DE2931845A1

DE2931845A1 - Kopierfraesmaschine

Info

Publication number: DE2931845A1
Application number: DE19792931845
Authority: DE
Inventors: Keizo Utsumi
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1978-08-05
Filing date: 1979-08-06
Publication date: 1980-02-28
Also published as: CH641075A5; IT7912708A0; JPS601139B2; DE2931845C2; US4277880A; IT1124157B; JPS5524826A

Description

Dipl. Ing. ΡβΙ·Γ Ott© _>0Ä „errenberg (Kuppingen)

Patentanwalt ζ Elfel.treße 7

Telefon (O7Q32) 319 99

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Firma

Makino Milling Machine Co. Ltd. 3-19. Nakane 2-chome, Meguro-ku Tokyo, Japan

Kopie rf rä sma schine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kopierfräsmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs, wobei sich die Erfindung hauptsächlich auf eine Kopierfräsmaschine mit einem automatischen Werkzeugwechsler bezieht, die in der Lage ist, ein Erzeugnis mit komplizierter Formgebung, beispielsweise eine männliche oder weibliche Metallform (Patrize oder Matrize) mit höchster Genauigkeit herzustellen.

Bei solchen Kopierfräsmaschinen ist es bekannt, diese mit einem Nachfahrkopf auszurüsten, an welchem ein Fühlelement mit einem Taststift befestigt ist. Das Fühlelement führt eine Nachfahrbewegung oder Kopierbewegung über der Oberfläche der Schablone oder des Modells aus, nach deren Form das Werkstück entsprechend maschinell bearbeitet, also gefräst werden

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soll. Als Folge der Abtastbewegung des Fühlelements über der Modellform erzielt man eine Regelung der Servobewegung eines Fräswerkzeugs, welches die Bearbeitung eines Werkstücks zur Erzeugung des metallischen Endproduktes durchführt. Dabei verfügt das an einer Spindel befestigte Fräswerkzeug des Kopierfräsautomaten über einen vorgegebenen Werkzeugradius und über eine vorgegebene Werkzeuglänge, obwohl die tatsächlichen Werte des Werkzeugradius und seiner Länge von vorgegebenen Werten innerhalb einer Produktionstoleranz für das Fräswerkzeug abweichen können. Sobald die Bearbeitung des metallischen Erzeugnisses aus dem Werkstück vollendet ist, ergibt sich ein Endprodukt, welches in seiner Form identisch, auf jeden Fall aber äußerst ähnlich zu der Form ist, die dem abgetasteten Modell entspricht.

Dabei benötigt man für die Bearbeitung beispielsweise einer metallischen Form, einer Matrize, eines Gießmodells o. dgl. mit einer komplizierten männlichen oder weiblichen Formgebung üblicherweise eine sehr lange Bearbeitungszeit, wobei auch die Menge des von einem Werkstück abgetragenen Materials während des Bearbeitungsvorganges sehr groß ist. Daher ist es während der Bearbeitung einer solchen metallischen Form oder Matrize, auf welche sich ein bevorzugtes Anwendungebeispiel vorliegender Erfindung richtet, stets notwendig, ein abgenutztes Fräswerkzeug am Spindelkopf durch frische Fräswerkzeuge nach vorgegebenen Zeiträumen zu ersetzen. Außerdem muß beispielsweise bei Bruch eines am Spindelkopf befestigten Fräswerkzeugs dieses durch ein frisches Fräswerkzeug ausgetauscht werden. An-

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dererseits ist es bekannt, daß keine üblichen Kopierfräsmaschinen mit sogenannten automatischen Werkzeugwechslern ausgerüstet sind, die während der maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks zur Herstellung eines metallischen Erzeugnisses einen Werkzeugwechsel durchführen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Verwendung von bekannten automatischen Werkzeugwechslern, wie sie bei üblichen vollautomatischen Maschinensystemen vorhanden sind, bei den bekannten Kopierfräsmaschinen vom Gesichtspunkt der Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung des Enderzeugnisses eine nicht mehr zu vernachlässigende Schwierigkeit nach sich ziehen, die darin liegt, daß das hergestellte Enderzeugnis genau die gleiche Form wie die abgetastete Schablone bzw. das Modell aufweisen muß, was bei einem automatischen Werkzeugwechsel nicht erzielt werden kann. Bei üblichen Kopierfräsmaschinen erfolgt die Steuerung oder Regelung der Horizontalbewegung des Arbeitstisches, an welchem das Werkstück und das Modell fest montiert sind, in den Richtungen der X-Achse und der Y-Achse sowie die Regelung der zugeordneten Vertikalbewegungen eines Abtastkopfes sowie des Spindelkopfes, an welchem ein Fräswerkzeug befestigt ist, in Richtung der Z-Achse unter Beobachtung der Nachfahr- oder Abtastbewegung des Fühlelements über der Oberfläche des Modells oder der Schablone, wobei dann gleichzeitig das Fräswerkzeug am Werkstück eine Zerspanungs- oder Fräswirkung ausübt, so daß das Werkstück in eine der Schablone entsprechende, identische Form gebracht wird. Es ist daher unausweichlich notwendig, daß während der gesamten Dauer des Bearbeitungsvorganges eines Werkstücks zwischen dem Fräswerkzeug und dem Fühlelement eine vorgegebene Positionsbeziehung absolut konstant aufrecht erhal-

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ten wird, da sonst mit einem solchen Kopierfräsautomaten keine einwandfreie und genaue maschinelle Bearbeitung eines metallischen Erzeugnisses mit der gleichen Form und den gleichen Dimensionen wie die Schablone erzielt werden kann. Aus diesem Grund werden zu Beginn des Bearbeitungsvorganges das Modell oder die Schablone und das Werkstück zunächst am Arbeitstisch der Kopierfräsmaschine in einer solchen Weise befestigt, daß zwischen den Zentren der Schablone und des Werkstücks ein vorgegebener Abstand eingehalten wird. Anschließend werden der Abtastkopf und der Spindelkopf so eingestellt, daß der Abstand zwischen den Achsen vom Abtastkopf und vom Spindelkopf genau dem vorgegebenen Abstand zwischen den Zentren von Modell und Werkstück entspricht. Danach werden das Fühlelement und ein Fräswerkzeug am Abtastkopf und am Spindelkopf jeweils so befestigt, da ! eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen dem Abtastelement und dem Fräswerkzeug errichtet wird. Nach Errichtung dieser vorgegebenen Positionsbeziehung beginnt dann der eigentliche Bearbeitungsvorgangs des Werkzeugs auf der Kopierfräsmaschine. Allerdings ist nachteilig, daß dann, wenn während des Fräsvorgangs ein Werkzeugwechsel erforderlich ist - beispielsweise muß ein abgenutztes Fräswerkzeug am Spindelkopf durch ein frisches Fräswerkzeug ersetzt werden - diese vorgegebene Positionsbeziehung zwischen Fühlelement und dem verbrauchten Fräswerkzeug verlorengeht, da die Werkzeugdaten des frischen, einzusetzenden Fräswerkzeugs, beispielsweise der Radius und die Länge dieses Werkzeugs, üblicherweise zu den Daten des abgenutzten Fräswerkzeugs unterschiedlich sind.

Es ergibt sich daher der Bedarf, bei der maschinellen Bearbei-

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tung von Werkstücken mittels einer Kopierfräsmaschine einen automatischen Werkzeugwechsel während des Bearbeitungsvorgangs an einem Werkstück durchführen zu können, was bedeuten würde, daß der gesamte Bearbeitungsvorgang des Werkstücks, beginnend mit einer anfänglichen Schruppbearbeitung bis zum Feinbearbeitungs-Fräs- oder Schleif vor gang automatisch und aufeinanderfolgend mit hoher Genauigkeit und hohem wirtschaftlichen Ausstoß und Effizienz durchgeführt werden könnte.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kopierfräsmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, während des Bearbeitungsvorgangs an einem Werkstück automatisch das jeweilige Bearbeitungswerkzeug, also etwa das Fräswerkzeug, zu wechseln und dabei gleichzeitig jeweils eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen dem Abtastelement für das Modell und dem jeweiligen Fräswerkzeug aufrechtzuerhalten, auch wenn das Fräswerkzeug durch ein anderes Fräswerkzeug ersetzt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kopierfräsmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem bekannten Stand der Technik gegenüber den Vorteil, daß im Verlauf des Bearbeitungsvorgangs eines Werkstücks sowohl ein automatischer Werkzeugwechsel als auch Maßnahmen möglich sind, die immer dann, wenn ein automatischer Werkzeugwechsel von einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung durchgeführt worden ist, eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen dem Abtastelement und dem jeweiligen (neuen) Fräswerkzeug errichten und sicherstellen,

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und zwar während des gesamten Bearbeitungsvorganges des Werkstücks, beginnend bei der Rohbearbeitung bis zur Finishbearbeitung, also beispielsweise einer Honbearbeitung. Es gelingt so in schneller Produktionsabfolge und mit hoher Wirksamkeit, auch komplizierte Metallformen automatisch nach einem gegebenen Modell herzustellen.

In diesem Zusammenhang umfaßt die Erfindung auch die Schaffung eines neuen Arbeitsverfahrens bei einer Kopierfräsmaschine mit einem automatischen Werkzeugwechsler, bei welchem die genaue Einstellung einer vorgegebenen Positionsbeziehung zwischen dem Fühlstift oder Fühlelement des Kopierautomaten und des am Spindelkopf befestigten Fräswerkzeugs jedesmal dann durchgeführt wird, wenn ein automatischer Werkzeugwechsler einen Werkzeugwechsel bewirkt hat.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kopierfräsmaschine möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: in schematischer Seitenansicht sowie in Form eines Blockdiagramms eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kopierfräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsler,

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Fig. 2: in schematischer Diagrammdarstellung eine Ansicht von ersten und zweiten Bezugsebenen, die bei der erfindungsgemäßen Justierung zur Erzielung einer vorgegebenen Positionsbeziehung zwischen dem jeweiligen Fräswerkzeug und dem Fühlelement verwendet werden und

Fig. 3: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kopierfräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsler.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Darstellung der Fig. 1 läßt sich schematisch eine Kopierfräsmaschine entnehmen, die ein Arbeitsverfahren entsprechend einem ersten Apsekt vorliegender Erfindung durchführt und wobei das Bezugszeichen 10 allgemein die Kopierfräsmaschine zusammen mit einem automatischen Werkzeugwechsler bezeichnet. Die Fräsmaschine 10 umfaßt einen allgemein vertikal verlaufenden Maschinenkörper 11 und einen horizontalen Werktisch 17. Der Maschinenkörper 11 ist mit einem Spindelkopf 23 und einem Hebelarm 24 ausgerüstet, die beide zusammen nach oben und nach unten längs einer vertikalen Säule 25 als Folge eines nach vorn oder rückwärts gerichteten Antriebs eines für den Vertikalantrieb zuständigen Vorschubmotors 22 verfahrbar sind. Der Spindelkopf 23 verfügt über eine Spindel 12, an welcher eines der Zerspanungs-, Schneid- oder Fräswerkzeuge (T bis T ) befestigt ist, dabei ist diese Spindel 12 in einer Federpose oder Hohlwelle 13 verschiebbar. Die Spindel 12 kann nach Einstellen ihrer Vertikalposition mit Bezug auf die Hohlwelle 13 festge-

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spannt werden, wobei dann nach dem Festspannen die Spindel 12 mit gewünschter Drehgeschwindigkeit von einem Spindelantriebsmotor 14 in Drehung versetzt wird. Dem Spindelantriebsmotor wird ein Steuersignal von einem Regler 15 zugeführt. Es ist möglich, die Spindel 12 mit Hilfe eines Handgriffs 21 durch manuelle Betätigung allmählich zu verschieben oder den allmählichen Vorschub automatisch mit Hilfe eines Antriebsmotors 16, beispielsweise einem Schrittmotor vorzunehmen. Auf diese Weise erzielt man die vertikale Positionierung des Zerspanung ε- oder Fräswerkzeugs T (oder eines der Werkzeuge T bis T ), welches an der Spindel 12 befestigt ist, mit Bezug auf das am Arbeitstisch 17 montierte Werkstück W. Am Arbeitstisch 17 sind jeweils das Werkstück W und ein Modell oder eine Schablone M festgespannt. Der das Werkstück W und das Modell M tragende Arbeitstisch 17 ist horizontal in Richtung der X-Achse und der Y-Achse sowie vertikal in Richtung der Z-Achse verschiebbar. Die Bewegung des Arbeitstisches 17 in der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse wird von einer Antriebsmotoreinheit 18, die Antriebsmotoren für die X-Achse, die Y- und die Z-Achse aufweist, bewirkt. Diese* Antriebsmotoreinheit werden entsprechende Steuer- oder Regelsignale von einem üblichen Nachlauf-Regler 51 zugeführt. Während der Bewegung des Arbeitstisches 17 in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse werden die Positionen des Arbeitstisches 17 längs dieser drei Achsen von einer Detektoreinheit 19 festgestellt und die abgetasteten Signale werden einem im folgenden noch genauer zu beschreibenden Regler 52 der Kopierfräsmaschine zugeführt.

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Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Teil der Nachfahreinrichtung, die von dem weiter vorn schon erwähnten Hebelarm 24 getragen ist und so arbeitet, daß eine Nach fahr-oder Kopierbewegung längs der Oberfläche des Modells M bewirkt wird, welches am Arbeitstisch 17 montiert ist. Der Abtastteilbereich 30 umfaßt ein Fühlelement 31, welches über einen Fühlstift verfügt, der so ausgebildet ist, daß er die Abtast- oder Nachfahrbewegung über der abzutastenden Oberfläche des Modells M durchführt; weiterhin ist ein Tastkopf 32 (tracer head) vorgesehen, der ein dem Betrag der Nachfahr- oder Abtastbewegung des Fühlelements 31 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Der Fühlstift des Fühlelements 31 ist üblicherweise von sphärischer Form und in der Lage, eine Verschiebebewegung senkrecht zur Oberfläche durchzuführen, über welche sich der Fühlstift von sphärischer Form bewegt. Das von dem Abtastkopf 32 erzeugte elektrische Signal wird dem für die Abtastbewegung zuständigen Regler 51, der im folgenden als Abtastregler bezeichnet wird, zugeführt. Genauer gesagt arbeitet der Abtastkopf 32 beim Betrieb des Kopierfräsautomaten 10, während sich das Fühlelement 31 des Abtastbereichs 30 über die abzutastende Oberfläche des Modells M bewegt, so, daß ein vektorieller Betrag der Nachfahrbewegung bzw. der Verschiebung des Fühlelements 31 mit Bezug auf einen vorgegebenen Verschiebebetrag des Fühlelements 31 erfaßt wird, wobei dieser vorgegebene Verschiebebetrag beispielsweise ein

/ ν ^ist

Referenz-Verschiebebetrag (E_n) des Fühlelements 31/, bei dem es sich um einen gesetzten Wert oder um einen Bezugswert für eine Servoregelung der Abtast- oder Nachfahrbewegung des Abtastbereichs 30 mit Bezug auf das Modell M handelt. Der erfaßte Vektorbetrag der Verschiebung des Fühlelements 31 wird in ein elek-

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trisches Signal transformiert und dem Abtastregler 51 zuführt. Dementsprechend leitet dann def Abtastregler 51 der Antriebsmotor einheit 18 ein Antriebs-Servosignal als Folge des ihm zugeführten elektrischen Signals zu. Auf diese Weise erzielt man eine Bewegung des Arbeitstisches 17 in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse entsprechend der Form dea Modells M. Während der Servobewegung des Arbeitstisches 17 bewirkt das Fräswerkzeug T (oder eines der im folgenden lediglich noch als Fräswerkzeuge bezeichneten Werkzeuge T. bis T ), die an der Spindel 12 befestigt sind, eine Fräs- oder Zerspanungswirkung mit Bezug auf das Werkstück W am Arbeitstisch 17. Es ergibt sich so eine Formgebung für das das Erzeugnis darstellende Werkstück W entsprechend der identischen Form des Modells M. Wesentlich ist dabei, daß jedes der Fräswerkzeuge (T₀ bis T ) jeweils die gleiche Form wie der Abtaststift des Fühlelements aufweist und allgemein sogar über einen geringeren dimensionsmäßigen Wert als der Abtaststift verfügt, so daß dann, wenn jedes Fräswerkzeug mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, sich der Abtaststift des Fühlelements 31 schon in Kontakt mit dem Modell M befindet und aus dem dieses Modell nicht kontaktierenden Zustand schon um einen gegebenen Ver Schiebungswert verschoben worden ist. Das bedeutet, daß dann, wenn jedes der erwähnten Schneid- oder Fräswerkzeuge mit dem Werkstück W selbst in Kontakt kommt, der Abtastkopf 32 des Abtastbereichs 30 schon damit begonnen hat, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches angibt, daß der Fühlstift des Fühlelements 31 um den oben erwähnten, vorgegebenen Verschiebebetrag verschoben worden ist. Darüberhinaus ist der Abstand zwischen der Achse

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des Abtastbereichs 30 und der Achse der Spindel 12 so eingestellt, daß dieser Abstand genau dem Abstand zwischen einem vorgegebenen Mittelpunkt des Modells M und einem vorgegebenen Mittelpunkt des Werkstücks W entspricht, und zwar durch manuelle Betätigung an den Handrädern 33 und 34. Schließlich sind in der vertikalen Vorschubrichtung jedes an der Spindel 12 befestigte Fräswerkzeug und der Fühlstift des Fühlelements 31 mittels des Handrades 35 so eingestellt, daß beide gleichzeitig vorgegebene Positionen des Werkstücks W und des Modells M kontaktieren können. In diesem Zustand wird das von dem Abtastbereich 30 erzeugte Verschiebesignal von dem Abtastkopf 32 in ein entsprechendes Signal transformiert, welches dann seinerseits über einen Transmitter 32' dem Abtastregler 51 zugeführt wird. Daher führt dann dieser Abtastregler 51 eine Servoregelung des Fühlelements 31 in der Weise aus, daß der vektorielle Betrag der Verschiebung des Fühlelements 31 mit Bezug auf den Referenzbetrag (E ) der Verschiebung des Fühlelements 31 im Endeffekt eliminiert ist. Mit dem Bezugszeichen 50 ist eine Schalttafel oder ein Betätigungspanel bezeichnet, mit deren Hilfe die Bedienungsperson in der Lage ist, die Nachfahrbewegung des Fühlelements 31 über die abzutastende Oberfläche des Modells M zu kontrollieren. Genauer gesagt wird die Schalttafel für die manuelle Durchführung von Steuervorgängen benutzt, darin eingeschlossen die Einstellung einer gewünschten Abtastart des Kopierfräsautomaten, die Vornahme eines Steuersignales, welches eine Annäherung des Fühlelements 31 an das Modell M anzeigt oder die Entfernung des Fühlelements 31 vom Modell M sowie die Bewirkung eines Steuersignals, welches das Starten oder Stehen-

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bleiben des Spindelbetriebs angibt. Diese mit Hilfe des Schaltbords 50 erzeugten und von diesem ausgehenden Steuersignale werden dem Hauptregler 52 der Kopierfräsmaschine zugeführt. Von diesen von der Schalttafel 50 ausgehenden Signalen werden das die Einstellung eines gewünschten Abtastverfahrens angebende Signal sowie die eine Annäherung und ein Rückziehen kennzeichnenden Signale an den Abtastregler 51 weitergeleitet. Bei dem Hauptregler 52 des Kopierautomaten handelt es sich um einen zentralen Regelbereich dieser Maschine, denn der Hauptregler 52 führt den verschiedenen Antriebsmotoren des Fräsautomaten die elektrische Antriebsleistung zu. Der Hauptregler 52 ist auch bei dem Werkzeug-Wechselvorgang beteiligt, der weiter unten noch beschrieben wird sowie bei der hierauf bezogenen Arbeitsweise der Kopierfräsmaschine 10 entsprechend erfinderischen Maßnahmen.

Die Kopierfräsmaschine 10, bei der es sich im übrigen auch um eine in der Wirkungsweise ähnliche Werkzeugmaschine handeln kann, etwa Schleifmaschine o. dgl. , ist weiterhin mit einem eine automatische Auswechslung der Werkzeuge bewirkenden Teilbereich 40 ausgestattet, der seitlich am vertikalen Maschinenkörper 11 montiert ist und dem ein Werkzeugwechselregler 53 zugeordnet ist, um den Werkzeug-Wechselvorgang im automatisch arbeitenden Werkzeugwechselbereich 40 zu steuern und zu kontrollieren. Der Regler 53 für den Werkzeugwechsel-Vorgang ist dem Hauptregler 52 zugeordnet und mit diesem schaltungemäßig verbunden; er empfängt vom Hauptregler 52 ein den Werkzeugwechsel bewirkendes Steuersignal. Der Regler 53 für den Werkzeugwechsel erzeugt dann ein die Vollendung des Werkzeug-Wech-

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selvorgangs angebendes Signal, wenn der Vorgang des Werkzeugwechsels durch den automatischen Werkzeug-Wechselbereich 40 vollendet ist, dieses Endsignal wird im Hauptregler 52 der Maschine zugeführt. Der automatische Werkzeug-Wechselbereich verfügt über ein Werkzeugmagazin 41, in welchem die Zerspanungsoder Fräswerkzeuge T_n bis T aufbewahrt sind. Das Werkzeugmagazin 51 ist so ausgebildet, daß es um eine horizontale Achse drehbar ist und es verfügt über Ubergabemittel, um die Übergabe eines der Fräswerkzeuge T bis T , beispielsweise des Fräswerkzeugs T , aus der Aufbewahrungsposition innerhalb des Magazins 41 in eine Werkzeugs-Wechselposition zu bewirken. Das in Fig. 1 in gestrichelter Linienführung dargestellte Fräswerkzeug T befindet sich an der Werkzeug-Wechselposition, während das in durchgezogener Linienführung angegebene Fräswerkzeug T sich innerhalb des Werkzeugmagazins 41 im Bereich der Aufbewahrung spo sition befindet. Soll dann andererseits ein an der Spindel 12 befestigtes und mit dieser verbundenes, abgenutztes Fräswerkzeug, beispielsweise das Fräswerkzeug T_n durch ein frisches Fräswerkzeug ersetzt werden, dann wird das benutzte Fräswerkzeug T aus der Fräs- oder Schneidposition in eine Werkzeug-Wechselposition bewegt. Das in Fig. 1 in durchgezogener Linienführung dargestellte Fräswerkzeug T befindet sich an der Werkzeug-Wechselposition. Es ist ein üblicher Werkzeug-Wechselarm 42 vorgesehen, der den Ersatz des abgenutzten Schneid- oder

Fräswerkzeugs T_n durch das frische Fräswerkzeug T vornimmt. 0 η

Zu diesem Zweck verfügt der Werkzeug-Wechselarm 42 an seinen beiden Enden über übliche Werkzeug-Greifklauen und ist in

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der Lage, sich sowohl urn eine vertikale Achse zu drehen als auch eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung durchzuführen. Daraus ergibt sich, daß dann, wenn die Werkzeug-Greifklauen beide Werkzeuge T und T ergriffen haben und wenn sich diese Klauen nach unten bewegen, das benutzte Fräswerkzeug T_n aus der Spindel 12 und das frische Schneidwerkzeug gleichzeitig aus dem Werkzeugmagazin 41 herausgezogen werden kann. Danach dreht sich der Werkzeug-Wechselarm 42 um 180 , bewegt sich nach oben und befestigt so das frische Fräswerkzeug T an der Spindel 12 und führt das abgenutzte Fräswerkzeug T₀ in die Aufbewahrungsposition im Werkzeugmagazin 41 zurück. Auf diese Weise ist dann der Werkzeug-Wechselvorgang beendet.

Dieser soeben beschriebene Werkzeug-Wechselvorgang wird in der gleichen Weise eingeleitet wie im Falle eines üblichen Maschinenzentrums bei einem automatischen Werkzeugwechsler. Das bedeutet, daß dann, wenn das an der Spindel 12 angeordnete abgenutzte Fräswerkzeug T_ durch ein frisches Fräswerkzeug T ersetzt werden soll, der Werkzeug-Wechselregler 53 ein Signal aussendet, welches dem automatischen Werkzeug-Wechseibereich 40 den Beginn des Werkzeug-Wechselvorgangs angibt. Ist dann andererseits der Werkzeug-Wechselvorgang beendet, dann sendet der automatische Werkzeug-Wechselbereich 40 ein die Beendigung des Werkzeug-Wechselvorgange angebendes Signal aus und führt dieses Signal dem Werkzeug-Wechselregler 53 zu. Schließlich führt dann, wie weiter oben beschrieben, der Werkzeug-Wechselregler 53 das Endsignal des Werkzeug-Wechaelvorgangs dem Hauptregler 52 der automatischen Kopierfräsmaschine zu.

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Bei vorliegender Erfindung wird der Zeitpunkt, zu welchem ein abgenutztes Fräswerkzeug durch ein frisches Fräswerkzeug ausgewechselt werden soll, festgesetzt von einem Werkzeug-Wechsel-Zeitregler 54, der so ausgebildet ist, daß er jeweils ein den Werkzeug-Wechselzeitpunkt bestimmendes Signal dann aussendet, wenn der Zeitpunkt für den Wechsel des abgenutzten Werkzeugs gekommen ist. Der Werkzeugwechsel-Zeitgeber oder -Zeitregler 54 ist mit dem Hauptregler 52 des Kopierautomaten verbunden. Der Werkzeugwechsei-Zeitregler 54 kann von der Art sein, die über eine Zeitgeber einrichtung verfügt, die so ausgebildet ist, daß die gesamte Betriebszeit jedes der in dem Werkzeugmagazin 41 aufbewahrten Fräswerkzeugs T bis T gezählt bzw. bestimmt wird und daß dann ein Ausgangs signal erstellt wird, wenn die Gesamtbetriebszeit jedes Fräswerkzeugs vom Beginn des Fräsvorgangs an eine vorgegebene Zeitdauer erreicht hat. Es ist auch möglich, den Werkzeugwechsel-Zeitregler 54 so auszubilden, daß er in der Lage ist, für jedes der Fräswerkzeuge T bis T ein Werkzeugwechselsignal zu erzeugen, wenn während des Fräsvorgangs jedes der Fräswerkzeuge bis zu einer vorgegebenen Grenze abgenutzt ist oder wenn jedes der Fräswerkzeuge oder einige während des Fräsvorgangs etwa durch Bruch zerstört worden sind. Bei jedem Werkzeug-Wechselzeitpunkt bewegt sich die Spindel 12 nach oben in die Werkzeug-Wechselposition. Diese nach oben gerichtete Bewegung der Spindel 12 wird bewirkt durch die vom Antriebsmotor 22 hervorgerufene Aufwärtsbewegung des Spindelkopfes 23 und des Hebelarms 24. Empfängt dann der Hauptregler 52 des Kopierfräsautomaten das die Beendigung des Werk-

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zeugwechsels angebende- Endsignal vom Werkzeug-Wechselregler 53, dann betätigt dieser Werkzeug-Wechselregler 53 den Antriebsmotor 22 und veranlaßt eine abwärts gerichtete Bewegung des Spindelkopfes 23 und des Armes 24. Es werden dann die Spindel 12 und die Hohlwelle 13 nach unten geführt und in die Arbeitsposition für den Fräsvorgang gebracht. Außerdem bewirkt die abwärts gerichtete Bewegung des Armes 24, daß das Fühlelement 31 des Nachführ- oder Abtastbereichs 30 die abzutastende Oberfläche des Modells M erreicht. Haben dann die Spindel 12 und die Hohlwelle 13 die Arbeitsposition für den Fräsvorgang und das Fühlelement 31 die Abtastoberfläche des Modells M erreicht, dann wird der Schrittmotor 16 so betrieben, daß er das an der Spindel 12 befestigte Fräswerkzeug (beispielsweise das Fräswerkzeug T ) nach oben und nach unten führt, bis das Fräswerkzeug einwandfrei an einer gegebenen Position am Werkstück W positioniert ist, aus welcher Position heraus der vom Fräswerkzeug T be-

wirkte Fräsvorgang einzuleiten ist. Nachdem diese korrekte Positionierung des Fräswerkzeugs vollendet ist, führt der Hauptregler 52 dem Antriebsmotor 14 über ein Steuer- oder Reglerglied 15 ein Antriebssignal zu. Als Folge davon wird dann die Spindel 12 vom Antriebsmotor 14 in Drehung versetzt, wodurch der Fräsvorgang des an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeugs T beginnt.

Entsprechend einem wesentlichen Merkmal vorliegender Erfindung ist jedoch der Kopierfräsautomat 10 in der Lage, eine automatische Einstellung der Positionsbeziehung zwischen dem Fühlele-

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ment 31 und dem frischen Fräswerkzeug T , welches an der Spindel 12 befestigt ist, vorzunehmen, bevor der Fräsvorgang des Fräswerkzeugs T beginnt bzw. eingeleitet wird. Mit der vorliegenden Kopierfräsmaschine 10 ist es daher möglich, einen Kompensationsvorgang bezüglich der Veränderung oder Variation in der Positionsbeziehung automatisch durchzuführen, wenn diese Positionsbeziehung zwischen dem Fühlelement 31 und dem frischen Fräswerkzeug T variiert bzw. sich unterscheidet mit Bezug auf die Positionsbeziehung, die zwischen dem Fühlelement 31 und dem früher benutzten Fräswerkzeug (beispielsweise dem Fräswerkzeug T) vorgelegen hat, verursacht durch den Wechsel der beiden Werkzeuge. Als Folge dieser Maßnahme ist es daher möglich, eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen dem Fühlelement 31 und einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug jedesmal erneut herzustellen, wenn der Werkzeug-Wechselvorgang durchgeführt worden ist. Mit anderen Worten, es wird die vorgegebene oder vorbestimmte Positionsbeziehung zwischen dem Fühlelement 31 und einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug während des gesamten Verlaufs des Fräsvorgangs des Werkstücks W ständig aufrechterhalten. Es gelingt daher, das Werkstück W als Folge der Abtastbewegung des Fühlelements 31 über der abzutastenden Oberfläche des Modells M so zu formen, daß es letzten Endes identisch der Form des Modells M entspricht, selbst dann, wenn während des Fräsvorgangs des Werkstücks W Wechselvorgänge durchgeführt worden sind.

Um diese erwähnte automatische Einstellung der Positionsbezie-

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hung zwischen dem Fühlelement 31 und einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeugs zu erreichen, sind entsprechend einem Merkmal vorliegender Erfindung das Werkstück W und das Modell M, die am Arbeitstisch 17 montiert sind, jeweils mit einer Bezugsebene versehen, mit Bezugsebenen, die gebildet sind, bevor das Werkstück W und das Modell M am Arbeitstisch 17 montiert sind. Daher ist dann, wenn das Werkstück W und das Modell M fest am Arbeitstisch 17 montiert sind, zwischen der Bezugsebene des Werkstücke W und der Bezugsebene des Modells M eine feste Positionsbeziehung errichtet. Diese feste Positionsbeziehung wird dazu benutzt, eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 herzustellen. Das bedeutet, daß dann, wenn die automatische Einstellung oder Justierung der Positionsbeziehung durchgeführt werden soll, ein an der Spindel 12 befestigtes Fräswerkzeug in Kontakt mit der Referenzebene des Werkstücks W und gleichzeitig das Fühlelement 31 in Kontakt mit der Referenzebene des Modells M gebracht wird, bis beide, das Fräswerkzeug und das Fühlelement 31 in einem gleichen Kontaktzustand die jeweiligen Bezugsebenen kontaktieren. Um nun diesen gleichen Kontaktzustand festzustellen, sind am Werkstück W und am Modell M Kontaktdetektoren 27 und 28 befestigt. Diese Kontaktdetektoren 27 und 28 sind an eine gemeinsame Kontaktdetektoreinrichtung 26 angeschlossen, die wiederum mit dem Hauptregler 52 des Kopierfräsautomaten verbunden ist. Der Kontaktdetektor 27 führt der Kontaktdetektor einrichtung 26 dann ein Signal zu, wenn der Kontaktdetektor 27 feststellt, daß das Fräs-oder Zerspanung swerkzeug die Bezugsebene des Werkstücks W kontak-

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tiert. In ähnlicher Weise erzeugt der Kontaktdetektor 28 ein entsprechendes Detektor signal dann und führt dies der Kontaktdetektoreinrichtung 26 zu, wenn er feststellt, daß das Fühlelement 31 die Bezugsebene des Modells M kontaktiert. Die Kontaktdetektor einrichtung 26 führt dann ihrerseits ein Detektor-Ausgangssignal dem Hauptregler 52 des Kopierautomaten zu, wenn sie selbst beide Kontaktdetektor signale von den Detektoren 27 und 28 empfangen hat. Die Detektoren 27 und 28 können jeweils aus üblichen, auf elektrischen Widerständen basierenden Detektoren bestehen, die in der Weise arbeiten, daß dann ein elektrischer Schaltkreis geschlossen und ein elektrisches "EIN'-Signal gegebener Amplitude erzeugt wird, wenn das Fräswerkzeug das Werkstück W oder das Fühlelement 31 das Modell M kontaktiert. Die Detektoren 27 und 28 können auch als übliche elektrische Detektoren vom Kapzitätstyp ausgebildet sein. Die Kontaktdetektoreinrichtung 26 kann ein UND-Gatter enthalten, so daß dann ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt wird, wenn an den Eingängen der UND-Schaltung beide Detektor signale von den Detektoren 27 und 28 auftreten. Darüberhinaus ist der erfindungs gern äße Kopierfräsautomat 10 mit einer Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 ausgestattet, die mit dem Hauptregler 52 der Fräse verbunden ist. In diese Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 wird vor dem Starten des Bearbeitung svorgangs durch die Kopierfräsmaschine IO ein erlaubter Betrag der Verschiebung des Fühlelements 31 für jedes an der Spindel 12 befestigte Fräswerkzeug (T bis T ) vorab bzw. vorläufig eingegeben. Daher werden dann nach dem Werkzeug-Wechselvorgang die Spindel 12 und das Fühlelement 31 schnell in Richtung auf das Werkstück W und das Modell M bewegt, bis

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das Fühlelement 31 das Modell M kontaktiert und um den erlaubten Verschiebebetrag verschoben ist. Wenn die Detektoren dann feststellen, daß der oben erwähnte gleiche Kontaktzustand des Fräswerkzeugs und des Fühlelements 31 erreicht ist, dann ist die Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 gleich der fixierten Positionsbeziehung zwischen den Referenzebenen des Werkstücks W und des Modells M. Dies bedeutet, daß eine Einstellung vorgenommen worden ist, derart, daß die Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 in einem vorgegebenen Wert der Positionsbeziehung gebracht worden ist. Nachdem dann diese Einstellung vorgenommen worden ist, wird der Nachfahr- oder Kopierfräsvorgang der Fräse 10 gestartet.

Im folgenden wird nunmehr anhand der Darstellung der Fig. 1 und 2 der Arbeitsvorgang des Kopierfräsautomaten 10 bezüglich der Einstellung der Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31, die jedesmal bei einem Werkzeug-Wechselvorgang vorgenommen wird, in größerem Detail erläutert.

Wie in Fig. 2 gezeigt, verfügen das am Arbeitstisch 17 montierte Modell M und das Werkstück W jeweils über erste Bezugsebenen MRl und WRl sowie über zweite Bezugsebenen MR2 und WR2. Darüberhinaus wird anfänglich zwischen der Achse des an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeugs und der Achse des Fühlelements 31 des Abtastbereichs 30 ein horizontaler, geradliniger Abstand L· so eingestellt, daß dieser gleich ist einem

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horizontalen, geradlinigen Abstand L zwischen dem Zentrum

M des Modells M und dem Zentrum W des Werkstücks W.

Bevorzugt wird die Höhe W der zweiten Bezugsebene WR2 des

ri

Werkstücks W, bezogen auf die Oberfläche des Arbeitstisches so eingestellt, daß sie gleich ist der Höhe M„ der zweiten Be-

n.

zugsebene MR2 des Modells M. Schließlich wird bevorzugt ein horizontaler, geradliniger Abstand W„_v zwischen der ersten Bezugsebene WRl des Werkstücks W und dessen Mittelpunkt W so eingestellt, daß dieser Abstand gleich ist einem horizontalen, geradlinigen Abstand M zwischen der ersten Bezig sebene MRl des Modells M und dessen Zentrum M . Mit diesen oben erwähnten ersten und zweiten Bezugsebenen des Werkstücks W und des Modells M werden die horizontalen und vertikalen Einstellungen der Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug T, welches an der Spindel 12 befestigt ist, und dem Fühlelement 31 des Abtastbereichs 30 wie folgt durchgeführt.

Zunächst sendet der Hauptregler 52 dann ein Steuersignal aus, wenn er von dem Werkzeug-Wechselregler 53 ein Signal empfängt, welches die Beendigung des Werkzeug-Wechselvorgangs anzeigt, wobei deses Hauptregler-Steuersignal dem Abtastregler 51 zugeführt wird und den Beginn des Einstellvorgangs bezüglich der Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug T und dem Fühlelement 31 angibt. In diesem Moment liest der Hauptregler 52 den oben erwähnten erlaubten Betrag der Verschiebung zwischen dem Fühlelement 31 aus der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 aus und führt diesen ausgelesenen Wert des erlaubten Abweichungs- oder Verschiebungsbetrages dem Abtastregler 51 zu.

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Danach veranlaßt der Hauptregler 52 die horizontale Bewegung des Arbeitstisches 17 über den· Abtastregler 51 und die Antriebsmotoreinheit 18, so daß sich die Spindel 12 und das Fühlelement 31 jeweils dem Werkstück W bzw. dem Modell M₁ die am Arbeitstisch 17 gelagert und festgespannt sind, annähern. Diese Arbeitstischbewegung wird durch fortlaufende Betätigung der Antriebsmotoreinheit 18 solange fortgeführt, bis das Fühlelement 31 die erste Bezugsebene MRl und das Fräswerkzeug der Spindel 12 die erste Bezugsebene WRl kontaktieren. Hierbei sei darauf hingewiesen, daß während dieses Kontaktierungsvorgangs des Fühlelements 31 und des Fräswerkzeugs die Kontaktierung der ersten Bezugsebene MRl durch das Fühlelement 31 stets der Kontaktierung der ersten Bezig sebene WRl durch das Fräswerkzeug T vorausgeht. Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß während dieses Kontaktierungsvorgangs der Arbeitstisch 17 von der Antriebsmotoreinheit 18 schnell bewegt wird, bis das Fühlelement 31 die erste Bezugsebene MRl kontaktiert und bis das Fühlelement 31 um den erlaubten Verschiebebetrag, der von der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 vorgegeben ist, verschoben worden ist. Nachdem dann das Fühlelement 31 um· diesen erlaubten Verschiebebetrag weiterverschoben worden ist, wird der Arbeitstisch 17 mit vergleichsweise niedriger Geschwindigkeit bewegt, bis das Fräswerkzeug die erste Bezugsebene WRl kontaktiert. In diesem Zusammenhang läßt sich dann feststellen, daß sich von der Kontaktierung des Fühlelements 31 mit der ersten Bezugsebene MRl bis zur Kontaktierung der ersten Bezugsebene WRl durch das Fräswerkzeug der Abstand oder die Verschiebung des Fühlelements

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31 , bezogen auf den oben erwähnten erlaubten Betrag der von der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 vorgegebenen Abstandsoder Verschiebebeziehung noch vergrößert hat. Das bedeutet, daß dann, wenn das Fräswerkzeug die erste Bezugsebene WRl kontaktiert, der Verschiebebetrag des Fühlelements 31 einen gegebenen Wert erreicht hat, der größer als der erlaubte Betrag der Verschiebung oder des Abstands ist, vorgegeben von der Einrichtung 55. Sobald dann von den Detektoren 27 und 28 der Kontakt-Detektoreinrichtung 26 "EIN"-Signale zugeführt und von dieser Einrichtung 26 dem Hauptregler 52 ein Kontaktdetektor-Aisgangssignal zugeführt ist, bewirkt der Hauptregler 52 die Zuführung eines Signals an den Nachführ regler 51, welches angibt, daß der horizontale Einstellvorgang abgestoppt werden soll. Als Folge dieses Signals wird dann die horizontale Einstellbewegung des Arbeitstisches 17 beendet und der horizontale Einstellvorgang ist vollendet. In diesem Zustand ist der oben erwähnte vorgegebene Wert der Verschiebung des Fühlelements 31 als eingestellte oder bestimmte Bezugsverschiebung (E_) im Nachführregler 51 gespeichert und wird nachfolgend als Servobezugswert verwendet.

Anschließend wird dann der vertikale Einstellvorgang des Fräswerkzeugs T und des Fühlelements 31 eingeleitet. Anfänglich betreibt der Hauptregler 52 des Kopif "-automaten den Antriebsmotor 22 in der Weise, daß eine aufvv rts gerichtete Bewegung des Spindelkopfes 23 und des Arms 24 veranlaßt werden. Als Folge davon bewegen sich das an der Spindel 12 befestigte Fräswerkzeug T und das Fühlelement 31 vom Werkstück W bzw. vom

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Modell M nach oben weg. Diese aufwärts gerichtete Bewegung des Spindelkopfes 23 und des Arms 24 wird solange fortgesetzt, bis die von den Detektoren 27 und 28 herrührenden Signale beendet sind, also ausbleiben und insofern in den "AUS"-Zustand übergehen. Nach Beendigung dieser nach aufwärts gerichteten Bewegung liest der Hauptregier einen erlaubten Betrag der Verschiebung oder des Abstandes des Fühlelements 31 in Richtung der vertikalen Z-Achse aus der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 aus und setzt den Nachführregler 51 auf diesen ausgelesenen Wert. Anschließend veranlaßt der Hauptregler 52 wiederum über den Nachführ regler 51 den Betrieb der Antriebsmotoreinheit 18 in der Weise, daß sich der Arbeitstisch 17 nach oben bewegt, bis das Fühlelement 31 die zweite Bezugsebene MR2 des Modells M kontaktiert und bis der erlaubte Verschiebebetrag des Fühlelements 31 bewirkt ist. Während dieser nach oben gerichteten Bewegung des Arbeitstisches 17 erzeugt dann die Kontaktdetektoreinrichtung 26 ein Ausgangssignal und führt dieses dem Hauptregler 52 zu, sobald die Signale von den Detektoren 27 und 28 in den EIN-Zustand übergehen. Als Folge davon stoppt der Hauptregler 52 sofort die nach oben gerichtete Bewegung des Arbeitstisches 17 ab, wodurch die vertikale Einstellbewegung der Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug T und dem Fühlelement 31 vollendet ist.

Erzeugt andererseits die Kontaktdetektoreinrichtung 26 während der nach oben gerichteten Bewegung des Arbeitstisches 17 kein Ausgangssignal, bis das Fühlelement 31 die zweite Bezugsebene MR2 kontaktiert und bis dieses Fühlelement 31 um den erlaubten

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Wert der vertikalen Verschiebung verschoben worden ist, dann wird die nach oben gerichtete Einstellbewegung des Arbeitstisches 17 sofort dann abgestoppt, wenn die vertikale Verschiebung des Fühlelements 31 den erlaubten Wert erreicht, der von der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 vorgegeben ist. Anschließend bewirkt dann der Hauptregler 52 des Automaten den Betrieb des Schrittmotors 16 in der Weise, daß die Spindel 12 mit Hohlwelle 13 allmählich nach unten bewegt werden, bis das Fräswerkzeug T an der Spindel 12 die zweite Bezugsebene WR2 des Werkstücks W berührt. Sobald dann das Fräswerkzeug T diese zweite Bezugsebene WR2 kontaktiert, gehen beide Signale von den Detektoren 27 und 28 in den EIN-Zustand über. Als Folge dieser Maßnahme erzeugt dann die Detektoreinrichtung 26 ein entsprechendes Ausgangssignal und führt dieses dem Hauptregler 52 zu. Der Hauptregler beendet dann den Betrieb des Schrittmotors 16. Dementsprechend wird dann die nach unten gerichtete Bewegung der Spindel 12 und der Hohlwelle 13 abgestoppt und die Vertikaleinstellung der Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug T und dem Fühlelement 31 ist vollendet.

Sobald dann in der oben beschriebenen Weise sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Einstellvorgänge der Positionsbeziehung zwischen dem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug T und dem Fühlelement 31 vollendet sind, erzeugt der Hauptregler 52 ei η Signal, welches den Beginn des Kopierfräsvorgangs angibt. Hierdurch beginnt dann der Fräsbetrieb des an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeugs T.

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Aus der gegebenen Erläuterung versteht sich, daß die erfindungsgemäße Kopierfräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsler so betrieben werden kann, daß eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel der Maschine befestigten Fräswerkzeug und einer Abtast- oder Nachfahreinrichtung errichtet werden kann, damit das Modell jedesmal einwandfrei und ohne Sprung weiter abgetastet werden kann, wenn und nachdem ein Werkzeugwechsel-Vorgang durch den automatischen Werkzeugwechsler durchgeführt worden ist. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäße Fräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsler in der Lage ist, einen Kopierfräsvorgang eines metallischen, über eine komplizierte äußere Formgebung verfügenden Erzeugnisses, beispielsweise einer männlichen oder weiblichen Metallform hochwirksam und hochgenau durchzuführen. Es versteht sich auch, daß die bisherige Erläuterung sich lediglich auf ein typisches Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung bezogen hat, die selbstverständlich auch anderen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zugänglich ist. So können beispielsweise die Bezugsebenen den Werkstücks und des Modells durch Maßnahmen ersetzt werden, die die Verwendung üblicher Meßsysteme und Meßeinrichtungen umfassen und die Bezugsebenen vorgeben, mit denen sich durch Kontaktierung mit einem Fräswerkzeug und dem Fühlelement Einstellvorgänge der Positionsbeziehung zwischen dem Fräselement und dem Fühler nach dem Werkzeugwechselvorgang durchführen lassen.

In der Darstellung der Fig. 3 ist eine Fräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsler entsprechend einem weiteren Aus-

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führungsbeispiel vorliegender Erfindung dargestellt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel gleiche Elemente oder Teile wie in Fig. 1 dargestellt auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Daher wird im folgenden auch nur eine Erläuterung des speziellen Arbeitsablaufs der in Fig. 3 dargestellten Fräsmaschine bezüglich der Einstellung der Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 im Nachfahrbereich 30 vorgenommen, wobei dieser spezielle Einstellvorgang immer dann vorgenommen wird, wenn ein Werkzeug-Wechselvorgang durch den automatischen Werkzeugwechsler 40 durchgeführt worden ist.

Es ist aber darauf hinzuweisen, daß die in Fig. 3 gezeigte Kopierfräsmaschine 10 ebenfalls wieder über ein Fühlelement 31 verfügt, welches an seinem Ende über einen sphärisch geformten Fühlstift verfügt; außerdem handelt es sich bei den Fräswerkzeugen T bis T um sphärisch geformte Fräswerkzeuge, die jeweils über einen Radius verfügen, der annähernd gleich ist dem Radius des sphärischen Fühlstiftes des Fühlelements 31.

Bei dem Kopierfräsautomaten des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 bewegt sich das Fühlelement 31 des Nachfahrbereichs 30 über das Modell M in der Weise, daß eine dreidimensionale Form dieses Modells M abgetastet wird. h,.~ Folge dieser Abtastbewegung des Fühlelements 31 ergibt sich eine dreidimensionale Bewegung des Arbeitstisches 17, d.h. eine Bewegung dieses Arbeitstisches 17 in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, und zwar in geschlossener Schleife ge-

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regelt mit Hilfe eines Nachfahrreglers 51. Während dieser Bewegung des Arbeitstisches 17 wird das Werkstück W, welches auf dem Arbeitstisch 17 festgespannt oder montiert ist, von einem Zerspanungs- oder Fräswerkzeug bearbeitet, welches an der Spindel 12 befestigt ist. Es ergibt sich so eine Formbearbeitung des Werkstücks W als Erzeugnis mit einer zum Modell M identischen Form. Daher muß die Positionsbeziehung zwischen dem Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 während des gesamten Verlauf des Kopierfräsvorgangs stets konstant gehalten werden, selbst dann, wenn das an der Spindel 12 befestigte Fräswerkzeug durch ein frisches Fräswerkzeug ersetzt wird, welches von der automatischen Wechseleinrichtung 40 zugeführt wird. Allerdings unterscheiden sich die Abmessungen der Werkzeuge voneinander, d. h. die Werkzeugradien und die Längen der Werkzeuge T bis T . Wird daher ein an der Spindel 12 befestigtes Fräswerkzeug durch ein anderes Fräswerkzeug ersetzt, dann muli eine entsprechend geeignete Neueinstellung durchgeführt werden, um zwischen jedem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 eine vorgegebene Positionsbeziehung herzustellen. Zur Durchführung dieser Einstellung bedient sich die in Fig. 3 dargestellte Fräsmaschine der im folgenden genauer beschriebenen Maßnahmen.

Für den speziellen Einstellvorgang wird in der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 ein Einstellbetrag der Bezugsverschiebung

E des Fühlelements 31 mit Bezug auf jedes einzelne Fräswerko

zeug der vorhandenen Werkzeuge T bis T gesetzt und gespeichert. Das Setzen des Einstellbetrags der Bezugsverschie-

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bung E erfolgt beispielsweise mittels üblicher elektrischer Volumeneinrichtungen, die der Einrichtung 51 zugeordnet sind. Wird dann dem Hauptregler 52 des Kopierfräsautomaten ein Werkzeugwechsel-Zeitsignal vom Werkzeugwechsel-Zeitregler 54 zugeführt, dann führt dieser seinerseitsdem Werkzeugwechsel-Regler ein Steuersignal zu, welches den Beginn des Werkzeugwechselvorgangs angibt; außerdem liest der Hauptregler 52 aus der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 den Einstellbetrag der Referenz Verschiebung E des Fühlelements 31 mit Bezug auf ein frisches Fräswerkzeug aus, welches anstelle des abgenutzten Fräswerkzeugs neu an der Spindel 12 befestigt werden soll. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein frisches Fräswerkzeug T handeln, welches das abgenutzte Fräswerkzeug T. ersetzt. Dieser Einstellbetrag der Bezugsverschiebung E des Fühlelements 31 wird in den Nachfahrregler 51 mittels des Hauptreglers 52 gesetzt. Daher wird im Nachfahrregler 51 eine korrigierte oder neu eingestellte Bezugsverschiebung des Fühlelements 31 eingestellt, so daß die Servosteuerung des Kopierfräsvorgangs mit dem frischen Fräswerkzeug, die von dem Nachfahrregler 51 vorgenommen wird, mit Bezug auf diese neu eingestellte oder neu errichtete Bezugsverschiebung des Fühlelements 31 erfolgt. Es gelingt auf diese Weise eine Änderung in der Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31, bewirkt durch Unterschiede zwischen dem Werkzeugradius des abgenutzten Fräswerkzeugs (beispielsweise T_n) und dem Werkzeugradius eines frischen Fräswerkzeugs (beispielsweise T ) zu eliminieren. Um die Einstellung jedes Korrektur- oder Einstellbetrags der Bezugsverschiebung E des Fühlelements 31

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im Nachfahrregler 51 zu bewirken, enthält der Hauptregler 52 des Kopierfräsautomaten Schaltungen, die Analog-Digitalwandler und Digital-Analogwandler umfassen; außerdem enthält der Nachfahrregler 51 Schaltungen für die Einstellung der Bezugsverschiebung. In der oben erwähnten Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung kann eine Angabe bzw. ein Datum bezüglich einer Werkzeuglängeneinstellung für jedes einzelne Fräswerkzeug aus der Reihe der Fräswerkzeuge T bis T gesetzt und gespeichert werden. Jede dieser Werkzeuglängen-Einstellangaben, die in der Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung 55 gespeichert sind, kann für die Erstellung einer vorgegebenen vertikalen Positionsbeziehung zwischen jedem an der Spindel 12 befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 benutzt werden. Wenn dann der Werkzeug-Wechselvorgang durchgeführt wird, liest der Hauptregler 52 aus der Einstelleinrichtung 55 eine Werkzeuglängen-Korrekturangabe oder-Justierangabe für ein frisches an der Spindel 12 befestigtes Fräswerkzeug (beispielsweise T ) aus und erzeugt entsprechend dieser ausgelesenen Angabe eine geeignete Anzahl von Impulsen, die dem Schrittmotor 16 zugeführt werden. Der Schrittmotor 16 bewegt dann aufgrund dieses Steuersignals die Spindel 12 in der vertikalen Richtung bis die Justierung der vertikalen Positionsbeziehung zwischen dem frischen Fräswerkzeug und dem Fühlelement 31 vorgenommen ist. Es versteht sich, daß selbstverständlich die Bewegung der Spindel IZ durch eine Bewegung des Nachfahrkopfes 32 in vertikaler Richtung durch einen geeigneten Schrittmotor ersetzt werden kann, der mit dem Nachfahrkopf 32 verbunden ist und über einen geeigneten Vorschubmechanismus verfügt. Den bisherigen Erläuterungen läßt sich entnehmen, daß die

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erfindungsgemäße Nachfahrfräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsler in der Lage ist, nicht nur den Werkzeug-Wechselvorgang durchzuführen, sondern auch eine vorgegebene Positionsbeziehung zwischen einem Fräswerkzeug und dem Fühlelement zur Abtastung des Modells immer dann sicherzustellen, wenn ein Werkzeug-Wechselvorgang durchgeführt worden ist. Es gelingt daher während des gesamten Verlaufs des Kopierfräsverfahrens auch im Falle der Herstellung eines Erzeugnisses mit sehr komplizierter Form, beispielsweise einer männlichen oder weiblichen Metallform, die Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel der Fräse befestigten Fräswerkzeug und dem Fühlelement der Maschine stets konstant zu halten. Daher verfügen die mit der erfindungsgemäßen Fräsmaschine hergestellten Erzeugnisse auch bei sehr komplizierter Formgebung über eine hohe Genauigkeit und können mit hoher Produktionswirksamkeit hergestellt werden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

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Claims

Dipl. Ing. Peter Ott· -_{O33 Herrenbe},g (Kuppingen)

Patentanwalt Eifelstraöe 7

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Firma Makino Milling Machine Co. , Ltd. Tokyo

PATENTANSPRÜCHE

( 1. Kopierfräsmaschine mit einem eine drehbare Spindel tra-

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genden vertikalen Spindelkopf, an der ein Fräswerkzeug lösbar befestigt ist, einer Nachfahr einrichtung mit einem Nachfahrkopf und einem Fühlelement, welches über einer Schablone (Modell) eine Abtastbewegung durchführt, einem Arbeitstisch mit einer Montagefläche, auf welcher die Schablone und das in ein der Schablone entsprechendes Erzeugnis zu bearbeitende Werkstück festgespannt sind, wobei der Arbeitstisch unter der Steuerung eines Reglers eine Vertikalbewegung und eine Horizontalbewegung in mindestens einer Richtung durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Werkzeugwechsel-Einrichtung (40) zum Ersatz eines an der Spindel (12) befestigten Fräswerkzeugs (T-) durch ein frisches Fräswerkzeug (T ) zu jedem Werkzeugwechsel-Zeitpunkt vorgesehen ist, daß die Werkzeug-Wechseleinrichtung ein eine Vielzahl von Fräswerkzeugen (T bis T ) enthaltendes Werkzeugmagazin aufweist und daß Mittel (WRl, WR2; MRl, MR2; 27, 28; 51, 52, 53, 54, 55) zur Errichtung einer vorgegebenen Positionsbeziehung zwischen einem an der Spindel (12) be-

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festigten! Fräswerkzeug und dem Fühlelelement (31) immer dann vorgesehen sind, wenn der Ersatz des an der Spindel (12) befestigten Fräswerkzeugs durch ein anderes Fräswerkzeug vorgenommen worden ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel zur Herstellung der vorgegebenen Positionsbeziehung mindestens eine jeweils für das Werkstück (M) und für die Schablone (W), die am Arbeitstisch (17) festgespannt sind, vorgesehene Bezugsebene (WRl, WR2; MRl, MR2) umfassen, wobei die Bezugsebene (MRl, MR2) der Schablone (M) vom Fühlelement (31) und die Bezugsebene (WRl, WR2) des Werkstücks (W) vom Fräswerkzeug (T) kontaktierbar sind, während das Fühlelement (31) und das Fräswerkzeug (T) sich gleichzeitig der Schablone und dem Werkstück annähern, daß Detektoren (27, 28) vorgesehen sind, die eine Kontaktierung der entsprechenden Bezugsebene (WRl, WR2; MRl, MR2) durch Fühlelement (31) und Fräswerkzeug (T) erfassen sowie Antriebsmittel (18), die die Annäherungsbewegung des Fühlelements (31) und des Fräswerkzeugs (T) als Folge der durch die Detektoren erfaßten Kontaktierung abstoppen.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

sowohl für die Schablone (M) als auch für das Werkstück (W) erste und zweite Bezugsebenen (WRl, WR2; MRl, MR2)

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vorgesehen sind, daß die ersten Bezugsebenen (WRl, MR]) von Schablone und Werkstück vom Fühlelement (31) und dem Fräswerkzeug (T) bei Annäherung aus einer horizontalen Richtung kontaktierbar sind und daß die zweiten Bezug sebenen (MR2, WR2) von Schablone und Werkstück bei Annäherung von Fühlelement (31) und Fräswerkzeug (T) an Werkstück und Schablone aus einer vertikalen Richtung kontaktierbar sind.
4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erstellung einer vorgegebenen Positionsbeziehung weiterhin umfassen Schaltungsanordnungen und Regler (51, 52, 55) zur Einstellung eines Wertes einer ReferenzverSchiebung (E ) des Fühlelements (31) mit Bezug auf jedes der Vielzahl von im Werkzeugmagazin (41) gespeicherten Fräswerkzeuge (T) immer dann, wenn an der Spindel (12) ein neues Fräswerkzeug (T ) als Ersatz für ein vorheriges, abgenutztes Fräswerkzeug angebracht ist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel eine Werkzeugdaten-Einstelleinrichtung (55) umfassen zur Einstellung jeder individuellen Bezugsverschiebung des Fühlelement (31) mit Bezug auf jedes der Vielzahl der Fräswerkzeuge (T ) immer dann, wenn eines der Fräswerkzeuge an der Spindel (12) zum Ersatz eines abgenutzten Fräswerkzeugs befestigt ist.
6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Mittel zur Errichtung der Positionsbeziehung weiterhin umfassen Einstellmittel, die eine Länge jedes der Vielzahl der Fräswerkzeuge mit Bezug auf die Länge des Fühlelements (31) dann korrigieren, wenn jeweils ein neues Fräswerkzeug zum Ersatz eines abgenutzten vorhergehenden Fräswerkzeugs an der Spindel (12) befestigt ist.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längeneinstellmittel einen Motor (Schrittmotor 16) umfassen, der die Spindel (12) allmählich in der Vertikalrichtung verschiebt.
8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längeneinstellmittel für jedes der Fräswerkzeuge einen Motor umfassen, der das Fühlelement (31) allmählich in der Vertikalrichtung verschiebt.

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