Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zerspanungsmaschine mit einem Kraftaufnehmer nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Be- trieb einer solchen Zerspanungsmaschine. Und die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren des Kraftaufnehmers einer solchen Zerspanungsmaschine.

Stand der Technik

[0002] Zerspanungsmaschinen sind bekannt. Bekannte Zer- spanungsmaschinen sind Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Sägema- schinen, usw. Mit Zerspanungsmaschinen erfolgt eine spanende Formgebung eines Werkstücks, indem ein Werkzeug mit einem Schneidkeil Werkstoff des Werkstücks abträgt. Dabei übt der Schneidkeil eine Werkzeugkraft aus. Das Werkstück ist aus be- liebigem Werkstoff wie Metall, Holz, Kunststoff, usw. Der Schneidkeil ist aus hartem, festem und zähem Schneidstoff wie Metall, Keramik, usw. Bekannte Werkzeuge zur spanenden Form- gebung sind Meissei, Drehmeissei, Fräser, Plansenker, Säge- blätter, usw.

[0003] Bei der spanenden Formgebung bewegen sich Werkstück und Werkzeug gegeneinander. Sowohl das Werkstück als auch das Werkzeug werden dabei geradlinig oder kreisförmig bewegt. Die Zerspanungsmaschine weist dazu mehrere Antriebseinheiten wie elektrische Antriebseinheiten, pneumatische Antriebseinhei- ten, usw. auf.

[0004] Für eine kostengünstige und qualitativ konstante Fertigung eines Werkstücks ist es wünschenswert, die Werk- zeugkraft zu messen, denn die Werkzeugkraft sowie die bei der spanenden Formgebung auftretenden erhöhten Temperaturen haben einen Verschleiss des Schneidkeils zur Folge. Der Verschleiss verändert die Schneidengeometrie des Schneidkeils. Und ein verschlissener Schneidkeil benötigt für die spanende Formge- bung des Werkstücks eine grösser Werkzeugkraft, was sich in einem höheren Energieverbrauch der Zerspanungsmaschine äus- sert und was zudem eine Oberflächengüte und eine Masshaltig- keit des Werkstücks erniedrigt.

[0005] EP0433535A1 offenbart eine Anordnung mit einem Mehrkomponenten-Kraftaufnehmer zum Messen der Werkzeugkraft bei der spanenden Formgebung eines Werkstücks in einer Zer- spanungsmaschine. Der Mehrkomponenten-Kraftaufnehmer ist kraftschlüssig in einer Aussparung eines Maschinenteils ein- gespannt .

[0006] Nachteilig an der Anordnung der EP0433535A1 ist, dass die Werkzeugkraft nicht dort gemessen werden, wo sie wirkt, also am Schneidkeil, sondern entfernt vom Schneidkeil, nämlich in einem Maschinenteil. Und dort wird die Werkzeug- kraft indirekt als im Maschinenteil auftretende mechanische Spannung gemessen. Die mechanische Spannung wiederum wird durch Abmessungen und Masse des Maschinenteils beeinflusst. Darüber hinaus ist der Mehrkomponenten-Kraftaufnehmer im Ma- schinenteil im Kraftnebenschluss angeordnet. Im Kraftneben- schluss wird jedoch nur ein kleiner Teil der dort auftreten- den mechanischen Spannung gemessen. All dies führt zu einem wenig genauen Messen der Werkzeugkraft. Eine Genauigkeit beim Messen der Werkzeugkraft gibt eine Abweichung der gemessenen Werkzeugkraft von der tatsächlichen Werkzeugkraft an, je ge- nauer die Werkzeugkraft gemessen wird, desto geringer ist die Abweichung der gemessenen Werkzeugkraft von der tatsächlichen Werkzeugkraft .

[ 0007 ] Nun erfolgt die spanende Formgebung eines Werk- stücks in der Regel in einer zeitlichen Abfolge von Ferti- gungsschritten mit mehreren benötigten Werkzeugen. Die Werk- zeuge werden also öfters gewechselt. In jedem neuen Ferti- gungsschritt wird ein neues Werkzeug am Werkstück ausgerich- tet und Werkzeug und Werkstück werden gegeneinander bewegt. Für einen raschen und kostengünstigen Werkzeugwechsel und ei- ne rasche und ebenso kostengünstige Werkzeugausrichtung weist die Zerspanungsmaschine deshalb eine Werkzeughalterung auf. Die Werkzeughalterung hält die für die Fertigungsschritte be- nötigten Werkzeuge. Um auf ein neues Werkzeug zu wechseln und um das neue Werkzeug am Werkstück auszurichten, wird dann die Werkzeughalterung bewegt. Dazu ist die Werkzeughalterung an einem Werkzeugarm befestigt. Es ist also der Werkzeugarm, der von einer Antriebseinheit bewegt wird, um ein für einen Fer- tigungsschritt benötigtes Werkzeug der Werkzeughalterung am Werkstück auszurichten und um dann Werkzeug und Werkstück ge- geneinander zu bewegen. [0008] Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Werkzeugkraft, die bei der spanenden Formgebung eines Werkstücks in einer Zerspanungsmaschine wirkt, mit einem Kraftaufnehmer genau zu messen. Insbesondere soll diese Auf- gabe für eine Zerspanungsmaschine mit einer Werkzeughalte- rung, die von einer Antriebseinheit über eine Werkzeugarm be- wegt wird, gelöst werden. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, zum Messen der bei der spanenden Formgebung eines Werkstücks wirkenden Werkzeugkraft einen Kraftaufnehmer platzsparend in der Zerspanungsmaschine anzuordnen. Und als dritte Aufgabe soll die Erfindung, die bei der spanenden Formgebung eines Werkstücks wirkende Werkzeugkraft mit einem Kraftaufnehmer kostengünstig messen.

Darstellung der Erfindung

[0009] Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch die Merk- male des unabhängigen Anspruchs gelöst.

[0010] Die Erfindung betrifft eine Zerspanungsmaschine zur spanenden Formgebung eines Werkstücks, welche spanende Form- gebung in einer zeitlichen Abfolge von Fertigungsschritten mit mehreren benötigten Werkzeugen erfolgt; mit einer Werk- zeughalterung zum Halten der benötigten Werkzeuge; mit einem Werkzeugarm zum Befestigen der Werkzeughalterung an einer An- triebseinheit; und welche Antriebseinheit den Werkzeugarm be- wegt, durch welches Bewegen des Werkzeugarms in jedem Ferti- gungsschritt eines der benötigten Werkzeuge an einem Werk- stück ausrichtbar ist, wobei der Werkzeugarm einen Oberarm und einen Unterarm aufweist, wobei der Oberarm und der Unter- arm separate Einheiten sind und mechanisch miteinander ver- bunden sind; wobei der Oberarm an der Antriebseinheit befes- tigt ist; wobei der Unterarm an der Werkzeughalterung befes- tigt ist; und wobei mindestens ein Kraftaufnehmer räumlich zwischen dem Oberarm und dem Unterarm angeordnet ist, welcher Kraftaufnehmer eine bei der spanenden Formgebung eines Werk- stücks von einem der benötigten Werkzeuge ausgeübte Werkzeug- kraft im Krafthauptschluss messen kann.

[ 0011 ] Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass für ein präzises Ausrichten der benötigten Werkzeuge am Werkstück und für ein präzises Bewegen der benötigten Werkzeuge gegen- über dem Werkstück, die benötigten Werkzeuge von der Werk- zeughalterung inelastisch gehalten werden und die Werkzeug- halterung am Werkzeugarm inelastisch befestigt ist. Die Er- finder haben nun erkannt, dass die inelastischen mechanischen Übergänge von den benötigten Werkzeugen über die Werkzeughal- terung zum Werkzeugarm auch einen weitgehend ungedämpften Kraftfluss der Werkzeugkraft von einem der benötigten Werk- zeuge in den Werkzeugarm ermöglicht. Denn jede elastische De- formation dämpft den Kraftfluss der Werkzeugkraft und ver- fälscht das Messen der Werkzeugkraft. Erkanntermassen ermög- licht die Anordnung des Kraftaufnehmers im Krafthauptschluss räumlich zwischen einem Oberarm und einem Unterarm ein genau- es Messen der Werkzeugkraft. Der Kraftaufnehmer befindet sich im Inneren eines zweigeteilten Werkzeugarms, was platzsparend und auch kostengünstig ist, denn vorgegebene äussere Abmes- sungen eines herkömmlichen Werkzeugarms werden so beibehal- ten, und eine herkömmliche Zerspanungsmaschine muss somit nicht geändert werden. Lediglich der herkömmliche Werkzeugarm wird durch einen erfindungsgemässen Werkzeugarm ersetzt. [0012] Weitere vorteilhafte Lösungen der Aufgabe erfolgen mit in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch Teile einer ersten Ausführungsform ei- ner Zerspanungsmaschine mit einem Kraftaufnehmer;

Fig. 2 in Explosionsdarstellung Teile einer zweiten Aus- führungsform einer Zerspanungsmaschine mit zwei Kraftaufnehmern;

Fig. 3 ein Flussdiagramm mit Verfahrensschritten zum Ka- librieren des mindestens einen Kraftaufnehmers der Zerspanungsmaschine gemäss Fig. 1 oder 2; und

Fig. 4 schematisch Teile einer Ausführungsform einer Ka- libriervorrichtung zur Durchführung der Verfahrens- schritte gemäss Fig. 3 mit der zweiten Ausführungs- form der Zerspanungsmaschine mit zwei Kraftaufneh- mern gemäss Fig. 2.

[0014] Grundsätzlich sind in den Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0015] Fig. 1 und 2 zeigen Teile von zwei Ausführungsfor- men einer Zerspanungsmaschine 1 zur spanenden Formgebung ei- nes Werkstücks 9. Die Zerspanungsmaschine 1 weist eine An- triebseinheit 10, einen Maschinenarm 11, mindestens einen Kraftaufnehmer 12.1, 12.2, eine Werkzeughalterung 13 und meh- rere benötigte Werkzeuge 14 auf. Die Zerspanungsmaschine 1 ist in einem orthogonalen Koordinatensystem mit drei Achsen x, y, z angeordnet, die drei Achsen werden auch als Querachse x, Horizontalachse y und Vertikalachse z bezeichnet.

[ 0016 ] Das Werkstück 9 ist aus beliebigem Werkstoff wie Metall, Holz, Kunststoff, usw. Die spanende Formgebung des Werkstücks 9 erfolgt in einer zeitlichen Abfolge von Verar- beitungsschritten mit mehreren benötigten Werkzeugen 14. In der ersten Ausführungsform der Zerspanungsmaschine 1 gemäss Fig. 1 werden in zwei Verarbeitungsschritten zwei Werkzeuge 14.1, 14.2 benötigt. In einem ersten Fertigungsschritt wird ein erstes Werkzeug 14.1 benötigt, in einem zweiten Ferti- gungsschritt wird ein zweites Werkzeug 14.2 benötigt. Natür- lich kann der Fachmann die Erfindung auch für eine spanende Formgebung eines Werkstücks mit mehr als zwei Werkzeugen ver- wenden. So werden in der der zweiten Ausführungsform der Zer- spanungsmaschine 1 gemäss Fig. 2 in acht Verarbeitungsschrit- ten acht Werkzeuge 14.1 - 14.8 benötigt.

[ 0017 ] Bei der spanenden Formgebung des Werkstücks 9 füh- ren die benötigten Werkzeuge 14 eine Schnittbewegung in einer von der Querachse x und der Vertikalachse z aufgespannten Querebene xy aus. Und die benötigten Werkzeuge 14 führen bei der spanenden Formgebung des Werkstücks 9 eine Vorschubbewe- gung entlang der Horizontalachse y aus. Dabei üben die benö- tigten Werkzeuge 14 eine Werkzeugkraft Kw auf das Werkstück 9 aus. Die Werkzeugkraft Kw weist drei Kraftkomponenten Kwx, Kwy, Kwz auf. Aufgrund der Schnittbewegung weist die Werk- zeugkraft Kw eine Querschubkomponente Kwx in Richtung der Querachse x und eine Vertikalschubkomponente Kwz in Richtung der Vertikalachse z auf. Und aufgrund der Vorschubbewegung weist die Werkzeugkraft Kw eine Horizontalkraftkomponente Kwy in Richtung der Horizontalachse y auf.

[0018] Die Werkzeughalterung 13 hält die für die Ferti- gungsschritte benötigten Werkzeuge 14. Die Werkzeughalterung 13 ist aus mechanisch beständigem Material wie Stahl, Werk- zeugstahl, usw. In der ersten Aus führungsform der Zer- spanungsmaschine 1 gemäss Fig. 1 hält die Werkzeughalterung 13 zwei benötigte Werkzeuge 14.1, 14.2. In der zweiten Aus- führungsform der Zerspanungsmaschine 1 gemäss Fig. 2 hält die Werkzeughalterung 13 acht benötigte Werkzeuge 14.1 - 14.8.

[0019] Wie in der ersten Ausführungsform der Zerspanungs- maschine 1 gemäss Fig. 1 dargestellt, weist jedes benötigte Werkzeug 14.1, 14.2 mindestens einen Schneidkeil 14.11, 14.12 und einen Schaft 14.21, 14.22 auf. Der Schneidkeil 14.11, 14.12 ist aus hartem, festem und zähem Schneidstoff wie Me- tall, Keramik, usw. Ein erstes benötigtes Werkzeug 14.1 weist einen dreieckigen Schneidkeil 14.11 auf, ein zweites benötig- tes Werkzeug 14.2 weist einen rechteckigen Schneidkeil 14.21 auf. In der zweiten Ausführungsform der Zerspanungsmaschine 1 gemäss Fig. 2 weist jedes benötigte Werkzeug 14.1 - 14.8 zwei Schneidkeile und einen Schaft auf, Die Schneidkeile befinden sich an entgegengesetzten Enden des Schafts.

[0020] Die Werkzeughalterung 13 ist aus Material mit hohem Elastizitätsmodul grösser 200GPa. Dies ist im Unterschied zu einem herkömmlichen Werkzeughalterung aus Gusseisen mit einem normalen Elastizitätsmodul von 110GPa. Aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls überträgt die Werkzeughalterung 13 die Werkzeugkraft Kw um einen Faktor zwei inelastischer als die herkömmliche Werkzeughalterung.

[0021] Die benötigten Werkzeuge 14 werden über ihren Schaft in der Werkzeughalterung 13 gehalten. Dazu weist die Werkzeughalterung 13 mehrere Haltemittel und mehrere Ausspa- rungen auf.

[0022] In der ersten Ausführungsform der Zerspanungsma- schine 1 gemäss Fig. 1 nimmt eine erste Aussparung 13.21 den ersten Schaft 14.21 und ein erstes Haltemittel 13.11 auf. Ei- ne zweite Aussparung 13.22 nimmt den zweiten Schaft 14.22 und ein zweites Haltemittel 13.12 auf. Das erste und zweite Hal- temittel 13.11, 13.12 ist keilförmig und hält den Schaft 14.21, 14.22 nach dem mechanischen Prinzip der schiefen Ebene mit einer Haltekraft in der Aussparung 13.21, 13.22. Die ers- te Aussparung 13.21 und die zweite Aussparung 13.22 sind be- züglich der Vertikalachse z übereinander angeordnet.

[0023] In der zweiten Ausführungsform der Zerspanungsma- schine 1 gemäss Fig. 2 nimmt jeweils eine von acht Aussparun- gen 13.21 - 13.28 einen Schaft eines der acht benötigten Werkzeuge 14.1 - 14.8 und ein Haltemittel auf. Die Haltemit- tel sind Madenschrauben und ragen in einem rechten Winkel zur Horizontalachse y in die Aussparungen 13.21 - 13.28. Jeweils eine Madenschraube presst gegen einen Schaft eines benötigten Werkzeugs 14.1 - 14.8 und hält das benötigte Werkzeuge 14.1 - 14.8 mit einer Haltekraft in der Aussparung 13.21 - 13.28. [0024] Eine Grösse der Haltekraft der benötigten Werkzeuge 14 in der Werkzeughalterung 13 ist mindestens eine Grössen- ordnung grösser als eine Grösse der Werkzeugkraft Kw, so dass die Werkzeughalterung 13 die benötigten Werkzeuge 14 inelas- tisch hält. Im Sinne der Erfindung bedeutet das Eigenschafts- wort „inelastisch", dass ein beliebiger Punkt eines benötig- ten Werkzeugs 14 und ein beliebiger Punkt der Werkzeughalte- rung 13 unabhängig von äusseren Kräften immer den gleichen Abstand zueinander besitzen.

[0025] Die Werkzeughalterung 13 ist am Werkzeugarm 11 be- festigt. Der Werkzeugarm 11 ist aus mechanisch beständigem Material wie Stahl, Werkzeugstahl, usw. Der Werkzeugarm 11 weist einen Oberarm 11.1, einen Unterarm 11.2 und mindestens ein Verbindungsmittel 15 auf. Die Werkzeughalterung 13 ist am Unterarm 11.2 befestigt. Die Antriebseinheit 10 ist am Ober- arm 11.1 befestigt. Die Befestigung kann über beliebige Be- festigungsmittel wie eine Schraubenverbindung, eine Lötver- bindung, eine Schweissverbindung, usw. erfolgen.

[0026] Eine Grösse einer Befestigungskraft der Befestigung der Werkzeughalterung 13 am Unterarm 11.2 und der Befestigung der Antriebseinheit 10 am Oberarm 11.1 ist mindestens eine Grössenordnung grösser als die Grösse der Werkzeugkraft Kw, so dass befestigt ist die Werkzeughalterung 13 inelastisch am Unterarm 11.2 befestigt ist und die Antriebseinheit 10 inelastisch am Oberarm 11.1 befestigt ist.

[0027] Der Werkzeugarm 11 ist aus Material mit hohem Elas- tizitätsmodul grösser 200GPa. Dies ist im Unterschied zu ei- nem herkömmlichen Maschinenarm aus Gusseisen mit einem norma- len Elastizitätsmodul von 110GPa. Ein vergleichsweise um ei- nen Faktor zwei höheres Elastizitätsmodul macht technisch aus zwei Gründen Sinn:

- Erstens sind die äusseren Abmessungen des Werkzeugarms 11 vorgegeben. Durch die Anordnung des Kraftaufnehmers 12.1,

12.2 im Innern des Werkzeugarms 11 weist der Werkzeugarm 11 in seinem Innern jedoch Hohlräume für den Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 auf, der Werkzeugarm 11 selber besteht deshalb aus weniger Material. Für ein präzises Ausrichten der benötigten Werkzeuge 14 am Werkstück 9 und für ein präzises Bewegen der benötigten Werkzeuge 14 gegenüber dem Werkstück 9 muss jedoch eine minimale mechanische Stabilität des Werkzeugarms 11 er- füllt werden. Diese minimale mechanische Stabilität des Werk- zeugarms 11 wird den hohen Elastizitätsmodul grösser 200GPa erfüllt. Im Sinne der Erfindung bedeuten die Ausdrücke „prä- zises Ausrichten" und „präzises Bewegen" eine Positionsgenau- igkeit beim Ausrichten und beim Bewegen entlang der drei Ach- sen x, y, z von ±1μm.

- Zweitens überträgt der Werkzeugarm 11 aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls die Werkzeugkraft Kw um einen Faktor zwei inelastischer als der herkömmliche Werkzeugarm.

[ 0028 ] Der Oberarm 11.1 und der Unterarm 11.2 sind separa- te Einheiten. Im Sinne der Erfindung bedeutet der Ausdruck „separate Einheit", dass der Oberarm 11.1 und der Unterarm

11.2 voneinander getrennte Gegenstände sind. Vorzugsweise sind der Oberarm 11.1 und der Unterarm 11.2 in der Querebene xz mechanisch miteinander verbunden. Der Oberarm 11.1 und der Unterarm 11.2 sind über das Verbindungsmittel 15 mechanisch miteinander verbunden.

[0029] In der ersten Ausführungsform der Zerspanungsma- schine 1 gemäss Fig. 1 ist das Verbindungsmittel 15 ein ers- tes Verbindungsmittel 15.1 auf. Das erste Verbindungsmittel 15.1 ist eine Schraubenverbindung mit einer Einziehschraube

15.11, einer Bohrung 15.12 im Unterarm 11.2 und einem Innen- gewinde 15.13 im Oberarm 11.1. Die Schraubenverbindung er- folgt parallel zur Horizontalachse y. Ein Aussengewinde der Einziehschraube 15.11 reicht durch die Bohrung 15.12 zum In- nengewinde 15.13. Durch Verschrauben von Aussengewinde und Innengewinde 15.13 presst ein Schraubenkopf der Einzieh- schraube 15.11 den Unterarm 11.2 gegen den Oberarm 11.1.

[0030] In der zweiten Ausführungsform der Zerspanungsma- schine 1 gemäss Fig. 2 besteht das Verbindungsmittel 15 aus zwei Verbindungsmitteln 15.1, 15.2. Ein erstes Verbindungs- mittel 15.1 ist eine Schraubenverbindung mit einer Einzieh- schraube 15.11, einer Bohrung 15.12 im Unterarm 11.2 und ei- nem Innengewinde 15.13 im Oberarm 11.1. Ein zweites Verbin- dungsmittel 15.2 ist eine Schraubenverbindung mit einer Ein- ziehschraube 15.21, einer Bohrung 15.22 im Unterarm 11.2 und einem Innengewinde 15.23 im Oberarm 11.1. Die zwei Verbin- dungsmittel 15.1, 15.2 sind parallel zueinander in einer von der Querachse x und der Horizontalachse y aufgespannten Hori- zontalebene xy angeordnet. Die beiden Schraubenverbindungen erfolgen parallel zur Horizontalachse y. Ein Aussengewinde der Einziehschraube 15.11, 15.21 reicht durch die Bohrung

15.12, 15.22 zum Innengewinde 15.13, 15.23. Durch Verschrau- ben von Aussengewinde und Innengewinde 15.13, 15.23 presst ein Schraubenkopf der Einziehschraube 15.11, 15.21 den Unter- arm 11.2 gegen den Oberarm 11.1.

[0031] Eine Grösse einer Verbindungskraft der mechanischen Verbindung von Oberarm 11.1 und Unterarm 11.2 über das Ver- bindungsmittel 15 ist mindestens eine Grössenordnung grösser als die Grösse der Werkzeugkraft Kw, so dass der Oberarm 11.1 inelastisch mit dem Unterarm 11.2 mechanisch verbunden ist. Natürlich kann der Fachmann bei Kenntnis der Erfindung an- statt einer Schraubenverbindung auch eine Lötverbindung, eine Schweissverbindung, usw. verwenden.

[0032] Die Antriebseinheit 10 ist eine elektrische An- triebseinheit, eine pneumatische Antriebseinheit, usw. Die Antriebseinheit 10 bewegt den Maschinenarm 11 entlang der drei Achsen x, y und z. Natürlich kann der Fachmann die Er- findung auch mit mehr als einer Antriebseinheit verwenden.

[0033] In der ersten Ausführungsform gemäss Fig. 1 weist die Zerspanungsmaschine 1 einen Kraftaufnehmer 12.1 auf. In der zweiten Ausführungsform gemäss Fig.2 weist die Zer- spanungsmaschine 1 zwei Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 auf. Der mindestens eine Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 ist in der Verbin- dungsebene 11.3 räumlich zwischen dem Oberarm 11.1 und dem Unterarm 11.2 angeordnet. Bei Kenntnis der vorliegenden Er- findung steht es dem Fachmann frei, wie viele Kraftaufnehmer er zwischen dem Oberarm und dem Unterarm anordnet. Eine Ver- wendung von einem einzigen Kraftaufnehmer ist zum Messen der Werkzeugkraft vollkommen ausreichend. Eine Verwendung von zwei Kraftaufnehmern gestattet ein redundantes Messen der Werkzeugkraft, die zwei Kraftaufnehmer messen die Werkzeug- kraft unabhängig voneinander und erzeugen für die gemessene Werkzeugkraft unabhängig voneinander Messignale, aus welchen Messignalen ein arithmetisches Mittel gebildet werden kann, was statistisch gesehen ein genaueres Messen der Werkzeug- kraft ist, als mit einem einzigen Kraftaufnehmer.

[0034] In der ersten Ausführungsform der Zerspanungsma- schine 1 gemäss Fig. 1 weist ein Kraftaufnehmer 12.1 ein Ge- häuse 12.11 aus mechanisch beständigem Material wie Stahl, Werkzeugstahl, usw. auf. In der zweiten Ausführungsform der Zerspanungsmaschine 1 gemäss Fig.2 weist ein erster Kraftauf- nehmer 12.1 ein erstes Gehäuse 12.11 auf und ein zweiter Kraftaufnehmer 12.2 weist ein zweites Gehäuse 12.21 auf.

[0035] Im Folgenden werden Details zum Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 anhand der ersten Ausführungsform der Zerspanungs- maschine 1 gemäss Fig. 1 erläutert. Diese Detailbeschreibung des Kraftaufnehmers 12.1 gilt auch für die zwei Kraftaufneh- mer 12.1, 12.2 der zweiten Ausführungsform der Zerspanungsma- schine 1 gemäss Figur 2.

[0036] Der Kraftaufnehmer 12.1 ist hohlzylinderförmig mit zwei Gehäusestirnflächen 12.11', 12.11''' und einer Gehäuse- bohrung 12.11''. Mit einer ersten Gehäusestirnfläche 12.11' ist der Kraftaufnehmer 12.1 im flächigen Kontakt mit dem Un- terarm 11.2, mit einer zweiten Gehäusestirnfläche 12.11''' ist der Kraftaufnehmer 12.1 im flächigen Kontakt mit dem Oberarm 11.1. Die erste Gehäusestirnfläche 12.11' liegt pa- rallel zur Querebene xz, die zweite Gehäusestirnfläche 12.11''' liegt in der Querebene xz. Eine Längsachse der Ge- häusebohrung 12.11'' liegt parallel zur Horizontalachse y. Ein Durchmesser der Gehäusebohrung 12.11'' ist so gross be- messen, dass die Einziehschraube 15.11 hindurch ragt.

[0037] Die zu messende Werkzeugkraft Kw wirkt über die Ge- häusestirnflächen 12.11', 12.11''' auf den Kraftaufnehmer 12.1. Eine Oberfläche der Gehäusestirnflächen 12.11', 12.11''' ist mindestens eine Grössenordnung grösser als eine Querschnittsfläche der Einziehschraube 15.11. Ein Anteil der vom Kraftaufnehmer 12.1 gemessenen Werkzeugkraft Kw beträgt mindestens 90%. Der Kraftaufnehmer 12.1 ist daher im Kraft- hauptschluss räumlich zwischen dem Oberarm 11.1 und dem Un- terarm 11.2 angeordnet. Der Kraftaufnehmer 12.1 misst die Werkzeugkraft Kw somit mit sehr hoher Empfindlichkeit. Im Sinne der Erfindung ist die Empfindlichkeit ein Grössenver- hältnis der vom Kraftaufnehmer 12. unter der Wirkung der Werkzeugkraft Kw erzeugten analogen Messsignale Sa und der auf den Kraftaufnehmer 12.1 wirkenden Werkzeugkraft Kw.

[0038] Der Kraftaufnehmer 12.1 ist ein piezoelektrischer Kraftaufnehmer mit piezoelektrischem Material 12.12 aus einem Einkristall wie Quarz (SiO ₂ ), Calcium-Gallo-Germanat (Ca ₃ Ga ₂ Ge ₄ O ₁₄ oder CGG), Langasit (La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ oder LGS), Turma- lin, Galliumorthophosphat, usw. und aus Piezokeramik wie Blei-Zirkonat-Titanat (Pb [Zr _x Ti _1-x ]O ₃ , 0 ≤ x ≤ 1), usw.

[0039] Das piezoelektrische Material 12.12 ist hohlzylin- derförmig, mit Stirnflächen die parallel zu den Gehäusestirn- flächen 12.11', 12.11''' und somit parallel zur Querebene xz liegen. Die zu messende Werkzeugkraft Kw wirkt somit auf die Stirnflächen des piezoelektrischen Materials 12.12. Das pie- zoelektrische Material 12.12 ist so orientiert, dass es auf den Stirnflächen, auf denen die Werkzeugkraft Kw einwirkt, eine höchste Empfindlichkeit für die zu messende Werkzeug- kraft Kw hat. Bei höchster Empfindlichkeit erzeugt das piezo- elektrische Material 12.12 eine grösste Anzahl elektrischer Polarisationsladungen. Piezoelektrisches Material 12.12 aus einem Einkristall wird daher so orientiert in Hohlzylinder geschnitten, dass es für eine auf die Stirnflächen einwirken- de Werkzeugkraft Kw eine grösste Anzahl elektrischer Polari- sationsladungen erzeugt. Piezoelektrisches Material 12.12 aus Piezokeramik wird daher in einem elektrischen Feld so polari- siert und durch mechanisches Pressen in eine Hohlzylinderform gebracht, dass es für eine auf die Stirnflächen einwirkende Werkzeugkraft Kw eine grösste Anzahl elektrischer Polarisati- onsladungen erzeugt.

[ 0040 ] Der Kraftaufnehmer 12.1 misst die drei Werkzeug- kraftkomponenten Kwx, Kwy, Kwz der Werkzeugkraft Kw. Dazu weist der Kraftaufnehmer 12.1 drei Piezoelemente 12.12', 12.12'', 12.12''' aus piezoelektrischem Material 12.12 auf. Ein erstes Piezoelement 12.12' ist so orientiert, dass es für die Schubkraftkomponente Kx in Richtung der Querachse x mit höchster Empfindlichkeit elektrische Polarisationsladungen erzeugt. Im Beispiel ist ein zweites Piezoelement 12.12'' ist so orientiert, dass es für die Schubkraftkomponente Kz in Richtung der Vertikalachse z mit höchster Empfindlichkeit elektrische Polarisationsladungen erzeugt. Und im Beispiel ist ein drittes Piezoelement 12.12''' so orientiert, dass es für die Normalkraftkomponente Ky in Richtung der Horizon- talachse y mit höchster Empfindlichkeit elektrische Polarisa- tionsladungen erzeugt. [0041] Die elektrischen Polarisationsladungen müssen von den Stirnflächen abgenommen werden. Der Kraftaufnehmer 12.1 weist dazu Elektroden 12.13 auf. Die Elektroden 12.13 sind aus elektrisch leitfähigem Material 12.3 wie Kupfer, Gold, usw. und hohlzylinderförmig. Je eine Elektrode 12.13 ist di- rekt auf einer der Stirnflächen der Piezoelemente 12.12', 12.12'', 12.12''' angeordnet. Der Kraftaufnehmer 12.1 weist somit insgesamt sechs Elektroden 12.13 auf. Drei Signalelekt- roden 12.13', 12.13'', 12.13''' nehmen elektrische Polarisa- tionsladungen als analoge Messsignale Sa von ersten Stirnflä- chen ab, drei Masseelektroden 12.13'''' nehmen elektrische Polarisationsladungen von zweiten Stirnflächen ab. Die analo- gen Messsignale Sa sind proportional zur Grösse der Werkzeug- kraft Kw. Die drei Signalelektroden 12.13', 12.13'', 12.13''' sind gegenüber dem Gehäuse 12.11 elektrisch isoliert und die drei Masseelektroden 12.13'''' sind elektrisch mit dem Gehäu- se 12.11 verbunden und liegen auf dem elektrischen Massepo- tenzial des Gehäuses 12.11. Weil die Masseelektroden 12.13'''' alle auf dem gleichen elektrischen Massepotenzial liegen, haben sie das gleiche Bezugszeichen. Die drei Signal- elektroden 12.13', 12.13'', 12.13''' sind elektrisch mit ei- nem Signalkabel 12.14 verbunden. Das Signalkabel 12.14 leitet die analogen Messsignale Sa von den Signalelektroden 12.13', 12.13'', 12.13''' zu einer Auswerteeinheit 16 ab.

[0042] Für jeden Fertigungsschritt mit einem benötigten Werkzeug 14 erzeugt der Kraftaufnehmer 12.1 analoge Messsig- nale Sa ₁ . Die analogen Messsignale Sa umfassen analoge Quer- schubsignale Sa ₁ ' für eine Querschubkomponente Kwx in Rich- tung der Querachse x, analoge Vertikalschubsignale Sa ₁ ' für eine Vertikalschubkomponente Kwz in Richtung der Vertikalach- se z und analoge Horizontalkraftsignale Sa ₁ ''' für eine Hori- zontalkraftkomponente Kwy in Richtung der Horizontalachse y. Jeder Fertigungsschritt dauert lsec bis 100sec. Der Kraftauf- nehmer 12.1 erzeugt die analogen Messsignale Sa ₁ mit einer zeitlichen Auflösung in einem Frequenzbereich von 1kHz bis 50kHz.

[ 0043 ] Damit die Elektroden 12.13 alle erzeugten elektri- schen Polarisationsladungen von den Stirnflächen der Piezoe- lemente 12.12', 12.12'', 12.12''' abnehmen, und keine elekt- rische Polarisationsladungen auf den Stirnflächen der Piezoe- lemente 12.12', 12.12'', 12.12''' verbleiben und das Messen der Werkzeugkraft Kw verfälschen, werden die Elektroden 12.13 mechanisch gegen die Stirnflächen der Piezoelemente 12.12', 12.12'', 12.12''' vorgespannt. Durch die mechanische Vorspan- nung des Kraftaufnehmers 12.1 werden Mikroporen zwischen den Elektroden 12.13 und den Stirnflächen der Piezoelemente 12.12', 12.12'', 12.12''' geschlossen. Die mechanische Vor- spannung des Kraftaufnehmers 12.1 erfolgt durch das Verbin- dungsmittel 15. Das Verbindungsmittel 15.1 wird durch die Schraubenverbindung der Einziehschraube 15.11 durch die Boh- rung 15.12 im Unterarm 11.2 und durch die Gehäusebohrung 12.11'' im Gehäuse 12.1 mit dem Innengewinde 15.13 im Oberarm 11.1 gebildet. Durch Verschrauben von Aussengewinde und In- nengewinde 15.13 presst der Schraubenkopf der Einziehschraube 15.11 den Unterarm 11.2 gegen den Oberarm 11.1 und spannt die Elektroden 12.13 gegen die Stirnflächen der Piezoelemente 12.12', 12.12'', 12.12''' mechanisch vor. Mit der mechani- schen Verbindung von Oberarm 11.1 mit Unterarm 11.2 spannt das Verbindungsmittel 15 auch den Kraftaufnehmer 12.1 mecha- nisch vor. Die mechanische Vorspannung entspricht der Verbin- dungskraft der mechanischen Verbindung von Oberarm 11.1 mit Unterarm 11.2.

[0044] Die Auswerteeinheit 16 weist mindestens eine Wand- lereinheit 16.1, mindestens einen Computer 16.2, mindestens eine Eingabeeinheit 16.3 und mindestens eine Ausgabeeinheit 16.4 auf.

[0045] Der Kraftaufnehmer 12.1 ist über das Signalkabel 12.14 elektrisch mit der Wandlereinheit 16.2 verbunden. Die Wandlereinheit 16.1 wandelt von den Signalelektroden 12.13', 12.13'', 12.13''' über das Signalkabel 12.14 abgeleitete ana- loge Messsignale Sa ₁ in digitale Messsignale Sd ₁ . Für jeden Fertigungsschritt mit einem benötigten Werkzeug 14 wandelt die Wandlereinheit 16.1 analoge Messsignale Sa ₁ in digitale Messignale Sd ₁ . Die Wandlereinheit 16.1 wandelt analoge Quer- schubsignale Sa ₁ ' in digitale Querschubsignale Sd ₁ ', sie wan- delt analoge Vertikalschubsignale Sa ₁ '' in digitale Vertikal- schubsignale Sd ₁ '', und sie wandelt analoge Horizontalkraft- signale Sa ₁ ''' in digitale Horizontalkraftsignale Sd ₁ '''· Die digitalen Messignale Sd ₁ umfassen die digitalen Querschubsig- nale Sd ₁ ', die digitalen Vertikalschubsignale Sd ₁ '' und die digitalen Horizontalkraftsignale Sd ₁ '''·

[0046] Der Computer 16.2 weist mindestens einen Datenpro- zessor und mindestens einen Datenspeicher auf. Der Computer 16.2 ist über die Eingabeeinheit 16.3 bedienbar. Die Eingabe- einheit 16.3 kann eine Tastatur sein, zur Eingabe von Steuer- befehlen. Im Sinne der Erfindung bedeutet das Verb „Bedie- nen", dass der Computer 16.2 von einer Person über die Einga- beeinheit 16.3 mit Steuerbefehlen gestartet, gesteuert und ausgeschaltet wird. Der Computer 16.2 liest die digitalen Messsignale Sd ₁ ein. Der Computer 16.2 stellt eingelesene di- gitale Messignale Sd ₁ auf der Ausgabeeinheit 16.4 dar. Die Ausgabeeinheit 16.4 kann ein Bildschirm sein, zur graphischen Darstellung der ausgewerteten digitalen Messignale.

Bei der Auswertung der digitalen Messignale Sd ₁ liest der Computer 16.2 Referenzsignale R und Kalibrierfaktoren α _i .

Die Referenzsignale R sind spezifisch für den Werkstoff des Werkstücks 9 sowie für den Schneidstoff des benötigten Werk- zeugs 14. Dabei sind Eigenschaften vom Werkstoff und vom Schneidstoff wie Festigkeit, Zähigkeit und Härte entschei- dend. Für jeden Werkstoff des Werkstücks 9 und jeden Schneid- stoff des benötigten Werkzeugs 14 sind Referenzsignale R im Datenspeicher des Computers 16.2 gespeichert und vom Computer 16.2 aus dem Datenspeicher auslesbar. Für jedes benötigte Werkzeug 14 umfasst ein Referenzsignal R ein Querschub- Referenzsignale R', ein Vertikalschub-Referenzsignal R'' und ein Horizontalkraft-Referenzsignal R'''.

[ 0047 ] Die vom Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 gemessene Werk- zeugkraft Kw ist zudem spezifisch für eine Lage i des benö- tigten Werkzeugs 14 zum Kraftaufnehmer 12.1, 12.2. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 weist der Werkzeugarm 11 der Zerspanungsmaschine 1 acht Aussparungen 13.21 - 13.28 in acht verschiedenen Lagen i, i = 1 ... 8 auf und die Zer- spanungsmaschine 1 weist zwei Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 auf. Jede der acht Aussparungen 13.21 - 13.28 liegt in unter- schiedlichen Distanzen zu jedem der zwei Kraftaufnehmer 12.1, 12.2. Die unterschiedlichen Distanzen von jeden der Ausspa- rungen 13.21 - 13.28 zu jedem der zwei Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 haben zur Folge, dass jedes benötigte Werkzeug 14 in ei- ner spezifischen Lage i zum Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 ange- ordnet ist, sodass auch der Kraftfluss der Werkzeugkraft Kw spezifisch für die Lage i des benötigten Werkzeugs 14 zu je- dem der zwei Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 ist.

[0048] Deshalb sind für jede Lage i Kalibrierfaktoren α _i im Datenspeicher des Computers 16.2 gespeichert und vom Com- puter 16.2 aus dem Datenspeicher auslesbar. Jeder Kalibrier- faktor α _i umfasst einen Querschub-Kalibrierfaktor α _i ', einen Vertikalschub-Kalibrierfaktor α _i '' und einen Horizontalkraft- Kalibrierfaktor α _i '''.

[0049] Zur Auswertung kalibriert der Computer 16.2 digita- le Messignale Sd ₁ eines benötigten Werkzeugs 14 durch Multi- plikation mit einem Kalibriertaktor α _i der Lage i des benö- tigten Werkzeugs 14 zum Kraftaufnehmer 12.1, 12.2. Für jeden Verfahrensschritt bildet der Computer 16.2 eine Differenz Δ zwischen dem kalibrierten digitalen Messignalen Sd ₁ und dem ausgelesenen Referenzsignal R für den Werkstoff des Werk- stücks 9 und den Schneidstoff des benötigten Werkzeugs 14. α _i * Sd ₁ - R = Δ ≤ T = 10% * R

Im Datenspeicher des Computers 16.2 ist mindestens eine vor- definierte Toleranzgrösse T gespeichert, welche vordefinierte Toleranzgrösse T für jeden Fertigungsschritt ausgelesen wird. Jede vordefinierte Toleranzgrösse T umfasst eine vordefinier- te Querschub-Toleranzgrösse T', eine vordefinierte Vertikal- schub-Toleranzgrösse T'' und eine vordefinierte Horizontal- kraft-Toleranzgrösse T' '' Für jeden Fertigungsschritt wird die Differenz Δ mit der vor- definierten Toleranzgrösse T verglichen. Falls die Differenz Δ kleiner/gleich als die vordefinierte Toleranzgrösse T ist, ist das benötigte Werkzeuge 14 nicht verschliessen und wird weiterverwendet, und dass falls die Differenz Δ grösser als die vordefinierte Toleranzgrösse T ist, ist das benötigte Werkzeuge (14) verschliessen und wird ersetzt. In erster Nä- herung ist die vordefinierte Toleranzgrösse T gleich 10% der Referenzsignale R.

[0050] Die Auswertung durch den Computer 16.2 erfolgt auch für digitale Messignale Sd ₁ ', Sd ₁ '', Sd ₁ ''' der Werkzeugkraft- komponenten Kwx, Kwy, Kwz der Werkzeugkraft Kw.

[0051] Für jeden Verfahrensschritt bildet der Computer 16.2 eine Querschub-Differenz Δ' zwischen dem kalibrierten digitalen Querschub-Messignalen Sd ₁ ' und dem ausgelesenen Querschub-Referenzsignal R' für den Werkstoff des Werkstücks 9 und den Schneidstoff des benötigten Werkzeugs 14. Falls die Querschub-Differenz Δ' kleiner/gleich als die vordefinierte Querschub-Toleranzgrösse T' ist, ist das benötigte Werkzeuge 14 nicht verschliessen und wird weiterverwendet, und dass falls die Querschub-Differenz Δ' grösser als die vordefinier- te Querschub-Toleranzgrösse T' ist, ist das benötigte Werk- zeuge (14) verschliessen und wird ersetzt. In erster Näherung ist die vordefinierte Querschub-Toleranzgrösse T' gleich 10% der Querschub-Referenzsignale R'. α _i ' * Sd ₁ ' - R' = Δ' < T' = 10% * R'

[0052] Für jeden Verfahrensschritt bildet der Computer 16.2 eine Vertikalschub-Differenz Δ'' zwischen dem kalibrier- ten digitalen Vertikalschub-Messignalen Sd ₁ '' und dem ausge- lesenen Vertikalschub-Referenzsignal R'' für den Werkstoff des Werkstücks 9 und den Schneidstoff des benötigten Werk- zeugs 14. Falls die Vertikalschub-Differenz Δ'' klei- ner/gleich als die vordefinierte Vertikalschub-Toleranzgrösse T'' ist, ist das benötigte Werkzeuge 14 nicht verschliessen und wird weiterverwendet, und dass falls die Vertikalschub- Differenz Δ'' grösser als die vordefinierte Vertikalschub- Toleranzgrösse T'' ist, ist das benötigte Werkzeuge (14) ver- schliessen und wird ersetzt. In erster Näherung ist die vor- definierte Vertikalschub-Toleranzgrösse T'' gleich 10% der Vertikalschub-Referenzsignale R''. α _i " * Sd ₁ " - R" = Δ" ≤ T" = 10% * R"

[ 0053 ] Für jeden Verfahrensschritt bildet der Computer 16.2 eine Horizontalkraft-Differenz Δ" ' zwischen dem kalib- rierten digitalen Horizontalkraft-Messignalen Sd ₁ ''' und dem ausgelesenen Horizontalkraft-Referenzsignal R''' für den Werkstoff des Werkstücks 9 und den Schneidstoff des benötig- ten Werkzeugs 14. Falls die Horizontalkraft-Differenz Δ" ' kleiner/gleich als die vordefinierte Horizontalkraft- Toleranzgrösse T''' ist, ist das benötigte Werkzeuge 14 nicht verschliessen und wird weiterverwendet, und dass falls die Horizontalkraft-Differenz Δ''' grösser als die vordefinierte Horizontalkraft-Toleranzgrösse T''' ist, ist das benötigte Werkzeuge (14) verschliessen und wird ersetzt. In erster Nä- herung ist die vordefinierte Horizontalkraft-Toleranzgrösse T''' gleich 10% der Horizontalkraft-Referenzsignale R" '. α _i '" * Sd ₁ '" - R" ' = Δ'" ≤ T" ' = 10% * R" ' In Analogie hierzu, werden bei Verwendung von zwei Kraftauf- nehmern, wie in der zweiten Ausführungsform der Zerspanungs- maschine gemäss Fig. 2, von den zwei Kraftaufnehmern erste und zweite analoge Messsignale erzeugt, und die ersten und zweiten analogen Messsignale werden von der Wandlereinheit in erste und zweite digitale Messsignale gewandelt. Der Computer bildet für jedes benötigte Werkzeug eine Summe von ersten und zweiten digitalen Messsignalen und multipliziert diese Summe von ersten und zweiten digitalen Messsignalen mit einem Ka- librierfaktor einer Lage des benötigten Werkzeugs und subtra- hiert von dieser kalibrierten Summe von ersten und zweiten digitalen Messsignalen ein Referenzsignale der Paarung aus Werkstoff des Werkstücks und Schneidstoff des benötigten Werkzeugs.

[0054] Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm mit Verfahrens- schritten 210 - 260 zum Kalibrieren des mindestens einen Kraftaufnehmers 12.1, 12.2 der Zerspanungsmaschine 1 der bei- den Ausführungsformen gemäss Fig. 1 oder 2. Fig. 4 zeigt Tei- le einer Ausführungsform einer Kalibriervorrichtung 2 zur Durchführung der Verfahrensschritte gemäss Fig. 3 mit der zweiten Ausführungsform der Zerspanungsmaschine 1 gemäss Fig. 2.

[0055] Die Kalibriervorrichtung 2 weist einen Kalibrier- kontakt 21, einen Kalibrierkraftaufnehmer 21, eine Kalib- rierantriebseinheit 20 und eine Auswerteeinheit 26 auf.

[0056] In einem ersten Verfahrensschritt 210 wird ein Ma- schinenarm 11 mit einem benötigten Werkzeug 14 und mit min- destens einem Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 bereitgestellt. [0057] In einem weiteren Verfahrensschritt 220 wird der Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 mit der Auswerteeinheit 26 kontak- tiert. Die Auswerteeinheit 26 weist mindestens eine Wand- lereinheit 26.1, mindestens einen Computer 26.2, mindestens eine Eingabeeinheit 26.3 und mindestens eine Ausgabeeinheit 26.4 auf.

[0058] In der Ausführungsform der Kalibriervorrichtung 2 gemäss Fig. 4 werden zwei Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 über Sig- nalkabel 12.14, 12.24 elektrisch mit der Wandlereinheit 26.2 verbunden.

[0059] In einem weiteren Verfahrensschritt 230 wird durch die Kalibriervorrichtung 2 eine Kalibrierkraft Kk an ein be- nötigtes Werkzeug 14 aufgebracht.

[0060] Die Kalibriervorrichtung 2 weist eine Kalibrieran- triebseinheit 20, einen Kalibrierkontakt 21 und einen Kalib- rierkraftaufnehmer 22 auf.

[0061] Die Kalibrierantriebseinheit 20 ist eine elektri- sche Antriebseinheit, eine pneumatische Antriebseinheit, usw. Die Kalibrierantriebseinheit 20 bewegt den Kalibrierkontakt 21 und den Kalibrierkraftaufnehmer 22 entlang der drei Achsen x, y und z. Die Kalibrierantriebseinheit 20 richtet den Ka- librierkontakt 21 an benötigten Werkzeugen 14 in Lagen i in der Werkzeughalterung 13 präzise aus und übt die Kalibrier- kraft Kk auf das benötigte Werkzeug 14 aus. Die Kalibrier- kraft Kk weist drei Kalibrierkraftkomponenten Kkx, Kky, Kkz auf. Die Kalibrierkraft Kk weist eine Querschubkalibrierkom- ponente Kkx in Richtung der Querachse x, eine Vertikalschub- kalibrierkomponente Kkz in Richtung der Vertikalachse y und eine Horizontalkraftkalibrierkomponente Kkz in Richtung der Horizontalachse z auf.

[0062] In der Ausführungsform der Kalibriervorrichtung 2 gemäss Fig. 4 ist der Kalibrierkontakt 22 fingerförmig und weist eine Spitze zum Ausüben der Kalibrierkraft Kk auf. Der Kalibrierkontakt 22 ist aus mechanisch beständigem Material wie Stahl, Werkzeugstahl, usw. Der Kalibrierkontakt 22 ist aus Material mit hohem Elastizitätsmodul grösser 200GPa. Auf- grund des hohen Elastizitätsmoduls überträgt der Kalibrier- kontakt 22 die Kalibrierkraft Kk inelastischer als ein Kalib- rierkontakt aus einem Material mit niedrigerem Elastizitäts- modul.

[0063] Der Kalibrierkraftaufnehmer 22 misst die drei Ka- librierkraftkomponenten Kkx, Kky, Kkz der Kalibrierkraft Kk. Der Kalibrierkraftaufnehmer 22 kann nach einem beliebigen Messprinzip funktionieren. Bedingung beim Kalibrieren ist, dass der Kalibrierkraftaufnehmer 22 die Kalibrierkraftkompo- nenten Kkx, Kky, Kkz der Kalibrierkraft Kk mit einer um min- destens eine Grössenordnung grösseren Genauigkeit als der mindestens eine Kraftaufnehmer 12.1 12.2 misst. Der Kalib- rierkraftaufnehmer 22 ist über ein Kalibriersignalkabel 22.14 elektrisch mit der Wandlereinheit 26.2 verbunden.

[0064] In einem weiteren Verfahrensschritt 240 werden Ka- librierkraftkomponenten Kkx, Kky, Kkz durch den Kraftaufneh- mer 12.1, 12.2 und durch den Kalibrierkraftaufnehmer 22 der Kalibriervorrichtung 2 gemessen.

[0065] Der erste Kraftaufnehmer 12.1 erzeugt erste analoge Messignale Sa ₁ . Die ersten analogen Messsignale Sa ₁ umfassen erste analoge Querschubsignale Sa ₁ ' für eine Querschubkalib- rierkomponente Kkx in Richtung der Querachse x, erste analoge Vertikalschubsignale Sa ₁ '' für eine Vertikalschubkalibrier- komponente Kkz in Richtung der Vertikalachse z und erste ana-- loge Horizontalkraftsignale Sa ₁ ''' für eine Horizontalkraft- kalibrierkomponente Kky in Richtung der Horizontalachse y.

[0066] Der zweite Kraftaufnehmer 12.2 erzeugt zweite ana- loge Messignale Sa ₂ . Die zweiten analogen Messsignale Sa ₂ um- fassen zweite analoge Querschubsignale Sa ₂ ' für eine Quer- schubkalibrierkomponente Kkx in Richtung der Querachse x, zweite analoge Vertikalschubsignale Sa ₂ '' für eine Vertikal- schubkalibrierkomponente Kkz in Richtung der Vertikalachse z und zweite analoge Horizontalkraftsignale Sa ₂ ''' für eine Ho- rizontalkraftkalibrierkomponente Kky in Richtung der Horizon- talachse y.

[0067] Der Kalibrierkraftaufnehmer 22 erzeugt analoge Ka- libriersignale Ka. Die Kalibriersignale Ka umfassen analoge Querschubkalibriersignale Ka' für eine Querschubkalibrierkom- ponente Kkx in Richtung der Querachse x, analoge Vertikal- schubkalibriersignale Ka'' für eine Vertikalschubkalibrier- komponente Kkz in Richtung der Vertikalachse z und analoge Horizontalkraftkalibriersignale Ka''' für eine Horizontal- kraftkalibrierkomponente Kky in Richtung der Horizontalachse y·

[0068] In einem weiteren Verfahrensschritt 250 werden Mes- signale Sa des Kraftaufnehmers 12.1, 12.2 und Kalibriersigna- le Ka des Kalibrierkraftaufnehmers 22 an die Auswerteinheit 26 abgeleitet. [0069] In der Ausführungsform der Kalibriervorrichtung 2 gemäss Fig. 4 wandelt die Wandlereinheit 26.1 von den Signal- elektroden über die Signalkabel 12.14, 12.24 der beiden Kraftaufnehmer 12.1, 12.2 abgeleitete analoge Messsignale Sa ₁ , Sa ₂ in digitale Messsignale Sd ₁ , Sd ₂ .

[0070] Die Wandlereinheit 26.1 wandelt erste analoge Quer- schubsignale Sa ₁ ' in erste digitale Querschubsignale Sd ₁ ', sie wandelt erste analoge Vertikalschubsignale Sa ₁ '' in erste digitale Vertikalschubsignale Sd ₁ '', und sie wandelt erste analoge Horizontalkraftsignale Sa ₁ ''' in erste digitale Hori- zontalkraftsignale Sd ₁ '''. Die ersten digitalen Messignale Sd ₁ umfassen die ersten digitalen Querschubsignale Sd ₁ ', die ersten digitalen Vertikalschubsignale Sd ₁ '' und die ersten digitalen Horizontalkraftsignale Sd ₁ '''.

[0071] Die Wandlereinheit 26.1 wandelt zweite analoge Querschubsignale Sa ₂ ' in zweite digitale Querschubsignale Sd ₂ ', sie wandelt zweite analoge Vertikalschubsignale Sa ₂ '' in zweite digitale Vertikalschubsignale Sd ₂ '', und sie wan- delt zweite analoge Horizontalkraftsignale Sa ₂ ''' in zweite digitale Horizontalkraftsignale Sd ₂ '''. Die zweiten digitalen Messignale Sd ₂ umfassen die zweiten digitalen Querschubsigna- le Sd ₂ ', die zweiten digitalen Vertikalschubsignale Sd ₂ '' und die zweiten digitalen Horizontalkraftsignale Sd ₂ '''.

[0072] Die Wandlereinheit 26.1 wandelt vom Kalibrierkraft- aufnehmer 22 über das Signalkabel 22.14 abgeleitete analoge Kalibriersignale Ka in digitale Kalibriersignale Kd.

[0073] Die Wandlereinheit 26.1 wandelt analoge Querschub- kalibriersignale Ka' in digitale Querschubkalibriersignale Sd', sie wandelt analoge Vertikalschubkalibriersignale Ka'' in digitale Vertikalschubkalibriersignale Kd'', und sie wan- delt analoge Horizontalkraftkalibriersignale Ka''' in digita- le Horizontalkraftkalibriersignale Kd'''. Die digitalen Kali- bersignale Kd umfassen die digitalen Querschubkalibriersigna- le Kd', die digitalen Vertikalschubkalibriersignale Kd'' und die digitalen Horizontalkraftkalibriersignale Kd'''.

[0074] In einem weiteren Verfahrensschritt 260 werden die abgeleiteten Messsignale Sa ₁ und die abgeleiteten Kalibrier- signale Ka in der Auswerteeinheit 26 abgeglichen.

[0075] Der Computer 26.2 weist mindestens einen Datenpro- zessor und mindestens einen Datenspeicher auf. Der Computer 26.2 ist über die Eingabeeinheit 26.3 bedienbar. Die Eingabe- einheit 26.3 kann eine Tastatur sein, zur Eingabe von Steuer- befehlen. Im Sinne der Erfindung bedeutet das Verb „Bedie- nen", dass der Computer 26.2 von einer Person über die Einga- beeinheit 26.3 mit Steuerbefehlen gestartet, gesteuert und ausgeschaltet wird. Der Computer 26.2 liest die digitalen Messsignale Sd ₁ , Sd ₂ mit den digitalen Kalibriersignalen Kd ein. Der Computer 26.2 stellt abgeglichene digitale Messigna- le Sd ₁ , Sd ₂ und digitale Kalibriersignale Kd auf der Ausgabe- einheit 26.4 dar. Die Ausgabeeinheit 26.4 kann ein Bildschirm sein, zur graphischen Darstellung der ausgewerteten digitalen Messignale .

[0076] Der Computer 26.2 gleicht digitale Messignale Sd ₁ , Sd ₂ mit digitalen Kalibriersignalen Kd ab. Der Abgleich er- folgt spezifisch für eine Lage i eines benötigten Werkzeugs 14. Der Kalibrierkontakt 22 übt eine Kalibrierkraft Kk auf ein drittes benötigtes Werkzeug 14.3 in einer dritten Ausspa- rung 13.23 aus. Die dritte Aussparung 13.23 ist die dritte Lage i = 3, das benötigte Werkzeug 14.3 befindet sich in der dritten Lage i = 3.

[ 0077 ] Beim Abgleich der Ausführungsform der Kalibriervor- richtung 2 gemäss Fig. 4 bildet der Computer 26.2 eine lagen- spezifische Summe (Sd ₁ + Sd ₂ ) _i der ersten und zweiten digita- len Messignale Sd ₁ , Sd ₂ und gleicht sie lagenspezifische mit dem digitalen Kalibriersignal Kd _i ab. Ein Ergebnis dieses Ab- gleichs ist ein lagenspezifischer Kalibrierfaktor α _i . α _i * (Sd ₁ + Sd _2)i = Kd _i i = 1 ... 8

Bei Identität der lagenspezifischen Summe (Sdi + Sd ₂ )i mit dem digitalen Kalibriersignal Kd _i ist der lagenspezifische Kalibrierfaktor α _i = 1.00. Typischerweise schwankt der lagen- spezifische Kalibrierfaktor α _i in einem Bereich von 0.85 bis 1.15.

In Analogie hierzu, werden bei Verwendung von einem einzigen Kraftaufnehmer, wie in der ersten Ausführungsform der Zer- spanungsmaschine gemäss Fig. 1, vom Kraftaufnehmer analoge Messsignale erzeugt, die analogen Messsignale werden von der Wandlereinheit in digitale Messsignale gewandelt. Der Compu- ter gleicht die digitalen Messsignale lagenspezifisch mit di- gitalen Kalibriersignalen ab. Bei Verwendung von nur einem Kraftaufnehmer liegen nur digitale Messsignale dieses einen Kraftaufnehmers vor und es wird somit keine lagenspezifische Summe von digitalen Messsignalen von zwei Kraftaufnehmern ge- bildet. [0078] Beim Abgleich bildet der Computer 26.2 eine lagen- spezifische Summe (Sd ₁ ' + Sd ₂ ') _i der digitalen Querschubsigna- le Sd ₁ ', Sd ₂ ' und vergleicht sie mit dem lagenspezifischen digitalen Querschubkalibriersignal Kdi'. Ein Ergebnis des Ab- gleichs ist ein Querschub-Kalibrierfaktor α _i '. α _i ' * (Sd ₁ ' + Sd ₂ ') _i = Kd _i ' i = 1 ... 8

[0079] Beim Abgleich bildet der Computer 26.2 eine lagen- spezifische Summe (Sd ₁ '' + Sd ₂ " ) _i der digitalen Vertikal- schubsignale Sd ₁ '', Sd ₂ '' und vergleicht sie mit dem lagen- spezifischen digitalen Vertikalschubkalibriersignal Kd _i ''. Ein Ergebnis des Abgleichs ist ein Vertikalschub- Kalibrierfaktor α _i ''. α _i '' * (Sd ₁ " + Sd ₂ " ) _i = Kd _i " i = 1 ... 8

[0080] Beim Abgleich bildet der Computer 26.2 eine lagen- spezifische Summe (Sd ₁ '" + Sd ₂ '" ) _i der digitalen Horizontal- kraftsignale Sd ₁ ''', Sd ₂ ''' und vergleicht sie mit dem lagen- spezifischen digitalen Horizontalkraftkalibriersignal Kd _i '''. Ein Ergebnis des Abgleichs ist ein Horizontalkraft- Kalibrierfaktor α _i '''. α _i '" * (Sd ₁ '" + Sd ₂ " ')i = Kd _i '" i = 1 ... 8

[0081] Der Kalibrierfaktor α _i ist im Datenspeicher des Computers 16 der Auswerteeinheit 16 speicherbar. Auch jeder Querschub-Kalibrierfaktor α _i ', jeder Vertikalschub- Kalibrierfaktor α _i '' und jeder Horizontalkraft- Kalibrierfaktor α _i ''' ist im Datenspeicher des Computers 16 der Auswerteeinheit 16 speicherbar. Bezugszeichenliste

1 Zerspanungsmaschine

2 Kalibriervorrichtung

9 Werkstück

10 Antriebseinheit 11 Maschinenarm

11.1 Oberarm 11.2 Unterarm

12.1, 12.2 Kraftaufnehmer 12.11, 12.12 Gehäuse 12.11', 12.11'" Gehäusestirnfläche 12.11" Gehäusebohrung

12.12 piezoelektrisches Material

12.12' - 12.12'" Piezoelement 12.13 elektrisch leitfähiges Material

12 .13' - 12.13'" Signalelektrode 12.3" " Masseelektrode

12.14, 12.24 Signalkabel 13 Werkzeughalterung

13.11, 13.12 Haltemittel 13.21 - 13.28 Aussparung

14, 14.1 - 14.8 benötigtes Werkzeug

14.11, 14.12 Schneidkeil 14.21, 14.22 Schaft

15, 15.1, 15.2 Verbindungsmittel

15.11, 15.21 Einziehschraube

15.12, 15.22 Bohrung

15.13, 15.23 Innengewinde

16, 26 Auswerteeinheit 16.1, 26.1 Wandlereinheit 16.2, 26.2 Computer 16.3, 26 . 3 Eingabeeinheit

16.4, 26 . 4 Ausgabeeinheit 20 Kalibrierantriebseinheit

21 Kalibrierkontakt

22 Kalibrierkraftaufnehmer

22 . 14 Kalibriersignalkabel

210 - 260 Verfahrensschritte α Kalibrierfaktor α ' Querschub-Kalibrierfaktor α'' Vertikalschub-Kalibriertaktor α ' ' ' Horizontalkraft-Kalibrierfaktor

Δ Differenz

Δ' Querschub-Differenz

Δ'' Vertikalschub-Differenz

Δ''' Horizontalkraft-Differenzi Lage

Kw Werkzeugkraft

Kwx, Kwy, Kwz Werkzeugkraftkomponente Kk Kalibrierkraft

Kkx, Kky, Kkz Ka1ibrierkraftkomponente Sa ₁ , Sa ₂ analoges Messignal Sa ₁ ', Sa ₂ ' analoges Querschubsignal Sa ₁ " , Sa ₂ " analoges Vertikalschubsignal Sa ₁ '" , Sa ₂ ''' analoges Horizontalkraftssignal Sd ₁ , Sd ₂ digitales Messsignal Sd ₁ ', Sd ₂ ' digitales Querschubsignal Sd ₁ " , Sd ₂ '' digitales Vertikalschubsignal Sd ₁ '" , Sd ₂ ''' digitales Horizontalkraftssignal

R Referenzsignal

R' Querschub-Referenzsignal

R'' Vertikalschub-Referenzsignal R''' Horizontalkraft-Referenzsignal

Ka analoges Kalibriersignal

Ka' analoges Querschubkalibriersignal

Ka ' ' analoges Vertikalschubkalibriersignal

Ka ' ' ' analoges Horizontalkraftkalibriersignal

Kd digitales Kalibriersignal

Kd' digitales Querschubkalibriersignal

Kd ' ' digitales Vertikalschubkalibriersignal

Kd ' ' ' digitales Horizontalkraftkalibriersignal

T vordefinierte Toleranzgrösse

T' vordefinierte Querschub-Toleranzgrösse

T'' vordefinierte Vertikalschub-

Toleranzgrösse

T'' ' vordefinierte Horizontalkraft-

Toleranzgrösse

X Querachse y Horizontalachse z Vertikalachse xy Querebene