 Hz or vibrations per second required, then one would be rotating reflective surface a simple and adequate solution. In each of these cases, the one on the oscillating or rotating surface, the incident light beam is very large be because to regulate the beam thickness and the position of the formed by the sweeping by the beam In the light plane, the reflected beam is guided through a slot of the required size.

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Fig. 5 und Fig. 6 zeigen eine praktische Ausführung dieser Erfindung bei einem Bearbeitungszentrum 44 mit numerisch gesteuerter oder numerisch geregelter Werkzeugwechselvorrichtung. Das Bearbeitungszentrum 44 besitzt eine Grundplatte 45, auf welcher die horizontalen Gleitbahnen 46
angeordnet sind. Auf diese Gleitbahnen ist eine Säule oder ein Ständer 47 derart aufgesetzt, daß sie/er sich unter Einwirkung des Motors 48 längs der X-Achse bewegen kann. Die vertikale Frontfläche des Ständers 47 ist mit den
Y-Achsen-Gleitbahnen 49 versehen, auf welche ein Sattel 51 derart montiert ist, daß er sich unter der Einwirkung eines Motors 51 gleitend bewegen kann. Die auf dem Sattel angeordneten horizontalen Gleitbahnen 53 und 54 halten
einen Spindelkopf 55, durch welchen eine mit einem Werkzeug 57 versehene Spindel 56 geführt ist. Hinter dem
Spindelkopf befindet sich der Spindelantriebsmotor 58,
an dessen Seite ein Werkzeugmagazin 59 montiert ist.FIGS. 5 and 6 show a practical embodiment of this invention in a machining center 44 with a numerically controlled or numerically regulated tool changing device. The machining center 44 has a base plate 45 on which the horizontal slideways 46
are arranged. A column or a stand 47 is placed on these slideways in such a way that it can move along the X-axis under the action of the motor 48. The vertical front surface of the stand 47 is with the
Y-axis slideways 49 are provided on which a saddle 51 is mounted so that it can slide under the action of a motor 51. The horizontal slideways 53 and 54 arranged on the saddle hold
a spindle head 55 through which a spindle 56 provided with a tool 57 is guided. Behind the
Spindle head is the spindle drive motor 58,
a tool magazine 59 is mounted on its side.

Auf dem Spindelkopf ist eine Werkzeug-Wechselvorrichtung 61 montiert, welche die Werkzeuge von dem Werkzeugmagazin 59 aus zur Spindel 56 zu befördern hat, oder von der
Spindel 56 aus zum Werkzeugmagazin 59.A tool changing device 61 is mounted on the spindle head and has to convey the tools from the tool magazine 59 to the spindle 56, or from the
Spindle 56 off to tool magazine 59.

Mit dem Sattel 51 verschraubt ist eine Halterung 62, auf deren freies Ende ein Lichtstrahlgenerator oder eine
Lichtquelle 63 montiert ist. Ebenso mit dem Sattel 51
verschraubt ist eine Halterung 64, auf deren freies Ende die Lichtstrahl-Aufnahmevorrichtung 65 montiert ist.Screwed to the saddle 51 is a holder 62, on the free end of which a light beam generator or a
Light source 63 is mounted. Likewise with the saddle 51
A holder 64 is screwed, on the free end of which the light beam receiving device 65 is mounted.

Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, besteht der Lichtstrahlgenerator oder die Lichtquelle 63 aus einem rohrförmigen Gehäuse, in welches eine Licht-Abstrahlvorrichtung 67, eine optische Maske mit einer gesteuerten Schlitzöffnung 68, ein optisches Bauelement 69 mit einer Flachspiegelfläche,As can be seen from Fig. 6, the light beam generator or the light source 63 consists of a tubular Housing in which a light emitting device 67, an optical mask with a controlled slit opening 68, an optical component 69 with a flat mirror surface,

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eine Blende 71 und eine Schlitzmaske 72 eingesetzt sind. Der in ähnlicher Weise konstruierte Lichtstrahlaufnehmer 65 ist statt der Lichtstrahl-Abstrahlvorrichtung mit einem Meßfühler versehen.a diaphragm 71 and a slit mask 72 are inserted. The similarly constructed light beam sensor 65 is provided with a probe instead of the light beam emitting device.

Sowohl der Lichtstrahlgenerator als auch die Lichtstrahlaufnahmevorrichtung erhalten trockene Druckluft zugeführt, welche durch die Maske entweicht und verhindert, daß Fremdstoffe eindringen können. Der Lichtstrahlgenerator und auch die Licht strahl^-Auf nähme vorrichtung bewegen sich mit dem Sattel Sl längs der X-Achse und längs der Y-Achse. Sie bewegen sich jedoch nicht auf der Z-Achse mit der Spindel. Sie arbeiten deshalb so, daß sie das Eindringen eines Werkzeuges 57 in die Lichtebene, welche sich zwischen dem Lichtgenerator und der Lichtaufnähmevorrichtung erstreckt« anzeigen, und zwar dann, wenn sich die Spindel längs der Z-Achse bewegt. Diese Anordnung kann beispielsweise für die Anzeige der Nullstellung des Werkzeugendes, von welchem aus dann die numerischen Steuerungen ihre Abmessungen einstellen können, Verwendung finden.Both the light beam generator and the light beam receiving device get dry compressed air supplied, which escapes through the mask and prevents foreign matter from entering can penetrate. The light beam generator and also the light beam ^ -aufme device move with the saddle S1 along the X-axis and along the Y-axis. However, they do not move on the Z-axis with the spindle. They therefore work so that they can penetrate a tool 57 in the light plane which extends between the light generator and the light pick-up device " when the spindle is moving along the Z-axis. This arrangement can, for example for the display of the zero position of the tool end, from which the numerical controls then their dimensions can adjust, find use.

Es dürfte klar sein, daß, ohne vom Geiste dieser Erfindung abzuweichen, kleinere Änderungen an der Form und an der Konstruktion dieser Erfindung vorgenommen werden können. Diese Erfindung soll deshalb nicht nur auf die hier beschriebene und wiedergegebene genaue Ausführungsform beschränkt sein, sondern vielmehr alles umfassen, was. in den Rahmen der Patentansprüche fällt.It should be understood that, without departing from the spirit of this invention, minor changes in shape and form can be made Construction of this invention can be made. It is therefore not intended that this invention be limited to that described herein and the precise embodiment reproduced is limited be, but rather encompass everything. falls within the scope of the claims.

-Al--Al-

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Claims

21 671 26.11.1969

-Al-

THE CINCINNATI MILLING MACHINE CO., Cincinnati, OHIO / USA

Claims

A machine tool with a base plate on which a tool head or tool holder and a workpiece head or a workpiece holder are mounted and with a device which a relative movement between the tool holder and the workpiece holder along a slide has to bring about. The machine tool characterized that a light beam generator is provided which is arranged in a perpendicular to the aforementioned path Level has to produce a band of light; Finally, a light beam recording device is provided is where the light beam hits or where the light falls. This light receiving device is effective when the workpiece penetrates into the light band to establish a reference point in the aforementioned path.

- A 2 -

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~*r,*rs~ * r, * rs 26.11.196911/26/1969

-Α2-

2) A machine tool according to claim 1, characterized in, that the light beam generator includes a light source which has to emit a light beam; furthermore, two mirrors arranged parallel to one another are provided which lead to the light beam are not arranged at right angles, so that the light beam between the mirrors to form of the light band is reflected back and forth in a zigzag shape.

3) A machine tool according to claim 1, characterized in that i h η e t, that the light beam generator includes a light beam output source and a mirror, which is mounted so that it is at a right angle to the beam path about an axis extending there can be rotated.

Ό A machine tool according to claim 1, characterized in, that the light beam device includes a laser, which a light beam of constant fixed Frequency generated.

- End -

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