DE19859360A1

DE19859360A1 - Machine tool with piezoelectric position correction device

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Publication number: DE19859360A1
Application number: DE19859360A
Authority: DE
Original assignee: Schwaebische Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: Schwaebische Werkzeugmaschinen GmbH
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: EP1140423A2; WO2000037213B1; WO2000037213A2; DE19859360C2; WO2000037213A3

Abstract

The invention relates to a machine tool (1) especially for machining work pieces. Said machine tool comprises a machining unit (3). At least one electrically controlled piezoelectric control element (11) is provided as a position adjusting device, especially for a work spindle (4) of the machining unit (3). If a change of position is detected, the machining unit can quickly be mechanically moved to the respective desired position.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur insbesonde re spanenden Bearbeitung von Werkstücken, mit einer Bearbei tungseinheit und/oder einem Werkstücktisch und mit einer Po sitionskorrektureinrichtung für die Bearbeitungseinheit bzw. den Werkstücktisch. The invention relates to a machine tool, in particular re machining of workpieces, with one machining tion unit and / or a workpiece table and with a Po position correction device for the processing unit or the workpiece table.

Eine derartige Werkzeugmaschine ist zum Beispiel durch die DE 196 07 599 A1 bekanntgeworden.Such a machine tool is, for example, by DE 196 07 599 A1 has become known.

Um bei dieser bekannten Werkzeugmaschine Bearbeitungsunge nauigkeiten aufgrund thermisch bedingter Positionsänderungen von Werkstück und/oder Werkzeug im Arbeitsbereich des Werk zeuges zu vermeiden, sind ortsfeste optische Meßschranken vorgesehen, durch die Werkstück und Werkzeug gleichzeitig oder kurz nacheinander bewegt werden. Die so erfaßten Posi tionen werden mit abgespeicherten Positionen aus früheren Messungen verglichen, und die Differenz zwischen erfaßter und früher gemessener Position wird zur Korrektur der Ma schinensteuerung verwendet. Das heißt, das Werkzeug oder Werkstück wird nicht mechanisch auf den Sollwert zurückbe wegt, sondern die Positionsänderung wird durch eine entspre chende Korrektur der Sollwerte der Maschinensteuerung be rücksichtigt. Außerdem ist eine dynamische Positionskorrek tur während der Bearbeitung eines Werkstücks nicht möglich.To machining in this known machine tool inaccuracies due to thermal changes in position of workpiece and / or tool in the work area of the plant To avoid this are fixed optical measuring barriers provided by the workpiece and tool at the same time or moved in quick succession. The posi thus captured with saved positions from previous Measurements compared, and the difference between detected and earlier measured position is used to correct the Ma machine control used. That is, the tool or The workpiece is not mechanically returned to the setpoint moves, but the change in position is corresponded by a Correct the setpoints of the machine control considered. There is also a dynamic position correction not possible during the machining of a workpiece.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Werk zeugmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubil den, daß bei einer festgestellten Positionsänderung die Be arbeitungseinheit und/oder der Werkstücktisch möglichst schnell mechanisch in ihre jeweilige Sollposition bewegt werden können.In contrast, it is the object of the invention, a work machine tool of the type mentioned in this way the fact that the Be work unit and / or the workpiece table if possible quickly moved mechanically into their respective target position can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Positionskorrektureinrichtung, insbesondere für eine Ar beitsspindel der Bearbeitungseinheit, mindestens ein elek trisch angesteuertes piezoelektrisches (piezokeramisches) Stellelement vorgesehen ist. This object is achieved in that as Position correction device, in particular for an ar working spindle of the processing unit, at least one elec trically controlled piezoelectric (piezoceramic) Actuator is provided.

Piezoelektrische Stellelemente (Aktuatoren), mit denen sich heute Dehnungen von bis zu ca. 300 Ìm erreichen lassen, wei sen sehr hohe Steifigkeiten und insbesondere sehr kurze Stellzeiten (kleiner als 1 Ìs) auf. In Werkzeugmaschinen können sie sowohl auf der Werkzeug- als auch auf der Werk stückseite eingesetzt werden z. B.:
Piezoelectric control elements (actuators), with which stretches of up to approx. 300 Ìm can be achieved today, have very high rigidity and in particular very short positioning times (less than 1 Ìs). In machine tools they can be used on both the tool and the workpiece side z. B .:

- to compensate for thermal deformation and displacement gene;
- to compensate for geometric position errors (e.g. the Workpieces);
- to compensate for deformations and displacements due to acting forces;
- to compensate for tool size fluctuations (e.g. tool length correction, especially a relative tool length gene correction in multi-spindle systems);
- for active vibration damping.

So können z. B. die Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere von mehrspindligen, mit Hilfe von piezoelektri schen Stellelementen räumlich verschiebbar an die Werkzeug maschine angekoppelt werden. Damit ist eine, den Freiheits graden der konventionellen Maschinenachsen überlagerte räum liche Bewegung der bzw. jeder einzelnen Arbeitsspindel mög lich. Der Maschinenständer, z. B. eine Schlitteneinheit, mit der Arbeitsspindel führt die vom Steuerprogramm vorgegebenen Achsbewegungen durch, während eine Arbeitsspindel zusätzlich überlagerte Kompensationsbewegungen für eine Positionskor rektur ausführen kann. Diese erfindungsgemäße piezoelektri sche Positionskorrektureinrichtung kann sowohl bei konven tionellen Arbeitsspindeln als auch bei Motorspindeln und Mehrspindelbohrköpfen eingesetzt werden. So z. B. the work spindles of machine tools, especially of multi-spindle ones, with the help of piezoelectric control elements spatially displaceable on the tool machine can be coupled. So that's one, freedom degrees of the conventional machine axes possible movement of the or each individual work spindle Lich. The machine stand, e.g. B. a carriage unit with the work spindle carries the ones specified by the control program Axis movements through while an additional work spindle overlaid compensation movements for a position cage rectification. This piezoelectric according to the invention cal position correction device can both at konven tional work spindles as well as motor spindles and Multi-spindle drilling heads are used.

Zum Abgleich von Positionsfehlern zwischen Werkzeug und Werkstück, die aufgrund der oben genannten Einflüsse entste hen, kann die Arbeitsspindel entweder mittels vorgegebener Parameter in eine Sollposition gesteuert werden, oder es wird mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises die Werk zeug- bzw. Arbeitsspindelposition an die Werkstück- bzw. Sollposition angepaßt. Die Ermittlung der Soll/Ist-Abwei chung kann mittels mechanischer, optischer, kapazitiver oder induktiver Meßaufnehmer oder Taster erfolgt. Der Maßabgleich kann dabei sowohl an den zu bearbeitenden Werkstücken als auch an dem Werkzeug erfolgen.For comparing position errors between tool and Workpiece that arises due to the influences mentioned above hen, the work spindle can either be specified Parameters can be controlled in a target position, or it becomes the work with the help of a closed control loop tool or work spindle position on the workpiece or Adjusted target position. The determination of the target / actual deviation chung can by mechanical, optical, capacitive or inductive sensor or probe. The dimensional adjustment can both on the workpieces to be machined as also done on the tool.

Die festgestellte Abweichung wird dann in mehreren Regel schritten z. B. durch das Verschieben der Arbeitsspindel auf ihre Sollposition minimiert. Bei der gesteuerten Vorgehens weise wird die Arbeitsspindel anhand von im Vorfeld ermit telter maschinen-, werkzeug- oder vorrichtungstypischer Pa rameter in ihre exakte Sollposition gesteuert. Dabei können sich diese Parameter auch variabel am jeweiligen Maschinen zustand orientieren (Temperatur, Bearbeitungskraft usw.).The discrepancy then becomes common in several rule steps z. B. by moving the work spindle minimized their target position. With the controlled procedure The work spindle is determined wisely in advance telter machine, tool or device-typical Pa parameters controlled to their exact target position. You can these parameters are also variable on the respective machine Orient the condition (temperature, machining force, etc.).

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verläuft die Wirkrichtung des mindestens einen piezoelektrischen Stell elements etwa in Richtung eines linearen Freiheitgrades der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches, d. h. in Rich tung der konventionellen Maschinenachsen X, Y oder Z. Neben thermisch bedingten Verlagerungen können so Werkzeugmaß schwankungen, z. B. die Werkzeuglänge oder Werkzeugeinstell maße, verändert werden. Dies ermöglicht insbesondere bei mehrspindligen Systemen, bei denen ansonsten eine Kompensa tion ihrer Arbeitsspindeln in Achsrichtung (Z-Richtung) zu einander nicht möglich ist, einen individuellen und separa ten Abgleich jeder einzelnen Arbeitsspindel in Z-Richtung. In preferred embodiments of the invention, the Effective direction of the at least one piezoelectric actuator elements in the direction of a linear degree of freedom of the Processing unit or the workpiece table, d. H. in Rich the conventional machine axes X, Y or Z. In addition thermally induced displacements can thus be tool dimensions fluctuations, e.g. B. the tool length or tool setting dimensions, be changed. This enables in particular at multi-spindle systems, in which otherwise a compensation tion of their work spindles in the axial direction (Z direction) each other is not possible, an individual and separate adjustment of each individual work spindle in the Z direction.

In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführungsform kann jedem linearen Freiheitsgrad der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches jeweils mindestens ein piezoelektri sches Stellelement zugeordnet sein. Durch diese Maßnahme kann jede beliebige räumliche Positionskorrektur z. B. der Arbeitsspindel(n) vorgenommen werden.In an advantageous development of this embodiment can every linear degree of freedom of the processing unit or of the workpiece table in each case at least one piezoelectric cal control element. By this measure can any spatial position correction such. B. the Work spindle (s) are made.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verläuft die Wirkrichtung des mindestens einen piezoelektrischen Stell elements etwa radial zu einem linearen Freiheitsgrad der Be arbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches. Diese Ausfüh rungsform hat den wesentlichen Vorteil, daß z. B. eine Ar beitsspindel über das mindestens eine piezoelektrische Stellelement aus ihrer zu einem linearen Freiheitsgrad (Z- Richtung) parallelen Lage bewegt, insbesondere parallelver schoben oder auch verkippt werden kann.In another embodiment of the invention, the Effective direction of the at least one piezoelectric actuator elements approximately radial to a linear degree of freedom of the Be work unit or the workpiece table. This execution approximately has the main advantage that z. B. an ar working spindle over the at least one piezoelectric Actuator from its to a linear degree of freedom (Z- Direction) moved parallel position, in particular parallelver can be pushed or tilted.

Dazu kann die Bearbeitungseinheit bzw. der Werkstücktisch in einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform über eine durch mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei piezoelektrische Stellelemente gebildete Mehrpunkthal terung räumlich verstellbar gelagert sein. Die Stellelemente sind dabei in gleichen Winkelabständen an der Bearbeitungs einheit bzw. dem Werkstücktisch vorzusehen.For this purpose, the processing unit or the workpiece table in an advantageous development of this embodiment over one by at least two, preferably at least three piezoelectric control elements formed multipoint neck tion be spatially adjustable. The control elements are at the same angular intervals on the machining unit or the workpiece table.

Ferner ist es bei dieser Weiterbildung besonders von Vor teil, wenn die Bearbeitungseinheit bzw. der Werkstücktisch über mindestens zwei in Richtung des linearen Freiheitsgra des hintereinander angeordnete Mehrpunkthalterungen räumlich verstellbar gelagert ist. Mit zwei Mehrpunkthalterungen, z. B. mit je drei unter 120 angeordneten Stellelementen in zwei Radialebenen, läßt sich eine Arbeitsspindel in den durch die drei Stellelemente aufgespannten Radialebenen ra dial verstellen, und zwar entweder zur Spindelachse parall elverschieben oder aber sphärisch verstellen. Im letzteren Fall ändert sich die Achsrichtung der Arbeitsspindel bzw. des darin eingespannten Werkstücks. Durch die sphärische Verstellbarkeit der Arbeitsspindel können auch Taumelfehler der Arbeitsspindel ausgeglichen werden. Ebenso wird es da durch möglich, genauigkeitsbedingte, geometrische Abweichun gen der Werkzeugmaschine sowie Fehler aufgrund der Nachgie bigkeit der Maschinenstruktur auszugleichen.Furthermore, it is particularly of advantage in this further training part if the processing unit or the workpiece table over at least two towards the linear degree of freedom of the multi-point brackets arranged one behind the other is adjustable. With two multi-point brackets, e.g. B. with three under 120 arranged control elements in two radial planes, a work spindle can be placed in the through the three control elements spanned radial planes ra adjust dial, either parallel to the spindle axis shift or adjust spherically. In the latter Case the axis direction of the work spindle or of the workpiece clamped in it. Because of the spherical Adjustment of the work spindle can also cause wobble errors the work spindle are compensated. So it will be there due to possible, geometrical deviations due to accuracy machine tool and errors due to the casting balance of the machine structure.

Je nach Position des Massenmittelpunkts einer verfahrbaren Bearbeitungseinheit, insbesondere ihrer Schlitteneinheit, bei der Bearbeitung ändern sich die auf ihre Führung wirken den Kräfte bzw. Belastung. Damit ergeben sich abhängig von der jeweiligen Position des Schlittens Geometrieabweichun gen. Schlimmstenfalls kann diese Belastung zu einem Abkippen des Schlittens führen. Um auch solche von der Position des Schlittens abhängigen, jeweils unterschiedlichen Kräfte aus gleichen zu können, kann das mindestens eine piezoelektri sche Stellelement erfindungsgemäß an der einem linearen Freiheitsgrad zugeordneten Führung der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches vorgesehen sein. So können bei vertikalen Bearbeitungseinheiten, um z. B. Nachgiebigkeiten ihres X-Schlittens auszugleichen, Stellelemente unter den Führungsschuhen der Führungen montiert werden. Damit kann die nicht konstante Steifigkeit des X-Schlittens in Abhän gigkeit seiner jeweiligen Y-Position kompensiert werden.Depending on the position of the center of mass, a movable one Processing unit, in particular its slide unit, when editing, the changes affect their leadership the forces or load. This results in depending on the respective position of the slide geometry deviation At worst, this strain can cause it to tip over of the sled. To include those from the position of the Sled dependent, different forces To be able to use the same, at least one piezoelectric cal actuator according to the invention on a linear Degree of freedom assigned to the processing unit or the workpiece table. So at vertical processing units, e.g. B. compliance to compensate for their X-slide, control elements under the Guide shoes of the guides can be mounted. So that can the non-constant rigidity of the X-slide depending on ability of its respective Y position can be compensated.

Bei bevorzugten weiteren Ausführungsformen ist der Abstand zwischen zwei Bearbeitungseinheiten, insbesondere zwischen ihren Arbeitsspindeln, oder zwischen zwei Werkstücktischen der Werkzeugmaschine über das mindestens eine piezoelektri sche Stellelement veränderbar. Im einfachsten Fall ist das Stellelement zwischen den beiden Arbeitsspindeln z. B. in ei ner Trennfuge vorgesehen, um den Spindelabstand durch Auf weiten der Trennfuge zu verstellen.In preferred further embodiments, the distance is between two processing units, in particular between their work spindles, or between two workpiece tables the machine tool via the at least one piezoelectric cal control element changeable. In the simplest case it is Actuator between the two work spindles z. B. in egg ner separation joint provided to the spindle distance by up to adjust the width of the parting line.

Auch Schwingungen der Werkzeugmaschine, die im allgemeinen in einem Frequenzbereich von ca. 10-20 Hz liegen, können zu Positionsungenauigkeiten und zu Verlagerungen führen. Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn mindestens ein die Bear beitungseinheit bzw. den Werkstücktisch höhenverstellbar la gerndes piezoelektrisches Element zur Kompensation solcher Schwingungen (aktive Schwingungstilgung) vorgesehen ist. Da zu wird die Bewegung der Werkzeugmaschine mit geeigneten Schwingungsmeßelementen erfaßt, verrechnet und als Wegkom pensationswerte an die Stellelemente gegeben.Also machine tool vibrations, in general can be in a frequency range of approx. 10-20 Hz Position inaccuracies and lead to misalignments. Therefore it is particularly beneficial if at least one is the bear processing unit or the workpiece table height adjustable la gerndes piezoelectric element to compensate for such Vibrations (active vibration damping) is provided. There to the movement of the machine tool with suitable Vibration measuring elements recorded, offset and as Wegkom given compensation values to the control elements.

Zur Ermittlung der Soll/Ist-Abweichung auf der Werkzeug- oder Werkstückseite kann ein z. B. mechanischer, optischer, kapazitiver oder induktiver Meßfühler vorgesehen sein, der eine Verlagerung der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstück tisches unmittelbar oder einen die Verlagerung bestimmenden Parameter als Fühlgröße für das Ansteuern des mindestens ei nen piezoelektrischen Stellelements erfaßt. Die erstgenann ten Parameter eignen sich insbesondere für eine Regelung des Stellelements, während es sich bei den zweitgenannten Para metern um maschinen-, werkzeug- oder vorrichtungstypische Parameter wie z. B. Temperatur oder Bearbeitungskraft usw. handelt, deren Kennlinien bereits im Vorfeld ermittelt wer den und dann zur Steuerung in die exakte Sollpositionen die nen können. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann als Meßfühler das mindestens eine piezoelektrisches Element selbst vorgesehen sein. To determine the target / actual deviation on the tool or workpiece side can z. B. mechanical, optical, capacitive or inductive sensor can be provided, the a relocation of the processing unit or the workpiece table directly or one that determines the relocation Parameters as a sensing variable for controlling the at least one egg NEN piezoelectric actuator detected. The former th parameters are particularly suitable for controlling the Actuator, while it is in the second Para meters around machine, tool or device typical Parameters such as B. temperature or machining force etc. acts, whose characteristics are determined in advance and then for control in the exact target positions can. In an advantageous development, Sensor the at least one piezoelectric element be provided yourself.

Bei einer dynamischen Positionskorrektur der Arbeitsspindel während der Bearbeitung eines Werkstücks kann die Arbeits spindel durch das Stellelement nicht nur räumlich verstellt, sondern in dieser verstellten Position auch fortwährend ge halten werden. Es ist aber auch möglich, die Arbeitsspindel in ihrer durch das Stellelement räumlich verstellten Lage durch eine separate Halteeinrichtung zu halten. Bei dieser Halteeinrichtung kann es sich z. B. um Klemmelemente handeln, die sich möglichst elektrisch ansteuern lassen. Insbesondere können als Klemmelemente auch piezoelektrische Elemente ver wendet werden.With a dynamic position correction of the work spindle while machining a workpiece, the work can spindle not only spatially adjusted by the control element, but also continuously in this adjusted position will hold. But it is also possible to use the work spindle in their position spatially adjusted by the control element to hold by a separate holding device. At this Holding device can be z. B. act as clamping elements, that can be controlled as electrically as possible. In particular can also use piezoelectric elements as clamping elements be applied.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaf ten Charakter für die Schilderung der Erfindung. Die Erfin dung ist in den Figuren schematisch dargestellt, so daß die wesentlichen Merkmale der Erfindung gut zu erkennen ist. Die Darstellungen sind nicht notwendigerweise maßstäblich zu verstehen.Further advantages of the invention result from the Be writing and drawing. Likewise, the above mentioned and invented the features further invented in accordance with the invention individually for themselves or for several in be arbitrary combinations are used. The shown and The embodiments described are not intended to be final Understand enumeration, but rather have exemplary th character for the description of the invention. The Erfin manure is shown schematically in the figures, so that the essential features of the invention can be clearly seen. The Representations are not necessarily to scale understand.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit zwei vertikalen Bearbeitungs einheiten in perspektivischer Ansicht; Figure 1 shows a first embodiment of a machine tool according to the invention with two vertical machining units in a perspective view.

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer horizontalen Arbeits spindel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, wobei die Arbeitsspindel in Z-Richtung verschiebbar gelagert ist; Fig. 2 shows an embodiment of a horizontal work spindle of a machine tool according to the invention, wherein the work spindle is mounted displaceably in the Z direction;

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer horizontalen Arbeitsspindel einer erfindungsgemäßen Werkzeugma schine, wobei die Arbeitsspindel radial zur Z-Rich tung verschiebbar gelagert ist; und Fig. 3 shows another embodiment of a horizontal work spindle of a machine tool according to the invention, the work spindle being radially displaceable to the Z-Rich device; and

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer Seitenansicht. Fig. 4 shows a second embodiment of a machine tool according to the invention in a side view.

Die in Fig. 1 gezeigte Werkzeugmaschine 1 umfaßt ein Maschi nenuntergestell in Form eines Bodenträgers 2 sowie zwei Be arbeitungseinheiten 3, deren vertikale Arbeitsspindeln 4 mittels einer Schlitteneinheit in X-, Y- und Z-Richtung ver schiebbar geführt sind.The machine tool 1 shown in Fig. 1 comprises a machine gun nenuntergestell in the form of a bottom support 2 and two loading processing units 3, whose vertical spindles 4-direction Z are guided ver pushed by means of a carriage unit in the X, Y and.

Dazu umfaßt die Schlitteneinheit einen X-Schlitten 5, der in horizontalen Führungen 6 des Bodenträgers 2 in X-Richtung verschiebbar geführt ist. Am X-Schlitten 5 sind horizontale Führungen 7 für einen die beiden Bearbeitungseinheiten 3 tragenden Y-Schlitten 8 vorgesehen. Jede Bearbeitungseinheit 3 weist einen pinolenartigen Z-Schlitten (nicht dargestellt) mit der Arbeitsspindel 4 auf, so daß diese auch in Z-Rich tung verfahrbar ist.For this purpose, the carriage unit comprises an X-carriage 5 , which is guided in horizontal guides 6 of the base support 2 so as to be displaceable in the X-direction. Horizontal guides 7 are provided on the X slide 5 for a Y slide 8 carrying the two machining units 3 . Each processing unit 3 has a quill-like Z-slide (not shown) with the work spindle 4 , so that this can also be moved in the Z-Rich direction.

Die beiden Bearbeitungseinheiten 3, die durch einen gemein samen Gehäuseblock 9 gebildet sind, sind in X-Richtung durch eine nach vorne offene Trennfuge 10 beabstandet, in der sich oben und unten jeweils ein in X-Richtung wirkendes piezo elektrisches Stellelemente 11 befindet. Durch entsprechende elektrische Ansteuerung der Stellelemente 11 kann die Trenn fuge 10 geweitet und so der Abstand ΔX zwischen beiden Ar beitsspindeln 4 bzw. zwischen den darin befindlichen Werk zeugen 12 geändert werden.The two processing units 3 , which are formed by a common housing block 9 , are spaced in the X direction by a joint 10 open at the front, in each of which there is a piezoelectric actuating element 11 acting in the X direction at the top and bottom. By appropriate electrical control of the actuating elements 11 , the parting line 10 can be widened and the distance ΔX between the two working spindles 4 or between the tools located therein 12 can be changed.

Die in Fig. 2 gezeigte Arbeitsspindel 20 ist von drei in Z-Richtung wirkenden piezoelektrischen Stellelemente 21 um geben, die in gleichen Winkelabständen um die Längsachse 22 der Arbeitsspindel 20 verteilt angeordnet sind. Die piezo elektrischen Stellelemente 21 sind einenends an dem Lager 23 der Arbeitsspindel 20 angebracht und anderenends an dem pi nolenartigen Z-Schlitten (nicht dargestellt) abgestützt. In dem alle drei piezoelektrischen Stellelemente 21 für die gleiche Längenänderung Δz elektrisch angesteuert werden, läßt sich die Arbeitsspindel 20 bzw. ihr Werkzeug 24 ent sprechend in Z-Richtung in ihrer Länge um den Betrag Δz ver stellen. Bei unterschiedlicher Längen-Ansteuerung der drei piezoelektrischen Stellelemente 21 läßt sich die Arbeits spindel 20 bzw. das Werkzeug 24 aus ihrer ursprünglichen mit 22 bezeichneten Lage heraus beliebig verkippen.The work spindle 20 shown in FIG. 2 is provided by three piezoelectric actuating elements 21 acting in the Z direction, which are arranged at equal angular intervals around the longitudinal axis 22 of the work spindle 20 . The piezoelectric actuators 21 are attached at one end to the bearing 23 of the work spindle 20 and at the other end to the pi nolen-like Z-slide (not shown). In which all three piezoelectric actuators 21 are electrically controlled for the same change in length .DELTA.z, the work spindle 20 or its tool 24 can be adjusted accordingly in the Z direction in its length by the amount .DELTA.z. With different length control of the three piezoelectric actuators 21 , the working spindle 20 or the tool 24 can be tilted out of their original position 22 as desired.

Um die in Fig. 3 gezeigte Arbeitsspindel 30 sind außen am Umfang ihres Lagers 31 vorne und hinten jeweils drei radial zur Längsrichtung 32 der Arbeitsspindel 30 wirkende piezo elektrische Stellelemente 33 angeordnet, die anderenends an einem Gehäuse (nicht dargestellt) abgestützt sind. Jedes La ger 31 ist durch seine drei, jeweils um 120 verteilt ange ordneten piezoelektrischen Stellelemente 32 in einer 3-Punkt-Lagerung 34 gehalten. Durch entsprechende elektri sche Längen-Ansteuerung aller piezoelektrischer Stellelemen te 33 der beiden 3-Punkt-Lagerung 34 läßt sich die Arbeits spindel 20 bzw. ihr Werkzeug 35 entweder aus der mit 32 be zeichneten Lage um einen Betrag Δr parallel verschieben oder aber verkippen. Durch die sphärische Verstellbarkeit können z. B. Taumelfehler der Arbeitsspindel 30 ausgeglichen werden.To the position shown in Fig. 3 work spindle 30 of its bearing are outside of the periphery 31 of the front and back each have three radially disposed to the longitudinal direction 32 of the work spindle 30 acting piezoelectric actuators 33, the other end (not shown) on a housing are supported. Each La ger 31 is held by its three, each distributed by 120 piezoelectric actuators 32 in a 3-point bearing 34 . By appropriate electrical cal length control of all piezoelectric Stellelemen te 33 of the two 3-point bearing 34 , the working spindle 20 or their tool 35 can either move from the position indicated by 32 be parallel to an amount Δr or tilt. Due to the spherical adjustability z. B. wobble errors of the work spindle 30 can be compensated.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Werkzeugmaschine 40 sind zwi schen dem Bodenträger 41 und den Führungen 42 für die in Fig. 1 beschriebene Schlitteneinheit sowie einem Werkstück tisch 43 piezoelektrische Stellelemente 44 angeordnet, die in Y-Richtung wirken. Auf dem Werkstücktisch 43 befinden sich die mit dem Werkzeug 45 in der Arbeitsspindel 46 zu be arbeitenden Werkstücke.In the machine tool 40 shown in FIG. 4, between the base support 41 and the guides 42 for the slide unit described in FIG. 1 and a workpiece table 43, piezoelectric actuating elements 44 are arranged which act in the Y direction. On the workpiece table 43 are the workpieces to be worked with the tool 45 in the work spindle 46 .

Durch entsprechend schnelle Längenansteuerung ΔY der Stell elemente 44 läßt sich die Übertragung von Schwingungen des Bodenträgers 41 auf das Werkzeug dämpfen bzw. eliminieren. Je nach Position des Massenmittelpunkts des verfahrbaren Schlitteneinheit ändern sich die auf die Führung 42 wirken den Kräfte, die zu Geometrieabweichungen führen können. Mit den unter den Führungen 42 vorgesehenen Stellelementen 44 können z. B. Nachgiebigkeiten der Schlitteneinheit ausgegli chen und so die nicht konstante Steifigkeit der Schlitten einheit in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Position kompen siert werden.The transmission of vibrations of the base support 41 onto the tool can be damped or eliminated by correspondingly quick length control ΔY of the actuating elements 44 . Depending on the position of the center of mass of the movable carriage unit, the forces acting on the guide 42 change, which can lead to geometrical deviations. With the provided under the guides 42 actuators 44 z. B. resilience of the sled unit chen ausegli and so the non-constant rigidity of the sled unit depending on their respective position be compensated.

Bei einer Werkzeugmaschine (1) zur insbesondere spanenden Bearbeitung von Werkstücken, mit einer Bearbeitungseinheit (3) ist als Positionskorrektureinrichtung, insbesondere für eine Arbeitsspindel (4) der Bearbeitungseinheit (3), minde stens ein elektrisch angesteuertes piezoelektrisches Stell element (11) vorgesehen. Bei einer festgestellten Positions änderung kann die Bearbeitungseinheit schnell mechanisch in ihre jeweilige Sollposition bewegt werden.In a machine tool (1) for particular machining of workpieces, with a processing unit (3) is provided as a position correcting device, in particular for a working spindle (4) of the processing unit (3), minde least an electrically actuated piezoelectric actuator element (11). If a change in position is detected, the processing unit can be quickly mechanically moved into its respective target position.

Claims

1. Machine tool ( 1 ; 40 ) for in particular machining workpieces, with a machining unit ( 3 ) and / or a workpiece table ( 43 ) and with a position correction device for the machining unit ( 3 ) or the workpiece table ( 3 ), thereby characterized in that as a position correction device, in particular for a work spindle ( 4 ; 20 ; 30 ; 46 ) of the machining unit ( 3 ), at least one electrically actuated piezoelectric actuator ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ) is provided.

2. Machine tool according to claim 1, characterized in that the effective direction of the at least one piezoelectric actuator ( 11 ; 21 ; 44 ) approximately in the direction of a linear degree of freedom (X-, Y-, Z-Rich direction) of the processing unit ( 3rd ) or the workpiece table ( 43 ) runs.

3. Machine tool according to claim 2, characterized in that each linear degree of freedom (X-, Y-, Z-Rich device) of the processing unit ( 3 ) or the workpiece table ( 43 ) each have at least one piezoelectric actuator ( 11 ; 21 ; 44 ) is assigned.

4. Machine tool according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the effective direction of the at least one piezoelectric actuating element ( 33 ) approximately radially to a linear degree of freedom (X, Y, Z direction) of the processing unit ( 3 ) or the factory piece table runs.

5. Machine tool according to claim 4, characterized in that the processing unit or the workpiece table via a multi-point holder ( 34 ) formed by at least two, preferably at least three piezoelectric actuating elements ( 33 ) is spatially adjustable.

6. Machine tool according to claim 5, characterized in that the processing unit or the workpiece table over at least two in the direction of the linear degree of freedom (X-, Y-, z-direction) one behind the other multi-point brackets ( 34 ) is spatially adjustable ver.

7. Machine tool according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the at least one piezoelectric actuator ( 44 ) on a linear ren degree of freedom (X, Y, Z direction) associated guide ( 42 ) of the processing unit or the factory piece table ( 43 ) is provided.

8. Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between two processing units ( 3 ), in particular between their work spindles ( 4 ), or between two workpiece tables of the machine tool via the at least one piezoelectric actuating element ( 11 ) is variable.

9. Machine tool according to one of the preceding claims, characterized by at least one machining unit or workpiece table ( 43 ) height-adjustable piezoelectric actuator ( 33 ; 44 ).

10. Machine tool according to one of the preceding Ansprü surface, characterized by a sensor that a shift of the processing unit ( 3 ) or the work piece table ( 43 ) directly or a parameter determining the displacement tion as a control variable for controlling the at least one piezoelectric actuator elements ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ).

11. Machine tool according to claim 10, characterized in that the at least one piezoelectric actuating element ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ) itself is seen as a sensor.

12. Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that each piezoelectric control element ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ) is assigned a holding device which the processing unit ( 3 ) or the workpiece table ( 43 ) in each case by the piezoelectric actuator ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ) holds the predetermined position.