[发明专利]用于确定工具位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于平衡机床上的热位移的方法，该机床包括通过机器控制装置和对应的测量系统可相对于工件支架在具有坐标原点的坐标系中行驶的主轴和具有用于工具的存储位置的工具仓，其中，主轴被移入工具更换位置中，在工具更换位置中以新的待使用的工具替换使用过的工具。

本发明还涉及一种机床，其包括通过机器控制装置和对应的测量系统可相对于工件支架在具有坐标原点的坐标系中行驶的主轴和具有用于工具的存储位置的工具仓，其中，主轴被移入工具更换位置中，在工具更换位置中以新的待使用的工具替换使用过的工具。

背景技术

申请人从实践中已知了此类方法和机床。

在已知的机床中，加工的精度尤其受到热位移的影响，该热位移主要在主轴和在测量系统上出现，利用测量系统确定主轴相对于坐标原点的相对位置。热位移的主要原因是电机、滚珠丝杠、直线导向装置以及主轴轴承的膨胀。

另一方面由于不同的机器部件的不均匀受热而产生的变形也影响加工精度。

热位移的原因是内部和外部的热源，其中，外部热源可通过机床的调温空间和布置抑制，即使其不直接被阳光暴晒。

内部热源主要是产热的机器部件，它们的自加热在到达工作温度前可产生不同的影响。这里包括主轴枢转、内部摩擦以及主要还有切削过程本身以及随之产生的热金属屑和输入的冷却润滑剂。

所有这些因素都影响机床的热性能且必须被减少，用以实现相应的加工精度。

此外这些因素可以或者在设计上减少或者通过控制技术平衡，为此采用直接和间接的方法。

对于设计上减少由于热性能引起的精度问题的例子在DE10343320A1中描述，其中对特定的结构元件进行调温。

针对直接的平衡而言，在分开的测量系统上测量主轴的真实的、也就是说实际位置并且与通过控制装置分别在当前预设的额定位置进行比较。计算出的偏差被应用到控制装置中，用以修正跟踪控制命令。

此类的方法比如从DE10330915A1中公开。

在已知的方法中在机床的工作区设置以激光光栅形式的单独的测量系统，其倾斜于主轴头的直线的移动轴设置。在主轴头中在特定的时间点夹住测量工具，之后利用测量工具将光栅平行于移动轴线驶入且当光栅被中断时确定主轴头的位置。将这样测量到的实际值与利用由控制装置预设的额定值进行比较且由此计算出修正值，控制装置在预设新的额定值时考虑该修正值。

虽然该方法非常精确，但为了测量必须中断制造过程，因此该测量不是主时间平行地完成。另一个问题在于，制造过程在一定的制造步骤中是无法中断的。只要制造步骤长时间持续，那么在该时间间隔内就无法实现平衡。

从DE10251829B4、DE102005060104B4以及DE3836263C1中公开了其他的用于平衡机床中的热位移的方法。所有这三种方法都需要将测量工具夹紧到主轴中且之后将主轴朝生成测量值的测量点移动，这些测量值显示出现的热位移。这些方法也是费时的且无法主时间平行地实施。

对于间接平衡而言借助于数学模型从测量到的辅助量比如在机床中的不同点上的温度计算出在主轴相对于工件的位置中由热引起的偏差，并且应用在控制装置中以进行平衡。

该方法比如从DE10344903A1中公开。

这些测量虽然可以在主时间上平行，但需要用于确定进入数学模型的参数的大规模测量。此外该数学模型常常只不完全地形成实际的参数状态，因此该方法不如上述直接平衡那样精确。

到此描述的现有技术的主要缺点在于，这些测量不够精确且不能快速地实施且常常无法主时间平行地完成。

所有这些导致一如既往地需求新式机床和新的方法，以便能够精确地确定工具相对于工件的位置，该精度不会受到热位移的影响。

发明内容

在该背景下本发明的目的在于，改进文章开头所述类型的方法以及文章开头所述类型的机床，使得能够以设计上简单的方式快速地探测和平衡热位移，无需中断或过度延迟制造过程。

该目的通过文章开头所述的用于平衡机床上的热位移的方法如下实现，优选结合工具更换，借助于单独的测量系统将主轴移入或经过测量位置，在该测量位置中通过机器控制装置以及对应的测量系统确定主轴相对于坐标原点的相对位置并且由此计算出至少一个修正值。

该目的通过文章开头所述的机床如下实现，设置单独的测量系统，其说明是否主轴(优选结合工具更换)占据这样一个测量位置，即在该测量位置中通过机器控制装置和对应的测量系统确定主轴相对于坐标原点的相对位置且应用于确定至少一个修正值。