Vorrichtung zur Winkelmessung und -einstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung und Einstellung der Winkellage eines in einer vertikalen Ebene schwenkbaren Werkzeugma schinenkopfes, mit einem Montagekörper, der justier- bar am Werkzeugmaschinenkopf befestigt ist, und einem lösbar mit dem Montagekörper verbundenen optischen Winkelmessgerät.
Die indirekte Anordnung eines Winkelmessgerätes am schwenkbaren Werkzeugmaschinenkopf unter Zwischenschaltung eines Montagekörpers, z. B. einer Montageplatte, ist einer direkten Dauerbefestigung des Winkelmessgerätes aus mehreren Gründen vorzuzie hen. Die Winkelmessgeräte sind, wenn es sich um op tische Geräte handelt, sehr feine und teuere Geräte, und es ist daher zweckmässig, wenn man für mehrere Werkzeugmaschinen mit einem einzigen Gerät das Auslangen findet. Dies wird durch Verwendung von Montagekörpern dadurch möglich, dass man an einer Reihe von Werkzeugmaschinen gleichartige Montage körper anbringt, welche zur lösbaren, raschen Auf nahme ein und desselben Winkelmessgerätes geeignet sind. Die Montagekörper werden einmal justiert und bleiben in der justierten Lage dauernd am Werk zeugmaschinenkopf befestigt.
Die Verwendung eines justierten Montagekörpers und die leicht lösbare Verbindung des Winkelmess gerätes mit diesem hat auch noch den Vorteil, dass nach dem Mess- bzw. Einstellvorgang das Messgerät von der Werkzeugmaschine leicht entfernt werden kann und das empfindliche optische Gerät nicht der Erschütterung während des Arbeitens der Maschine ausgesetzt ist.
Die Verwendung eines optischen Winkelmess gerätes ist aber nur dann zweckmässig, wenn eine äusserst genaue Justierung desselben vorgenommen werden kann. Das bedeutet, dass nicht allein die ge naue einmalige Justierung des Montagekörpers ge- nügt, sondern dass die lösbare Anbringung des Mess gerätes mit Sicherheit immer genau dieselbe Lage des Messgerätes in bezug auf den Montagekörper gewähr leistet, es muss also die lösbare Verbindung des Mess gerätes mit dem Montagekörper eine vollkommen spielfreie sein. Insbesondere muss jegliches Bewe gungsspiel des Messgerätes gegenüber der Montage platte in einer zur Schwenkebene des Werkzeugma schinenkopfes parallelen Ebene vermieden werden. Ein solches Bewegungsspiel würde sich in vollem Ausmass als Messfehler bemerkbar machen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist daher so ausgebildet, dass die Berührung zwischen dem Mon tagekörper und dem Winkelmessgerät längs Planflä chen erfolgt, die im wesentlichen senkrecht zur Schwenkebene des Werkzeugmaschinenkopfes liegen, wobei diese Berührung unter Kraftschluss erfolgt.
Durch diese Massnahme wird eine hinsichtlich Verdrehungen in einer zur Schwenkebene parallelen Ebene völlig spielfreie Ankupplung des Messgerätes an den Montagekörper möglich.
Für die erfindungsgemässe Vorrichtung lassen sich verschiedene der bekannten optischen Winkelmess geräte anwenden. Bevorzugt ist die Anwendung von Winkellibellen. Diese Geräte sind bereits bis zu einer sehr hohen Präzision entwickelt. Es können aber auch andere Geräte mit optischer Teilkreisablesung ver wendet werden. Anstelle der Libelle muss dabei auf andere Weise eine eindeutige Bezugsebene fixiert wer den. Dies ist z. B. möglich durch Anwenden eines Kollimator-Fernrohres am Winkelmessgerät. Diese Anwendung erfordert natürlich an irgendeiner Stelle der Werkzeugmaschine, z.
B. am Tisch, die Anwesen heit einer genauen Planfläche. Die Libelle kann auch durch einen Winkelkomparator ersetzt werden. Aller- dings sind dabei nur Stellungen, die nicht allzuweit von der Vertikale abweichen, einstellbar. Die Erfindung ist in den Zeichnungen durch Aus führungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt in sche matischer Darstellung die Anwendung der Vorrich tung bei einer Hobelmaschine. Fig. 2 ist eine ver grösserte Detailansicht der Fig. 1. In der Fig. 3 ist ein als Montageplatte ausgebildeter Montagekörper in Draufsicht dargestellt. Fig. 5 zeigt die Anwendung des Winkelmessgerätes zum Ausrichten des Werk zeugmaschinentisches.
Fig. 6 zeigt eine Besonderheit der optischen Einrichtung des Winkelmessgerätes in schematischer Darstellung. Fig. 7 zeigt die Verwen dung eines als Montagewinkel ausgebildeten Montage körpers in einer Ansicht von oben. Die Fig. 8 zeigt eine analoge Anwendung wie die Fig. 2, jedoch mit verändertem Lichteinfall. Fig. 4 zeigt ein Detail des Winkelmessgerätes im Schnitt.
In Fig. 1 ist mit 1 der Support einer Hobelma schine bezeichnet. Die Supportbewegungsrichtung ist durch den Pfeil 2 charakterisiert. An der Seitenfläche 3 des Supports 1 ist eine Montageplatte 4 befestigt, auf die in lösbarer Verbindung ein optisches Winkel messgerät 5 (Winkellibelle) aufgesetzt ist.
In der Fig.2 ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch eine vergrösserte Detaildarstellung näher erläutert. Mit 3 ist wiederum die Seitenfläche des Supports 1 bezeichnet. Die Montageplatte weist eine obere Planfläche 6 auf, welche als Berührungsfläche zwischen der Montageplatte 4 und dem Winkelmess gerät 5 dient.
Noch genauer ist die Ausführung der Montage platte 4 aus Fig. 3 zu ersehen. In der Planfläche 6 sind Bohrungen 7 und 7' vorhanden. Diese Bohrun gen 7 und 7' sind für die Befestigungsschrauben vor gesehen, die Bohrung 7 für Zugschrauben und die Bohrungen 7' für Druckschrauben. Durch diese je drei Druck- und Zugschrauben wird die Montage platte 4 justierbar am Support der Werkzeugmaschine befestigt. Die Planfläche 6 der Montageplatte 4 wird in der Längsrichtung von einer Längsnut 8 durch setzt. Die Längsnut 8 ist an ihren beiden Enden teil weise überlappt, wobei die Vorsprünge 9 bündig mit der Planfläche 6 abschliessen, also praktisch auch einen Bestandteil der Planfläche 6 bilden.
Die Berührungsfläche 11 des Winkelmessgerätes 5 mit der Montageplatte 4 ist an einer Zwischenplatte 10, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ausgebildet. Die Zwi schenplatte 10 kann mit Hilfe von Klemmschrauben 12 in innige Berührung mit der Montageplatte 4 gebracht werden. Zur besseren Führung der Zwi schenplatte 10 auf der Montageplatte 4 dienen Füh rungsvorsprünge 13, welche an der Zwischenplatte 10 angeordnet sind und welche beim Aufsetzen des Win kelmessgerätes 5 auf die Montageplatte 4 in der Längsnut 8 der Montageplatte 4 geführt sind. Ein An schlagzapfen 14 an der Zwischenplatte 10 und eine entsprechende Ausnehmung 15 in der Montageplatte 4 (Fig. 3) dienen ebenfalls dazu, dass beim Aufsetzen des Winkelmessgerätes 5 dieses immer in derselben Lage zur Montageplatte 4 zu liegen kommt.
Ein Schnitt durch die Zwischenplatte 10 ist in Fig. 4 dargestellt. Daraus sieht man, dass die Zwi schenplatte 10 einen kegelstumpfförmigen Ansatz 16 aufweist, der eine justierbare und zentrierbare Ver bindung zwischen der Zwischenplatte 10 und dem Gehäuse des Winkelmessgerätes 5 ermöglicht.
Das Winkelmessgerät ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich und wie bereits erwähnt, eine Winkellibelle. Mit 17 ist die Reversionslibelle bezeichnet. 18 ist die äussere Kreisteilung. Mit 19 ist der Mikroskoptubus bezeich net. Im Tubus 20 ist die Optik für radialen (in bezug auf den Teilkreis) Lichteintritt enthalten. 21 ist ein Umschaltknopf für wahlweise radialen Lichteintritt oder Lichteintritt auf der Rückseite des Winkelmess gerätes.
Im folgenden soll der Justier- und Messvorgang erläutert werden: Zunächst ist es einmal wichtig, dass die Montage platte 4 an der Seitenfläche 3 des Supports 1 so mon tiert wird, dass die Planfläche 6 der Montageplatte 4 parallel zur Bewegungsrichtung 2 des Supports 1 zu liegen kommt. Diese Arbeit muss sehr sorgfältig durchgeführt werden, braucht aber nicht vor jedem Messvorgang wiederholt zu werden, da die Montage platte 4 einmal richtig eingestellt, dauernd unver ändert montiert bleibt. Für dieses Parallelrichten der Montageplatte 4 zur Supportbewegungsrichtung 2 können bekannte Methoden (z. B. mit Hilfe von Fein tastern) angewendet werden.
Für das Parallelrichten der Planfläche 6 zur Sup portbewegungsrichtung 2 ist es nicht unbedingt er forderlich, dass die Berührungsfläche der Montage platte 4 mit dem Support 1 genau parallel zur Plan fläche 6 liegt. Diese Parallelität ist jedoch zweck mässig, weil bei manchen Werkzeugmaschinen die Sei tenfläche des schwenkbaren Werkzeugmaschinenkop fes Stellen aufweist, die von vornherein exakt parallel zur Supportbewegungsrichtung (bzw., wenn es sich z. B. um eine Vertikalfräsmaschine handelt, parallel zur Spindelachse) sind. In diesem Fall muss nur ge trachtet werden, dass die planparallele Montageplatte auf der erwähnten Stelle am Werkzeugmaschinenkopf satt aufliegt. Die Parallelität der Planfläche 6 zur Supportbewegungsrichtung 2 (bzw. zur Spindelachse) ergibt sich dann von selbst.
Vor Beginn jeder Messung bzw. Einstellung der Winkellage des Werkzeugmaschinenkopfes ist zu kon trollieren, ob die 90 Anzeige des Messgerätes auch tatsächlich mit der Senkrechtlage der Supportbewe gungsrichtung (bzw. der Spindelachse) in bezug auf die Tischfläche der Werkzeugmaschine übereinstimmt. Zu diesem Zweck wird das Messgerät, wie aus Fig. 5 ersichtlich, auf den Werkzeugmaschinentisch 24 ge stellt und die Nullage des Messgerätes kontrolliert. Ergeben sich bei eingespielter Libelle 17 Abweichun gen von der Nullage, dann kann man bei Schwenk tischen diesen so lange verschwenken, bis die Nullage erreicht ist.
Bei kleineren Abweichungen und<B>-</B>nicht schwenkbaren Tischen kann man durch Drehen der planparallelen Justierplatte 25 im Strahlengang des Ablesemikroskopes um die Achse 26 (Fig. 6) eine entsprechende Korrektur vornehmen.
Das so korrigierte Messgerät wird nun an der Montageplatte 4 des Supports 1 angebracht. Bei exakter Auflage der Planfläche 11 des Messgerätes auf der Planfläche 6 der Montageplatte 4 stimmt die 90 Anzeige des Messgerätes genauestens mit der Senk rechtlage der Supportbewegungsrichtung (bzw. der Spindelachse) in bezug auf die Tischebene überein und jede Messung bzw. Einstellung des Werkzeugma schinenkopfes bringt äusserst exakte Ergebnisse.
Wenn man bei der Kontrolle der Nullage des Messgerätes am Werkzeugmaschinentisch darauf achtet, dass die Teilkreisebene des Messgerätes par allel zur Schwenkebene des schwenkbaren Werkzeug maschinenkopfes liegt (z. B. durch Ausrichten an den Tischnuten) und das Messgerät, ohne es um 180 um seine Achse zu drehen, zur Montageplatte bringt, ist es nicht notwendig, dass die Planfläche 11 des Mess gerätes in der Nullage desselben genau horizontal liegt. Diese Horizontallage der Planfläche 11 in der Nullage des Messgerätes ist aber sehr zweckmässig, weil dann manche Vorsichtsmassregeln sich erübrigen und ausserdem Absoluteinstellungen der Horizontal lage des Werkzeugmaschinentisches ermöglicht wer den.
Es sei erwähnt, dass die Kontrolle der Nullage des Messgerätes bzw. die Korrektur derselben auch ohne Verwendung einer nicht montierten Montageplatte 4' (Fig. 5) erfolgen kann. Es ist auch möglich - und wenn die Montageplatte 4' nicht exakt planparallele Flächen 23 aufweist, sogar notwendig - dass das Mess gerät mit seiner Planfläche 11 direkt auf den Werk zeugmaschinentisch 24 aufgestellt wird.
Es wurde gefordert, dass bei der Justierung der Montageplatte 4 deren Planfläche 6 exakt parallel zur Supportbewegungsrichtung 2 (bzw. Spindelachse) des schwenkbaren Werkzeugmaschinenkopfes sein soll. Es ist natürlich auch darauf zu achten, dass die be sagte Planfläche 6 der Montageplatte 4 ausserdem in einer Ebene senkrecht zur Schwenkebene des Werk zeugmaschinenkopfes liegt, jedoch wirken sich kleinste Abweichungen aus dieser Lage, wenn sie nur 1 betragen, im Mess- bzw. Einstellergebnis prak tisch nicht aus. Dasselbe gilt, wenn die Achse und die dazu parallelen Seitenwände der Längsführungs nut 8 der Montageplatte 4 (Fig. 3) nicht genau par allel zur Schwenkebene des Werkzeugmaschinenkop fes liegen.
In analoger Weise wirken sich kleinste Abwei chungen der Planfläche 11 des Messgerätes von der Senkrechtlage zur Teilkreisebene und Abweichungen der Seitenwände der Führungsvorsprünge 13 der Planfläche 11 des Messgerätes von der Parallelität zur Teilkreisebene auf das Mess- bzw. Einstellergebnis praktisch nicht aus.
Die Auswahl des Ausführungsbeispieles, bei dem der Montagekörper eine Montageplatte ist, welche an der senkrecht zur Schwenkebene des Werkzeugma schinenkopfes liegenden Seitenfläche desselben ange- ordnet ist, wobei bei der Montage des Messgerätes eine exakte Berührung der Planfläche 6 der Montage platte 4 mit der Planfläche 11 des Messgerätes wesent lich ist, ist nicht eine rein zufällige aus der Vielzahl der Möglichkeiten.
Für ein exaktes Mess- bzw. Einstellergebnis gilt nämlich ganz allgemein die Forderung, dass die Be rührung zwischen dem Montagekörper und dem Mess gerät längs einer bestimmten Fläche, die nicht parallel zur Schwenkebene des Werkzeugmaschinenkopfes sein darf, eine exakte sein muss. Am besten ist es, wenn die Berührung längs einer etwa senkrecht zur Schwenkebene liegenden Ebene erfolgt.
Dies ist nun beim beschriebenen Ausführungsbei spiel in idealer Weise verwirklicht. Die kritischen Be rührungsebenen am Montagekörper und am Messgerät liegen tatsächlich etwa senkrecht zur Schwenkebene des Werkzeugmaschinenkopfes und lassen sich, da es freie Planflächen (und nicht etwa Seitenflächen von Nuten) sind, äusserst genau bearbeiten. Dass diese kritischen Berührungsflächen ausserdem verhältnis mässig gross sind (Hauptberührungsflächen), ist - ein weiterer Vorteil.
Die Ausrichtung dieser im wesentlichen als freie Planflächen ausgebildeten Berührungsflächen parallel zur Supportbewegungsrichtung bzw. zur Spindelachse gestattet ferner die oben beschriebene einfache exakte Kontrolle der Senkrechtlage der Supportbewegungsrich tung bzw. Spindelachse in bezug auf die Tischebene bei der 90 -Einstellung des Winkelmessgerätes. Man kann daher sagen, dass immer dann hohe Genauigkei ten der Messung bzw.
Einstellung und günstige Ju- stierbedingungen vorhanden sind, wenn die Berüh rung zwischen dem Montagekörper und dem Winkel messgerät längs im wesentlichen freier Planflächen er folgt, die senkrecht zur Schwenkebene des Werkzeug maschinenkopfes und parallel zur Supportbewegungs richtung bzw. Spindelachse liegen.
Dementsprechend wird man bei Werkzeugmaschi nen, die an der Seitenfläche des Schwenkkopfes aus Platzmangel die Anordnung einer Montageplatte nicht zulassen, an der Stirnseite 28 derselben, wie aus Fig. 7 ersichtlich, einen Montagewinkel 29 anbringen, bei dem wiederum die Berührung mit dem Winkelmess gerät 5 längs einer Planfläche 30 erfolgt, die senkrecht zur Schwenkebene des Werkzeugmaschinenkopfes und parallel zur Supportbewegungsrichtung bzw. Spindel achse liegt.
Die lösbare Verbindung des Winkelmessgerätes mit dem Montagekörper kann auch durch magne tische Anziehung erfolgen. Beispielsweise kann die Montageplatte 4 ein Permanentmagnet sein und die Zwischenplatte 10 des Winkelmessgerätes aus ferro- magnetischem Material bestehen. Wenn die magneti schen Kräfte genügend stark sind, wird ebenso wie durch den Bajonettverschluss eine satte Auflage der kritischen Berührungsflächen zwischen dem Messgeräf und dem Montagekörper erzielt.
Bei den bisher dargestellten Ausführungsbeispie len erfolgte der Lichteinfall zur Optik des Winkel- messgerätes 5 durch den Tubus 20 jeweils von oben. Wenn man jedoch das Winkelmessgerät 5, so wie in Fig. 8 dargestellt, an der nach unten gerichteten Sei tenfläche 3 des Supports 1 anordnet, dann ist es zweckmässig, das Messgerät 5 mit dem Tubus 20 nach unten auf der Montageplatte zu befestigen.
Die Vorrichtung lässt sich bei fast allen Werk zeugmaschinen mit schwenkbarem Kopf anordnen, z. B. bei Hobelmaschinen, Wälzfräsmaschinen, Portal fräsmaschinen, Bohrmaschinen und dergleichen. Es muss nur an den vertikal schwenkbaren Spindelköp fen oder Supporten genügend Platz für die Befesti gung des Montagekörpers sein.