本发明公开了一种机床。
背景技术：
这种机床例如从ep0712683a2中已知。其适用于工件的切削的5轴加工并且具有固定的机器框架以及加工头，加工头能沿着三个相互垂直定向的平移轴线相对于机器框架定位。加工头包括发动机驱动的工具、例如铣具。此外，在这种机器中设置摆动单元，其能绕着水平的摆动轴线相对于机器框架摆动；摆动单元还包括工件定位装置，工件通过其能绕着垂直于摆动轴线定向的转动轴线转动。
有时也被称为所谓的修改的门架结构(gantry-bauweise)的这种结构的机床在限定的条件下已经提供了有关在工件上能达到的形状和位置公差的良好的精度。然而，机床的不可缺少的机械和/或热负载将会导致各个部件上的变形，其不能经由集成在机器中的位置测量系统完全检测并且因此也不能完全补偿。结果造成了要加工的工件中的错误，即其不具有所期望的尺寸或者不遵守工件的所要求的形状和位置公差。
对于另外的结构的机床来说，从de102011079792a1中已知的是，为了解决前述讨论的问题将测量框架集成到机器中，其尽可能地既不能通过机械的负载也不能通过热影响变形。在此，矩形的测量框架集成到固定的机械部分中并且由具有低热膨胀系数的材料制成。在测量框架上布置位置测量系统的部件，通过其一方面进行对加工或主轴头相对于测量框架的位置的确定并且另一方面进行对工件相对于测量框架的位置的确定。因此，关于工具位置和工件位置的位置确定能够与在设置的机器运动学的情况下的机械和热的影响的分离，并且使得上述问题在机械精度方面最小化。由于位置测量系统的布置在工件台的底侧上的仅具有限制的空间扩张的刻度，限制了加工台的能通过该位置测量系统检测的行进范围。此外，在提到的出版物中并未给出如下的建议，如合适设计的测量框架能够最适用地集成到开头讨论的结构中，其能够实现工件和工具在五个空间的自由度中的相对定位。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提出一种开头所述类型的机床，在其中使得位置确定情况下的前述错误最小化并且特别地保障尽可能精确地确定工件相对工具的位置。
根据本发明，该目的通过一种机床实现。
根据本发明的机床包括固定的机器框架以及加工头，其能沿着三个相互垂直定向的平移轴相对于机器框架定位并且包括发动机驱动的工具。此外设置摆动单元，其能绕着水平的摆动轴线相对于机器框架摆动并且包括工件定位装置，工件经通过其能绕着垂直于摆动轴线定向的转动轴线转动。摆动单元对应测量框架，其能利用摆动单元偏转以及设计为与摆动单元热和/或机械地分离并且布置在第一和第二位置测量系统的部件上。在此，在加工头上布置有第一位置测量系统的另外的部件并且在工件定位装置上布置有第二位置测量系统的另外的部件。通过第一位置测量系统进行加工头的关于测量框架的空间位置的确定并且通过第二位置测量系统进行工件定位装置的关于测量框架的空间位置的确定。
优选地，测量框架经由多个弹性元件合成地在摆动单元中集成地布置。
测量框架有利地设计为，使得两个位置测量系统的相互姿态在机床的运行期间不改变。
能够实现的是，测量框架的至少一个部分设计为l形的，其中，测量框架的第一臂平行于摆动轴线地延伸并且测量框架的第二臂平行于转动轴线地延伸。
此外有利的是，测量框架设计为，使得其热零点位于工件定位装置的转动轴线上。
能够提出的是，第二位置测量系统作为部件包括鼓形设计的量具以及用于对量具采样的至少三个采样头，其中，量具布置在工件定位装置上并且鼓纵轴线与工件定位装置的转动轴线重合，并且其中，采样头绕着鼓圆周分散地布置在测量框架上。
在此，量具能够构造为入射光量具，其在径向和轴向方向上分别包括具有不同的光学属性的交替设计的子区域；采样头设计用于对量具光学地采样并且分别包括至少一个光源以及探测装置。
有关第一位置测量系统方面能够提出的是，其作为部件包括至少一个光学的发送单元和光学的接收单元，其中，要么发送单元布置在加工头上并且接收单元布置在测量框架上，要么发送单元布置在测量框架上并且接收单元布置在加工头上，要么发送单元和接收单元布置在测量框架上并且在加工头上布置有反射器单元，要么发送单元和接收单元布置在加工头上并且在测量框架上布置有反射器单元。
在此，在加工头和测量框架之间能够布置有屏蔽元件，其在加工头和测量框架之间屏蔽第一位置测量系统的传播的射线束。
此外能够实现的是，加工头具有至少一个位置传感器，通过其能确定驱动工具的发动机轴相对于加工头的壳体的位置，在该壳体上布置有第一位置测量系统的部件。
在可能的实施方式中，发送单元包括至少三个光源，其以固定的相关布置相互布置，并且能通过控制和评估装置时间选择地激活。
此外，接收单元能够包括至少一个光电的探测布置以及至少一个布置在探测布置前面的采样栅。
有利地，控制和评估装置布置和设计用于，从在探测布置上得出的条纹图案的位置中确定激活的光源相对于探测布置的角位置，从而在顺序地激活至少三个光源之后能确定工具的空间位置。
对此可替换地，第一位置测量系统能够构造为有源或无源追踪的干涉仪，其发送和接收单元布置在测量框架上，而在加工头上布置有反射器单元，其中，反射器单元包括至少一个后向反射器，并且其中，发送单元包括用于至少六个测量射线束的追踪机构，利用该追踪机构能为后向反射器追踪测量射线束。
在此，后向反射器能够作为测量反射器起作用，并且经由追踪的干涉仪能测量测量反射器和固定的参考反射器之间的间距，其中，测量反射器和参考反射器分别构造为球体。
通过根据本发明的措施在相应的机床中现在保障了高度准确地确定工具和工件的相对位置，这导致了明显较高的机器精度进而优化的工件加工。特别地，摆动单元中的对此设置的测量框架保障了特别短的测量循环。这意味着，位置确定因此尽可能直接地在工件和工具之间进行。在工件和工具的通过另外的组件的相对的位置确定中能够避免绕路，从而以该类型和方式能在位置确定中可靠地使错误最小化，该位置确定通过机床的热和/或机械的负载引起。现在在工具和工件的相对位置的确定中不再接收机床由于这样的影响引起的变形，因为摆动单元中的测量框架设计为热和/或机械地与机器分离。
附图说明
根据结合附图的根据本发明地设备的实施例的下面的描述阐述本发明的另外的细节和优点。
在此示出：
图1是根据本发明的机床的实施例的示意性局部透视图；
图2是根据图1的机床中的摆动单元的剖面图；
图3是根据图1的机床中的摆动单元的俯视图；
图4a是第一位置测量系统的可能的实施方式的示意图；
图4b是第二位置测量系统的可能的实施方式的示意图。
具体实施方式
图1以非常示意性的形式示出了根据本发明的机床的实施例的局部透视图；图2和3示出了图1中的机床的摆动单元的侧视剖面图以及俯视图。
根据本发明的机床具有固定的机器框架1，与其相对地加工头2能以工具主轴的形式沿着三个相互垂直定向的平移轴x，y，z相对地定位。在此，在图1的视图中由机器框架1仅能识别下面的基础范围1.2以及三个向上延伸的侧壁1.1。在侧壁1.1之间存在有机床的实际上的工作范围，在其中进行工件100的切削加工。在此，加工头2包括工具2.1、例如铣具，其布置在转动的发动机轴的端部上，该发动机轴通过合适的驱动器2.2发动机式地驱动，如其从图2中显而易见的那样。
为了实现加工头2沿着垂直的平移轴z和第一水平的平移轴x的运动，提出的是，通过合适的-未示出的-纵向引导水平地在x方向上和垂直地在z方向上能定位地在横臂5上布置加工头2，该横臂沿着给出的x轴线延伸。加工头2沿着第二水平的平移轴y进行运动，这由此实现，即横臂5经由-同样未示出的-纵向引导能运动地沿着y方向在机器框架1或者在两个相对置的侧壁1.1上布置。
此外，在根据本发明的机床中设置摆动单元3，其能绕着水平的摆动轴线s相对于机器框架1摆动；摆动轴线s在此平行于第一水平的平移轴线x定向。未在附图中示出的是布置在机器框架1的侧壁1.1中布置的轴承，在其中摆动单元3借助于未示出的运动器能发动机摆动地绕着摆动轴线s布置。
此外，摆动单元3包括工件定位装置4，其构造为发动机驱动的圆台，工件100经由其能绕着垂直于摆动轴线s定向的转动轴线d转动。在此，工件100借助于通常的-未在附图中示出的-夹具紧固在工件定位装置4的加工台4.1上。由摆动单元3和工件定位装置4组成的完整的单元在实际中也被称为nc摆动圆台。
现在根据本发明提出的是，测量框架6配属于摆动单元3或者集成在其中，如其特别地从图2的摆动单元3的示意性剖面图中显而易见的那样。因此，由于测量框架6与摆动单元3的这样的对应关系，其因此能与摆动单元3一起绕着摆动轴线s偏转。此外，测量框架6在该实施例中设计为与摆动单元3热和机械地分离。这意味着，测量框架6尽可能不由于温度波动和在机器中出现的加工力而变形，而是也在切削的运行中持续的保持其额定几何形状。测量框架6的相应的设计方案的细节参考接下来的描述。
现在对于本发明来说重要的是，一方面通过第一位置测量系统进行加工头2进而工具2.1的关于测量框架6的空间位置的确定，并且另一方面通过第二位置测量系统进行工件定位装置4进而工件100关于测量框架6的空间位置的确定。为了该目的，一方面在测量框架6上布置第一和第二位置测量系统的确定的部件，另一方面在加工头2以及工件定位装置4上布置第一和第二位置测量系统的另外的部件。也在第一和第二位置测量系统以及细节方面同样参考另外的描述。
因此，通过加工头2和工件定位装置4相对于测量框架6的空间位置的确定得出了关于工具2.1和工件100的相对位置的确定的短暂完成的测量周期(kurzgeschlossenermesszirkel)。开头讨论的对位置确定的热和/或机械的影响能够以该类型和方式最小化，其得出了明显提高的机械精度以及改善的工具质量。
测量框架6在当前的实施例中设计为l形的并且具有第一臂6.1，其从中央的转动轴线d开始向外延伸并且平行于摆动轴线s地延伸。垂直于第一臂6.1定向地设置测量框架6的第二臂6.2，其根据图2从第一臂6.1的外端部垂直地向上进而平行于转动轴线d地延伸。
在示出的实施例中，测量框架6不仅在热方面也在机械方面与摆动单元3分离地以及尽可能不易弯曲地设计。由此保障的是，没有温度影响以及来自机器框架1的机械的负载对测量框架6的影响，并且在可能的情况下使其变形。因此，工件100和工具2.1通过两个位置测量系统相对于测量框架6进行的位置确定在根据本发明的机床中与这些影响无关。这些位置测量系统的测量框架侧的部件的间距既不由于热的也不由于机械的影响而改变。因此，两个位置测量系统的相互姿态在测量框架的设计方案的基础上在根据本发明的机床运行期间不改变。
当前为了热分离提出的是，测量框架6由具有尽可能小的热力学的热膨胀系数的材料制成。对此合适的例如是不胀钢又或者具有特别小的热力学的热膨胀系数的特殊的含碳材料。除了这样的材料选择，也能够在当前的用于与剩余的机床热分离的测量框架中实现有源的热补偿，例如以由加热的铝制成的测量框架6的形式，其中，该加热通过铝材料的合适的水冷实现。
有关机械分离方面在所示的实施例中提出的是，借助于多个弹性元件7将测量框架6集成到摆动单元3中；在图2中示意性地标记出测量框架6和摆动单元3之间的一系列这样的弹性元件7。
作为弹性元件7考虑例如所谓的1维、2维或3维固态链结或者其组合，经由其使得测量框架6与摆动单元3连接。在此，1维固态链结能够由测量框架6和摆动单元3之间的多个弹性的连接元件组成，其能够实现测量框架6和摆动单元3沿着唯一的运动方向的受限的相对偏转。2维固态链结能够包括两个或多个依次接入的中间元件，它们经由多个弹性的连接元件相互连接，而且与测量框架6以及摆动单元3连接；对此能够实现实现测量框架6和摆动单元3沿着两个相互垂直的运动方向的受限的相对偏转。最后，借助于同样能采用的3维固态链结也能够设置测量框架6和摆动单元3沿着三个相互垂直的轴线的相对偏转；对此能够采用至少两个依次接入的中间元件，其中，能够至少在两个中间元件中的一个和相邻的元件之间实现沿着第三轴线的相对运动。
作为用于确定加工头2的关于测量框架6的空间位置的第一位置测量系统在所示的实施例中设置光学的位置测量系统。其作为决定性的部件包括布置在加工头2上的发送单元8.1以及布置在测量框架6上的接收单元8.2。在此，光学的位置测量系统构造为空间的2维角测量系统，如其例如从出版物wo01/38828a1中已知的那样，对此明确参考其公开内容。相应的2维角测量系统在当前的实施例中在发送侧具有四个光源8.1a-8.1d，其例如构造为led并且经由-未示出的-控制和评估装置时间选择地激活；在测量技术方面原则上要求的是在该位置此外仅有至少三个光源。在接收单元8.2侧，光电的探测布置8.2a设置具有布置在前面的采样栅8.2b，如其由图4a的视图中显而易见的那样。当前，作为探测布置8.2a起作用的是所谓的结构化的光电探测器，其具有多个循环布置的光敏感的探测元件。借助于结构化的光电探测器探测在探测平面中得出的循环的条纹图案sm，其由通过光源8.1a-8.1d发出的射线束与采样栅8.2b的相互作用而得出。在此，该条纹图案sm在光电探测器上的位置取决于相应的光源8.1a-8.1d相对于探测布置8.2a的角位置。鉴于对于第一位置测量系统的光学效果原理的其他细节方面参考前述涉及的wo01/38828a1。
因此，通过第一位置测量系统的2维角测量系统能够实现的是，通过控制和评估装置分别确定在发送单元8.1的光源8.1a-8.1d和接收单元8.2上的法线之间的角度。为了位置确定，随后在测量操作中借助于控制和评估装置顺序地激活各个光源8.1a-8.1d，并且对于每个光源8.1a-8.1d确定在接收单元8.2和相应的光源8.1a-8.1d之间的方向向量。因为各个光源8.1a-8.1d的相互位置或者布置是已知的，所以能够这样确定姿态或者空间位置，在其中存在有相应的光源8.1a-8.1d。在发送单元8.1或光源8.1a-8.1d在加工头2上的布置的基础上能够以该方式和方法实现加工头2进而工具2.1有关测量框架6的空间位置的确定。
此外，为了尽可能精确地确定加工头2中的工具2.1的决定性的位置，也能够提出的是，在加工头2中布置一个或多个位置传感器11，通过其能确定工具2.1相对于加工头2的壳体的当前空间位置。作为对此合适的位置传感器11能够例如采用电容式的间距传感器。通过其能够确定驱动工具2.1的发动机轴相对于加工头2的壳体的位置，在该壳体上又布置有第一位置测量系统的部件，当前即具有所属的光源8.1a-8.1d的发送单元8.1。
因为借助于机床的工作空间中的第一位置测量系统进行测量，所以此外证明了有利的是，在发送单元8.1和接收单元8.2之间传播的射线束被一个或在可能的情况下的多个屏蔽元件9屏蔽。在当前的实施例中，仅示意性地标记的屏蔽元件9构造为不透光的辐射管，其被动地随加工头2一起引导。在此辐射管完全包围在加工头2和测量框架6之间传播的射线束，并且防止射线束由于那里存在的冷却润滑剂和削屑而受到干扰。除了这样的完全封装射线束的辐射管，也能够在可能的情况下仅设置不透明的屏蔽板或者类似的屏蔽元件，其在空间上仅部分地包围或屏蔽传播的射线束。
为了确定工件定位装置4进而工件100关于测量框架6的空间位置，采用上述涉及的第二位置测量系统。其在当前的实施例中构造为光学的6维角测量装置并且接下来根据图4b中的示意性的示图描述。
一方面鼓形设计的量具10.1作为部件属于第二位置测量系统，其布置在绕着转动轴线d转动的工件定位装置4上。在此，鼓纵轴线与工件定位装置4的转动轴线d重合。在具体的实施例中，在圆台的圆柱形的下面的部分的圆周上设置量具10.1的布置，即在加工台4.1的下面，工件100在其上展开。量具10.1构造为振幅光栅形式的入射光量具并且由不同的反射率的交替布置的子区域组成。在此，在量具10.1侧在第一区域10.1a中在轴向方向上、即沿着给出的z方向循环地布置子区域；在第二区域10.1b中在径向方向上、即在周向方向上循环地依次地布置子区域。原则上采样的量具也能够可替换地设计并且具有带有不同的光学属性的交替布置的子区域，例如具有子区域的相栅，其具有不同的相移的效用等。
作为另外的部件，第二位置测量系统作当前包括三个采样单元10.2a，10.2b，10.2c，其相对于转动的量具10.1固定地布置在测量框架6上并且用于光学地对量具10.1采样。三个采样单元10.2a，10.2b，10.2c在圆周上相互错开120°地布置。在此，每采样单元10.2a，10.2b，10.2c在量具10.1的前述设计方案的基础上设置两个采样头10.2a1和10.2a2或者10.2b1和10.2b2以及10.2c1和10.2c2，它们分别用于对量具10.1上的区域10.1a，10.1b采样。因此，当前总共设置六个采样头10.2a1，10.2a2，10.2b1，10.2b2，10.2c1，10.2c2。
除了第二位置测量系统的所示的实施例，在最小配置中将要求至少三个采样头，其绕着鼓圆周分散地布置在测量框架上，以便对量具采样。
所示的实施例的各个采样头10.2a1，10.2a2，10.2b1，10.2b2，10.2c1，10.2c2除了光源之外还至少包括一个探测装置。在此，为了光学地对量具10.1采样能够使用已知的不同光学采样原理。因此当前不对其进一步进行研究。两个分别配属于采样单元10.2a，10.2b，10.2c的采样头10.2a1和10.2a2，10.2b1和10.2b2或者10.2c1和10.2c2相互错开90°地布置，以便分别对量具10.1的所属的区域10.1a，10.1b采样。
借助于这样设计的第二位置测量系统能够确定圆台或者工件定位装置4进而在其上布置的工件100在所有的六个空间自由度中相对于测量框架6的空间位置。
此外在第二位置测量系统或其部件和测量框架6的相对布置方面证明有利的是，测量框架6的热零点位于第二位置测量系统的测量框架侧的部件的中点中。这在当前意味着，测量框架6的热零点优选地位于工件定位装置4的转动轴线d上。在此，热零点理解为测量框架6的也在热影响情况下空间上保持恒定的并且不偏移的点。
除了具体描述的实施例之外，在当前的发明的范畴中明显还存在另外的设计可行性方案。
因此例如能够实现的是，对于上述l形替换地设计测量框架。在此能考虑的例如是测量单元的与摆动单元的形状匹配的u形。因此能够实现测量框架对称地集成到摆动单元中，其特别将在摆动单元中导致均匀的重量分布。
此外能够实现的是，当在确定的机械配置中在可能的情况下机械或热的影响并不特别极端的时候，测量框架例如仅在热方面又或者仅在机械方面与摆动单元分离。
同样可替换地，测量框架能够不集成到摆动单元中，而是布置在其上。
也能够对于上述实施方式的替换地设计第一位置测量系统。因此也能够实现的是，与前述变体相反地在测量框架上布置发送单元并且在加工头上布置接收单元。同样能考虑的是，不仅发送单元、还有接收单元都布置在测量框架上，并且在加工头上放置无源的反射器单元，或者相反布置。反射器单元在这样的情况中分别设计为，对此进行将由发送单元入射到其上的射线束在接收单元方向上返回的回反射。
此外能够实现的是，第一位置测量系统构造为追踪的干涉仪，其发送和接收单元布置在测量框架上，而在加工头上布置有反射器单元。反射器单元在该情况中包括至少一个后向反射器，并且发送单元具有用于至少六个测量射线束的追踪机构，利用追踪机构能为后向反射器追踪测量射线束。追踪机构在此能够不仅构造为具有合适的驱动器的有源的追踪机构，也能够构造为具有传动杆或类似物的无源的追踪机构。
后向反射器在具有追踪的干涉仪的变体中作为测量反射器起作用，其中，经由干涉仪能测量测量反射器和固定的参考反射器之间的间距。不仅测量反射器、还有参考反射器能够在此优选地分别构造为球体并且由具有折射率n＝2的材料制成等。
此外，在第二位置测量系统方面替代的设计方案变体也是可能的。因此能够例如代替所阐述的6维角测量装置中所阐述的光学采样，也采用其他的采样原理，例如磁力的、电感的或电容的采样等。