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Vorrichtung zur Messung oder Einstellung der Winkellage eines schwenkbaren
Werkzeugmaschinenkopfes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor- richtung zur Messung oder Einstellung der Winkellage eines schwenkbaren Werkzeugmaschinenkopfes, wobei eine gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen verbesserte Einstellgenauigkeit erzielt wird.
Es sind bereits sehr exakte Anordnungen für Transversaleinstellungen bei Werkzeugmaschinen bekannt geworden. Ein Beispiel hiefür sind die optischen Koordinatentische.
Auch zum Fluchten der Werkzeugspindel gegenüber einem bestimmten Anriss auf einen Maschinenteil sind äusserst exakte Vorrichtungen bekannt. Beispielsweise sei hier das Zentriermikroskop genannt, welches während des Justiervorganges im Innenkonus der Arbeitsspindel angeordnet wird.
Dem gegenüber ist die direkte Winkeleinstellung eines schwenkbaren Werkzeugmaschinenkopfes bisher noch nicht in einer exakten Weise gelöst worden. Beispielsweise bei Vertikal-Fräsmaschinen mit schwenkbarem Fräskopf dient zur Winkeleinstellung des Fräskopfes eine 1/1 Kreisteilung mit Indexalesung, wobei erfahrungsgemäss bestenfalls ein Viertelgrad eingestellt werden kann. Genauere Einstellungen sind jedoch damit nicht möglich, wären aber in vielen Fällen zweckmässig und sind zum Teil sogar notwendig.
Man hat sich bisher dadurch geholfen, dass man zunächst eine annähernd genaue Winkeleinstellung der Werkzeugmaschine, z.
B. des Fräskopfes, vornahm, dann mit Hilfe von verschiedenen, bekannten exakten Winkelmessgeräten (Sinuslineal) das Werkstück prüfte. Ergab sich dabei ein Fehler, dann musste eine Korrektur. der Winkeleinstellung der Werkzeugmaschine von Hand aus vorgenommen werden, worauf eine erneute Prüfung des Werkstückes nachzufolgen hatte.
Dieses Verfahren musste sowohl bei kleinen als auch bei den grössten Werkstücken so lange fortgesetzt werden, bis der Sollwert erreicht war. Es ist klar, dass eine derartige indirekte Winkeleinstellung zeitraubend und ausserdem mit vielen Fehlerquellen behaftet ist.
Durch die Erfindung wird nun eine rasche, genaue und direkte Messung und Einstellung der Winkellage eines Werkzeugmaschinenkopfes mit Hilfe eines Winkelmessgerätes, welches in gleicher Weise wie das Werkzeug am Werkzeugmaschinenkopf montierbar ist, dadurch erzielt, dass an dem Winkelmessgerät ein optisches Ablesegerät vorgesehen ist, welches die Winkellage an einem streng parallel zur Schwenkebene des Werkzeugkopfes ausrichtbaren Teilkreis abzulesen gestattet.
Die Verwendung eines optischen Winkel- messgerätes ermöglicht ausserordentliche Ge- nauigkeiten und Feineinstellungen. Diese Ge- nauigkeiten der Ablesung haben aber nur einen Sinn mit dem weiteren Merkmal der
Erfindung, nämlich mit der Justierbarkeit des
Teilkreises parallel zur Schwenkebene des
Werkzeugkopfes. Aber auch diese Justierbarkeit genügt noch nicht. Es muss auch dafür ge- sorgt werden, dass durch die Messung bzw.
Einstellung auch tatsächlich die Winkellage des Werkzeuges, mit dem gearbeitet werden soll, bestimmt ist. Dies ist eine Frage der konstruktiven Art der Verbindung zwischen Messgerät und Werkzeugmaschinenkopf. Die gemäss der Erfindung gewählte Art dieser Verbindung ist die gleiche wie die der Werkzeuge selbst. Damit wird direkt derjenige Teil des Werkzeugmaschinenkopfes, der für die Aufnahme des Werkzeuges dient, eingestellt, und weil diese Teile des Werkzeugmaschinenkopfes stets sehr genau gearbeitet sind, lässt sich die Verbindung zwischen Messgerät und Werkzeugmaschinenkopf praktisch fehlerlos herstellen. Damit wird die durch das optische Ablesegerät mögliche Genauigkeit realisierbar.
Bei einer Reihe von Werkzeugmaschinen erfolgt die konstruktive Verbindung zwischen Werkzeug und Werkzeugmaschine dadurch, dass am Werkzeug ein Konusschaft vorgesehen ist, der im Innenkonus der Werkzeugspindel aufgenommen wird. Dementsprechend trägt für solche Werkzeugmaschinen das erfindungsgemässe Winkelmessgerät ebenfalls einen Ko-
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Werk-zur Schwenkebene muss eine Kontrollmöglichkeit vorhanden sein. Damit diese Kontrolle sehr genau ist, ist es zweckmässig, dafür am optischen Winkelmessgerät ein auf die Ebene des Werkzeugmaschinentisches einstellbares Richtfernrohr vorzusehen, mit welchem senkrecht zur Schwenkebene verlaufende Kanten am Werkzeugmaschinentisch anvisiert werden.
Liegt diese Kante schräg im Gesichtsfeld des Richtfernrohres, dann ist dies ein reichen dafür, dass die Parallelität zwischen Teilkreisebene und Schwenkebene noch nicht erreicht ist.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 ist eine Gesamtansicht des Messgerätes von vorne.
Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt durch die Fig. 1.
Fig. 3 ist die Vorderansicht eines Details der aus Fig. 2 ersichtlichen Innenteile des Winkelmessgerätes. Fig. 4 ist eine Darstellung des Gesichtsfeldes des optischen Ablesein- strumentes.
Das in den Zeichnungen dargestellte Aus- fübrungsbeispiel gemä# den Fig. 1 bis 4 zeigt ein als Winkellibelle bezeichnetes Win- kelme#gerät, auf das ein Schaft 1 aufgesetzt ist, u : zw. derart, dass die Schaftachse 2 sen- recht zur Achse 3 des Teilkreises 4 (Fig. 2) des Winkelme#gerätes steht. Die Form des Schaftes 1 ist konisch (Normalkonus). Mit einem Schaft solcher Form ausgestattet, eignet sich das erfindungsgemässe Gerät z. B. zur Aufnahme in einem Frässpindelinnen- konus. Der Schaft 1 ist mit dem Gehäuse 5 der Winkellibelle lösbar, auswechselbar und zentrierbar verbunden.
Die Verbindung erfolgt im unteren Teil des Schaftes 1, wo dieser kegelstumpfförmig ausgebildet ist, durch seitliche Zentrierungsschrauben 6 unter Zwischenschaltung von Gleitstücken 6'.
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Hilfe dieser Zentrierschrauben 6den Schaft 1 kragenartig umschliessende Ring 7 auf die vollkommen ebene Ringfläche 8 des Gehäuses 5 aufgepresst, wodurch die Ge-
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eAchse 2 zur Achse 3 gegeben ist. Der kragenartige Ring 7 ist mit dem Schaft. ! fest verbunden und bildet mit ihm eine Einheit. Lediglich dann, wenn das Winkelmessgerät gegenüber dem Schaft j ! um dessen Achse
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sonst zu diesem Zweck nötigen Drehungen des Schaftes 1 im Innenkonus des Werkzeugmaschinenkopfes vermeiden will (z.
B. bei Werkzeugmaschinen grösserer Dimensionen).
Das Gehäuse 5 der Winkellibelle ist auf der einen Seite durch einen Deckel 9 abgeschlossen. Mit diesem Deckel verbunden ist eine Doppellibelle 10. Ferner steht mit dem Deckel 9 das Ablesemikroskop 11 in Verbindung. Der Deckel 9, die Doppellibelle 10 und das Ablesemikroskop 11 mit der dazugehörigen Optik sind fest an einem Lagerring 12 angeordnet, welcher im Gehäuse 5 der Winkellibelle drehbar gelagert ist. Ausserdem steht der Deckel 9 mit einem Lagerzapfen 13 in Verbindung, welcher in einer in dem Gehäuse 5 fest angeordneten Lagerbüchse 14 geführt ist. Auf der Lagerbüchse 14 ist die Trägerscheibe 15 für den Teilkreis 4 aufmontiert. Bei Winkelmessungen führt der Teilkreis 4 mit seiner Träger- scheibe 15 keine Drehungen gegenüber der
Lagerbüchse 14 aus.
Es sind jedoch zwei gegenläufige Schrauben 29 vorgesehen, die kleine Drehungen der Trägerscheibe 15 ge- genüber der Lagerbüchse 14 zur Justierung der Null-Lage ermöglichen.
Für die Drehung des Deckels 9 bzw. des
Lagerringes 12 ist ein Schneckentrieb 16 mit
Triebs, chrauben 17 vorgesehen.
In der rückwärtigen Wand des Gehäuses 5 ist ein Beleuchtungsschlitz 19 für die Teilkreisbeleuchtung angeordnet. Das in der Fig.
2 dargestellte Prisma 20 in der optischen Achse M ist bei normaler Teilkreisablesung nicht an dieser Stelle, sondern es befindet si, ch dort lediglich eine Durchlassöffnung 21, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich, auf einer Ringscheibe 22 angeordnet ist, welche mit ihrem Aussengewinde in den Lagerring 12 des Gehäusedeckels 9 einschraubbar ist (s.
Fig. 2). Durch Drehung des Triebkrropfes 13, welcher die Trägerscheibe 15 in einem Schlitz 30 durchdringt, wird das Prisma 20 oder die Durchlassöffnung 21 in die optische Achse 18 des Ablesemikroskopes 11 gebracht.
Ist, wie in Fig. 2 gezeigt, das Prisma 20 in der optischen Achse 18 des Ablesemikroskopes 11, dann gelangt ein von unten durch einen Schlitz 25 ? im Gehäusemantel ein- dringendes Strahlenbündel in die Optik des Ablesemikroskopes 11. Die optische Achse 24 dieses Strahlenbündels steht senkrecht zur Achse 3 des Teilkreises, liegt also parallel zur Achse 2 des Schaftes 1.
Durch Einschalten einer Linse 26 in die optische Achse 24 wird das Ablesemikroskop 11 in ein Fernrohr verwandelt und kann als Ri. chtfernrahr zur Kontrolle dafür verwendet werden, ob die Teilkreisebene exakt parallel zur Schwenkebene liegt. Diese Kontrolle erfolgt dadurch, dass man eine zur Schwenkebene senkrechte Kante an der Werkzeugmaschine, eines Lineals od. dgl, aa- visiert. Im Gesichtsfeld des Richtfernrohres sind ausser der Minutenteilung 37 diese hat nur für die Winkeleinstellung Bedeutung, wenn also das Richtfernrohr als Ablest mikroskop arbeitet-noch zwei Doppelstrichss 28 angeordnet.
Erscheint nun im Gesichtsfeld des Ablesefernrohres die senkrecht ur Schwenkebene liegende Kante so, dass sie durch die beiden Doppelstriche 28 hindurch- geht, dann ist das ein Zeichen dafür, dass die Teilkreisebene, wie gefordert, parallel zur Schwenkebene liegt. Liegt die Kante jedoch schräg im Gesichtsfeld, dann muss das Win. kelmessgerät so lange um die Achse 2 des Schaftes 1 gedreht werden, bis die oben beschriebene Lage der Kante innerhalb der beiden Doppelstriche 28 sich einstellt. Die Doppelstriche gewähren bei etwa zwanzig-
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Genauigkeit ist notwendig, aber auch hin ? reichend, damit die durch die Winkellibelle ermöglichte Winkel-Ablese- und Einstellgenauigkeit von l' (Schätzung bis zu 6") nicht problematisch wird.
Die beschriebene konstruktive Kombination des optischen Ablesegerätes (Mikroskop) mit Kontrolleinrichtung für die Lage des Teils kreises (Richtfernrohr) ist äusserst zweck, mässig, da hiedurch eine bauliche pnd guch bedienungsmässige Einfachheit des Winkels messgerätes gegeben ist.
Der Schaft 1 wird durch die Zentsier, schraube 6 vorzugsweise so eingestellt, dass seine Achse 2 mit der optischen Achsç 31 des abgelenkten Strahlenganges zusammenfällt. Die Folge davon ist, dass bei Schwenk ken des Winkelmessgerätes um die Achse des Schaftes 1 die optische Achse 24 in ihrer Lage fixiert bleibt.
Der Winkeleinstell- bzw. -me#bereich hängt vom Ausmass des Beleucbtungsschlitzes ss, des Gehäuseschlitzes 25 und deg Schlitzen 30 in der Trägerscheibe 15 ab. Erstreckt sich diese Schlitze über einem. Bereich von, 1800, dann ist ein ebensQ grosser Messbereich gegeben.
Vor Beginn jeder Messung bzw. Einstellung der Winkellage des WerkzeugtRaschinssn- kopfes ist zu kontrollieren, ob die 90'-An- zeige des Messgerätes auch tatsächlich mit der Senkrechtlage der Spindelachse in beaug auf die Tischfläche der Werkzeugmaschine übereinstimmt. Auch zu diesem Zweck kann das gemäss Fig. 1 bis 4 konstruierte Messgerät verwendet werden, indem das Messgerät bei abgenommenem Schaft mit der planen Ringfläche 8 nach unten auf den
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geben sich bei eingespielter Libelle Abweichungen von der Nullage, dann kann man bei Schwenktischen diesen so lange verschwenken, bis die Nullage erreicht ist.
Bei kleineren Abweichungen und nicht schwenkbaren Tischen kann man durch Drehen einer planparallelen Justierplatte im Strahlengang des Ablesemikroskopes eine entsprechende Korrektur vornehmen.
An das so korrigierte Messgerät wird nun der Schaft 1 angebracht und dieser in den Innenkonus der Werkzeugspindel eingesetzt.
Bei exakter gegenseitiger Auflage der Planflächen des Schaftes bzw. des kragenartigen Ringes 7 und der Ringfläche 8 stimmt die 90 -Anzeige des Messgerätes genauestens mit der Senkrechtlage der Spindelachse in bezug auf die Tischebene überein und jede. Messung bzw. Einstellung des Werkzeugmaschinenkopfes bringt äusserst exakte Ergebisse.
Die Anwendungsmöglichkeiten der beschriebenen, erfindungsgemässen Vorrichtung, sei es, dass dafür die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Winkellibelle verwendet wird, oder sei es, dass ein anderes optisches Winkelmessgerät in der erfindungsgemässen Art verwendet wird, sind sehr zahlreich. Ganz allgemein kann man sagen, dass sich die erfindungsgemässe Vorrichtung bei allen Werkzeugmaschinen mit Vorteil anwenden lässt, welche aus der Horizontalen oder Vertikalen schwenkbare, das Werkzeug aufnehmende Teile (Spindeln, Supporte etc.) besitzen. Als Beispiele seien genannt : Ver- tikalfräsmaschinen mit schwenkbaren Fräsköpfen, Karussel-Drehbänke, Schleifmaschinen, Verzahnungsmaschinen, Teilköpfe, Rundtische, Bohraggregate an Transfermaschinen, Hobelmaschinen etc.
Mit der Erfindung wird auf dem Gebiete der Werkzeugmaschinen ein wesentlicher technischer Fortschritt erzielt. Ohne langwierige und wiederholte Kontrollmessungen an Probewerkstücken mit nachfolgenden Korrekturen der Lage von Werkzeugmaschinenteilen gelingt es durch Anwendung des er- findungsgemässen Gerätes in direkter Messung und-abgesehen von der Justierung des Teilkreises-mit Hilfe einer einzigen Einstellung Winkelgenauinkeiten von l'und weniger zu erzielen. Es ist ausser der erhöhten Einstellgenauigkeit beträchtlich, was durch die Erfindung an Arbeitszeit und Material (durch das Vermeiden von Probestücken) erzielt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung oder Einstellung der Winkellage eines schwenkbaren Werkzeugmaschinenkopfes mittels eines in gleicher Weise wie das Werkzeug am Werkzeugmaschinenkopf montierbaren Winkelmessgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Winkelmessgerät ein optisches Ablesegerät vorgesehen ist, welches die Winkellage an einem streng parallel zur Schwenkebene des Werkzeugkopfes ausrichtbaren Teilkreis abzulesen gestattet.