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DE29924562U1 - Machine tool, especially for turning, has piezoelectric control element as position correction device, especially. for working spindle of machining unit - Google Patents

Machine tool, especially for turning, has piezoelectric control element as position correction device, especially. for working spindle of machining unit Download PDF

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DE29924562U1
DE29924562U1 DE29924562U DE29924562U DE29924562U1 DE 29924562 U1 DE29924562 U1 DE 29924562U1 DE 29924562 U DE29924562 U DE 29924562U DE 29924562 U DE29924562 U DE 29924562U DE 29924562 U1 DE29924562 U1 DE 29924562U1
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DE
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machine tool
workpiece table
tool according
processing unit
piezoelectric
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Schwaebische Werkzeugmaschinen GmbH
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Abstract

The machine tool has a machining unit (3) and/or workpiece table and a position correction device for the machining unit and/or workpiece table. The position correction device, esp. for a working spindle (4) of a machining unit, is in the form of a piezoelectric control element (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur insbesondere spanenden Bearbeitung von Werkstücken, mit einer Bearbeitungseinheit und/oder einem Werkstücktisch und mit einer Positionskorrektureinrichtung für die Bearbeitungseinheit bzw. den Werkstücktisch.The invention relates to a machine tool especially for machining workpieces, with a processing unit and / or a workpiece table and with a 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 known.

Um bei dieser bekannten Werkzeugmaschine Bearbeitungsungenauigkeiten aufgrund thermisch bedingter Positionsänderungen von Werkstück und/oder Werkzeug im Arbeitsbereich des Werkzeuges zu vermeiden, sind ortsfeste optische Meßschranken vorgesehen, durch die Werkstück und Werkzeug gleichzeitig oder kurz nacheinander bewegt werden. Die so erfaßten Positionen werden mit abgespeicherten Positionen aus früheren Messungen verglichen, und die Differenz zwischen erfaßter und früher gemessener Position wird zur Korrektur der Maschinensteuerung verwendet. Das heißt, das Werkzeug oder Werkstück wird nicht mechanisch auf den Sollwert zurückbewegt, sondern die Positionsänderung wird durch eine entsprechende Korrektur der Sollwerte der Maschinensteuerung berücksichtigt. Außerdem ist eine dynamische Positionskorrektur während der Bearbeitung eines Werkstücks nicht möglich.In order with this known machine tool Machining inaccuracies due to thermal changes in position of workpiece and / or Avoiding tools in the working area of the tool are stationary optical measuring barriers provided by the workpiece and tool are moved simultaneously or in quick succession. The so grasped Positions are saved with positions from previous measurements compared, and the difference between the detected and previously measured position used to correct the machine control. That is, the tool or workpiece is not mechanically moved back to the setpoint, but the change in position is corrected accordingly by the setpoints of the machine control considered. Besides, is a dynamic position correction while editing a workpiece not possible.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei einer festgestellten Positionsänderung die Bearbeitungseinheit und/oder der Werkstücktisch möglichst schnell mechanisch in ihre jeweilige Sollposition bewegt werden können.In contrast, it is the job of Invention, a machine tool of the type mentioned above to train that at a detected change in position the processing unit and / or the workpiece table mechanically as quickly as possible can be moved into their respective target position.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Positionskorrektureinrichtung, insbesondere für eine Arbeitsspindel der Bearbeitungseinheit, mindestens ein elektrisch angesteuertes piezoelektrisches (piezokeramisches) Stellelement vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention solved, that as Position correction device, in particular for a work spindle of the processing unit, at least one electrically controlled piezoelectric (piezoceramic) Control element is provided.

Piezoelektrische Stellelemente (Aktuatoren), mit denen sich heute Dehnungen von bis zu ca. 300 Ìm erreichen lassen, weisen 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 Werkstückseite eingesetzt werden z.B.:

  • – zum Ausgleich von thermischen Verformungen und Verlagerungen;
  • – zum Ausgleich von geometrischen Positionsfehlern (z.B. der Werkstücke);
  • – zum Ausgleich von Verformungen und Verlagerungen aufgrund wirkender Kräfte;
  • – zum Ausgleich von Werkzeugmaßschwankungen (z.B. Werkzeuglängenkorrektur, insbesondere eine relative Werkzeuglängenkorrektur bei mehrspindligen Systemen);
  • – zur aktiven Schwingungstilgung.
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, for example:
  • - to compensate for thermal deformations and displacements;
  • - to compensate for geometrical position errors (eg workpieces);
  • - to compensate for deformations and displacements due to acting forces;
  • - to compensate for tool dimension fluctuations (eg tool length correction, especially a relative tool length correction in multi-spindle systems);
  • - for active vibration damping.

So können z.B. die Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere von mehrspindligen, mit Hilfe von piezoelektrischen Stellelementen räumlich verschiebbar an die Werkzeugmaschine angekoppelt werden. Damit ist eine, den Freiheitsgraden der konventionellen Maschinenachsen überlagerte räumliche Bewegung der bzw. jeder einzelnen Arbeitsspindel möglich. Der Maschinenständer, z.B. eine Schlitteneinheit, mit der Arbeitsspindel führt die vom Steuerprogramm vorgegebenen Achsbewegungen durch, während eine Arbeitsspindel zusätzlich überlagerte Kompensationsbewegungen für eine Positionskorrektur ausführen kann. Diese erfindungsgemäße piezoelektrische Positionskorrektureinrichtung kann sowohl bei konventionellen Arbeitsspindeln als auch bei Motorspindeln und Mehrspindelbohrköpfen eingesetzt werden.For example, the work spindles of machine tools, especially multi-spindle machines, with the help of piezoelectric actuators spatially displaceable to the Machine tool can be coupled. So that's one, the degrees of freedom the conventional machine axes superimposed spatial Movement of or each individual work spindle possible. The Machine stand, e.g. a slide unit with the work spindle leads the from Control program predetermined axis movements during a Work spindle additionally superimposed Compensation movements for perform a position correction can. This piezoelectric according to the invention Position correction device can be used with conventional work spindles as well as for motor spindles and multi-spindle drilling heads.

Zum Abgleich von Positionsfehlern zwischen Werkzeug und Werkstück, die aufgrund der oben genannten Einflüsse entstehen, kann die Arbeitsspindel entweder mittels vorgegebener Parameter in eine Sollposition gesteuert werden, oder es wird mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises die Werkzeug- bzw. Arbeitsspindelposition an die Werkstück- bzw. Sollposition angepaßt. Die Ermittlung der Soll/Ist-Abweichung 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 the adjustment of position errors between tool and workpiece, which arise due to the above-mentioned influences, the work spindle can either can be controlled into a target position by means of predetermined parameters, or with the help of a closed control loop, the tool or Working spindle position adapted to the workpiece or target position. The The target / actual deviation can be determined using mechanical, optical, capacitive or inductive sensor or button. The dimensional adjustment can both on the workpieces to be machined and on the tool respectively.

Die festgestellte Abweichung wird dann in mehreren Regelschritten z.B. durch das Verschieben der Arbeitsspindel auf ihre Sollposition minimiert. Bei der gesteuerten Vorgehensweise wird die Arbeitsspindel anhand von im Vorfeld ermittelter maschinen-, werkzeug- oder vorrichtungstypischer Parameter in ihre exakte Sollposition gesteuert. Dabei können sich diese Parameter auch variabel am jeweiligen Maschinenzustand orientieren (Temperatur, Bearbeitungskraft usw.).The discrepancy is determined then in several control steps e.g. by moving the work spindle minimized to their target position. With the controlled procedure the work spindle is determined on the basis of machine, tool or device typical parameters in their exact target position controlled. You can these parameters can also vary depending on the machine condition orient (temperature, machining force, etc.).

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verläuft die Wirkrichtung des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements etwa in Richtung eines linearen Freiheitgrades der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches, d.h. in Richtung der konventionellen Maschinenachsen X, Y oder Z. Neben thermisch bedingten Verlagerungen können so Werkzeugmaßschwankungen, z.B. die Werkzeuglänge oder Werkzeugeinstellmaße, verändert werden. Dies ermöglicht insbesondere bei mehrspindligen Systemen, bei denen ansonsten eine Kompensation ihrer Arbeitsspindeln in Achsrichtung (Z-Richtung) zueinander nicht möglich ist, einen individuellen und separaten Abgleich jeder einzelnen Arbeitsspindel in Z-Richtung.In preferred embodiments of the invention the effective direction of the at least one piezoelectric actuator approximately in the direction of a linear degree of freedom of the processing unit or the workpiece table, i.e. in the direction of the conventional machine axes X, Y or Z. In addition thermally induced displacements can e.g. the tool length or tool setting dimensions, to be changed. this makes possible especially in multi-spindle systems, where otherwise compensation their work spindles in the axial direction (Z direction) to each other possible is an individual and separate comparison of each one Working spindle in the Z direction.

In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführungsform kann jedem linearen Freiheitsgrad der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches jeweils mindestens ein piezoelektrisches Stellelement zugeordnet sein. Durch diese Maßnahme kann jede beliebige räumliche Positionskorrektur z.B. der Arbeitsspindel(n) vorgenommen werden.In an advantageous further development of this embodiment, each linear degree of freedom of the processing unit or of the workpiece table can in each case at least one piezoelectric actuator can be assigned. With this measure, any spatial position correction, for example of the work spindle (s), can be carried out.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verläuft die Wirkrichtung des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements etwa radial zu einem linearen Freiheitsgrad der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches. Diese Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, daß z.B. eine Arbeitsspindel über das mindestens eine piezoelektrische Stellelement aus ihrer zu einem linearen Freiheitsgrad (Z-Richtung) parallelen Lage bewegt, insbesondere parallelverschoben oder auch verkippt werden kann.In another embodiment of the invention the effective direction of the at least one piezoelectric actuator approximately radial to a linear degree of freedom of the processing unit or of the workpiece table. This embodiment has the main advantage that e.g. a work spindle over the at least one piezoelectric actuator from one to one linear degree of freedom (Z direction) moved parallel position, in particular parallel shifted or can be 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 Mehrpunkthalterung räumlich verstellbar gelagert sein. Die Stellelemente sind dabei in gleichen Winkelabständen an der Bearbeitungseinheit bzw. dem Werkstücktisch vorzusehen.The processing unit can do this or the workpiece table In an advantageous development of this embodiment, one by at least two, preferably formed at least three piezoelectric actuators Multi-point bracket spatially be adjustable. The control elements are the same angularly to be provided on the processing unit or the workpiece table.

Ferner ist es bei dieser Weiterbildung besonders von Vorteil, wenn die Bearbeitungseinheit bzw. der Werkstücktisch über mindestens zwei in Richtung des linearen Freiheitsgrades 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 parallelverschieben 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 dadurch möglich, genauigkeitsbedingte, geometrische Abweichungen der Werkzeugmaschine sowie Fehler aufgrund der Nachgiebigkeit der Maschinenstruktur auszugleichen.It is also in this training Particularly advantageous if the processing unit or the workpiece table has at least two arranged one behind the other in the direction of the linear degree of freedom Multi-point mounts spatially is adjustable. With two multi-point brackets, e.g. each three control elements arranged under 120 in two radial planes, let yourself a work spindle in the spanned by the three control elements Adjust radial planes ra dial, either to the spindle axis move parallel or adjust spherically. In the latter Case changes the axis direction of the work spindle or the one clamped in it Workpiece. Because of the spherical Adjustment of the work spindle can also cause the wobble Work spindle to be compensated. It also enables accuracy-related, geometric deviations of the machine tool as well as errors due to to compensate for the flexibility of the machine structure.

Je nach Position des Massenmittelpunkts einer verfahrbaren Bearbeitungseinheit, insbesondere ihrer Schlitteneinheit, bei der Bearbeitung ändern sich die auf ihre Führung wirkenden Kräfte bzw. Belastung. Damit ergeben sich abhängig von der jeweiligen Position des Schlittens Geometrieabweichungen. Schlimmstenfalls kann diese Belastung zu einem Abkippen des Schlittens führen. Um auch solche von der Position des Schlittens abhängigen, jeweils unterschiedlichen Kräfte ausgleichen zu können, kann das mindestens eine piezoelektrische 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 Abhängigkeit seiner jeweiligen Y-Position kompensiert werden.Depending on the position of the center of mass a movable processing unit, in particular its slide unit, when editing change on their leadership acting forces or load. This results depending on the respective position of the carriage geometry deviations. At worst, this can Load can cause the sled to tip. To also those of the Depending on the position of the slide, different forces to be able to compensate the at least one piezoelectric actuator according to the invention on the a guide of the processing unit assigned to a linear degree of freedom or the workpiece table be provided. So can for vertical processing units, e.g. Compliance of their Compensate X-slide, adjusting elements under the guide shoes of the guides to be assembled. This means that the stiffness of the X-slide depending on 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 piezoelektrische Stellelement veränderbar. Im einfachsten Fall ist das Stellelement zwischen den beiden Arbeitsspindeln z.B. in einer Trennfuge vorgesehen, um den Spindelabstand durch Aufweiten der Trennfuge zu verstellen.In preferred further embodiments is the distance between two processing units, in particular between their work spindles, or between two workpiece tables the machine tool the at least one piezoelectric actuator can be changed. In the simplest case, the control element is between the two work spindles e.g. provided in a parting line to the spindle distance To widen 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 Bearbeitungseinheit bzw. den Werkstücktisch höhenverstellbar lagerndes piezoelektrisches Element zur Kompensation solcher Schwingungen (aktive Schwingungstilgung) vorgesehen ist. Dazu wird die Bewegung der Werkzeugmaschine mit geeigneten Schwingungsmeßelementen erfaßt, verrechnet und als Wegkompensationswerte an die Stellelemente gegeben.Even machine tool vibrations, which are generally in a frequency range of approx. 10-20 Hz, can lead to position inaccuracies and relocations. Therefore it is of particular advantage if at least one is the processing unit or the workpiece table height adjustable bearing piezoelectric element to compensate for such vibrations (active vibration damping) is provided. This becomes the movement the machine tool with suitable vibration measuring elements detected, calculated and given to the control elements as displacement compensation values.

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 Werkstücktisches unmittelbar oder einen die Verlagerung bestimmenden Parameter als Fühlgröße für das Ansteuern des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements erfaßt. Die erstgenannten Parameter eignen sich insbesondere für eine Regelung des Stellelements, während es sich bei den zweitgenannten Parametern um maschinen-, werkzeug- oder vorrichtungstypische Parameter wie z.B. Temperatur oder Bearbeitungskraft usw. handelt, deren Kennlinien bereits im Vorfeld ermittelt werden und dann zur Steuerung in die exakte Sollpositionen dienen 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 e.g. mechanical, optical, capacitive or inductive sensor provided be a direct relocation of the processing unit or the workpiece table or a parameter that determines the displacement as a sensing variable for actuation of the at least one piezoelectric actuator. The the first-mentioned parameters are particularly suitable for regulation of the actuator while the second parameters mentioned are machine tools, or device-typical parameters such as Temperature or machining force etc., whose characteristics are determined in advance and can then be used to control the exact target positions. In In an advantageous development, the at least one piezoelectric sensor can be used as a sensor Element itself can be provided.

Bei einer dynamischen Positionskorrektur der Arbeitsspindel während der Bearbeitung eines Werkstücks kann die Arbeitsspindel durch das Stellelement nicht nur räumlich verstellt, sondern in dieser verstellten Position auch fortwährend gehalten 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 verwendet werden.With a dynamic position correction of the Work spindle during machining a workpiece the working spindle can not only be spatially adjusted by the control element, but also kept constantly in this adjusted position become. But it is also possible the work spindle in its position spatially adjusted by the control element to hold by a separate holding device. With this holding device can it e.g. are clamping elements that are as possible control electrically. In particular, can also be used as clamping elements piezoelectric elements are used.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Die Erfindung 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 description and the drawing. As well According to the invention, the features mentioned above and those listed further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention. The invention is shown schematically in the figures, so that the essential features of the invention can be clearly seen. The representations are not necessarily to be understood to scale.

Es zeigt:It shows:

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

2 ein Ausführungsbeispiel einer horizontalen Arbeitsspindel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, wobei die Arbeitsspindel in Z-Richtung verschiebbar gelagert ist; 2 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;

3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer horizontalen Arbeitsspindel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, wobei die Arbeitsspindel radial zur Z-Richtung verschiebbar gelagert ist; und 3 another embodiment of a horizontal work spindle of a machine tool according to the invention, the work spindle being mounted so as to be displaceable radially to the Z direction; and

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

Die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine 1 umfaßt ein Maschinenuntergestell in Form eines Bodenträgers 2 sowie zwei Bearbeitungseinheiten 3, deren vertikale Arbeitsspindeln 4 mittels einer Schlitteneinheit in X-, Y- und Z-Richtung verschiebbar geführt sind.In the 1 shown machine tool 1 includes a machine base in the form of a floor support 2 as well as two processing units 3 whose vertical work spindles 4 are guided displaceably in the X, Y and Z directions by means of a slide unit.

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-Richtung verfahrbar ist.For this purpose, the carriage unit comprises an X-carriage 5 that in horizontal guides 6 of the floor support 2 is guided in the X direction. On the X-slide 5 are horizontal guides 7 for one the two processing units 3 carrying Y-carriage 8th intended. Every processing unit 3 has a quill-like Z-slide (not shown) with the work spindle 4 so that it can also be moved in the Z direction.

Die beiden Bearbeitungseinheiten 3, die durch einen gemeinsamen 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 Trennfuge 10 geweitet und so der Abstand ΔX zwischen beiden Arbeitsspindeln 4 bzw. zwischen den darin befindlichen Werkzeugen 12 geändert werden.The two processing units 3 by a common housing block 9 are formed in the X direction by a joint open to the front 10 spaced, in the top and bottom each in the X-direction acting piezoelectric actuating elements 11 located. By appropriate electrical control of the control elements 11 can the parting line 10 expanded and so the distance ΔX between the two work spindles 4 or between the tools in it 12 be changed.

Die in 2 gezeigte Arbeitsspindel 20 ist von drei in Z-Richtung wirkenden piezoelektrischen Stellelemente 21 umgeben, die in gleichen Winkelabständen um die Längsachse 22 der Arbeitsspindel 20 verteilt angeordnet sind. Die piezoelektrischen Stellelemente 21 sind einenends an dem Lager 23 der Arbeitsspindel 20 angebracht und anderenends an dem pinolenartigen Z-Schlitten (nicht dargestellt) abgestützt. Indem alle drei piezoelektrischen Stellelemente 21 für die gleiche Längenänderung Δz elektrisch angesteuert werden, läßt sich die Arbeitsspindel 20 bzw. ihr Werkzeug 24 entsprechend in Z-Richtung in ihrer Länge um den Betrag Δz verstellen. Bei unterschiedlicher Längen-Ansteuerung der drei piezoelektrischen Stellelemente 21 läßt sich die Arbeitsspindel 20 bzw. das Werkzeug 24 aus ihrer ursprünglichen mit 22 bezeichneten Lage heraus beliebig verkippen.In the 2 shown work spindle 20 is of three piezoelectric actuators acting in the Z direction 21 surround that at equal angular intervals around the longitudinal axis 22 the work spindle 20 are distributed. The piezoelectric actuators 21 are at one end of the camp 23 the work spindle 20 attached and supported at the other end on the quill-like Z-carriage (not shown). By all three piezoelectric actuators 21 The work spindle can be controlled electrically for the same change in length .DELTA.z 20 or their tool 24 adjust their length accordingly in the Z direction by the amount Δz. With different length control of the three piezoelectric actuators 21 the work spindle 20 or the tool 24 tilt out of its original position designated 22 as desired.

Um die in 3 gezeigte Arbeitsspindel 30 sind außen am Umfang ihres Lagers 31 vorne und hinten jeweils drei radial zur Längsrichtung 32 der Arbeitsspindel 30 wirkende piezoelektrische Stellelemente 33 angeordnet, die anderenends an einem Gehäuse (nicht dargestellt) abgestützt sind. Jedes Lager 31 ist durch seine drei, jeweils um 120 verteilt angeordneten piezoelektrischen Stellelemente 32 in einer 3-Punkt-Lagerung 34 gehalten. Durch entsprechende elektrische Längen-Ansteuerung aller piezoelektrischer Stellelemente 33 der beiden 3-Punkt-Lagerung 34 läßt sich die Arbeitsspindel 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 in 3 shown work spindle 30 are on the outside of their warehouse 31 front and rear three radially to the longitudinal direction 32 the work spindle 30 acting piezoelectric actuators 33 arranged, which are supported at the other end on a housing (not shown). Every camp 31 is thanks to its three piezoelectric actuators, each distributed around 120 32 in a 3-point storage 34 held. Appropriate electrical length control of all piezoelectric actuators 33 the two 3-point bearings 34 the work spindle 20 or their tool 35 either from the with 32 be shifted position parallel by an amount Δr or tilt it. Due to the spherical adjustability, wobble errors in the work spindle, for example 30 be balanced.

Bei der in 4 gezeigten Werkzeugmaschine 40 sind zwischen dem Bodenträger 41 und den Führungen 42 für die in 1 beschriebene Schlitteneinheit sowie einem Werkstücktisch 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 bearbeitenden Werkstücke.At the in 4 machine tool shown 40 are between the shelf supports 41 and the guides 42 for the in 1 described slide unit and a workpiece table 43 piezoelectric actuators 44 arranged, which act in the Y direction. On the workpiece table 43 are those with the tool 45 in the work spindle 46 workpieces to be machined.

Durch entsprechend schnelle Längenansteuerung ΔY der Stellelemente 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 wirkenden Kräfte, die zu Geometrieabweichungen führen können. Mit den unter den Führungen 42 vorgesehenen Stellelementen 44 können z.B. Nachgiebigkeiten der Schlitteneinheit ausgeglichen und so die nicht konstante Steifigkeit der Schlitteneinheit in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Position kompensiert werden.By appropriately fast length control ΔY of the control elements 44 can the transmission of vibrations of the floor support 41 dampen or eliminate on the tool. Depending on the position of the center of mass of the movable carriage unit, those on the guide change 42 acting forces that can lead to geometry deviations. With those under the guides 42 provided control elements 44 For example, resilience of the carriage unit can be compensated and the non-constant rigidity of the carriage unit can be compensated for depending on its respective position.

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), mindestens ein elektrisch angesteuertes piezoelektrisches Stellelement (11) vorgesehen. Bei einer festgestellten Positionsänderung kann die Bearbeitungseinheit schnell mechanisch in ihre jeweilige Sollposition bewegt werden.For a machine tool ( 1 ) especially for machining workpieces, with a processing unit ( 3 ) is used as a position correction device, especially for a work spindle ( 4 ) the processing unit ( 3 ), at least one electrically controlled piezoelectric actuator ( 11 ) intended. If a change in position is detected, the processing unit can be quickly mechanically moved into its respective target position.

Claims (12)

Werkzeugmaschine (1; 40) zur insbesondere spanenden Bearbeitung von Werkstücken, mit einer Bearbeitungseinheit (3) und/oder einem Werkstücktisch (43) und mit einer Positionskorrektureinrichtung für die Bearbeitungseinheit (3) bzw. den Werkstücktisch (3), dadurch gekennzeichnet, daß als Positionskorrektureinrichtung, insbesondere für eine Arbeitsspindel (4; 20; 30; 46) der Bearbeitungseinheit (3), mindestens ein elektrisch angesteuertes piezoelektrisches Stellelement (11; 21; 33; 44) vorgesehen ist.Machine tool ( 1 ; 40 ) especially for machining workpieces, with a processing unit ( 3 ) and / or a workpiece table ( 43 ) and with a position correction device for the processing unit ( 3 ) or the workpiece table ( 3 ), characterized in that as a position correction device, in particular for a work spindle ( 4 ; 20 ; 30 ; 46 ) the processing unit ( 3 ), at least one electrically controlled piezoelectric actuator ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ) is provided. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkrichtung des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements (11; 21; 44) etwa in Richtung eines linearen Freiheitgrades (X-, Y-, Z-Richtung) der Bearbeitungseinheit (3) bzw. des Werkstücktisches (43) verläuft.Machine tool according to claim 1, characterized in that the effective direction of the at least one piezoelectric actuating element ( 11 ; 21 ; 44 ) in the direction of a linear degree of freedom (X, Y, Z direction) of the processing unit ( 3 ) or the workpiece table ( 43 ) runs. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem linearen Freiheitsgrad (X-, Y-, Z-Richtung) der Bearbeitungseinheit (3) bzw. des Werkstücktisches (43) jeweils mindestens ein piezoelektrisches Stellelement (11; 21; 44) zugeordnet ist.Machine tool according to claim 2, characterized in that each linear degree of freedom (X, Y, Z direction) of the machining unit ( 3 ) or the workpiece table ( 43 ) at least one piezoelectric actuator ( 11 ; 21 ; 44 ) assigned. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkrichtung des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements (33) etwa radial zu einem linearen Freiheitsgrad (X-, Y-, Z-Richtung) der Bearbeitungseinheit (3) bzw. des Werkstücktisches verläuft.Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that the effective direction of the at least one piezoelectric actuating element ( 33 ) approximately radial to a linear degree of freedom (X, Y, Z direction) of the processing unit ( 3 ) or the workpiece table. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinheit bzw. der Werkstücktisch über eine durch mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei piezoelektrische Stellelemente (33) gebildete Mehrpunkthalterung (34) räumlich verstellbar gelagert ist.Machine tool according to Claim 4, characterized in that the machining unit or the workpiece table has a piezoelectric actuating element (at least two, preferably at least three) ( 33 ) formed multi-point bracket ( 34 ) is spatially adjustable. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinheit bzw. der Werkstücktisch über mindestens zwei in Richtung des linearen Freiheitsgrades (X-, Y-, Z-Richtung) hintereinander angeordnete Mehrpunkthalterungen (34) räumlich verstellbar gelagert ist.Machine tool according to Claim 5, characterized in that the machining unit or the workpiece table has at least two multi-point holders (one behind the other in the direction of the linear degree of freedom (X, Y, Z direction)) 34 ) is spatially adjustable. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine piezoelektrische Stellelement (44) an der einem linearen Freiheitsgrad (X-, Y-, Z-Richtung) zugeordneten Führung (42) der Bearbeitungseinheit bzw. des Werkstücktisches (43) vorgesehen ist.Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piezoelectric actuating element ( 44 ) on the guide assigned to a linear degree of freedom (X, Y, Z direction) ( 42 ) the processing unit or the workpiece table ( 43 ) is provided. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Bearbeitungseinheiten (3), insbesondere zwischen ihren Arbeitsspindeln (4), oder zwischen zwei Werkstücktischen der Werkzeugmaschine über das mindestens eine piezoelektrische Stellelement (11) veränderbar ist.Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between two machining units ( 3 ), especially between their work spindles ( 4 ), or between two workpiece tables of the machine tool via the at least one piezoelectric actuating element ( 11 ) is changeable. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein die Bearbeitungseinheit bzw. den Werkstücktisch (43) höhenverstellbar lagerndes piezoelektrisches Stellelement (33; 44).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 ). Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Meßfühler, der eine Verlagerung der Bearbeitungseinheit (3) bzw. des Werkstücktisches (43) unmittelbar oder einen die Verlagerung bestimmenden Parameter als Fühlgröße für das Ansteuern des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements (ll; 21; 33; 44) erfaßt.Machine tool according to one of the preceding claims, characterized by a measuring sensor which detaches the machining unit ( 3 ) or the workpiece table ( 43 ) directly or a parameter determining the displacement as a sensing variable for actuating the at least one piezoelectric actuating element ( ll ; 21 ; 33 ; 44 ) detected. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor das mindestens eine piezoelektrisches Stellelement (11; 21; 33; 44) selbst vorgesehen ist.Machine tool according to claim 10, characterized in that the at least one piezoelectric actuating element ( 11 ; 21 ; 33 ; 44 ) itself is provided. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem piezoelektrischen Stellelement (11; 21; 33; 44) eine Halteeinrichtung zugeordnet ist, welche die Bearbeitungseinheit (3) bzw. den Werkstücktisch (43) jeweils in der durch das piezoelektrische Stellelement (11; 21; 33; 44) vorgegebenen Lage hält.Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that each piezoelectric actuating 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 given position.
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