DE10030087A1

DE10030087A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen und Bearbeiten von Werkstücken

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Publication number: DE10030087A1
Application number: DE10030087A
Authority: DE
Original assignee: Boehringer Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: US20040215414A1; JP2004504950A; ES2254473T3; DE10030087B4; WO2001098847A2; EP1366394B1; ATE310982T1; EP1366394A2; DE50108206D1; WO2001098847A3

Description

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft die spannende Bearbeitung von Werkstücken mit rotations symmetrischen, insbesondere exzentrisch rotationssymmetrischen, Flächen, bei spielsweise die Hublagerstellen von Kurbelwellen.

II. Technischer Hintergrund

Kurbelwellen sind aufgrund ihrer mehrfach gekröpften Form vergleichsweise labile Werkstücke.

Da bei der Bearbeitung von Kurbelwellen in großen Stückzahlen die Her stellungskosten und damit eine möglichst kurze Bearbeitungszeit im Vordergrund steht, liegt die Tendenz auf der Hand, die notwendige Materialabnahme mittels spanender Bearbeitung möglichst schnell zu vollziehen. In der Regel steigen da mit die Bearbeitungskräfte. Gleichzeitig müssen jedoch die geforderten Toleran zen, beispielsweise hinsichtlich der Rundheitsabweichung, insbesondere bei den Hublagerstellen, aber auch bei den Mittellagerstellen, eingehalten werden.

Die theoretische Festlegung der maximal zulässigen Bearbeitungskräfte und damit der Bearbeitungsparameter ist nur teilweise möglich, so dass immer zu sätzlich eine Überprüfung der Rundheitsabweichung und gegebenenfalls auch der Hubhöhe am bearbeiteten Werkstück und im Vergleich mit den zulässigen Toleranzen eine Korrektur der Bearbeitungsparameter notwendig ist.

Dieses Problem tritt bei Hublagerstellen besonders dann auf, wenn die Hub lagerstellen beispielsweise mittels Fräsen und in zentrischer Aufspannung der Kurbelwelle durchgeführt wird, bei der das Fräswerkzeug der exzentrisch rotie renden Hublagerstelle in Querrichtung jeweils nachgeführt wird.

Dabei ist es bereits bekannt, die Rundheitsabweichungen der bearbeiteten Kurbelwelle im Meßlabor, also nach Ausspannen der Kurbelwelle aus der Bear beitungsmaschine, festzustellen. Dabei treten zwei Schwierigkeiten gemeinsam auf: Zum einen müssen die festgestellten Rundheitsabweichungen in exakte Be ziehung zur jeweiligen Winkelstellung der Kurbelwelle vorher in der Bearbei tungsmaschine gebracht werden, und ebenso die festzulegenden Korrekturwerte, um die Rundheit zukünftig zu verbessern.

Zusätzlich verformt sich die Kurbelwelle allein durch das Ausspannen, da die Auflagerung/Einspannung der Kurbelwelle im Meßlabor grundsätzlich eine andere ist als in der Bearbeitungsmaschine.

Weiterhin ist es bekannt, eine Meßvorrichtung direkt in der Maschine anzuordnen, so dass die Kurbelwelle in dem in der Werkzeugmaschine gespannten Zustand auf Rundheit und gegebenenfalls zusätzlich auf Hub vermessen werden kann.

Dabei wird ein Meßarm an die Kurbelwelle herangeschwenkt um eine Schwenk achse, die parallel zur Längsachse der Kurbelwelle verläuft. Der Meßarm trägt ein Prisma, welches bis zur Anlage an die zu vermessende z. B. Lagerfläche heran geführt wird. Dann wird mit einem Meßtaster, der im Zwischenwinkel des Meß prismas in der Vorrichtung vorhanden ist, der Abstand der Oberfläche des Werk stückes zum Grunde des Prismas gemessen.

Diese Vorgehensweise wird in mehreren Winkelstellungen der zu vermessenden Lagerfläche durchgeführt.

Um dies bei exzentrisch rotierenden Flächen, beispielsweise einer Hublager fläche, durchzuführen, muss somit auch die Auskragung des Schwenkarmes je weils verändert werden. Zu diesem Zweck besteht der Schwenkarm aus zwei wiederum gegeneinander verschwenkbaren Teilarmen.

Dies verändert jedoch nicht nur die Stellung des Auftreffwinkels des Meßprismas auf die zu vermessende Werkstückfläche, was die Ermittlung von Korrekturwerten und vor allem deren Zuordnung zu einer bestimmten Winkelstellung des Werk stückes in der Maschine erschwert. Zusätzlich ist jede der Schwenkachsen der Meßvorrichtung spielbehaftet, was die Genauigkeit des Meßergebnisses negativ beeinflusst.

III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Konturprüfung, insbesondere die Rundheitsüberprüfung von Werkstücken und ggfs. auch die Hubhöhe von Hublagerzapfen von Kurbelwellen schnell und genau durchgeführt und die Ermittlung und Winkelzuordnung von Korrekturwerten für die Werkzeuge sehr einfach ist.

b) Lösung der Aufgabe

Dadurch, dass der Abstand eines zu vermessenden Punktes der Werkstückkontur von einem Bezugswert immer nur in einer bestimmten Richtung ermittelt wird, dies jedoch bei einer Vielzahl von Winkelstellungen des Werkstückes, ist eine vergleichweise einfache Errechnung der Ist-Kontur des Werkstückes aus den Meßwerten und auch die Bestimmung der Lage dieser Ist-Kontur zur Drehmitte möglich. Entsprechend ist auch die Ermittlung von Korrekturwerten für die Werkzeugbewegungen möglich. Da die Meßvorrichtung dabei direkt am Werkzeugsupport, insbesondere direkt am Grundkörper des Werkzeuges, befestigt ist, können keine Ungenauigkeiten auftreten, die durch die Befestigung der Meßvorrichtung an einem anderen Teil der Werkzeugmaschine als dem Werkzeugsupport auftreten würden.

Da das Werkstück dabei in der Bearbeitungs-Aufspannung verbleiben kann, ist kein unerwünschter Einfluss durch Entspannen und Neuspannen gegeben.

Bei den Hublagerstellen einer Kurbelwelle wird somit die Ist-Kontur bestimmt und damit nicht nur deren Rundheitsabweichung, sondern auch deren Abweichung vom Sollhub.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch die bereits bearbeitete Kurbelwelle auf diese Art und Weise mit den korrigierten Werkzeugeinstellungen nochmals mit geringem Aufwand nachbearbeitet werden kann, da die Spannung des Werkstückes ja beibehalten wurde.

Durch die einfache Zuordnung der Korrekturwerte zu den Winkelpositionen des Werkstückes ist es auch mit geringem Aufwand möglich, für Winkelstellungen zwischen gemessenen Meß-Winkelpositionen mittels Interpolation einen Korrek turwert zu ermitteln und zukünftig zu benutzen, und dadurch die Rundheit zu sätzlich zu verbessern.

Dadurch, dass die Meßvorrichtung direkt am Werkzeugsupport angeordnet ist, geht das bei den Werkzeugsupporten in X- und ggf. in Y-Richtung vorhandene Spiel ebenfalls in das Meßergebnis ein. Es ist nicht nötig, unterschiedlich, einerseits bei der Meßvorrichtung und andererseits bei der Werkzeugeinheit vorhan denes, Spiel in den Schlittensystemen zu berücksichtigen.

Aus dem gleichen Grund wird der Meßtaster z. B. in Form einer Meßfläche, vorzugsweise auch in der gleichen Radialebene wie das Werkzeug, beispielsweise der Fräser, zwischen Werkzeug und Werkstück angeordnet. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung auf der Verbindungslinie zwischen Werkzeugmittelpunkt und Werkstückmittelpunkt in dieser Radialebene, wobei die Meßfläche eine so große Erstreckung quer, vorzugsweise im rechten Winkel, zur Meßrichtung und quer, insbesondere rechtwinklig, zur Längsachse des Werkstückes, aufweist, dass in allen Winkellagen die zu vermessende, exzentrische Fläche von der Meßfläche abgetastet werden kann.

Dafür ist es natürlich notwendig, dass der Verlauf der Meßfläche zur Meßrichtung hinsichtlich seiner Winkelstellung exakt bekannt ist, also bei rechtwinkliger An ordnung dieser rechte Winkel exakt eingehalten ist.

Ferner ist der genaue Abstand der Meßfläche vom Werkzeugsupport, bzw. einen festen Punkt des Werkzeugsupportes, notwendig.

Sofern das zum Einsatz kommende Werkzeug kein rotierendes Werkzeug wie ein Scheibenfräser, sondern ein feststehendes Werkzeug wie etwa ein Drehmeißel ist, wird der Meßtaster, insbesondere dessen Meßfläche, auf der Verbindungslinie zwischen Werkstück, vorzugsweise dem Werkstückmittelpunkt, und der Schneide, angeordnet.

Grundsätzlich ist dabei eine Anordnung der Meßfläche möglichst nahe am Werkzeug zu bevorzugen.

Weiterhin sollte sichergestellt sein, dass der Meßtaster mit einer definierten Kraft, die vorzugsweise einen bestimmten Maximalwert nicht überschreitet, aber auch einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreitet, beim Messen am Werkstück anliegt, vor allem um ein Verwinden des Armes der Meßvorrichtung zu vermeiden, die das Meßergebnis unmittelbar verfälschen würde.

Die Meßrichtung kann dabei entweder radial gegen die Mitte bzw. den Krümmungsmittelpunkt der zu vermessenden, rotationssymmetrischen Werkstückfläche gerichtet sein, was insbesondere der Fall ist, wenn am Meßtaster eine Meßfläche zur Verfügung steht, deren Länge den gesamten Exzentrizitätsbereich der Fläche bezüglich der C-Achse entspricht. Die Meßrichtung kann jedoch auch eine Tangentialrichtung oder gegenüber der Tangentialrichtung radial nach innen versetzte Richtung sein, in der der Meßtaster am Werkstück vorbeigeführt wird, und dadurch von der Werkstückfläche radial nach außen bezüglich der Mitte der zu vermessenden Fläche gedrückt wird. Zu diesem Zweck kann der Meßtaster entweder verschwenkbar oder linear verschiebbar beweglich an der Meßvorrichtung befestigt sein, und es können insbesondere zwei einander gegenüberliegende Meßtaster an einer Meßvorrichtung vorhanden sein, um bei einem einzigen Meßvorgang zwei gegenüberliegende Punkte der Werkstückfläche gleichzeitig vermessen zu können.

c) Ausführungsbeispiele

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a: Eine öffnungsgemäße Werkzeugmaschine mit Meßvorrichtung in der Frontansicht und

Fig. 1b: Die Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1a mit einer anderen Meßvorrichtung in gleicher Ansicht

Fig. 2a-c: Detaildarstellung der Meßvorrichtung entlang der Linie II-II

Fig. 3: Eine Darstellung ähnlich der Fig. 2

Fig. 4: Einen Schnitt durch die zu vermessende rotationssymmetrische Fläche,

Fig. 5: Eine Detaildarstellung einer anderen Meßvorrichtung,

Fig. 6: Eine Detaildarstellung einer weiteren Bauform der Meßvorrichtung und

Fig. 7: Eine Detaildarstellung einer doppelten Meßvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Kurbelwellenfräsmaschine mit Blick in Y-Richtung, also horizontal und quer zur Längserstreckung (Z-Richtung der Kurbelwelle).

Die Kurbelwelle ist mit ihren beiden Enden, also auf ihrer Hauptlagerachse, in Spannfuttern 21, 22 aufgenommen, die Bestandteil der synchron antreibbaren Spindelstöcke 23, 24 sind.

Die Spindelstöcke 23, 24 sind auf dem Bett 20 angeordnet und können in Z- Richtung verschiebbar sein zur Aufnahme unterschiedlich langer Kurbelwellen.

Die Werkzeugmaschine weist zwei getrennte Bearbeitungseinheiten 25, 26 auf, die jeweils einen Z-Schlitten 29, 30 umfassen, welcher entlang von Längs führungen 33 in Z-Richtung verfahrbar ist.

Auf dem Z-Schlitten 29, 30 ist jeweils ein X-Schlitten 27, 28 in X-Richtung verfahrbar angeordnet.

Auf den einander zugeordneten Stirnseiten der X-Schlitten 27, 28 ist jeweils ein Scheibenfräser 5, 6 drehend angetrieben, beispielsweise mittels jeweils eines Motors 31, 32 angeordnet.

Positions- und Bewegungsparameter sowohl der Kurbelwelle 1 als auch der Werkzeugeinheiten 5, 6 werden über eine Maschinensteuerung 35 gesteuert. Die entsprechenden Parameter können über eine Eingabeeinheit, beispielsweise eine Tastatur 36, verändert werden.

Dabei sind die Scheibenfräser 5, 6, also die Werkzeugeinheiten, nur in einer Querrichtung, nämlich der X-Richtung, bzgl. des Werkstückes 1 verfahrbar.

Während der Bearbeitung rotiert die Kurbelwelle also das Werkstück 1, um die Z- Achse langsam, während der jeweilige rotierend angetriebene Scheibenfräser 5, 6 an einem der Hublager, z. B. H₁ oder auch an einem der Mittellager ML im Einsatz ist.

Bei Einsatz an einem Hublager H ist wegen der Exzentrizät der Hublager eine ständige Nachführung des Fräsers 5 bzw. 6 in X-Richtung entsprechend der momentanen Drehlage des Werkstückes 1 notwendig. Entsprechend liegt auch der Kontaktpunkt zwischen Werkzeug und Werkstück nicht immer exakt auf Höhe der durch die Mitte des Fräsers einerseits und die Rotationsachse des Werk stückes andererseits definierten Ebene, sondern je nach Drehlage der Kurbelwelle auch darüber oder darunter.

In Fig. 1 ist die linke Werkzeugeinheit 25 im Einsatz dargestellt, wobei also der Scheibenfräser 5 an der Hublagerstelle H₁ fräst. Beim Eintauchen kann dabei der Scheibenfräser 5 auch bereits die angrenzende Wangenseitenfläche gefräst haben. Vorzugsweise entspricht die Breite - in Z-Richtung gemessen - des Scheibenfräsers 5 etwa der Breite der zu bearbeitenden Lagerstelle.

Während in Fig. 1 nur an der rechten Bearbeitungseinheit 26 eine Meßvorrichtung 1, wie im folgenden näher beschrieben, eingezeichnet ist, kann jede der Bearbeitungseinheiten mit einer solchen Meßvorrichtung ausgestattet sein, in der Praxis und aus Kostengründen und wegen der Vermeidung zusätzlicher Kalibrierungen wird in der Regel nur eine Meßvorrichtung an nur einer Bearbeitungseinheit vorhanden sein.

Die Meßvorrichtung 1 umfasst in Fig. 1a einen Meßarm 2, der zwischen einer Arbeitslage und einer Ruhelage verlagerbar ist.

Da der Meßarm 2 an der das Werkzeug unmittelbar tragenden Einheit, in diesem Falle also dem X-Schlitten 28, angeordnet ist, erfolgt die Verlagerung durch Ver schwenken um eine Schwenkachse 3 gegenüber dem X-Schlitten 28. Die Schwenkachse 3 verläuft dabei quer, vorzugsweise rechtwinklig, zur Rotations achse der Kurbelwelle 1, also zur Z-Richtung, und parallel oder quer, insbeson dere rechtwinklig, zur Meßfläche 4 des Meßtasters.

Deshalb ist der Meßarm 2 auf der dem Werkstück zugewandten Seite des X- Schlittens 28 schwenkbar angeordnet. Am freien Ende des gekröpften Meßarmes 2 ist ein Meßbalken 4' mit einer dem Werkstück zugewandten Meßfläche 4 angeordnet, die mit dem Meßarm 2 über einen Taster 7 verbunden ist. Der Meßbalken 4' kann somit mit Hilfe des X-Schlittens 28 eine Positionierbewegung 11 in der X-Richtung durchführen. Der Taster 7 ist in der Lage, Verlagerungen des Meßbalkens 4' in Meßrichtung 10, die mit der Positionierbewegung 11 identisch ist, der X-Richtung, aufzunehmen.

In Fig. 1a ist die Meßvorrichtung 1 in durchgezogenen Linien in der Arbeitslage dargestellt. Dabei befindet sich der Meßbalken 4' zwischen dem Scheibenfräser 6 und dem Werkstück. Durch Verschwenken um die Schwenkachse 3 kann der Meßarm 2 und damit die gesamte Meßvorrichtung 1 vollständig aus dem Arbeits bereich des Scheibenfräsers 6 herausgeschwenkt werden in eine Ruhelage, in der sich vorzugsweise der Meßbalken 4' auf der von dem Scheibenfräser 6 ab gewandten Seite des X-Schlittens 28 befindet.

Fig. 1b unterscheidet sich von der Fig. 1a dadurch, dass die Meßvorrichtung 1 nicht am X-Schlitten 28, sondern direkt an z. B. der Stirnfläche des rotierbaren Scheibenfräsers 6 angeordnet ist.

Bei stillstehendem Scheibenfräser 6 kann somit eine Positionierbewegung 11 mit Hilfe des X-Schlittens 28 in der X-Richtung vollzogen werden. Allerdings ist durch Drehen des Scheibenfräsers 6 in eine definierte Drehlage zusätzlich eine Verlagerung der Meßvorrichtung 1 in Y-Richtung möglich. Die Meßvorrichtung in Fig. 1b umfasst wiederum einen Meßbalken 4', wie anhand Fig. 1a beschrieben, kann jedoch auch anders ausgebildet sein, wie im folgenden noch erläutert.

Fig. 4 zeigt in einer symbolhaften, übertriebenen Darstellung, wie die Ist-Kontur von der Soll-Kontur, wie sie nach dem Spanen bestehen sollte, abweichen kann: Die Ist-Kontur ist keine vollständige Kreiskontur, sondern weist lang- oder kurzwellige Erhebungen und Senken auf. In diese unregelmäßige Ist-Kontur kann ein maximal großer innerer Kreis KI hineingelegt werden und ein maximal kleiner äußerer Kreis KA außen angelegt werden, welche konzentrisch zueinander verlaufen und einerseits das Maß der Unrundheit in radialer Richtung bestimmen, sowie andererseits das Ist-Zentrum der vorhandenen Werkstückkontur, welches in der Regel nicht mit dem Soll-Zentrum übereinstimmt.

Gerade bei der Ermittlung des Ist-Hubes gegenüber dem Soll-Hub der Hublagerstellen von Kurbelwellen überlagern sich beide Einflüsse, also die Unrundheit und die Abweichung des Ist-Zentrums vom Soll-Zentrum.

In den Fig. 2a-2c ist dargestellt, wie der Meßbalken 4' mit seiner Meßfläche 4 - wenn sich die Meßvorrichtung 1 in Arbeitslage befindet - durch Verfahren des X-Schlittens 28 in der Meßrichtung 10, z. B. der X-Richtung, gegen die zu ver messende Hublagerstelle H₁ verfahren wird, was in unterschiedlichen Meßposi tionen, also Drehlagen, der Kurbelwelle und damit der Hublagerstelle H₁ nachei nander durchgeführt wird:

In ihrer Y-Position befindet sich dabei der Meßbalken 4' mit seiner Meßfläche 4 immer in der gleichen Position.

Nur in zwei Drehlagen der Kurbelwelle 101 wird somit die Hublagerstelle H₁ gegen die Meßfläche 4 in deren Mitte, in der sie am Taster 7 gelagert ist, drücken.

In allen anderen Fällen wird der Kontaktpunkt außerhalb der Mitte der Meßfläche 4 liegen, jedoch vom Meßtaster 7 gleichwohl der Abstand des Kontaktpunktes zwischen der zu vermessenden Fläche, beispielsweise der Lagerfläche des Hub lagers H₁, und der Meßfläche 4 von einem definierten Punkt am Eckschlitten 28, beispielsweise der Rotationsachse des Scheibenfräsers 6, ermittelt werden.

Da zusätzlich auch seitens der Maschinensteuerung die Position der C-Achse, also die Drehlage der Kurbelwelle 101, der beim Vermessen nicht drehenden sondern stillstehenden Kurbelwelle 101 bekannt ist, und zusätzlich beim kontaktieren der zu vermessenden Fläche durch die Meßfläche 4 auch die X- Position des X-Schlittens 28, kann - da ja je nach Winkellage der Kurbelwelle auch jeweils ein anderer Punkt der Mantelfläche des Hublagerzapfens A, von der Meßfläche 4 kontaktiert wird - für jeden einzelnen Meßvorgang ermittelt werden, ob und wieviel die Ist-Position des Meßpunktes von der auf einer exakt runden Sollkontur liegenden Sollposition abweicht.

Daraus lässt sich für jede Drehlage der einzelnen Messpositionen ein Korrek turwert für die Werkzeugposition ermitteln, also ein Wert, um den in dieser Dreh lage der Kurbelwelle das Werkzeug und damit der X-Schlitten 28 weiter oder we niger weit in X-Richtung gegen das Werkstück verfahren werden muss, um an dieser Stelle die Rundheit zu verbessern.

Durch Erstellen von Korrekturwerten für jede einzelne Meßposition und sogar - mittels Interpolation - durch Ermitteln von Korrekturwerten zwischen den Mess positionen kann auf diese Art und Weise die Rundheit der rotationssymmetrischen Fläche, in diesem Fall des Hublagerzapfens H₁, verbessert werden.

Eine besonders einfach Ermittlung der Korrekturwerte wird dann möglich, wenn die Meßfläche 4 keine ebene Fläche, sondern eine analog zur Werkzeugkontur bogenförmig gekrümmte Fläche ist, die in Meßrichtung 10 um einen bestimmten Wert - in der Arbeitslage - von der Werkzeugkontur beabstandet ist, wie dies in Fig. 3 für eine Meßposition dargestellt ist.

Dies hat den Vorteil, dass wegen der Parallellage von Meßfläche 4a und der Kontur des Scheibenfräsers 6, der Kontaktpunkt der Meßfläche 4a am Hublager zapfen 1 beim Messen derselbe Kontaktpunkt ist, wie beim Bearbeiten durch den Fräser 6 in der gleichen Winkellage der Kurbelwelle 101. Für die Ermittlung des Korrekturwertes sind somit lediglich der X-Versatz zwischen Meßfläche 4a und Scheibenfräser 6 zu berücksichtigen.

Die Fig. 5-7 zeigen Meßvorrichtungen, die sich von den Lösungen der Fig. 2 dadurch unterscheiden, dass hier die Meßrichtung 10, also die geometrische Richtung, in der ein Meßwert ermittelt wird, nicht mit der Positionierbewegung 11 übereinstimmt, in der die Meßvorrichtung 1 zwecks Durchführung des Meßvorganges bewegt wird.

Bei der Lösung gemäß Fig. 5 ist die Meßvorrichtung 1 ebenfalls am X-Schlitten 28 befestigt, und wird mit dessen Hilfe bewegt. Die Positionierbewegung 11 stimmt somit mit der X-Richtung überein.

Der Meßarm 2, der die Meßspitze 8 trägt, ist jedoch entlang einer Führung 9 verlagerbar, die in Y-Richtung verlaufend am X-Schlitten 28 befestigt ist. Diese Führung 9 mit nicht dargestellten, daran angeordneten Sensoren stellt somit den Meßtaster 7' dar, der entsprechend auch nur Verlagerungen des Meßarmes 2 in Meßrichtung 10, die dann die Y-Richtung ist, feststellen kann. Entsprechend kragt der Meßarm 2 quer zur Meßrichtung 10, nämlich in Richtung der Positionierbewegung 11, aus, und quer zu dem Meßarm ragt dessen Meßspitze 8 ab.

Durch Verfahren des Meßschlittens 28 in X-Richtung wird somit die Meßspitze 8 des Meßarmes 2, sofern sie auf die Kontur des zu vermessenden z. B. Hublagerzapfens H₁ trifft, von dessen Kontur in Meßrichtung 10 abgedrängt, und dadurch der Punkt der stärksten Auslenkung des Meßarmes 2 in Meßrichtung 10 in der zugrundeliegenden Drehlage des Werkstückes ermittelt. Für die Bestimmung eines Meßwertes in anderen Drehlagen des Werkstückes an derselben Werkstückkontur kann eine andere Grobpositionierung der Meßvorrichtung 1 an der Werkzeugeinheit in Y-Richtung notwendig werden.

Das Heranfahren der Meßspitze 8 in Richtung der Positionierbewegung kann bei Stillstand des Werkstückes, z. B. der Kurbelwelle, erfolgen, und somit mehrfach bei in unterschiedlichen Drehlagen stillgesetzter Kurbelwelle.

Das Vermessen kann jedoch auch bei drehendem Werkstück, z. B. drehender Kurbelwelle, erfolgen, wobei dann die Meßspitze 8 jedoch in Richtung der Positionierbewegung 11 mit der zu vermessenden Werkstückfläche in X-Richtung und ggf. auch grob in Y-Richtung nachgeführt werden muß. Dadurch kann zwar einerseits der gesamte Umfang der zu vermessenden Kontur vermessen werden, nachteilig könnte jedoch sein, daß der in Meßrichtung 10 nicht immer höchstliegende Punkt vermessen wird, beispielsweise weit eine vorher nicht bekannte Abweichung im Hinblick auf Rundheit oder Exzentrizitätslage der zu vermessenden Fläche vorlag.

Die Lösung gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 5 dadurch, dass hier der Meßarm 2 nicht linear verlagerbar, sondern bezüglich einer Schwenkachse 12, die quer zur Positionierbewegung 11 und parallel zur Z-Achse verläuft, verschwenkbar ist. Die daraus resultierende Meßrichtung der Meßspitze 8 ist somit ebenfalls keine Linearbewegung, sondern eine bogenförmige Bewegung. Aus dem Schwenkwinkel des Meßarmes 2 - welcher ebenfalls wie der Meßarm 2 der Fig. 6 in eine Null-Lage vorgespannt ist - läßt sich der Meßwert, nämlich der - in diesem Fall in die negative Y-Richtung - am weitesten vorstehende Punkt der Hublagerstelle H₁ - ebenfalls bestimmen, wofür selbstverständlich die Lage der Meßspitze 8 bezüglich der Schwenkachse 12 hinsichtlich Abstand und Winkel in der Ruhelage bekannt sein muß.

Fig. 7 zeigt eine Lösung ähnlich Fig. 6, die in zwei wesentlichen Punkten hiervon abweicht: Zum Einen ist die Meßvorrichtung 1 gemäß Fig. 6 hier doppelt, gespiegelt, ausgebildet. Die beiden Meßspitzen 8, 8' sind gegeneinander gerichtet, und daher in der Lage, die beiden Seiten einer kreisförmigen Werkstückkontur gleichzeitig zu vermessen. Dies wäre statt mit schwenkbaren Meßarmen 2, 2' auch mit linear verschiebbaren Meßarmen gemäß Fig. 5 möglich.

Zusätzlich ist die Meßvorrichtung 1 nicht am X-Schlitten 28, sondern direkt am scheibenförmigen, drehbaren Werkzeug, beispielsweise dem Scheibenfräser 6 gemäß Fig. 1, befestigt. Entsprechend kann durch Drehung des Werkzeuges WZ auch die Meßvorrichtung 1 zusätzlich in ihrer Y-Position verlagert werden, was jedoch auch eine Verlagerung der Winkellage des Meßarmes 2 bzw. 2' bezüglich seiner Schwenkachse. 12 bzw. 12' nach sich zieht. Unabhängig davon ist die Positionierbewegung 11 immer die Bewegungsrichtung des die Einheit tragenden Schlittens, in diesem Fall aufgrund des X-Schlittens 28 die X-Richtung.

Eine solche doppelte Lösung halbiert den Zeitaufwand beim Vermessen einer rotationssymmetrischen Werkstückkontur auf die Hälfte, und vermeidet zusätzlich das Neupositionieren der gesamten Meßvorrichtung in einer anderen Y-Position beispielsweise am X-Schlitten 28, um die Veränderung der Y-Lage des zu vermessenden Hublagerzapfens, z. B. H₁, bei Drehung der Kurbelwelle in die einzelnen Meßpositionen auszugleichen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Meßvorrichtung

2

Meßarm

3

Schwenkachse

4

Meßfläche

4

' Meßbalken

5

Scheibenfräser

6

- " -

7

Taster

8

Meßspitze

9

Führung

10

Meßrichtung

11

Positionierbewegung

12

Schwenkachse

13

- " -

14

- " -

15

- " -

16

- " -

17

- " -

18

- " -

19

- " -

20

Bett

21

Spannungsfutter

22

- " -

23

Spindelstock

24

- " -

25

Bearbeitungseinheit

26

- " -

27

X-Schlitten

28

- " -

29

Z-Schlitten

30

- " -

31

Motor

32

- " -

101

Werkstück

Claims

1. Verfahren zum Vermessen von Werkstücken (101) mit rotationssymme trischen, zentrischen oder exzentrischen, Flächen, insbesondere an Kurbelwellen, und davon abhängigem, insbesondere automatischem, Korrigieren der Werkzeug- Sollpositionen bezüglich der Werkzeugmaschine für eine Vielzahl von Arbeitspunkten am Werkstück (101), dadurch gekennzeichnet, daß
mittels eines Meßtasters (7) nur der maximale Ist-Abstand der zu ver messenden Werkstück-Kontur, z. B. einer Hublagerfläche (H₁), in einer Messrichtung (10), z. B. der X-Richtung, von einem Bezugswert, z. B. der Drehmitte, für jede Meß-Winkelposition des Werkstückes (101) ermittelt wird,
für jede Meß-Winkelposition die gemessene Abweichung zwischen Ist- Abstand und Soll-Abstand ermittelt wird, und
wenigstens für die Meß-Winkelpositionen die jeweiligen Werkzeug-Soll positionen automatisch um einen Korrekturwert, der aus der jeweiligen ge messenen Abweichung automatisch errechnet wird, korrigiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (101) während der Vermessung in der Bearbeitungs-Aufspannung verbleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Korrekturwerte zusätzlich für zwischen den Meß-Winkelpositionen liegende Zwischenpositionen mittels Interpolation bestimmt und die Korrektur durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) mit Hilfe des das Werkzeug direkt tragenden Schlittens (27, 28) oder des Werkzeuges (WZ) bewegt wird.

5. Verfahren zum spanenden Bearbeiten und zum Vermessen von Werkstücken (101) mit rotationssymmetrischen, zentrischen oder exzentrischen, Flächen, insbesondere an Kurbelwellen, und davon abhängigem insbesondere automatischem Korrigieren der Werkzeug-Sollpositionen bezüglich der Werkzeugmaschine für eine Vielzahl von Arbeitspunkten am Werkstück (101), dadurch gekennzeichnet, daß
mittels eines Meßtasters (7) nur der maximale Ist-Abstand der zu ver messenden Werkstück-Kontur, z. B. einer Hublagerfläche (H₁), in einer Messrichtung (10), z. B. der X-Richtung, von einem Bezugswert, z. B. der Drehmitte, für jede Meß-Winkelposition des Werkstückes (101) ermittelt wird,
für jede Meß-Winkelposition die gemessene Abweichung zwischen Ist- Abstand und Soll-Abstand ermittelt wird, und
wenigstens für die Meß-Winkelpositionen die jeweiligen Werkzeug-Soll positionen automatisch um einen Korrekturwert, der aus der jeweiligen gemessenen Abweichung automatisch errechnet wird, korrigiert werden und
das Werkzeug nur in einer Richtung, insbesondere in der Meßrichtung (10) oder einer hierzu quer verlaufenden Positionierbewegung, verfahrbar ist.

6. Werkzeugmaschine mit
wenigstens einer Spindel (23, 24) zur Aufnahme und zum Drehantrieb des Werkstückes (101), um die Z-Achse auf Drehmitte,
wenigstens einer Bearbeitungseinheit (25, 26) zur Bewegung des Werk zeuges, beispielsweise eines Scheibenfräsers (5, 6), wenigstens in X-Rich tung in Abhängigkeit von der Drehlage der Werkstückspindel (C-Achse) und
einer Meßvorrichtung (1), insbesondere Rundheits-Meßvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßvorrichtung (1) direkt am Werkzeugsupport angeordnet ist.

1. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) direkt am Werkzeug (WZ) des Werkzeug-Supports angeordnet ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) direkt an den das Werkzeug (WZ) unmittelbar tragenden X-Schlitten (27, 28) angeordnet ist.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) am Werkzeugsupport befestigt und zwischen einer Arbeitslage und einer Ruhelage insbesondere automatisch verlagerbar, ins besondere verschwenkbar, ist.

9. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsan sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) eine Meßfläche (4) am Meßbalken (4') und damit am Meßtaster (7) aufweist, welche im rechten Winkel zur Z-Achse und im rechten Winkel zur Meßrichtung (10), die insbesondere die X-Richtung ist, ausgerichtet ist.

10. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsan sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) mit der Meßfläche (4) in einer definierten, festen Position zum Werkzeugsupport in Meßrichtung (10) angeordnet ist.

11. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsan sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Scheibenfräsers (5, 6) als Werkzeug die Meßfläche (4, 4a) in der Ebene des scheibenförmigen Grundkörpers des Werkzeuges (WZ) oder hierzu axial versetzt, radial außerhalb des Scheibenfräsers (5, 6) in der Arbeitsposition angeordnet ist.

12. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei verschwenkbarem Meßarm (2) der Meßarm (2) um eine Schwenkachse (3) verschwenkbar ist, die quer zur Meßrichtung (10) und quer zur Z-Richtung verläuft.

13. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsan sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Drehrevolver oder Drehräumrevolver ist und die Meßfläche in der Ebene des Revolvers radial außerhalb der Werkzeuge in der Arbeitsposition angeordnet ist.

14. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsan sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche z. B. 4a mit ihrer Kontur parallel zu der in Meßrichtung weisenden Außenkontur des zugeordneten Werkzeuges geformt und angeordnet ist.