DD220924A1

DD220924A1 - Verfahren zur dynamischen werkstueckdurchmesserbestimmung bei numerisch gesteuerten drehmaschinen

Info

Publication number: DD220924A1
Application number: DD25642983A
Authority: DD
Inventors: Joachim Knauthe; Wolfgang Dulich; Bernward Schaeckel
Original assignee: F E Und Rationalisierung Des S
Priority date: 1983-11-08
Filing date: 1983-11-08
Publication date: 1985-04-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Werkstueckdurchmesserbestimmung bei numerisch gesteuerten Drehmaschinen fuer solche Anwendungsfaelle, wo mittels Messwertaufnehmer im Arbeitsraum der Drehmaschine Werkstueckdurchmesserermittlungen erfolgen. Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines automatisierbaren, kostenguenstigen und zeitsparenden Messverfahrens, wobei Einfluesse von Rundlauf-, Form- und Lageabweichungen des Werkstueckes und der Werkstueckspanneinrichtung ausgeschlossen werden. Erfindungsgemaess erfolgt unter Verwendung eines am Werkzeugtraeger befestigten, in Bearbeitungsrichtung auslenkbaren, messenden Aufnehmers die Antastung des Werkstueckes waehrend der Drehbewegung des Werkstueckes. Durch eine Mittelwertbildung in einem Auswertegeraet in Form eines integralen Mittelwertes wird ueber die programmierte Position des Messwertaufnehmers unter Nutzung der Wegmesssysteme der Drehmaschine der Istwert des zu messenden Durchmessers berechnet und in Verbindung mit den vorgegebenen Sollwerten zur Qualitaetsregelung und Werkzeugkorrektur genutzt. Durch die Antastung des Werkstueckes waehrend der Drehbewegung wird gleichzeitig der Messort von Verunreinigungen gereinigt, wodurch die Genauigkeit der internen Messung erhoeht wird.

Description

Anwendungsgebiet'.' >' ~

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Werkstückdurchmesserbestimmung bei numerisch gesteuerten , Drehmaschinen. Vorzugsweise findet die Erfindung Anwendung bei der internen Werkstückdurchmesserermittlung mittels Meßwertaufnehmer im Arbeitsraum vdn numerisch gesteuerten Drehmaschinen. / .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß für die Ermittlung von Werkstückdurchmesser im Arbeitsraum numerisch gesteuerter Drehmaschinen sowohl messende als auch schaltende Taster im Ein-bzw. Zweipunktmeßverfahren Verwendung finden., Die Meßwertaufnahme erfolgt hierbei generell statisch, d. h. die Ermittlung der zu prüfenden Durchmesser erfolgt bei feststehendem und in der Werkstückspannvorrichtung befindlichen Werkstück. In einer bekannten Meßeinrichtung, dargestellt in DE OS 2002525 wird mittels Meßtaster das Werkstück im Arbeitsraum einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemessen. Dabei wird der Meßtaster, der sich im Werkzeugträger der Werkzeugmaschine befindet, mittels NC-Steuerung an die vorgegebenen Meßorte am bearbeiteten und stillstehenden Werkstück herangeführt. Mit Hilfe eines Einpunktmeßgerätes wird unter Ausnutzung der Wegmeßsysteme der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine jeder beliebige Durchmesser ii automatisch ermittelt. _;

Für dieses Meßprinzip wurden verschiedene schaltende und messende Tastsysteme entwickelt, die mit Hilfe von verschiedenen Auswerte- und Steuergeräten eine Durchmesserbestimmung ermöglichen. Dabei wird auf Grund der Tatsache, daß die Antastung des stillstehenden Werkstückes an einem bzw. maximal an zwei Punkten des Durchmessers vollzogen werden kann, das Meßergebnis durch Rundlaufabweichungen, Form- und Lageabweichungen am Werkstück und an der Werkstückspannvorrichtung negativ beeinflußt.

Zur Kompensation dieser Einflüsse sind vielfache Messungen am Umfang des zu bestimmenden Werkstückdurchmessers und der Spanneinrichtung notwendig, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Meß- und Auswertezeiten und damit einer Verringerung der Arbeitsproduktivität führt. Gleichzeitig erfordert diese Vielfachantastung eine zusätzliche komplizierte Steuerung des Messungsdurchführung, da die Verteilung der Meßorte am Umfang des Werkstückdurchmessers gleichmäßig sein muß. Aus den Ergebnissen der Vielfachantastung muß dann eine Mittelwertbildung vorgenommen werden. Da die Durchmesserbestimmung meist nach einer erfolgten Bearbeitung des Werkstückes in der Werkzeugmaschine durchgeführt wird, haften am Werkstück Staub, Späne bzw. Kühl- und Schneidmittelreste. Diese anhaftenden Verunreinigungen am Werkstück verfälschen das Meßergebnis um einen weiteren Anteil und müssen bei den bekannten Meßverfahren zusätzlich entfernt werden, wenn sie das Meßergebnis nicht beeinflussen sollen.

Ziel der Erfindung!

Zweck der Erfindung ist es, eine automatisierbare, kostengünstige, zeitsparende und sichere Möglichkeit zur Ermittlung von Werkstückdurchmessern im Arbeitsraum von numerisch gesteuerten Drehmaschinen unter Ausschluß der Einflüsse von Rundlauf-, Form- und Lageabweichungen des Werkstückes und der Werkstückspanneinrichtung und von am Werkstück anhaftenden Verunreinigungen zur Erhöhung der Genauigkeit der internen Messung zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Ermittlung von Werkstückdurchmessern im Arbeitsraum von numerisch gesteuerten Drehmaschinen so zu gestalten, daß die Meßwertermittlung am sich drehenden Werkstück und an der sich drehenden Werkstückspanneinrichtung zur Kompensation von Rundlauf-, Form- und Lageabweichungen bzw. Vermeidung der Einflüsse von am Werkstück anhaftenden Verunreinigungen erfolgt.

Außerdem soll gleichzeitig durch Ausnutzung des Meßergebnisses eine Steuerung der Werkzeugkorrektur erfolgen und im Sinne einer Qualitätsregelung die Bearbeitungsgenauigkeit des Prozesses erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung eines am Werkzeugträger befestigten, in Bearbeitungsrichtung auslenkbaren, messenden Aufnehmers die Antastung des Werkstückes während der Drehbewegung erfolgt und in einem Auswertegerät eine Mittelwertbildung vorzugsweise in Form eines integralen Mittelwertes

a . . ...

vorgenommen und über die programmierte Position des Meßwertaufnehmers unter Nutzung der Wegmeßsysteme der j Drehmaschine der Durchmesser des Werkstückes bestimmt wird. . '

-2- ZS6 4Z9 3

Der im Auswertegerät gebildete integrale Mittelwert entspricht dem Wert eines Ausgleichskreises, wobei die Einflüsse von Rundlauf-, Form- und Lageabweichungen durch diese Mittelwertbildung eleminiert werden. Dabei bildet dieser gefundene Integralmittelwert R im Bereich des Anfangwertes a und des Endwertes b der Messung bei einer beliebigen _v

Durchmesseränderung, dargestellt als Funktion f (x) mit dem Einstellwert des Meßwertaufnehmers, gemessen am Wegmeßsystem der numerisch gesteuerten Drehmaschine, das Maß für den Werkstückdurchmesser. Der Anfangwert a und der Endwert b sind vorzugsweise auf ein und demselben Punkt des Umfangs des zu messenden Durchmessers zu legen. Das bedeutet, daß während der kontinuierlichen Meßwertübernahme vorzugsweise ganzzahlige Umdrehungen des Werkstückes zu realisieren sind.

Das Verfahren erlaubt die Nutzung einer oder beliebig vieler Umdrehungen des Werkstückes, da die Funktion f(x) periodisch ' wiederkehrt. ' ,

Wird eine Werkstückdurchmesserbestimmung an Spitzendrehteilen vorgenommen, ist eine dynamische Einpunktmessung notwendig. Bei Futterdrehteilen ist eine dynamische Zweipunktmessung oder ebenfalls eine dynamische Einpunktmessung anwendbar. Bei der Einpunktmessung ist ein Abgleich des Meßwertaufnehmers an einem hinsichtlich der Lagezuordnung zum Koordinatenwegmeßsystem der numerisch gesteuerten Drehmaschine definierten Referenzpunkt erforderlich. Durch die Möglichkeit der dynamischen Messung und gleichzeitiger Bildung des Integralmittelwertes kann die Lage des Referenzpunktes, der die Verlagerung der Hauptspindelachse und der Werkzeugspannvorrichtung infolge unterschiedlicher" Einflüsse darstellt, durch ein dynamisches Antasten eines Durchmesser der Werkstückspannvorrichtung ermittelt werden. Als Referenzpunkt wird die sich drehende Verlängerung der Hauptspindel bzw. Werkstückspannvorrichtung genutzt, wobei durch die dynamische Messung Fehler der Hauptspindel bzw. Werkstückspannvorrichtung wie Rundlauf-, Form-und Lageabweichungen, kompensiert werden und dadurch ein Referenzpunkt mit hoher Genauigkeit geschaffen wird. Die Antastung während der Rotationsbewegung beseitigt gleichzeitig im Sinne einer Selbstreinigung den Meßort von Verunreinigungen, da die Antastspitze des Meßwertaufnehmers mit einer definitiven Kraft auf dem Meßobjekt aufliegt und die Verunreinigungen relativ locker anhaften. . ,

Die durch die dynamische Messung ermittelten Maße der Werkstückdurchmesser, die Istmaße darstellen, können in der WZM-Steuerung oder in einer gesonderten Auswerteinheit beispielsweise zur Qualitätsregelung und Werkzeugkorrektur weiter verarbeitet werden.

Anwendungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden.

Es zeigt .

Fig. 1: Anwendung der dynamischen Werkstückdurchmesserbestimmung durch dynamische Einpunktmessung an einem, Futterteilwerkstück

Der am Werkzeugträger 1 befestigte Meßwertaufnehmer 2 ist in x-Richtung, Bearbeitungsrichtung für den Durchmesser, auslenkbar. Zu Beginn der Messungsdurchführung wird der Meßwertaufnehmer 2 an die sich drehende Werkstückspannvorrichtung 3 herangeführt, die den Referenzpunkt mit dem Maß D_F bildet. Zu Beginn der Serienfertigung wird der Meßwertaufnehmer 2 am Referenzpunkt mittels der dynamischen Einpunktmessung kalibriert. Das Werkstück 4 ist in der Werkstückspannvorrichtung 3 eingespannt. Die zu bestimmenden Durchmesser D₀ und Dj des sich drehenden Werkstückes werden nach dem Erfassen der Lage des Referenzpunktes ebenfalls mittels des im Werkzeugträger 1 befindlichen Meßwertaufnehmers 2 angetastet. Hierzu wird der Werkzeugträger 1 durch das Antriebssystem und die Wegmeßsysteme der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine in die vorher programmierten Sollpositionen verfahren.

Die durch die dynamische Einpunktmessung ermittelten Integralmittelwerte Rp, R_a und R, stellen die Abweichung von der > programmierten Sollposition der Durchmesser D_F, D_a und D₁ dar und ergeben nach Verrechnung der einzelnen Meßwerte in Form der Integralmittelwerte mit den Sollpositionen das Istmaß für die Werkstückdurchmesser. . ,

Die Sollkoordinaten der x-Achse des Wegmeßsystems, der Werkzeugmaschine für den Außendurchmesser D_a des Werkstückes 4 ergeben sich aus der Summe des Sollwertes für D_a, den halben Betrag der Toleranzmitte des gefertigten Werkstückes und dem Wert x, der den Abstand der Spitze des Meßwertaufnehmers 2 von der Nullinie des Koordinatensystems der .

Werkzeugmaschine entspricht. Das Istmaß für den Durchmesser D_a ergibt sich dann aus der Korrektur der Sollposition D_a um den Betrag des ermittelten Integralmittelwertes R₀

Analog ist bei dem Durchmesser Dj zu verfahren.

Durch Verlagerung der auf der Hauptspindel der Werkzeugmaschine angeordneten Werkstückspannvorrichtung 3 kann bei der Serienbearbeitung ein Abwandern des dynamischen Mittelwertes R_F für D_F auftreten. Die Abweichungen des am Referenzpunkt kalibrierten Meßwertaufnehmers 2 werden bei der Berechnung der Istwerte der Durchmesser D_a und D₁ mit einbezogen und der Meßwertaufnehmer 2 wird erneut kalibriert. Die ermittelten Istwerte für die einzelnen Durchmesser D_F, D_a und Dj werden im Sinne einer Qualitätsregelung zur Korrektur des Werkzeugträgers 1 genutzt.

Claims

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1. Verfahren zur dynamischen Werkstückdurchmesserbestimmung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen zur Ermittlung des Werkstückdurchmessers mittels Meßwertaufnehmer im Arbeitsraum der Drehmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen am Werkzeugträger befestigten, in Bearbeitungsrichtung auslenkbaren Meßwertaufnehmer die Antastung des Werkstückes Während der Drehbewegung erfolgt und durch Bildung eines Mittelwertes, vorzugsweise eines integralen Mittelwertes, in einer Auswerteeinheit über die programmierte Position des Meßwertaufnehmers unter Nutzung der Wegmeßsysteme der Drehmaschine der Istwert des zu messenden Durchmessers berechnet und in Verbindung mit den vorgegebenen Sollwerten zur Qualitätsregelung und Werkzeugkorrektur genutzt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangswert a und der Endwert b des Integralmittelwertes vorzugsweise auf demselben Punkt des Umfanges des zu bestimmenden Durchmessers zu legen ist und die Anzahl der während der Messung durchgeführten Umdrehungen des Meßobjektes unabhängig vom Meßergebnis ist.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einpunktmessung der Referenzpunkt auf die Hauptspindelverlängerung bzw; Werkstückspannvorrichtung gelegt wird.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt dynamisch ermittelt und kalibriert wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung .