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EP-4497046-B1 - METHOD FOR CHECKING A MACHINING PROCESS FOR COLLISIONS, USING A REPLACEMENT WORKPIECE

EP4497046B1EP 4497046 B1EP4497046 B1EP 4497046B1EP-4497046-B1

Inventors

  • SENNHAUSER, ERWIN
  • FELLMANN, Oliver
  • WINKLER, Lorenz

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230310

Claims (20)

  1. A method for collision checking of a machining process, wherein a process-specific cycle is provided for the machining process, during which cycle multiple machining components (B) are to be moved relative to one another with at least one machine axis (A, X, Y, Z) on a machine tool (2), wherein the machining components (B) comprise at least one workpiece (20) and one tool (7), and at least during a part of the process-specific cycle the workpiece (20) is to rotate about a workpiece axis (WSA) and the tool (7) is to rotate about a tool axis (WZA), characterized in that in the process-specific cycle, at least one checking position is identified, which checking position is checked for collisions with respect to the machining components (B), wherein the checking position corresponds to a relative position of the machining components (B) set with the at least one machine axis (A, X, Y, Z), and in that , in order to check a respective checking position for collisions, the relative position of the machining components (B) is reproduced, wherein one or more substitute machining components (E) are used during the reproducing, which are each a replica or partial replica of the corresponding machining component (B), wherein the one or more substitute machining components (E) comprise a substitute workpiece (3) which is a partial replica of the workpiece (20), wherein in the substitute workpiece (3) the workpiece (20) is replicated at least over an axial partial region (17) only over a part of a circumference of the workpiece (20), and wherein, in the reproduced relative position, the substitute workpiece (3) is rotated about its workpiece axis (WSA).
  2. The method according to claim 1, characterized in that the reproducing of the relative position of the machining components (B) is performed on a model (80) of the machine tool (2) separate from the machine tool (2).
  3. The method according to claim 1, characterized in that the reproducing of the relative positions of the machining components (B) takes place on the machine tool (2), in particular wherein the machine tool (2) has at least one workpiece spindle (4) with at least one clamping means (11), and the substitute workpiece (3) is mounted with the clamping means (11) for the reproducing.
  4. The method according to claim 3, characterized in that the substitute workpiece (3) is fastened to an intermediate holder (76) for the reproducing, and the intermediate holder (76) is fastened directly or indirectly to a workpiece spindle (4).
  5. The method according to any of claims 3 or 4, characterized in that the substitute workpiece (3) is fastened to a workpiece spindle (4) of the machine tool (2) for the reproducing, and for rotating the substitute workpiece (3) about its workpiece axis (WSA) the workpiece spindle (4) of the machine tool (2) is rotated.
  6. The method according to any of claims 1 to 4, characterized in that the substitute workpiece (3) is mounted on an auxiliary rotary holder (41) for the reproducing, and that for rotating the substitute workpiece (3) this substitute workpiece (3) is rotated on the auxiliary rotary holder (41).
  7. The method according to any of claims 1 to 6, characterized in that the substitute workpiece (3) only replicates a cross-sectional contour (66) of the workpiece (20) completely or partially.
  8. The method according to claim 7, characterized in that the substitute workpiece (3) is formed by a two-dimensional template (30).
  9. The method according to claim 8, characterized in that the two-dimensional template (30) is designed as a multiple template (44) which, at different sections (55, 56) of its edge contour, replicates the cross-sectional contours (66) of different workpieces (20), in each case completely or partially, or that the two-dimensional template (30) has partial segments (61) which are adjustable relative to one another, which are set in such a way that they completely or partially replicate the cross-sectional contour (66) of the workpiece (20) and/or of a clamping means.
  10. The method according to claim 7, characterized in that the substitute workpiece completely or partially replicates the cross-sectional contour (66) of the workpiece and/or of a clamping means by light beams (67), in particular laser beams, in particular wherein the light beams (67) replicate edges of the cross-sectional contour (66) of the workpiece and/or of the clamping means, and/or that intersection points (70) of the light beams (67) replicate corner points in the cross-sectional contour (66) of the workpiece (20) and/or of the clamping means.
  11. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the one or more substitute machining components (E) comprise a substitute tool (14) that is a replica or partial replica of the tool (7).
  12. The method according to claim 11, characterized in that the substitute tool (14) is a partial replica of the tool (7), wherein in the substitute tool (14) the tool (7), at least over an axial partial region, is replicated only over a part of a circumference of the tool (7), and in that in the reproduced relative position the substitute tool (14) is rotated about its tool axis (WZA).
  13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the one or more substitute machining components (E) comprise a substitute tool holder (15) which is a replica or partial replica of a tool holder (12) with which the tool (7) is to be held on a tool spindle (5) of the machine tool (2).
  14. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the one or more substitute machining components (E) comprise a substitute clamping means (29) which is a replica or partial replica of a clamping means (11) with which the workpiece (20) is to be held on a workpiece spindle (4) of the machine tool (2), in particular wherein the substitute clamping means (29) in the reproduced relative position is rotated together with the substitute workpiece (3), and in particular wherein the substitute clamping means (29) and the substitute workpiece (3) are formed by a common two-dimensional template (30).
  15. The method according to any of the preceding claims, characterized in that , in the case of one or more substitute machining components (E), a toothing (7a; 21) of the corresponding machining component (B) is replaced completely or partially by an envelope curve (38, 39; 75) or envelope surface (23, 24) of the toothing (7a; 21).
  16. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the one or more substitute machining components (E) comprise at least one substitute machining component (E) which has a first replication section (36) and a second replication section (37), wherein these replication sections (36, 37) replicate two similarly formed sections of the corresponding machining component (B), and wherein a type of replication in the first replication section (36) and in the second replication section (37) is different, in particular wherein the similar sections on the machining component bear a toothing (7a; 21), and the first replication section (36) replicates a tip circle of the toothing (7a; 21), and the second replication section (37) replicates a root circle of the toothing (7a; 21).
  17. The method according to of the preceding claims, characterized in that at least one boundary marking (40) is applied to at least one substitute machining component (E), said boundary marking indicating the boundary of a structure of the associated machining component (B) that is not, or not completely, replicated on the substitute machining component (E).
  18. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the machining components (B) comprise at least one auxiliary tool (27), in particular wherein the at least one auxiliary tool (27) comprises a gas nozzle arrangement (13; 91) and/or a suction nozzle arrangement and/or a lubricant coolant nozzle arrangement and/or a centering sensor (28; 93).
  19. A method for preparing a machining process, comprising a method for collision checking according to claim 18, wherein furthermore for at least one checking position in the reproduced relative position a functional optimization of the at least one auxiliary tool (27) takes place, in particular by positioning, aligning and/or selecting the auxiliary tool (27).
  20. A machine tool system (1) designed to carry out a method according to any of the preceding claims, the machine tool system (1) comprising a machine tool (2) for machining at least one workpiece (20) and comprising one or more substitute machining components (E), each of which is a replica or partial replica of a corresponding machining component (B) of the machine tool (2), wherein the one or more substitute machining components (E) comprises a substitute workpiece (3) which is a partial replica of the workpiece (20), wherein in the substitute workpiece (3) the workpiece (20), at least over an axial partial region (17), is replicated only over a part of a circumference of the workpiece (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kollisionsprüfung eines Bearbeitungsprozesses, wobei für den Bearbeitungsprozess ein prozessspezifischer Zyklus vorgesehen ist, während dessen mehrere Bearbeitungskomponenten relativ zueinander mit wenigstens einer Maschinenachse auf einer Werkzeugmaschine verfahren werden sollen, wobei die Bearbeitungskomponenten zumindest ein Werkstück und ein Werkzeug umfassen, und zumindest während eines Teils des prozessspezifischen Zyklus das Werkstück um eine Werkstückachse und das Werkzeug um eine Werkzeugachse rotieren sollen. Ein solches Verfahren ist aus der EP 2 306 253 A1 bekannt geworden. Bei der Fertigung von Zahnrädern, Getrieben und anderen Werkstücken kommen vielfältige Werkzeugmaschinen zum Einsatz, bei denen ein um eine Werkzeugachse rotierendes, insbesondere verzahntes Werkzeug in ein um eine Werkstückachse rotierendes, insbesondere verzahntes Werkstück eingreift. Das Werkzeug und das Werkstück und gegebenenfalls weitere Bearbeitungskomponenten an der Werkzeugmaschine müssen dafür in geeigneter Weise relativ zueinander verfahren werden, insbesondere für Zustellung und Vorschub. Ein Beispiel für eine solche Werkzeugmaschine kann der CH 715 794 B1 entnommen werden. Im Rahmen eines solchen Bearbeitungsprozesses wird ein prozessspezifischer Zyklus durchlaufen, im Laufe dessen die beteiligten Bearbeitungskomponenten, umfassend zumindest das Werkstück und das Werkzeug, relativ zueinander mittels wenigstens einer Maschinenachse verfahren werden. Bei der Neueinrichtung eines Bearbeitungsprozesses auf einer Werkzeugmaschine muss überprüft werden, ob ein geplanter prozessspezifischer Zyklus frei von unbeabsichtigten Kollisionen der Bearbeitungskomponenten ist ("Kollisionsprüfung"). Beispielsweise darf im prozessspezifischen Zyklus ein nicht der Bearbeitung dienender Teil des Werkzeugs oder eines Werkzeughalters des Werkzeugs nicht in Kontakt mit dem Werkstück oder einem Spannmittel des Werkstücks geraten. In vielen Fällen wird eine Kollisionsprüfung mit den Mitteln der Werkzeugmaschine optisch durchgeführt. Die originalen Bearbeitungskomponenten werden auf der Werkzeugmaschine montiert, und gewünschte Positionen der Bearbeitungskomponenten werden vorsichtig, meist schrittweise, unter der Aufsicht und Kontrolle eines Bedieners angefahren, soweit möglich. Dabei nimmt der Bediener die Bearbeitungskomponenten immer wieder in Augenschein und schätzt ab, ob es zu einer unbeabsichtigten Kollision kommt. Nötigenfalls wird das Anfahren einer gewünschten Position abgebrochen. Dieses Vorgehen ist oft schwierig. In vielen Fällen kann der Bediener die Bearbeitungskomponenten nur schlecht einsehen, selbst wenn er das Maschinengehäuse während der Kollisionsprüfung immer wieder bei abgeschalteter Werkzeugmaschine öffnet. Oftmals verdeckt das Werkstück andere Bearbeitungskomponenten, insbesondere wenn das Werkstück an einer radial innen liegenden Seite bearbeitet werden soll. Durch optische Hilfsmittel wie Spiegel oder Endoskope kann manchmal der Einblick für den Bediener verbessert werden, oftmals reicht aber der Platz für den Einsatz solcher Hilfsmittel nicht aus. Ein anderer Nachteil ist, dass der Bediener eine eigentlich zu überprüfende Position der Bearbeitungskomponenten aufgrund eines beginnenden gegenseitigen Eingriffs von Werkstück und Werkzeug während einer Kollisionsprüfung oft gar nicht anfahren kann. Der Bediener muss dann eine noch nicht erfolgte restliche Zustellung oder auch einen noch nicht erfolgten Vorschub in Gedanken zur eingestellten Position addieren und dann in Gedanken die Kollisionslage abschätzen. Falls der Bediener beim schrittweisen Anfahren einer gewünschten Position eine bevorstehende Kollision nicht erkennt, kann es während der Kollisionsprüfung zu einer Beschädigung der originalen Bearbeitungskomponenten kommen; insbesondere ist der Ersatz eines Werkzeugs im Falle einer Beschädigung meist sehr teuer. Es ist auch bekannt, Kollisionsprüfungen geometrisch/mathematisch durchzuführen. Dafür werden die 3D-Daten aller beteiligter Bearbeitungskomponenten in ausreichender Exaktheit benötigt. Die 3D-Daten und der geplante prozessspezifische Zyklus werden in eine spezifische Software eingegeben. Die Software überprüft, ob es zu unerwünschten Kollisionen kommt. Der Aufwand für die Bereitstellung und gegebenenfalls Aktualisierung der 3D-Daten ist jedoch hoch, und die Software ist aufwändig zu programmieren bzw. Lizenzen für die entsprechende Software sind meist teuer. Ein Bespiel für eine mathematische Kollisionsüberprüfung beschreibt die EP 2 306 253 B1. Zudem ist es auch aus der EP 2 849 014 A2 bekannt geworden, eine mathematische Kollisionsüberwachung während einer Verzahnungsbearbeitung auf einer Verzahnmaschine durchzuführen. Aufgabe der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, kostengünstiges und sicheres Verfahren zur Kollisionsprüfung eines Bearbeitungsprozesses bereitzustellen. Kurze Beschreibung der Erfindung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ge