Werkzeugmaschine

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Werkstücks und eines Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine.

Die Anforderungen an die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen mit rotierenden Werkzeugen, z.B. Fräsmaschinen, steigen immer weiter. Neben der Genauigkeit der eigentlichen Bearbeitung, die durch die Genauigkeit der Maschine, des Bearbeitungswerkzeuges, der Werkzeugaufnahme etc., bestimmt wird, wird die Genauigkeit bei dem Einrichten des Werkstückes, bzw. dem Setzen des Nullpunktes für die Bearbeitung zunehmend zu einem begrenzenden Faktor für die erreichbare Präzision.

Nachdem ein Werkstück in die Maschine eingebracht und für die Bearbeitung gespannt wurde, sei es auf Paletten oder auch mit konventionellen Mitteln, wie einem Schraubstock, wird üblicherweise die Spannlage des Werkstückes mit geeigneten Hilfsmitteln festgestellt und aufgrund der festgestellten Spannlage der Nullpunkt für die Bearbeitung festgelegt.

Aus dem Stand der Technik bekannt ist das Antasten des Nullpunktes mit einem automatischen Taster. Dieser verfügt über eine Tastspitze mit einer Tastkugel zum Antasten des Werkstücks an einem Ende. Am anderen Ende ist er an einer Werkzeugaufnahme befestigt und kann darüber in die Bearbeitungsspindel eingewechselt werden. Zum Antasten eines Werkstückes fährt die Maschine den an der Spindel über die Werkzeugaufnahme gehaltenen automatischen Taster zum Werkstück, bis der unten am automatischen Taster befindliche Taststift das Werkstück berührt und so weit auslenkt, dass der Taster schaltet. Moderne automatische Taster sind dabei so aufgebaut, dass der Weg für die Auslenkung des Taststiftes immer exakt gleich ist und kalibriert werden kann. Wenn der automatische Taster schaltet, wird vom automatischen Taster ein Signal an die Steuerung gesendet und von dieser die Ist-Position der Maschine für diese Tastposition festgestellt. So können beliebige Kanten, Bohrungen etc., angetastet und deren relative Lage in der Maschine relativ genau festgestellt werden. Moderne Taster sind hochgenau. Daher kann die Position des Tasters für den Schaltpunkt sehr exakt festgestellt werden.

Dennoch ist die Genauigkeit dieses Verfahrens durch den vorgegebenen Ablauf an sich begrenzt. Nachdem die vorgegebenen Geometrieelemente mit einem automatischen Taster in einer Maschine angetastet wurden, muss die Werkzeugaufnahme, an der der automatische Taster befestigt ist, wieder aus der Spindel ausgewechselt und das für die Bearbeitung gewünschte Bearbeitungswerkzeug in die Spindel eingewechselt werden. Bei diesem Wechselvorgang kommt es zu Abweichungen, da die Spannlage der Werkzeugaufnahmen nie exakt identisch ist. Außerdem stimmt in den meisten Fällen die Länge des automatischen Tasters von der Anlagefläche der Werkzeugaufnahme bis zur Spitze des Taststiftes nicht mit der Länge des Bearbeitungswerkzeuges von der Anlagefläche der Werkzeugaufnahme bis zur Werkzeugspitze überein. Wenn die Spindel nicht exakt parallel zur Verfahrrichtung der Achse steht, die die Spindel in Richtung der Spindelachse verfährt, kommt es zu zusätzlichen Abweichungen. Kleinste Verkippungen der Spindel führen zu einem Versatz zwischen Antastvorgang und Bearbeitung. Je größer der Längenunterschied zwischen Bearbeitungswerkzeug und automatischem Taster ist, desto gravierender sind diese Verkippungen für die Antastgenauigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Werkstücks und eines Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine exakte Zuordnung zwischen der Geometrie des Werkstücks zu dem Werkzeug ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Es ist daher im Rahmen der Aufgabe wünschenswert, das Werkstück mit dem rotierenden Bearbeitungswerkzeug direkt vor der Bearbeitung anzutasten. So können die Positionen von den Nullpunkt bestimmenden Geometrieelementen, z.B. Bohrungen oder Kanten, direkt vor der Bearbeitung, bezogen auf das einzusetzende Werkzeug, bestimmt werden. Die oben beschriebenen, zu Ungenauigkeiten führenden Effekte durch den Wechsel zwischen einem automatischen Taster und einem Bearbeitungswerkzeug gemäß dem Stand der Technik können erfindungsgemäß eliminiert werden.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Werkstücks relativ zu einem Werkzeug in einer Werkzeugmaschine geschaffen, bei welchem ein Werkstück an der Werkzeugmaschine gespannt wird, bei welchem nachfolgend ein Werkzeug in eine rotierbare Spindelwelle eingesetzt wird und die Spindelwelle in Rotation versetzt wird, bei welchem zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug eine elektrische Spannung angelegt wird, bei welchem das Werkzeug und das Werkstück gegeneinander verfahren werden und bei welchem bei einem Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eine Änderung der angelegten Spannung oder der entstehende Stromfluss ermittelt und die jeweilige Position des Werkstücks und/oder des Werkzeugs ermittelt und in einem Rechenprogramm zur Steuerung / Regelung der Bearbeitung des Werkstücks hinterlegt wird.

In der Praxis sind die nullpunktbestimmenden Geometrieelemente, die vor der Bearbeitung in einer Maschine am Werkstück angetastet werden, häufig bereits fertiggestellt. Daher dürfen diese nicht durch den Antastvorgang beschädigt werden, was bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit dem automatischen Taster auch der Fall ist. Der Antastdruck des Taststiftes ist sehr gering, so dass der Antastvorgang keine Spuren hinterlässt.

Wenn dagegen mit dem rotierenden Bearbeitungswerkzeug angetastet werden soll, kommt es bei Berührung des Werkstückes sofort zum Eingriff und Materialabtrag. Um das zu verhindern oder zumindest zu minimieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bereits bei dem ersten minimalen Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück dieser sicher detektiert wird und die Werkzeugmaschine sofort anhält oder sogar zurückzieht.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück eine Spannung angelegt und überwacht wird. Dies ist bei modernen Werkzeugmaschinen mit schnell laufenden Spindeln problemlos möglich, da die Spindelwellen derartiger Spindeln üblicherweise mit Keramikkugeln gelagert sind. Die Spindelwelle ist dadurch von der Maschine elektrisch isoliert. Über einen aus dem Stand der Technik bekannten Kontakt, beispielsweise über Bürsten, kann eine elektrische Spannung an die Spindelwelle angelegt werden. Über die Werkzeugaufnahme wird diese in das Bearbeitungswerkzeug geleitet. Der zweite Pol der Spannung kann mit dem Werkstück oder dem darunter befindlichen Maschinentisch verbunden werden.

Sollte in der Maschine eine Spindel eingesetzt werden, deren Welle nicht zu dem Spindelgehäuse elektrisch isoliert ist, dann kann die elektrische Isolierung an anderer geeigneter Stelle vorgesehen werden, z.B. zwischen Spindelgehäuse und Maschine, aber auch werkstückseitig, z.B. zwischen Werkstück und Maschinentisch. Mit vielen bekannten Methoden lassen sich leicht die Voraussetzungen schaffen, eine elektrische Spannung zwischen Spindelwelle und Werkstück anzubringen.

Das Bearbeitungswerkzeug ist über die metallische Werkzeugaufnahme, in dem dieses gehalten wird, direkt mit der Spindelwelle elektrisch leitend verbunden. Wenn es nun zu einem Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück kommt, fließt ein Strom und es kann dieser leicht mit Hilfe einer einfachen Schaltung auf Grund der sich verändernden elektrischen Spannung festgestellt werden. Auch bei extrem kurzem Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug ist eine solche Veränderung der Spannung bereits feststellbar. Wenn in dem Moment der durch den Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück verursachten Spannungsänderung ein Signal an die Steuerung gesendet wird, um die die Werkzeugmaschine sofort anzuhalten oder zurückzuziehen, kann ein signifikanter Eingriff, d.h. eine Beschädigung am Werkstück, sicher vermieden werden. Die entstehenden„Antastmarken" sind deutlich kleiner als 1 m, wenn die Antastgeschwindigkeit geeignet gewählt wird. Derart geringe Veränderungen der anzutastenden Oberfläche sind in der Praxis auch an bereits fertiggestellten Geometrieelementen des Werkstückes vernachlässigbar und können hingenommen werden, auch bei wiederholtem Antasten. Damit eignet sich das beschriebene Verfahren für ein fast beschädigungsfreies Antasten von Werkstücken direkt mit dem Bearbeitungswerkzeug, das für die Bearbeitung eingesetzt werden soll. Mögliche Ungenauigkeiten, die durch Einsatz eines Hilfsmittels wie eines automatischen Tasters entstehen, werden vermieden.

Das Verfahren kann sowohl für Bearbeitungswerkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide, z.B. Fräswerkzeuge, als auch mit geometrisch unbestimmter Schneide, z.B. Schleifwerkzeuge, eingesetzt werden. Einzige Voraussetzung für das Verfahren ist, dass auch das Bearbeitungswerkzeug elektrisch leitend ist.

Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Antastens direkt mit dem Bearbeitungswerkzeug besteht darin, dass dieses jederzeit während der Bearbeitung durchgeführt werden kann. In der Praxis sind Werkzeugmaschinen insbesondere bei längeren Bearbeitungen häufig nicht Nullpunktstabil, d.h. die Lage des Nullpunktes verändert sich leicht. Meist wird die Veränderung des Nullpunktes durch thermische Effekte verursacht, entweder in der Werkzeugmaschine, z.B. durch Erwärmung bestimmter Komponenten, oder durch die Umgebung, z.B. bei Temperaturschwankungen der die Werkzeugmaschine umgebenden Luft. Die Veränderung des Nullpunktes während der Bearbeitung führt zu unerwünschten Abweichungen. Um diese zu minimieren ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, während der Bearbeitung den Antastvorgang an den vorgegebenen Geometrieelementen jederzeit zu wiederholen. Dabei ist es von großem Vorteil, dass das Bearbeitungswerkzeug nicht ausgewechselt werden muss, sondern das Antasten direkt mit diesem durchgeführt werden kann. Dadurch wird das Antasten sehr zeiteffektiv. Es versteht sich, dass die anzutastenden Geometrieelemente vor dem Antasten zu reinigen sind, z.B. mit in der Werkzeugmaschine vorhandenem Kühlmittel, um Fehlmessungen durch am Werkstück anhaftende Späne zu vermeiden. Dieser nullpunktkorrigierende Antastvorgang kann in beliebigen Zeitintervallen ausgeführt werden, je nachdem, wie nullpunktstabil die Werkzeugmaschine ist und welche Genauigkeiten gefordert sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Spannung eine Wechselspannung ist und die Wechselspannung mittels einer kapazitiven Kopplung von einer Spannungsquelle zu dem Werkzeug übertragen wird. Dabei ist ein erster Pol der Spannungsquelle mit dem Werkstück gekoppelt und ein zweiter Pol der Spannungsquelle über die kapazitive Kopplung mit dem Werkzeug gekoppelt. Auf diese Weise wird eine mechanische Kontaktierung, beispielsweise durch Schleifkontakte, zwischen den in Rotation versetzten Elementen und der Spannungsquelle vermieden. Somit werden die für eine solche mechanische Kontaktierung bekannten Nachteile, wie z.B. Abnutzungserscheinungen, unterbunden. An Stelle der mechanischen Kontaktierung erfolgt eine kapazitive Kopplung, wobei zumindest eines der in Rotation versetzten Elemente, Spindelwelle, Werkzeugaufnahme oder Werkzeug, als eine Seite eines Kondensators und ein Kopplungselement auf Seiten der Spannungsquelle, beispielsweise eine Metallplatte, die dicht an einem der rotierenden Elemente mit einem definierten Spalt angeordnet ist, als eine zweite Seite dieses Kondensators wirkt. Je höher die Frequenz der angelegten Wechselspannung ist, desto geringer ist der Widerstand des so realisierten Kondensators. Außerdem kann durch entsprechende Anordnung, z.B. Wahl einer ausreichend großen Metallplatte und eines kleinen Abstandes zur Spindelwelle, dafür gesorgt werden, dass die Kapazität entsprechend groß und damit der elektrische Widerstand für die gewählte Wechselspannung entsprechend klein ist.

Bei dem Antasten mit dem Werkzeug am Werkstück wird sich ein größerer Stromfluss auch bei Verwendung einer Wechselspannung erst ergeben, wenn ein mechanischer Kontakt entsteht oder wenn der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück nur noch extrem klein ist. Das liegt daran, dass die Oberfläche der eingesetzten Werkzeuge nicht flächig genug ist, um eine signifikante kapazitive Kopplung zum Werkstück auszubilden. Bei den Bearbeitungswerkzeugen stehen immer nur die einzelnen Schneiden vor, die nur punkt- oder linienförmig einen engen Abstand zu dem anzutastenden Werkstück bilden können, aber in keinem Fall eine größere Fläche, wie bei der kapazitiven Kopplung der Stromquelle zu den rotierenden Elementen in und an der Spindel. Im Vergleich zu der kapazitiven Kopplung der Stromquelle an die rotierenden Elemente mit beispielsweise einer flächigen etallplatte ist die kapazitive Kopplung des Werkzeuges zum Werkstück auch kurz vor dem mechanischen Kontakt sehr klein.

Ein Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück kann sowohl ein physikalischer Kontakt als auch ein elektrischer Kontakt sein. Ein elektrischer Kontakt ist dabei auch dann gegeben, wenn noch ein sehr geringer Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück besteht, aber dennoch ein Stromfluß aufgrund kapazitiver Effekte erfolgt.

Da der Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück extrem klein sein muss, damit sich eine signifikante kapazitive Kopplung ergibt, ist der Effekt für das Messergebnis von untergeordneter Bedeutung. Die Abweichung zum mechanischen Kontakt ist minimal.

Nachfolgend wird eine weitere Möglichkeit der Kontaktierung der Spindelwelle aufzeigt, alternativ zu den bereits oben beschriebenen Lösungen mit der Kontaktbürste oder dem Kondensatorprinzip. Es wird dabei ein weiteres Hilfskugellager auf die Spindelwelle montiert, das statt elektrisch isolierender Keramikkugeln mit Stahlkugeln ausgeführt ist und dadurch elektrisch leitend ist. Durch die Stahlkugeln erreicht das Hilfskugellager nur dann die gleichen Drehzahlen wie die Hauptlager der Spindelwelle, wenn der Durchmesser des Stahlkugellagers deutlich kleiner ist. Es muss daher an einer schlanken Stelle, z.B. am Ende der Spindelwelle montiert werden. Es hat lediglich die Funktion, einen elektrischen Kontakt zur Spindelwelle herzustellen und muss die Spindelwelle nicht zusätzlich mechanisch abstützen. Es kann also z.B. ein einfach ausgeführtes Rillenkugellager sein. Der Außenring des Lagers wird in einem elektrisch isolierenden Material, z.B. Kunststoff, aufgenommen und so gegen das Spindelgehäuse elektrisch isoliert. Gleichzeitig wird ein Kabel mit dem Außenring des Lagers elektrisch verbunden und aus der Spindel herausgeführt. Dieses Kabel kann an einen Pol der Spannungsquelle angeschlossen werden. Auf diese Weise wird die Spindelwelle, wie für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlich, mit einem Pol der Spannungsquelle mit Hilfe des elektrisch leitenden Hilfskugellagers verbunden. Der Vorteil dieser Kontaktierung besteht darin, dass weiterhin mit der elektrisch einfacheren Gleichspannung gearbeitet werden kann und dass das Hilfskugellager eine längere Lebensdauer als die Kontaktbürsten hat, die durch die ständige Reibung einem Verschleiß unterliegen.

Oben stehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren zunächst im Hinblick darauf beschrieben, dass durch das Antasten eine Zuordnung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück erfolgt und der exakte Ort dieser Zuordnung und Kontaktierung in dem Bearbeitungsprogramm für die weitere Bearbeitung des Werkstücks gespeichert und berücksichtigt wird.

Nachfolgend werden weitere erfindungsgemäße Aspekte beschrieben, die sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben.

Die während der Zerspanung z.B. durch Fräsen oder Schleifen abgetragenen Späne verteilen sich prozessbedingt im Arbeitsraum. Ein Teil der Späne bleibt auch auf dem Werkstück haften. In einigen Anwendungen versucht man durch eine Spülung mit einem Schmierstoff bzw. Kühlschmierstoff, z.B. Emulsion oder Öl, die Späne vom Werkstück fern zu halten beziehungsweise zu entfernen. Das gelingt jedoch nie vollständig. Abhängig von der Geometrie der Werkstücke, der Bearbeitung und der daraus resultierenden Flugrichtung der Späne kommt es immer wieder zu Späneansammlungen am Werkstück. Wenn mit einem Schmierstoff oder Kühlschmierstoff gearbeitet wird, wird das Anhaften der Späne am Werkstück noch begünstigt. Die Späne kleben am Werkstück. Ebenfalls wird das Anhaften von Spänen am Werkstück begünstigt, wenn das Werkstück aus einem eisenhaltigen Werkstoff besteht und mit einer Magnetplatte gespannt wird. Die Feldlinien der Magnetplatte dringen in das Werkstück ein und führen zu einem magnetischen Anhaften der abgetragenen Späne.

Die am Werkstück anhaftenden Späne können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren des Antastens des Werkstückes mit einem rotierenden Werkzeug über einen zu detektierenden Stromkontakt stören. Bereits bevor das rotierende Werkzeug das eigentliche Werkstück berührt und so einen Stromkontakt herstellt, kann sich durch am Werkstück anhaftende Späne ein Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug bilden. Die anhaftenden Späne werden dann zu einem das Werkstück und das Werkzeug elektrisch verbindenden Leiter.

Die Folge ist eine Falschmessung, da die eigentliche Position für den Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug noch nicht erreicht ist. Es wird gemäß der oben beschriebenen Vorgehensweise möglicherweise eine falsche Position für den Kontaktpunkt ermittelt und die nachfolgenden Bearbeitungsschritte folgen mit falsch ermittelten Daten, was zu erheblichen Beschädigungen bis hin zur Zerstörung des Werkstückes führen kann.

Leider lässt sich das Anhaften von Spänen an Werkstücken in der Praxis, wie oben beschrieben, nie ganz vermeiden. Um eine verlässliche Kontaktmessung durchzuführen, müsste das Werkstück vor jeder Messung von Hand gereinigt und auf Sauberkeit geprüft werden. Das ist insbesondere für automatisierte Bearbeitungsabläufe ein unerwünschter manueller Eingriff. _g

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, für einen anzutastenden Kontaktpunkt zwischen Werkstück und Werkzeug eine Mehrfachmessung, mindestens eine zweimalige Messung, durchzuführen. Wenn, wie oben beschrieben, sich bei der Kontaktmessung Späne als leitende Elemente zwischen Werkzeug und Werkstück befinden, dann erhalten im Moment des Kontaktes, d.h. bei der Berührung zwischen am Werkstück anhaftenden Spänen und Werkzeug, die Späne durch die Rotation des Werkzeuges einen Impuls, der deren Lage wesentlich verändert und diese in der Regel vom Werkstück wegschleudert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verfahrrichtung des Werkzeuges relativ zum Werkstück, mit der diese aufeinander zubewegt werden, im Moment des elektrischen Kontaktes sofort umgekehrt wird, um eine Beschädigung des Werkstückes zu vermeiden. Das Werkzeug wird wieder vom Werkstück entfernt. Die Bahn, auf der das Werkzeug vom Werkstück auf diese Weise entfernt wird, in eine sichere Abstandsposition hinein, kann beliebig vorgegeben werden.

Aus der sicheren Abstandsposition heraus kann erfindungsgemäß sofort eine weitere (zweite) Kontaktmessung durchgeführt werden, indem das Werkzeug exakt auf der gleichen Bahn, auf der es zuvor vom Werkstück entfernt wurde, wieder auf das Werkstück zubewegt wird, bis es wieder einen Kontakt gibt. Sollte das Werkzeug bei der ersten Kontaktmessung bereits das Werkstück korrekt angetastet haben, so wird bei der zweiten Kontaktmessung mit der Genauigkeit der Messtoleranz des Messverfahrens selber die gleiche Kontaktposition für das Werkzeug relativ zum Werkstück ermittelt werden.

Sollten sich dagegen bei der ersten Kontaktmessung Späne als elektrische Leiter zwischen Werkzeug und Werkstück befunden haben, so wird sich bei der zweiten Kontaktmessung eine andere Kontaktposition für das Werkzeug relativ zum Werkstück ergeben, da die Späne durch das rotierende Werkzeug bei der ersten Kontaktmessung in ihrer Lage verändert wurden. In der Folge wird sich eine größere Differenz zwischen den Kontaktpositionen der ersten Kontaktmessung und der zweiten Kontaktmessung ergeben. Aus dieser größeren Differenz kann die die Ergebnisse der Kontaktmessungen verarbeitende Maschinensteuerung erkennen, dass es sich bei der ersten Messung um eine Fehlmessung gehandelt haben muss.

Wenn somit die Differenz der beiden Kontaktmessungen einen vorgegebenen (vom Bediener oder in der Steuerung fest hinterlegt) Toleranzwert überschreitet, besteht die Möglichkeit, nur die zweite Kontaktmessung in der Steuerung als richtig zu bewerten und die erste zu verwerfen, da diese durch die anhaftenden Späne fehlerhaft war.

Um die Verlässlichkeit der Kontaktmessung weiter zu erhöhen, ist es aber auch möglich, bei Überschreiten des vorgegebenen Toleranzwertes eine weitere (dritte) Kontaktmessung in _g oben beschriebener Weise durchzuführen. Wieder kann im Anschluss die Differenz zwischen der zweiten und der dritten Kontaktmessung mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen werden und daraus geschlossen werden, ob diese beiden Messungen beide durch den gewünschten direkten Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug zustande gekommen sind oder ob erneut anhaftende Späne die Messung gestört haben. Im letzteren Fall können weitere Kontaktmessungen durchgeführt werden, bis zwei aufeinanderfolgende Kontaktmessungen innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegen.

Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, auch bei größeren Späneansammlungen eine verlässliche Kontaktmessung zwischen Werkstück und Werkzeug durchzuführen.

Bei sehr kleinen Spänen kann es vorteilhaft sein, die vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Kontaktmessungen an einer Stelle, die innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen müssen, auf mehr als 2 Kontaktmessungen zu erhöhen. Das gibt dem Verfahren eine noch höhere Verlässlichkeit, allerdings auf Kosten der Messzeit.

Es versteht sich, dass diese erfindungsgemäße Vorgehensweise für beliebige Antastrichtungen funktioniert. Späne können auf ebenen, geneigten oder auch senkrechten Bereichen des Werkstückes anhaften.

Außerdem kann es sinnvoll sein, größere Späneansammlungen vorab mit Hilfe von in der Maschine vorhandenen Medien zu beseitigen, z.B. kräftigen Luftdüsen, aber auch Schmierstoffen oder Kühlschmierstoffen. Dadurch wird die Anzahl der erforderlichen Kontaktmessungen, bis zwei aufeinanderfolgende Messungen innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegen, verringert. Es dauert nicht so lange, bis sämtliche Späne entfernt werden. Die Reinigung mit den Medien kann dabei gezielt an den für die Kontaktmessung vorgesehenen Stellen vorgenommen werden.

Es versteht sich, dass die Erfindung sowohl für Schleif- als auch für Fräswerkzeuge, also Werkzeuge mit bestimmter und unbestimmter Schneide geeignet ist.

Bei Arbeitsgängen mir sehr kleinen Drehzahlen kann es vorteilhaft sein, die Drehzahl für die Kontaktmessung etwas zu erhöhen, damit im Falle eines elektrischen Kontaktes über einen Span (Fehlmessung) sichergestellt ist, dass dieser einen ausreichend hohen Impuls bekommt, um weggeschleudert zu werden.

Erfindungsgemäß ist es außerdem möglich, eine Redundanz der Kontaktmessungen zu schaffen, indem das Werkstück an mehreren unterschiedlichen Stellen einmal oder wie beschreiben mehrfach angetastet wird und die Ergebnisse dieser Messungen mit einander verglichen werden. Sollten die Messergebnisse der Kontaktmessungen an einer Stelle des Werkstückes nicht zu den anderen Kontaktmessungen passen, beispielsweise eine vorgegebene Toleranz / Abweichung überschreiten, so können die Ergebnisse der Kontaktmessung(en) an dieser einen Stelle als ungültig verworfen werden und von der Berücksichtigung für die weitere Bearbeitung ausgeschlossen werden.

Dieses Vorgehen kann auch angewandt werden, wenn zunächst mehrere Kontaktmessungen an verschiedenen Stellen des Werkstückes erforderlich sind, wie beschrieben, um eine Messung überhaupt durchzuführen, z.B. die Lage und Orientierung des Werkstückes relativ in der Werkzeugmaschine zu bestimmen. Durch entsprechend erhöhte Anzahl der Kontaktmessungen ist es immer möglich, eine Redundanz zu schaffen, über die spanbedingte Fehlmessungen erkannt und von der Berücksichtigung ausgeschlossen werden.

Bei einer spanbedingten Fehlmessung wird ein Kontakt grundsätzlich zu früh, also vor Erreichen der gesuchten Kontaktposition zwischen Werkstück und Werkzeug, ermittelt. Die anhaftenden Späne stellen den Kontakt bereits vorher her. Dieser Umstand kann zur Erkennung von spanbedingten Fehlmessungen genutzt werden. Das rotierende Werkzeug hat in solchen Fällen immer einen Abstand zum eigentlichen Werkstück.

Das Antasten mit dem rotierenden Werkzeug am Werkstück kann auch zur indirekten Geometrievermessung des Werkzeuges verwendet werden, durch Antasten bereits fertiggestellter, maßlich bekannter Geometrieelemente am Werkstück, z.B. der hochgenauen Werkstückoberfläche oder einer hochgenauen Führungsbohrung, die vorher auf einer Messmaschine vermessen wurden. Wenn eine Führungsbohrung nach ähnlichen Verfahren wie bei dem Vermessen der Bohrung mit einem automatischen Taster mit dem Werkzeug mehrfach, beispielsweise durch gegenüberliegende Messpunkte, angetastet wird, kann bei bekanntem Bohrungsdurchmesser mit Hilfe der ermittelten Antastpunkte auf den Wirkdurchmesser des Werkzeuges zurückgerechnet werden. Durch Antasten der bekannten Werkstückoberfläche kann die Werkzeuglänge ermittelt werden.

Das Antasten erfolgt mit der für die nachfolgende Bearbeitung vorgesehenen Solldrehzahl. Vor dem Antasten des Werkstückes kann eine Warmlaufphase abgewartet werden, bis sich die Werkzeugmaschine für die Bearbeitungsdrehzahl im thermisch stabilen Zustand befindet. Thermisch bedingte Ungenauigkeiten durch Antasten mit einem stehenden automatischen Taster gemäß dem Stand der Technik und nachfolgender Bearbeitung mit einem rotierenden Werkzeug werden so vermieden.

Während der Bearbeitung sind durch erneutes Antasten jederzeit Kontrollmessungen möglich, um durch Veränderung der Umgebungstemperatur der Werkzeugmaschine oder andere Einflüsse bedingte Verlagerungen zwischen Werkstück und Werkzeug zu erfassen und mit Hilfe der Antastergebnisse zu kompensieren. Dabei ist kein Einwechseln eines automatischen Tasters erforderlich. Das Werkzeug bleibt unter Drehzahl in der Spindel. Die Werkzeugmaschine bleibt thermisch stabil.

Durch wiederholtes Antasten des rotierenden Werkzeuges am Werkstück an definierten maßlich bekannten Geometrieelementen kann während der Bearbeitung der Verschleiß des Werkzeuges ermittelt werden. Wenn beispielsweise in einer Führungsbohrung immer wieder gegenüberliegende Messpunkte genommen werden, werden die Antastpunkte bei auf Grund von durch Verschleiß verkleinertem Werkzeugdurchmesser abhängig vom Verschleiß immer weiter auseinander liegen. Wenn die Messpunkte mit den Werten der Erstantastung verglichen werden, kann auf den Verschleiß des Werkzeuges geschlossen werden. Gleiches gilt für die Länge des Werkzeuges oder auch den Radius.

Nach Beendigung eines Arbeitsganges kann die gefräste Geometrie direkt mit dem Bearbeitungswerkzeug geprüft werden. Dazu kann zuvor das Werkzeug erneut an maßlich bekannten Geometrieelementen am Werkstück referenziert werden, also der Verschleiß ermittelt werden. So kann beispielsweise erkannt werden, ob sich das Werkzeug, insbesondere bei längeren Werkzeuglängen, während der Bearbeitung auf Grund von Zerspankräften weggedrückt hat oder auf Grund ungünstiger Schneidengeometrie in das Werkstück hineingezogen hat und es somit zu Abweichungen bei der Bearbeitung gekommen ist.

Bei Werkstücken mit komplexen Oberflächen muss die Bearbeitung häufig mit unterschiedlich großen Werkzeugen durchgeführt werden. Aus Zeitgründen werden möglichst viele Bereiche der Werkstückoberfläche mit großen Werkzeugen bearbeitet. In konkaven Bereichen mit kleinen Innenradien kann die Bearbeitung mit den großen Werkzeugen nicht beendet werden. Es bleibt Material stehen. Daher wird eine Restmaterialbearbeitung mit einem deutlich kleineren Werkzeug durchgeführt. Wenn die Positionierung der Restmaterialbearbeitung mit dem kleinen Werkzeug nicht genau passt, entstehen zwischen dem Bereich, der mit einem größeren Werkzeug bearbeitet wurde, und dem Bereich, der für die Restmaterialbearbeitung mit einem kleineren Werkzeug bearbeitet wird, unerwünschte Absätze in der hergestellten Werkstückoberfläche. Erfindungsgemäß ist es möglich, vor Beginn der Restmaterialbearbeitung mit dem kleinen Werkzeug die bereits mit einem großen Werkzeug fertiggestellte Werkstückoberfläche in direkter Umgebung der Restmaterialbearbeitung mit dem rotierenden kleinen Werkzeug anzutasten und die Restmaterialbearbeitung mit dem kleinen Werkzeug an der mit einem großen Werkzeug fertiggestellten Werkstückoberfläche in direkter Umgebung der Restmaterialbearbeitung exakt auszurichten. Die Ausrichtung ist dabei nicht nur durch translatorische Verschiebung möglich, sondern gegebenenfalls kann zusätzlich eine Verdrehung im Raum vorgenommen werden, so dass die Restmaterialbearbeitung möglichst perfekt zu der bereits hergestellten Oberfläche passt. Derartige Ausrichtevorgänge sind aus dem Stand der Technik als sogenannte„Best-Fit- Verfahren" bekannt.

Auch ist es möglich, ein Antasten an fest am Maschinentisch installierten extra Antastelementen (Referenzelementen) vorzunehmen, wie aus DE102009037593A1 bekannt. Statt mit einem automatischen Taster können die Antastvorgänge an den in DE102009037593A1 beschriebenen Referenzelementen erfindungsgemäß auch mit dem rotierenden Werkzeug durchgeführt werden. Solche maßlich bekannten Referenzelemente in der Werkzeugmaschine können auch dazu verwendet werden, die Geometrie des rotierenden Werkzeuges durch Antasten zu vermessen. Sollte das erfindungsgemäße Antasten nicht vollständig verschleißfrei erfolgen können, beispielsweise, weil die Werkzeugmaschine nicht schnell genug reagiert, können die fest installierten Referenzelemente auch austauschbar vorgesehen werden.

Zum Kalibrieren eines automatischen Tasters wird beispielsweise eine hochpräzise, maßlich bekannte Kugel verwendet. Diese wird mit dem Taster mehrfach angetastet und so die Schaltcharakterisitik des Tasters bestimmt. Solche bekannten Kugeln können auch als feste Antastelemente für das erfindungsgemäße Verfahren in der Maschine genutzt werden.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht vor, dass man während der oft sehr langen Bearbeitungszeit, z.B. bei einer Schlichtbearbeitung, bei der die einzelnen Zeilen sehr eng nebeneinander liegen können, während der Bearbeitung den Kontakt des Werkstückes mit dem Werkzeug kontinuierlich überwacht. Bei jedem Schneideneingriff, also mehrmals pro Umdrehung des Werkzeugs muss es einen elektrischen Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück geben. Die Anzahl der Kontakte pro Umdrehung ist abhängig von der Anzahl der Schneiden am Werkzeug. Wenn dieser fortlaufende Kontakt nicht mehr gegeben ist, kann daraus geschlossen werden, dass das Werkzeug abgebrochen ist. Wenn es weniger Kontakte pro Umdrehung des Werkzeuges als Schneiden gibt, kann darauf geschlossen werden, dass einzelne Schneiden ausgebrochen sind. Da die Drehzahl des Werkzeugs für die Bearbeitung und die Anzahl der Schneiden des eingesetzten Werkzeuges in der Steuerung bekannt sind, ist eine derartige Überprüfung, ob alle Schneiden des Werkzeuges in Eingriff kommen, leicht möglich. Die erfindungsgemäße Werkzeugbruchkontrolle ist besonders bei der Bearbeitung mit sehr dünnen Werkzeugen, die sehr empfindlich sind, sehr vorteilhaft. Gemäß dem Stand der Technik wird das Werkzeug erst am Ende der Bearbeitung in einem Hilfsmittel, z.B. einem Messlaser vermessen. Wenn das Werkzeug frühzeitig abbricht, gehen so eventuell viele Stunden Bearbeitungszeit verloren, ohne dass dies bemerkt wird. Bei einer erfindungsgemäßen kontinuierlichen Überwachung über Stromkontakt kann ein Werkzeugbruch sofort überwacht werden. Dabei ist zu beachten, dass es in abzuarbeitenden NC-Programmen auch häufig Übersetzbewegungen gibt, beispielsweise von einer Bearbeitungsstelle an die nächste. Während der Übersetzbewegung gibt es natürlich auch keinen Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Diese Übersetzbewegungen können aber im NC-Programm der Werkzeugmaschine gekennzeichnet werden, z.B. durch einen anderen, höheren Vorschub. Die Maschinensteuerung wird den Kontakt zum Werkstück also nur während der eigentlichen Bearbeitung, z.B. mit dem vorgegebenen Bearbeitungsvorschub erwarten und nur während der Ausführung dieser Programmteile einen Kontakt des Werkzeuges mit dem Werkstück überprüfen. So wird vermieden, dass während einer programmbedingten Übersetzbewegung ein Werkzeugbruch fälschlich erkannt wird. Häufig gibt es in den NC-Programmen außerdem eine Anfahrbewegung an das Werkstück, die bereits mit dem Bearbeitungsvorschub durchgeführt wird, um das Werkzeug langsam in Eingriff zu bringen. Für derartige Fälle kann zu Beginn des Programmes und nach jeder Übersetzbewegung eine Karenzzeit vorgesehen sein, ab der erst die erfindungsgemäße Kontaktüberprüfung beginnt. Dabei wird die Karenzzeit so lange gewählt, dass die Anfahrbewegung innerhalb dieser sicher abgeschlossen ist. Wichtig an dieser Vorgehensweise ist, dass auch der Eingriff einzelner Schneiden überwacht werden kann.

Der in den oben stehenden Erläuterungen benutzte Begriff Antasten bedeutet im Rahmen der Erfindung eine Kontaktierung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, so wie dies obenstehend beschrieben wurde. Die Erfindung ist sowohl bei Schleifwerkzeugen als auch bei Fräswerkzeugen anwendbar, somit bei Werkzeugen, welche eine bestimmte oder eine unbestimmte Schneide aufweisen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Taster gemäß dem

Stand der Technik,

Fig. 2 eine Darstellung, analog Fig. 1 , eines ersten erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 Darstellungen von Winkelfehlern der Frässpindel und daraus resultierende Fehler,

Fig. 4 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer erfindungsgemäßen kapazitiven Kopplung,

Fig. 5 eine Ansicht, analog den Figuren 2 und 4, eines weiteren Ausführungsbeispiels, Fig. 6 eine Darstellung von verbleibendem Restmaterial bei Bearbeitung einer konkaven Fläche mit einem großen Werkzeug,

Fig. 7 eine Darstellung eines unerwünschter Absatzes in der Werkstückoberfläche nach

Restmaterialbearbeitung mit einem kleinen Werkzeug,

Fig. 8 eine Darstellung zum Antasten mit dem rotierenden Werkzeug vor Durchführung einer Restmaterialbearbeitung,

Fig. 9-11 schematische Darstellungen der Kontaktierung des Werkstücks mit dem

Werkzeug bei Vorhandensein von Spänen,

Fig. 12 ein Flussdiagramm zur Kontaktmessung ohne Späne,

Fig. 13 ein Flussdiagramm zur Kontaktmessung mit Spänen, und

Fig. 14 eine schematische Darstellung der Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines

Werkzeugs.

In Fig. 1 ist eine vereinfachte Seitenansicht einer als Fräsmaschine gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Werkzeugmaschine 1 dargestellt. Auf dem Maschinentisch 5, der in einer X-Achse in Pfeilrichtung verfahren werden kann, befindet sich ein Werkstück 1. Eine Frässpindel 6 ist in einer Z-Achse 9 gelagert, die in zwei Achsen (Y und Z) verfahren werden kann. An der Frässpindel 6 wird mit Hilfe einer Werkzeugaufnahme 0 ein aus dem Stand der Technik bekannter automatischer Taster 7 gehalten. Unten an dem Taster 7 befindet sich ein Taststift, an dessen Ende eine Kugel angebracht ist. Wenn die Maschine den Maschinentisch 5 in Pfeilrichtung X verfährt, kommt es zunächst zur Berührung der Kugel des Taststiftes mit dem Werkstück 1 und in der Folge zur Auslenkung des Taststiftes. Wenn ein definierter Auslenkweg erreicht ist, schaltet der automatische Taster 7 und sendet ein Signal zur Steuerung. In diesem Moment wird die Position der Achsen in der Steuerung erfasst und auf diese Weise die Position des Werkstückes 1 auf dem Maschinentisch 5 ermittelt.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. An Stelle des automatischen Tasters 7 befindet sich ein Bearbeitungswerkzeug 3 (Fräswerkzeug) in einer Werkzeugaufnahme 10, die wiederum an Spindelwelle 4 der Frässpindel 6 gelagert ist. Der Maschinentisch 5 verfährt zum Antasten mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 am Werkstück 1 ebenfalls in Pfeilrichtung X. Das Werkzeug 3 rotiert während des Antastvorgangs, so dass sich ein durch die Schneiden des Werkzeuges 3 beschriebener Hüllkörper bildet. Mit Hilfe einer Spannungsquelle 8, hier beispielhaft als Gleichspannungsquelle dargestellt, wird eine Spannung über geeignete Mittel, beispielsweise Bürsten, an die Spindelwelle 4 (nicht dargestellt) oder Werkzeugaufnahme 10 angelegt. Der zweite Pol der Spannungsquelle ist mit dem Werkstück 1 verbunden. Da bei schnell drehenden Frässpindeln 6 die Spindelwelle 4 mit Keramikkugellagem in der Frässpindel 6 gelagert wird, ist die Spindelwelle 4 elektrisch zu dem Gehäuse der Frässpindel 6 isoliert. Solange das Bearbeitungswerkzeug 3 das Werkstück 1 nicht berührt, fließt kein Strom, da der Stromkreis nicht geschlossen ist. Wenn der Maschinentisch 5 mit dem Werkstück 1 in Richtung des Bearbeitungswerkzeugs 3 in Pfeilrichtung verfahren wird, kommt es irgendwann zum mechanischen Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 3 und dem Werkstück 1. Der Stromkreis wird dadurch geschlossen. In der beispielhaft dargestellten Schaltung ist zusätzlich ein elektrischer Widerstand mit der Spannungsquelle 8 in Reihe geschaltet. So lange kein Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 3 und dem Werkstück 1 besteht, fällt an dem Widerstand keine elektrische Spannung ab, da der Stromkreis nicht geschlossen ist. Bei einer Berührung zwischen dem Werkstück 1 und dem Bearbeitungswerkzeug 3 wird der Stromkreis geschlossen, es fließt ein Strom über den Widerstand und damit fällt eine Spannung an diesem ab. Dieser Spannungsabfall kann mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Schaltung in dem Moment der Berührung detektiert werden. Die Steuerung hält die Achse mit dem Werkstück 1 sofort an, damit es außer der Berührung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 3 und dem Werkstück 1 nicht zu einem Materialabtrag an dem Werkstück 1 kommt. Statt einem Anhalten kann auch sofort ein Reversiervorgang der Achse mit dem Maschinentisch 5 eingeleitet werden, der das Werkstück 1 von dem Bearbeitungswerkzeug 3 wieder entfernt. In dem Moment der Spannungsänderung durch den Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 3 und dem Werkstück 1 wird die Position der Maschinenachsen erfasst und so die Lage des Werkstücks 1 auf dem Maschinentisch 5 ermittelt.

Es versteht sich, dass die Schaltung nur exemplarisch dargestellt ist. Genauso kann eine Wechselstromquelle eingesetzt werden.

Ebenso kann das Bearbeitungswerkzeug 3 auch direkt in der Spindelwelle 4 gespannt werden.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich eine Schiefstellung der Frässpindel 6 zur Verfahrrichtung der vertikalen Achse Z auswirkt. Die Darstellung ist stark überhöht, um den Effekt zu verdeutlichen.

In der linken Ansicht der Fig. 3 sieht man die Frässpindel 6 mit einer Werkzeugaufnahme 10 und einem relativ kurzen Bearbeitungswerkzeug 3 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bezogen auf die Unterkante der Frässpindel 6 ergibt sich an der Werkzeugspitze eine Abweichung durch die Schiefstellung. In der rechten Ansicht der Frässpindel 6 ist bei gleicher Schiefstellung der Frässpindel 6, also gleichem Winkelfehler der Frässpindel 6, dargestellt, wie sich die Schiefstellung bei einem mit Hilfe einer Werkzeugaufnahme 10 an der Frässpindel 6 gelagerten automatischen Taster 7 gemäß dem Stand der Technik auswirkt.

Man erkennt aus dem Vergleich der beiden Darstellungen der Fig. 3, dass sich aufgrund des erheblich größeren Abstandes der Tastkugel von der Unterkante der Frässpindel 6 in der rechten Ansicht im Vergleich zu dem Abstand der Werkzeugspitze zur Unterkante der Frässpindel 6 in der linken Ansicht eine deutlich größere Abweichung ergibt. Wenn nun mit einem automatischen Taster bei einer derartigen Schiefstellung der Frässpindel 6 ein Werkstück 1 in der Art wie in Fig. 1 gezeigt angetastet wird und danach mit einem kürzeren Bearbeitungswerkzeug wie in der linken Ansicht der Fig. 3 gezeigt bearbeitet wird, so entsteht ein Versatz, der sich aus der Differenz der beiden eingetragenen Maßpfeile ergibt. Dies führt zu unerwünschten Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung. Wenn dagegen das Werkstück 1 erfindungsgemäß direkt mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 angetastet wird, kann dieser Versatz vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit vollautomatisch durchgeführt werden, wobei der Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zu Beginn der Bearbeitung oder auch zyklisch und automatisch während der Bearbeitung erfolgen kann. Es werden dabei jeweils die Daten des zugrundeliegenden Bearbeitungsprogramms ergänzt oder kalibriert.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer kapazitiven Kopplung zwischen der Spannungsquelle 8 und dem Werkzeug 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Dazu ist die Spannungsquelle 8 als eine Wechselspannungsquelle ausgeführt. Das Werkzeug 3 ist über die Werkzeugaufnahme 10 elektrisch leitfähig mit der Spindelwelle 4 verbunden. Entlang einer Oberfläche der Spindelwelle 4 ist eine metallische Platte 11 angeordnet, deren Oberfläche derart entlang der Oberfläche der Spindelwelle 4 angeordnet ist, dass sich zwischen der Spindelwelle 4 und der metallischen Platte 11 ein Spalt konstanter Breite ergibt. Die metallische Platte 1 ist mit einem ersten Pol der Spannungsquelle 8 elektrisch leitfähig verbunden. Ein zweiter Pol der der Spannungsquelle 8 ist, wie zuvor beschrieben, mit dem Werkstück 1 elektrisch leitfähig verbunden.

Die metallische Platte 11 bildet mit der Spindelwelle 4 einen Kondensator und ermöglicht somit einen Stromfluß, wenn eine Wechselspannung durch die Spannungsquelle 8 bereitgestellt wird und ein Kontakt zwischen dem Werkstück 1 und dem Werkzeug 3 auftritt. Dieser Stromfluß führt wiederum zu einem Spannungsabfall an dem Widerstand, welcher wiederum mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Schaltung in dem Moment der Berührung detektiert werden kann. In solchen Ausführungsformen der Erfindung, in welcher die Spannungsquelle 8 eine Wechselspannung bereitstellt, kann bereits eine minimale Annäherung des Werkzeugs 3 an das Werkstück 1 erkannt werden, wenn die Maschine auf einen elektrischen Kontakt sehr schnell reagiert, da bei einer solchen Annäherung ebenfalls durch das Werkzeug 3 an das Werkstück 1 ein kapazitives Element gebildet wird und ein elektrischer Kontakt somit ganz kurz vor einem mechanischen Kontakt eintritt und ebenfalls durch eine Änderung der Spannung ermittelt werden kann.

Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Kontaktierung der Spindelwelle 4. An einem Bereich der Spindelwelle 4, bevorzugt am oberen Endbereich der Spindelwelle 4 ist ein Hilfskugellager 13 montiert, welches elektrisch leitende Stahlkugeln 17 umfasst, welche zwischen einem Innenring 14 und einem Außenring 15 angeordnet sind. Der Außenring 15 ist mittels eines bevorzugt ebenfalls ringförmigen Isolierelements 16 an der Werkzeugmaschine 2 gelagert. Wie gezeigt, ist der Außenring 15 mit einer Spannungsquelle 8 verbunden, analog dem Aufbau der Figuren 2 und/oder 4. Der Minus-Pol der Spannungsquelle 8 führt zum nicht weiter dargestellten Werkstück 1. Die Spannungsquelle 8 ist als Gleichspannungsquelle ausgebildet. Der Aufbau umfasst, wie auch in den Figuren 2 und 4 gezeigt, einen Spannungsdetektor 8.

Die Fig. 6 stellt das verbleibende Restmaterial 12 bei Bearbeitung einer konkaven Werkstückoberfläche dar, wenn der Werkzeugradius deutlich größer als der Innenradius des Werkstückes 1 ist

Die Fig. 7 zeigt den entstehenden Absatz auf der Werkstückoberfläche, wenn eine Restmaterialbearbeitung mit einem kleinen Werkzeug 3 in einem Teilbereich des Werkstückes 1 etwas zu tief durchgeführt wurde. Es entsteht ein unerwünschter Absatz„A" auf der Oberfläche.

Die Fig. 8 zeigt wie erfindungsgemäß die bereits durch ein größeres Werkzeug 3 fertiggestellte Werkstückoberfläche in der Umgebung einer erforderlichen Restmaterialbearbeitung mit einem kleinen rotierenden Werkzeug 3 angetastet wird. Dadurch kann die Lage der durchzuführenden Restmaterialbearbeitung optimal in das Werkstück 1 und die bereits hergestellten Oberflächen eingepasst werden.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen die Vorgehensweise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei welcher zwischen dem Werkstück 1 und dem um eine Drehachse 20 rotierenden Werkzeug 3 Späne 19 vorhanden sind, welche an dem Werkstück 1 anhaften. Die Fig. 9 und 10 erläutern, dass eine Kontaktierung zwischen dem Werkzeug 3 und dem Werkstück 1 über die Späne 19 erfolgen kann. Diese Kontaktierung ist fehlerhaft, weil das Werkzeug 3 sich in der Realität nicht in Kontakt mit dem Werkstück 1 befindet, sondern einen Abstand zu diesem aufweist, der der Dicke der Späne 19 entspricht. Die Maschinensteuerung empfängt somit ein falsches Signal. Dieses führt zu einer Falschmessung. Um derartige Falschmessungen und Fehler zu vermeiden, ist, wie oben stehend beschrieben, erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkstück 1 mittels des Werkzeugs 3 mindestens zweimal kontaktiert wird. Eine derartige zweite Kontaktierung ist in Fig. 11 dargestellt. Bei dieser zweiten Kontaktierung berührt das Werkzeug 3 in korrekter Weise das Werkstück 1 , wodurch ein elektrischer Strom fließen kann oder ein Spannungsabfall auftritt, sowie dies oben stehend erläutert wurde. Dieser Effekt wird von der Maschinensteuerung ebenso registriert wie das fälschliche Kontaktieren mittels der Späne 19. Wie beschrieben, berücksichtigt die Maschinensteuerung die sich im Abstand zwischen dem Werkzeug 3 und der Werkstück 1 ergebende Differenz und führt nachfolgend nochmals eine Kontaktierungs-Messung durch. Sofern diese die gleichen Ergebnisse wie bei der in Fig. 11 gezeigten Situation darstellt, werden diese Werte zugrunde gelegt und die Werte aus den Mess-Situationen der Fig. 10 verworfen.

Die Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm, welches die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte bei einer Kontaktmessung ohne Verschmutzung durch Späne darstellt. Zunächst wird das Werkzeug relativ zum Werkstück vorpositioniert, dann wird das Werkzeug in Richtung auf das Werkstück verfahren, und zwar mit kleinem definiertem Vorschub. Dabei wird die angelegte Spannung überwacht. Bei einem Stromkontakt erfolgt eine sofortige Aktion, nämlich eine Erfassung der Achspositionen aller Achsen der Werkzeugmaschine in der Steuerung sowie eine Umkehr der Verfahrrichtung des Werkzeugs relativ zum Werkstück in den Achsen. Das Werkzeug kann dabei relativ zum Werkstück in nur einer Achse, beispielsweise der vertikalen z-Achse verfahren werden, es ist jedoch auch möglich, das Werkzeug in allen drei Achsen der Werkzeugmaschine relativ zum Werkstück, also auch in der horizontalen x-Achse und y- Achse, zu verfahren. Wenn das Werkzeug realtiv zum Werkstück seine ursprüngliche Startposition wieder erreicht hat, ist die Kontaktmessung abgeschlossen. Es kann dann in der Maschinensteuerung ermittelt werden, wo sich Werkzeug und Werkzeug relativ zueinander im Arbeitsraum befinden, ob sich das Werkzeug und/oder das Werkstück in der korrekten Position befinden bzw. ob das Werkzeug korrekte Dimensionen hat etc, wie oben beschrieben. Hierdurch ist eine Korrektur oder Kalibrierung des Bearbeitungsprogramms möglich.

Es versteht sich, dass, wie in den Figuren gezeigt, das um die Drehachse 20 rotierende Werkzeug mit mehreren Schneiden versehen ist. Die abgerundete zylindrische Darstellung, insbesondere der Fig. 9 bis 11 zeigt somit die sich bei der Rotation des Werkzeugs ergebende Hüllkurve. Es versteht sich, dass bei einer dreidimensionalen Darstellung sich ein Hüllkörper ergeben würde. Dieser wird durch die radial am weitesten außen liegenden Punkte des Werkzeugs, insbesondere der Werkzeug-Schneiden, gebildet.

Die Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm bei einer Kontaktmessung, bei welcher das Werkstück 1 mit Spänen 19 verschmutzt ist, siehe Fig. 9 bis 11. Auch hierbei wird das Werkzeug relativ zum Werkstück in einer Startposition vorpositioniert. Anschließend wird das Werkzeug in Richtung auf das Werkstück mit einem kleinen definierten Vorschub verfahren. Die Spannung wird überwacht. Bei einem Stromkontakt oder bei einem Spannungsabfall erfolgt eine sofortige Aktion, nämlich die Erfassung aller Achspositionen mittels der Maschinensteuerung und eine Umkehr der Verfahrrichtung des Werkzeugs relativ zum Werkstück in den jeweiligen Achsen, um das Werkstück von dem Werkzeug zu beabstanden. Bei Erreichen der Ausgangsposition oder Startposition des Werkzeugs ist die Kontaktmessung abgeschlossen. Bis zu diesem Verfahrensschritt entspricht das Flussdiagramm der Fig. 13 dem Flussdiagramm der Fig. 12. Anschließend wird gemäß Fig. 13 das Werkzeug nochmals mit einem kleinen definierten Vorschub in Richtung auf das Werkstück verfahren. Bei einem Stromkontakt erfolgt nochmals eine sofortige Aktion, nämlich die Erfassung der Achspositionen und die Umkehr der Verfahrrichtung des Werkzeugs relativ zum Werkstück, so wie dies oben beschrieben ist. Das Werkzeug wird relativ zum Werkstück wiederum in seine Startposition verfahren. Danach werden dann die Ergebnisse der beiden Messungen, nämlich die bei der Kontaktierung erfassten Achspositionen der Achsen der Werkzeugmaschine verglichen. Dabei wird festgestellt, ob sich Unterschiede ergeben und ob diese kleiner sind als eine vorgegebene Toleranz. Falls sie kleiner sind als eine vorgegebene Toleranz, wurde die Kontaktmessung erfolgreich beendet, wobei z.B. ein Mittelwert der bei den zwei Kontaktierungen erfassten beiden Achspositionen jeder Achse als endgültiger Messwert berücksichtigt werden kann. Sind die Unterschiede der Achspositionen der Achsen aus den beiden Kontaktmessungen größer als die vorgegebene Toleranz, so wird überprüft, ob die Anzahl der Kontaktmessungen, die bisher durchgeführt wurden, größer ist als eine maximal zugelassene Anzahl. Ist sie größer, wird die Kontaktmessung mit einer Fehlermeldung abgebrochen. Ist sie kleiner, so geht das Programm auf eine nochmalige zweite Messung zurück. Die erfindungsgemäße Kontaktmessung wird somit von vorneherein zweimal durchgeführt und am Ende der zweiten Messung wird entschieden, ob die Ergebnisse der beiden Messungen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen. Ist das der Fall, ist die Messung abgeschlossen und in Ordnung (Ja). Ist das nicht der Fall (Nein), dann wird geprüft, wie viele Kontaktmessungen an der Stelle schon durchgeführt worden sind. Ist die Anzahl kleiner / gleich der vorgegebenen maximal zugelassenen Anzahl, wird eine erneute Kontaktmessung an der Stelle durchgeführt. Ist die Anzahl der bereits durchgeführten Kontaktmessungen an der Stelle bereits größer als die vorgegebene maximal zugelassene Anzahl, wird die Kontaktmessung an der Stelle mit einem Fehler abgebrochen. So wird verhindert, dass eine unendliche Folge von Messungen an einer Stelle erfolgt, vielleicht weil irgendein anderer Fehler vorliegt.

Die Fig. 14 zeigt zu der oben beschriebenen Kontaktmessung, mittels derer ein Werkzeugbruch und / oder Schneidenkontrolle durchgeführt wird, wie das Werkzeug 3 längs Zeilen 21 relativ zu der Oberfläche des Werkstücks 1 bewegt wird. Es ergibt sich somit während des Abfahrens der Zeilen 21 eine stetige Folge von Kontakten zwischen dem Werkstück 1 und dem Werkzeug 3, mit jedem Schneideneingriff des Werkzeuges ein Kontakt, d.h. pro Werkzeugumdrehung so viele Kontakte, wie das Werkzeug Schneiden hat, welche erfindungsgemäß, wie oben beschrieben, fortlaufend geprüft und überwacht werden können.

Bezugszeichenliste

1 Werkstück

2 Werkzeugmaschine

3 Werkzeug

4 Spindelwelle

5 Maschinentisch

6 Frässpindel

7 Taster

8 Spannungsquelle

9 Z-Achse

10 Werkzeugaufnahme

1 1 metallische Platte

12 Restmaterial

13 Hilfskugellager

14 Innenring

15 Außenring

16 Isolierelement

17 Stahlkugel

18 Spannungsdetektor

19 Span

20 Drehachse

21 Zeile