WO2018166557A1

WO2018166557A1 - Clamping means assembly for a machine tool, and machine tool comprising the clamping means assembly

Info

Publication number: WO2018166557A1
Application number: PCT/DE2018/100178
Authority: WO
Inventors: Michael Haberzettl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: DE102017105257A1; EP3595844A1; CN110382163A

Abstract

The invention relates to a clamping means assembly (4) for a machine tool (1). The machine tool (1) has a tool (2) for machining a workpiece (3). The clamping means assembly (4) comprises a clamping means (5) which has a machine interface (9) for coupling to the machine tool (1) and a workpiece interface (8) for receiving the workpiece (3), a sensor assembly (6) which is designed to pick up vibrations of the tool (2) in the form of sensor data, and a controller (7) for receiving sensor data of the sensor assembly (6), wherein the clamping means (5) has at least one actuator (10) which is arranged on the clamping means (5), and the controller (7) is designed to actuate the at least one actuator (10) on the basis of the sensor data in order to compensate for the vibrations of the tool (2).

Description

Spannmittelanordnung für eine Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschine mit der Spannmittelanordnung Clamping arrangement for a machine tool and machine tool with the clamping device arrangement

Die Erfindung betrifft eine Spannmittelanordnung für eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine mit dieser Spannmittelanordnung. The invention relates to a clamping device arrangement for a machine tool having the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a machine tool with this clamping device arrangement.

Bei trennenden, insbesondere spanenden Bearbeitungsverfahren kann die Bearbeitung der Werkstücke zu Schwingungen von dem Werkstück oder dem Werkzeug führen. Derartige Schwingungen werden verstärkt, wenn eine Vorschubgeschwindigkeit für ein Werkzeug bei der Bearbeitung zu hoch eingestellt wird. Dies kann beispielsweise bei einer Drehbearbeitung zu einem„Rattern" führen, wobei auf das Werkstück ein charakteristisches, regelmäßiges Rattermuster oder Rattermarken aufgebracht wird bzw. werden, so dass die Bearbeitungsqualität an dem Werkstück herabgesetzt ist. Von dieser Seite betrachtet ist es folglich vorteilhaft, die Vorschubgeschwindigkeit bei der Bearbeitung herabzusetzen, um Bearbeitungsqualität zu erhöhen. Auf der anderen Seite ist es wünschenswert, die Vorschubgeschwindigkeit möglichst hoch einzustellen, um möglichst niedrige Bearbeitungszeiten zu erreichen. In separating, in particular machining, machining of the workpieces can lead to vibrations of the workpiece or the tool. Such vibrations are amplified when a feed rate for a tool is set too high during machining. This can, for example, lead to a "chattering" during a turning operation, wherein a characteristic, regular chattering pattern or chatter marks are applied to the workpiece, so that the machining quality on the workpiece is reduced On the other hand, it is desirable to set the feed rate as high as possible in order to achieve the lowest possible processing times.

Die DE 10 2006 049 867 A1 offenbart eine Werkzeugmaschine mit einer Werkstückeinspannvorrichtung zur Einspannung eines Werkstücks und mit einem Werkzeugtisch, der mittels eines elektrischen Motors bewegbar ist. Die Werkstückeinspannvorrichtung und damit das Werkstück sind gegenüber dem Werkzeugtisch mittels eines Piezoaktor bewegbar. Auf dem Werkzeugtisch ist dabei ein Piezotisch fest montiert, wobei die Piezoaktoren zwischen der Werkstückeinspannvorrichtung und dem Piezotisch angeordnet sind. Die bekannte Werkzeugmaschine ist eingerichtet, Schwingungen wie Ratterschwingungen stark zu reduzieren. DE 10 2006 049 867 A1 discloses a machine tool with a workpiece clamping device for clamping a workpiece and with a tool table, which is movable by means of an electric motor. The Werkstückeinspannvorrichtung and thus the workpiece are movable relative to the tool table by means of a piezoelectric actuator. In this case, a piezoelectric table is permanently mounted on the tool table, the piezoelectric actuators being arranged between the workpiece clamping device and the piezoelectric table. The known machine tool is designed to greatly reduce vibrations such as chatter vibrations.

In Fertigungsbetrieben sind allerdings in der Regel Werkzeugmaschinen älteren Datums im Einsatz, die keine Vorrichtungen zur Erzeugung von derartigen Schwingungen aufweisen. Die Anschaffung einer neuen Werkzeugmaschine ist mit hohen Kosten verbunden. In manufacturing plants, however, are usually older machine tools in use, no devices for the production of such Have vibrations. The purchase of a new machine tool is associated with high costs.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Spannmittelanordnung zum Einsatz in einer jeden herkömmlichen Werkzeugmaschine vorzuschlagen, welche zu einer ebensolchen Reduzierung von Schwingungen führt. It is therefore an object of the present invention to provide a clamping device assembly for use in any conventional machine tool, which leads to such a reduction of vibrations.

Diese Aufgabe wird durch eine Spannmittelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. This object is achieved by a clamping device arrangement with the features of claim 1 and by a machine tool having the features of claim 8. Preferred or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the accompanying drawings.

Gegenstand der Erfindung ist eine Spannmittelanordnung, welche zum Einsatz in einer jeden herkömmlichen Werkzeugmaschine geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Werkzeugmaschine weist ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks auf. Bei dem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Werkzeug zur trennenden, im Speziellen zur spanenden Bearbeitung. Insbesondere kann das Werkzeug als ein Bohr-, Fräs-, Dreh- oder Räumwerkzeug ausgebildet sein. Das Werkstück ist besonders bevorzugt als ein metallisches Werkstück realisiert. The invention relates to a clamping device arrangement which is suitable and / or designed for use in any conventional machine tool. The machine tool has a tool for machining a workpiece. The tool is in particular a tool for separating, in particular for machining. In particular, the tool can be designed as a drilling, milling, turning or broaching tool. The workpiece is particularly preferably realized as a metallic workpiece.

Die Spannmittelanordnung weist ein Spannmittel auf, welches auch als Spannmitteleinrichtung bezeichnet werden kann. Das Spannmittel weist eine Maschinenschnittstelle zur Ankopplung an die Werkzeugmaschine und eine Werkstückschnittstelle zur Aufnahme des Werkstücks auf. Insbesondere ist das Spannmittel als eine Aufnahmeeinrichtung ausgebildet, welche zwischen dem Werkstück und der Werkzeugmaschine angeordnet ist. Das Spannmittel kann auch als Adapter für das Werkstück an die Werkzeugmaschine bezeichnet werden. The tensioning means arrangement has a tensioning means, which can also be referred to as a tensioning means device. The clamping device has a machine interface for coupling to the machine tool and a workpiece interface for receiving the workpiece. In particular, the clamping means is designed as a receiving device which is arranged between the workpiece and the machine tool. The clamping means can also be referred to as an adapter for the workpiece to the machine tool.

Es ist bevorzugt, dass das Spannmittel gemeinsam mit dem Werkstück während der Bearbeitung rotiert. Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass das Werkzeug stationär angeordnet ist oder zumindest nur zugestellt wird. Die Spannmittelanordnung weist eine Sensoranordnung auf, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, Schwingungen des Werkzeugs als Sensordaten aufzunehmen. Die Schwingungen des Werkzeugs bilden somit eine Messgröße bei der Sensoranordnung. Die Messgröße und/oder die Schwingungen können unmittelbar an dem Werkzeug abgenommen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Schwingungen des Werkzeugs mittelbar zum Beispiel über den Werkzeughalter des Werkzeugs zu ermitteln. Die Schwingungen des Werkzeugs werden unmittelbar auf den Werkzeughalter übertragen, sodass die Schwingungen des Werkzeugs an dem Werkzeughalter unverfälscht oder quasi unverfälscht vorliegen. It is preferred that the clamping means rotates together with the workpiece during machining. Alternatively or additionally, it is preferred that the tool is arranged stationary or at least only delivered. The clamping device arrangement has a sensor arrangement, wherein the sensor arrangement is designed to receive vibrations of the tool as sensor data. The vibrations of the tool thus form a measured variable in the sensor arrangement. The measured variable and / or the vibrations can be removed directly on the tool. However, it is also possible to detect the vibrations of the tool indirectly, for example via the tool holder of the tool. The vibrations of the tool are transmitted directly to the tool holder, so that the vibrations of the tool on the tool holder are unadulterated or virtually unadulterated.

Die Spannmittelanordnung weist ferner eine Steuereinrichtung zur Aufnahme der Sensordaten der Sensoranordnung auf. Die Steuereinrichtung ist beispielsweise als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere kann diese als ein Mikrocontroller, ein Computer etc. realisiert sein. Alternativ kann diese als eine analoge Datenverarbeitungseinrichtung oder als eine Kombination von digitaler und analoger Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet sein. The clamping device arrangement further has a control device for receiving the sensor data of the sensor arrangement. The control device is designed, for example, as a digital data processing device. In particular, this can be realized as a microcontroller, a computer, etc. Alternatively, this may be designed as an analog data processing device or as a combination of digital and analog data processing device.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Spannmittel wenigstens einen am Spannmittel angeordneten Aktor aufweist, welcher besonders bevorzugt mit Fremdenergie betrieben wird. Dadurch, dass der wenigstens eine Aktor am Spannmittel selbst angeordnet ist, ist ein Einbau einer erfindungsgemäßen Spannmittelanordnung unabhängig vom Typ der Werkzeugmaschine realisierbar. So können auch Werkzeugmaschinen älteren Typs problemlos umgerüstet werden und die Qualität der bearbeiteten Werkstücke erhöht werden. In the context of the invention, it is proposed that the tensioning means comprise at least one actuator arranged on the tensioning device, which actuator is particularly preferably operated with external energy. Characterized in that the at least one actuator is arranged on the clamping means itself, an installation of a clamping device according to the invention is independent of the type of machine tool feasible. Thus older machine types can be easily converted and the quality of the machined workpieces can be increased.

Insbesondere ist der wenigstens eine Aktor als ein aktiver Aktor ausgebildet. Die Steuereinrichtung ist programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, die Sensordaten auszuwerten und auf Basis der Sensordaten und/oder deren Auswertung den Aktor anzusteuern. Die Ansteuerung des Aktors erfolgt so, dass die Schwingungen des Werkzeugs kompensiert werden. Insbesondere wird der Aktor so angesteuert, dass die negativen Folgen für die Bearbeitung des Werkstücks verringert oder eliminiert werden. Die Ansteuerung des Aktors erfolgt insbesondere in Echtzeit, insbesondere mit einer Kontrollfrequenz, die gleich oder höher als die Hauptfrequenzen der Schwingungen ist. In particular, the at least one actuator is designed as an active actuator. The controller is programmatically and / or circuitry designed to evaluate the sensor data and based on the sensor data and / or their evaluation to control the actuator. The activation of the actuator is done so that the vibrations of the tool are compensated. In particular, the actuator is controlled so that the negative consequences for the machining of the workpiece are reduced or eliminated. The activation of the actuator takes place in particular in real time, in particular with a control frequency equal to or higher than the main frequencies of the vibrations.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass das Spannmittel als ein aktives Spannmittel ausgebildet ist, welches durch Manipulation des Werkstücks mittels des Aktors Schwingungen ausgleicht oder kompensiert, welche durch die Bearbeitung an dem Werkzeug entstehen. Damit ermöglicht es die Spannmittelanordnung, das Bearbeitungsergebnis der Werkzeugmaschine zu verbessern oder alternativ hierzu höhere Vorschubgeschwindigkeiten zu erlauben und dadurch den Fertigungsprozess kostengünstiger zu gestalten. It is an advantage of the invention that the clamping means is designed as an active clamping means which compensates or compensates for vibrations caused by the machining on the tool by manipulation of the workpiece by means of the actuator. In this way, the clamping device arrangement makes it possible to improve the machining result of the machine tool or, alternatively, to allow higher feed speeds, thereby making the production process more cost-effective.

Vorzugsweise ist das Spannmittel als ein gekapseltes System ausgebildet, welches auf jeder beliebigen Werkzeugmaschine oder zumindest auf vielen Werkzeugmaschinen adaptiert werden kann. Preferably, the clamping means is formed as an encapsulated system, which can be adapted to any machine tool or at least on many machine tools.

Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Aktor so anzusteuern, dass das Werkstück in Gegenschwingungen versetzt wird, um eine Auslöschung der Schwingungen des Werkzeugs zu erzeugen. In a preferred embodiment of the invention, the control device is designed to control the actuator in such a way that the workpiece is counter-oscillated in order to generate an extinction of the oscillations of the tool.

Besonders bevorzugt wird durch die Steuereinrichtung und/oder die Spannmittelanordnung ein Feedforward-Control umgesetzt. Das Grundprinzip des Feedforward-Control ist es, eine Störung auf einer primären Strecke - hier an dem Werkzeug - zu kompensieren, indem, dem System über eine sekundäre Strecke - hier an dem Werkstück - eine Gegenschwingung aufgeprägt wird, um so am Ausgang der primären Strecke - hier an der Bearbeitungszone zwischen Werkzeug und Werkstück - eine Schwingungsauslöschung zu erzielen. Die Gegenschwingung wird dabei direkt aus dem auf den Eingang der Primärstrecke wirkenden Referenzsignal - hier den Sensordaten - berechnet. Daher ist auch der Begriff Störgrößenaufschaltung für das Feedforward-Control, insbesondere Feedforward-Regelung, -Steuerung oder -Kontrolle, gebräuchlich. Particularly preferably, a feedforward control is implemented by the control device and / or the clamping device arrangement. The basic principle of feedforward control is to compensate for a disturbance on a primary track - here on the tool - by imposing a counter-swing on the system via a secondary track - here on the workpiece - at the exit of the primary track - Here on the machining zone between the tool and workpiece - to achieve vibration cancellation. The countervibration is calculated directly from the reference signal acting on the input of the primary link - here the sensor data. Therefore, the term feedforward control for the feedforward control, in particular feedforward control, control or control, is also common.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist die Werkstückschnittstelle als ein Spannfutter ausgebildet, welches beispielsweise geöffnet und geschlossen werden kann, um das Werkstück einzuspannen. Insbesondere ist das Spannfutter als ein Drehfutter realisiert. Damit kann das Werkstück unmittelbar in das Spannmittel eingespannt werden. Die Übertragung der Gegenschwingungen von dem wenigstens einen Aktor auf das Werkstück sind besonders einfach umzusetzen. In a preferred structural realization of the invention, the workpiece interface is formed as a chuck, which, for example can be opened and closed to clamp the workpiece. In particular, the chuck is realized as a lathe chuck. Thus, the workpiece can be clamped directly into the clamping device. The transmission of the countervibrations of the at least one actuator to the workpiece are particularly easy to implement.

Alternativ oder ergänzend ist die Maschinenschnittstelle zur Ankopplung an einen Maschinenflansch ausgebildet. Dabei kann es sich bei der Maschinenschnittstelle um einen genormten Anschluss nach DIN ISO 702-1 bis 702-4 (Ausgabe: April 2010) handeln. Insbesondere kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um einen Schellwechselverschluss, wie beispielsweise einem Bajonettverschluss, handeln. Dies ermöglicht eine kurzfristige Nutzung einer einzigen Spannmittelanordnung im Wechsel an mehreren unterschiedlichen Werkzeugmaschinen eines Betriebs. Alternatively or additionally, the machine interface is designed for coupling to a machine flange. The machine interface can be a standardized connection according to DIN ISO 702-1 to 702-4 (issued April 2010). In particular, in a preferred embodiment, it may be a clip exchange closure, such as a bayonet closure act. This allows a short-term use of a single clamping device arrangement in alternation with several different machine tools of an operation.

Besonders bevorzugt sind zwischen dem Spannmittel und dem Maschinenflansch Entkopplungsmodule vorgesehen, welche verhindern, dass sich Schwingungen aus dem Spannmittel auf die Werkzeugmaschine übertragen. Die Entkopplungsmodule können insbesondere in das Spannmittel und/oder in den Maschinenflansch integriert sein. Ein solches Entkopplungsmodul ist im Wesentlichen eine passive Lagerung, die insbesondere angrenzend an die Maschinenflansch-Kontaktflächen angeordnet wird. Als Entkopplungsmodule können beispielsweise Einsätze aus Granit, Reaktionsharzbeton oder ähnliches eingesetzt werden. Particularly preferred decoupling modules are provided between the clamping means and the machine flange, which prevent vibrations transmitted from the clamping means to the machine tool. The decoupling modules can be integrated in particular in the clamping device and / or in the machine flange. Such a decoupling module is essentially a passive bearing, which is arranged in particular adjacent to the machine flange contact surfaces. As decoupling modules, for example, inserts made of granite, reactive resin concrete or the like can be used.

Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Sensoranordnung mindestens einen piezoelektrischen Sensor auf. Derartige piezoelektrische Sensoren können Schwingungen mit sehr hohen Frequenzen fehlerarm aufnehmen. Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung zwei derartige piezoelektrische Sensoren auf, um eine Redundanzmessung durchzuführen. In a preferred embodiment of the invention, the sensor arrangement has at least one piezoelectric sensor. Such piezoelectric sensors can record vibrations with very high frequencies with low errors. Particularly preferably, the sensor arrangement has two such piezoelectric sensors in order to carry out a redundancy measurement.

Es ist bevorzugt, dass der Aktor eine Bewegung der Werkstückschnittstelle und/oder des Werkstücks in Richtung einer Rotationsachse (also in Z-Richtung) und senkrecht zu der Rotationsachse in Richtung zu dem Werkstück (also in X-Richtung) ermöglicht. Auf diese Weise kann bei dem rotierenden Werkstück jegliche Schwingung auf die Werkstückschnittstelle bzw. das Werkstück aufgebracht werden. It is preferred that the actuator allows movement of the workpiece interface and / or of the workpiece in the direction of a rotation axis (ie in the Z direction) and perpendicular to the rotation axis in the direction of the workpiece (ie in the X direction). In this way, any vibration on the workpiece interface or the workpiece can be applied to the rotating workpiece.

In einer konstruktiven Realisierung kann der Aktor beispielsweise als ein Ringaktor oder als ein Scheibenaktor ausgebildet sein. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass dieser ebenfalls als ein Piezoaktor ausgebildet ist, um eine schnelle Reaktion und/oder Frequenz bei der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung zu ermöglichen. In a structural realization of the actuator may be formed, for example, as a ring actuator or as a disk actuator. It is particularly preferred that this is also designed as a piezoelectric actuator to allow a fast response and / or frequency in the control by the control device.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet eine Werkzeugmaschine wie diese zuvor beschrieben wurde mit einem Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkzeugs. Die Werkzeugmaschine weist die Spannmittelanordnung auf, wie diese zuvor beschrieben wurde. Another object of the invention is a machine tool as described above with a tool for machining a tool. The machine tool has the clamping device arrangement, as described above.

Ein weiterer optionaler Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Kompensieren von Schwingungen an einem Werkzeug mit der Spannmittelanordnung und/oder der Werkzeugmaschine, wie dieses zuvor beschrieben wurde. Bei der Kompensation der Schwingungen werden Schwingungen des Werkzeugs als Sensordaten aufgenommen und durch Ansteuerung des Aktors mit Gegenschwingungen kompensiert, sodass die Schwingungen an der Bearbeitungszone zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug reduziert und vorzugsweise ausgelöscht sind. Another optional object of the invention is a method for compensating for vibrations on a tool with the clamping device assembly and / or the machine tool, as described above. When the vibrations are compensated, vibrations of the tool are recorded as sensor data and compensated by triggering the actuator with countervibrations, so that the vibrations at the machining zone between the workpiece and the tool are reduced and preferably extinguished.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Diese zeigen: Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and the accompanying drawings. These show:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit einer Spannmittelanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figure 1 is a schematic representation of a machine tool with a clamping device arrangement as an embodiment of the invention;

Figur 2 eine Grundstruktur einer Feedforward-Regelung, wie diese in der Spannmittelanordnung eingesetzt werden kann. Die Figur 1 zeigt in einem stark schematisierten Diagramm eine Werkzeugmaschine 1 mit einem Werkzeug 2 zur Bearbeitung eines Werkstücks 3 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Konzeptionell betrachtet wird das Werkstück 3 bei der Bearbeitung um eine Rotationsachse R rotiert, welche parallel zu einer Z-Richtung in einem Koordinatensystem KO der Werkzeugmaschine 1 verläuft. In der gezeigten seitlichen Ansicht verläuft in dem Koordinatensystem KO eine X-Richtung senkrecht zu der Z-Richtung. Insbesondere ist die X-Z-Ebene dargestellt. Figure 2 shows a basic structure of a feedforward control, as this can be used in the clamping device arrangement. 1 shows a highly schematic diagram of a machine tool 1 with a tool 2 for machining a workpiece 3 as an embodiment of the invention. Conceptually considered, the workpiece 3 is rotated during machining about a rotation axis R, which runs parallel to a Z-direction in a coordinate system KO of the machine tool 1. In the side view shown, in the coordinate system KO, an X direction is perpendicular to the Z direction. In particular, the XZ plane is shown.

Das Werkzeug 2 kann beispielsweise als ein Bohr-, Fräs-, Dreh- oder Räumwerkzeug ausgebildet sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 2 als ein Drehmeißel realisiert. Das Werkzeug 2 weist einen Werkzeughalter 14 auf, welcher einen Schaft und einen Kopf hat, wobei an dem Kopf eine Wendeschneidplatte als Schneidenkörper 17 angeordnet ist. The tool 2 may be formed, for example, as a drilling, milling, turning or broaching tool. In the present embodiment, the tool 2 is realized as a turning tool. The tool 2 has a tool holder 14, which has a shank and a head, wherein an indexable insert is arranged as a cutting body 17 on the head.

Die Werkzeugmaschine 1 weist eine Spannmittelanordnung 4 auf, welche aus einem Spannmittel 5 einer Sensoranordnung 6 und einer Steuereinrichtung 7 aufgebaut ist. Das Spannmittel 5 weist als eine Werkstückschnittstelle 8 ein Spannfutter, insbesondere Drehfutter auf, wobei das Werkstück 3 in der Werkstückschnittstelle aufgenommen ist und insbesondere im Spann- bzw. Drehfutter eingespannt ist. An dem anderen freien Ende des Spannmittels 5 ist eine Maschinenschnittstelle 9 angeordnet, mit der das Spannmittel 5 mit der Werkzeugmaschine 1 , insbesondere einer Drehachse oder Spindelachse der Werkzeugmaschine 1 verbunden werden kann. Die Maschinenschnittstelle 9 ist als eine Standardschnittstelle ausgebildet. Insbesondere ist die Maschinenschnittstelle 9 als ein Schnellwechselverschluss in Form eines Bajonettverschlusses ausgebildet. The machine tool 1 has a clamping means arrangement 4, which is constructed from a clamping means 5 of a sensor arrangement 6 and a control device 7. The clamping means 5 has as a workpiece interface 8 a chuck, in particular lathe chuck, wherein the workpiece 3 is received in the workpiece interface and is clamped in particular in the clamping or lathe chuck. At the other free end of the clamping means 5, a machine interface 9 is arranged, with which the clamping means 5 with the machine tool 1, in particular a rotation axis or spindle axis of the machine tool 1 can be connected. The machine interface 9 is designed as a standard interface. In particular, the machine interface 9 is designed as a quick-change closure in the form of a bayonet closure.

In dem Spannmittel 5 ist ein Aktor 10 integriert, welcher es ermöglicht, die Werkstückschnittstelle 8 und damit das Werkstück 3 in Z-Richtung und zusätzlich in X- Richtung zu versetzen oder zu kippen. Berücksichtigt man, dass das Werkstück 3 bei der Bearbeitung in Rotation um die Rotationsachse R gemeinsam mit dem Spannmittel 5 versetzt ist, so kann durch den Aktor 10 das Werkstück 3 in jede beliebige Richtung senkrecht zu der Rotationsachse R ausgelenkt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein anderer Aktor 10 eingesetzt ist. Der Aktor 10 ist über ein Kabel 1 1 mit der Steuereinrichtung 7 signaltechnisch gekoppelt. Mit Blick auf die Rotation des Spannmittels 5 ist eine Drehdurchführung 12 für die Signalübertragung und für die Stromversorgung zwischen der Steuereinrichtung 7 und dem Aktor 10 vorgesehen. In the clamping means 5, an actuator 10 is integrated, which makes it possible to move the workpiece interface 8 and thus the workpiece 3 in the Z direction and additionally in the X direction or tilt. Taking into account that the workpiece 3 is offset during machining in rotation about the rotation axis R together with the clamping means 5, so can be deflected by the actuator 10, the workpiece 3 in any direction perpendicular to the rotation axis R. However, it is also possible that another actuator 10 is used. The actuator 10 is over a cable 1 1 signal-coupled with the control device 7. In view of the rotation of the clamping means 5, a rotary feedthrough 12 for the signal transmission and for the power supply between the control device 7 and the actuator 10 is provided.

Die Sensoranordnung 6 weist zwei Sensoren 13a, b auf, welche auf dem Werkzeughalter 14 des Werkzeugs 2 angeordnet sind. Einer der Sensoren 13a ist an dem Schaft des Werkzeughalters 14 befestigt, der andere Sensor 13b ist an dem Kopf des Werkzeughalters 14, unmittelbar benachbart zu dem Schneidenkörper 17 angeordnet. Beide Sensoren 13a, b sind als Schwingungssensoren und insbesondere nach einem piezoelektrischen Wirkprinzip ausgebildet. Über weitere Kabel 15 sind die Sensoren 13a, b oder allgemeiner gesagt die Sensoranordnung 6 mit der Steuereinrichtung 7 signaltechnisch verbunden. The sensor arrangement 6 has two sensors 13 a, b, which are arranged on the tool holder 14 of the tool 2. One of the sensors 13 a is attached to the shaft of the tool holder 14, the other sensor 13 b is disposed on the head of the tool holder 14, immediately adjacent to the blade body 17. Both sensors 13a, b are designed as vibration sensors and in particular according to a piezoelectric operating principle. By way of further cables 15, the sensors 13a, b or, more generally, the sensor arrangement 6 are signal-connected to the control device 7.

Das Spannmittel 5 weist Entkopplungsmodule 16 auf, welche zur Entkopplung der Werkzeugmaschine 1 von dem Spannmittel 5 und insbesondere von Gegenschwingungen des Aktors 10 vorgesehen sind. Das Spannmittel 5 ist als ein vollgekapseltes System ausgebildet, das auf jede Werkzeugmaschine 1 universell adaptiert werden kann. The clamping means 5 has decoupling modules 16 which are provided for decoupling the machine tool 1 from the clamping means 5 and in particular from counter vibrations of the actuator 10. The clamping means 5 is designed as a fully encapsulated system that can be universally adapted to each machine tool 1.

Kurz gefasst ist die Funktionsweise wie folgt: Durch die spanende Bearbeitung mit diversen Werkzeugen (Bohr-, Fräs-, Dreh-, Räumwerkzeuge etc.), beispielhaft als Schneidenkörper 17 dargestellt, können während der Zerspanung Schwingungen auftreten. Diese werden durch die Sensoren 13a, b als Schwingungssensoren nach piezoelektrischem Wirkprinzip am Werkzeug 2 bzw. an dem Werkzeughalter 14 aufgenommen, wobei die zwei Sensoren 13a, b ein redundantes System darstellen. Die erfassten Schwingungen werden als Sensordaten in der Steuereinrichtung 7 über die Achsposition der Werkzeugmaschine 1 in Echtzeit aufgearbeitet und Steuersignale über eine Schnittstelle, in diesem Fall dem Kabel 1 1 , dem Aktor 10, der im Spannmittel 5 integriert ist, zugeführt, die in Gegenschwingungen umgewandelt werden, um auf diese Weise in der Bearbeitungszone zwischen dem Werkzeug 2 und dem Werkstück 3 die Schwingungen auszulöschen. Diese Art der Schwingungskompensation kann beispielsweise durch eine Feedforward-Regelung umgesetzt werden, deren Struktur in der Figur 2 dargestellt ist. In dem Signalpfad wird auf das Werkzeug 2 als primäre Strecke eine primäre Störung PM durch die Bearbeitung aufgeprägt, welche zu Schwingungen in der Bearbeitungszone B führen kann. Die Kompensation erfolgt über eine sekundäre Strecke, welche durch das aktive Spannmittel 5 und das Werkstück 3 gebildet ist, welche eine Gegenschwingung erzeugen. Über die Sensoranordnung 6 wird ein Referenzsignal RS aufgenommen und der Steuereinrichtung 7, welche als ein Regler, insbesondere als ein adaptives Filter, ausgebildet ist, zugeführt. Die Steuereinrichtung 7 berechnet ein Steuersignal, welches dem aktiven Spannmittel 5 zugeführt wird, so dass an dem Werkstück 3 die Gegenschwingungen erzeugt werden. Die Schwingungen in der primären Strecke und die Gegenschwingungen in der sekundären Strecke sollen zu einer wechselseitigen Auslöschung an der Bearbeitungszone B führen. Es kann vorgesehen sein, dass zudem ein Fehlersignal FS über der Sensoranordnung 6 aufgenommen wird, um die Steuereinrichtung 7, insbesondere den Regler zu adaptieren. In short, the operation is as follows: By machining with various tools (drilling, milling, turning, broaching tools, etc.), exemplified as a cutting body 17, vibrations may occur during machining. These are picked up by the sensors 13a, b as vibration sensors according to the piezoelectric operating principle on the tool 2 or on the tool holder 14, wherein the two sensors 13a, b represent a redundant system. The detected vibrations are processed as sensor data in the control device 7 via the axial position of the machine tool 1 in real time and control signals via an interface, in this case the cable 1 1, the actuator 10, which is integrated in the clamping means 5, fed, which is converted into negative vibrations are to extinguish in this way in the machining zone between the tool 2 and the workpiece 3, the vibrations. This type of vibration compensation can be implemented, for example, by a feedforward control whose structure is shown in FIG. In the signal path, a primary interference PM is impressed on the tool 2 as the primary path by the machining, which can lead to vibrations in the processing zone B. The compensation takes place via a secondary path, which is formed by the active clamping means 5 and the workpiece 3, which generate a countervibration. Via the sensor arrangement 6, a reference signal RS is received and supplied to the control device 7, which is designed as a controller, in particular as an adaptive filter. The control device 7 calculates a control signal, which is supplied to the active clamping means 5, so that the counter-vibrations are generated on the workpiece 3. The oscillations in the primary track and the countervibrations in the secondary track are said to result in mutual cancellation at the machining zone B. It may be provided that, in addition, an error signal FS is recorded over the sensor arrangement 6 in order to adapt the control device 7, in particular the controller.

Durch die Spannmittelanordnung 4 wird somit ein Spannmittel 5 vorgeschlagen, welches bei allen Werkzeugmaschinen universell einsetzbar ist und eine aktive, integrierte Schwingungsdämpfung aufweist, sodass das Spannmittel 5 labile, leicht schwingende Werkstücke wie gewohnt aufnehmen und während der Bearbeitung den auftretenden Schwingungen entgegenwirken kann. Der Vorteil ist die Erhöhung der Bauteilqualität und/oder die Reduzierung der Taktzeiten und die Reduzierung der Werkzeugkosten. By the clamping means 4, a clamping means 5 is thus proposed, which is universally applicable to all machine tools and has an active, integrated vibration damping, so that the clamping means 5 absorb labile, slightly oscillating workpieces as usual and can counteract the vibrations occurring during processing. The advantage is the increase in component quality and / or the reduction of cycle times and the reduction of tool costs.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Werkzeugmaschine 1 machine tool

Werkzeug Tool

Werkstück workpiece

Spannmittelanordnung Clamping means assembly

Spannmittel clamping means

Sensoranordnung sensor arrangement

7 Steuereinrichtung 7 control device

8 Werkstückschnittstelle 8 workpiece interface

9 Maschinenschnittstelle 9 machine interface

10 Aktor 10 actor

1 1 Kabel 1 1 cable

12 Drehdurchführung 12 rotary feedthrough

13a, b Sensoren 13a, b sensors

14 Werkzeughalter 14 tool holder

15 weitere Kabel 15 more cables

16 Entkopplungsmodule 16 decoupling modules

17 Schneidenkörper 17 cutting body

R Rotationsachse R rotation axis

KO Koordinatensystem KO coordinate system

PM primäre Störung PM primary disorder

B Bearbeitungszone B processing zone

RS Referenzsignal RS reference signal

FS Fehlersignal FS error signal

Claims

claims

1 . Clamping arrangement (4) for a machine tool (1), wherein the machine tool (1) has a tool (2) for machining a workpiece (3),

with a clamping means (5), wherein the clamping means (5) has a machine interface (9) for coupling to the machine tool (1) and a workpiece interface (8) for receiving the workpiece (3),

characterized in that

the tensioning means arrangement (4) furthermore has a sensor arrangement (6), the sensor arrangement (6) being designed to receive vibrations of the tool (2) as sensor data, and furthermore comprising a control device (7) for receiving sensor data of the sensor arrangement (6), and wherein the tensioning means (5) has at least one actuator (10) arranged on the tensioning means (5), wherein the control means (7) is designed to control the at least one actuator (10) on the basis of the sensor data, in order to control the vibrations of the tool (2 ) to compensate.

2. clamping device arrangement (4) according to claim 1, characterized in that the control device (7) is adapted to control the actuator (10), so that the workpiece (2) is set in counter-vibrations to extinguish the vibrations of the tool (2 ) to create.

3. clamping device arrangement (4) according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece interface (8) is designed as a chuck.

4. clamping device arrangement (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the machine interface (9) is designed for coupling to a machine flange as a quick-change lock.

5. clamping device arrangement (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement (6) has at least one piezoelectric sensor.

6. clamping device arrangement (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (10) movement of the workpiece interface (8) and / or the workpiece (2) in the direction of an axis of rotation (R) of the clamping means (5) and in a vertical direction allows.

7. clamping device arrangement (4) according to claim 6, characterized in that the actuator (10) is designed as a ring actuator or disk actuator.

8. Machine tool (1) with a tool (2) for machining a workpiece (2), characterized by a clamping means arrangement (4) according to one of the preceding claims.

9. Machine tool (1) according to claim 8, characterized in that during machining, the tool (2) is arranged stationary and the clamping means (5) is rotated.

10. Machine tool (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the tool (2) is designed as a drilling, milling, turning or broaching tool.