DE10205212A1

DE10205212A1 - Meßeinrichtung für Maschinen zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen, Nockenwellen

Info

Publication number: DE10205212A1
Application number: DE2002105212
Authority: DE
Inventors: Bernd Faigle
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Für Schleifmaschinen werden bisher Einrichtungen eingesetzt, die auf einem geführten Wagen montiert sind. Die Meßlehreinrichtung wird mit dem Wagen in die Meßposition gebracht und dann aus einer Ausgangsposition in die Meßposition geschwenkt. Für die Bewegung der Meßlehreinrichtung sind aufwendige Maschinenbauteile und Antriebe zusätzlich zu den Bewegungsachsen der Spindeln der Schleifmaschine notwendig. DOLLAR A Um eine einfache, kostengünstige Messung innerhalb kürzester Zeit durchführen zu können, ist der Meßaufnehmer der Meßeinrichtung in der Ausgangsposition bereits im Bereich des Werkzeuges angeordnet. Dadurch kann der Meßaufnahmer innerhalb kürzester Zeit in die Meßposition bewegt werden, um am Werkstück eine Messung vorzunehmen. DOLLAR A Die Meßeinrichtung ist vorteilhaft Bestandteil einer Maschine zum Bearbeiten von Haupt- und Hublager, Flansch, Stummel, Paßlager und Wangen von Kurbelwellen oder der Nocken, Lagerstellen und Zwischenräumen von Nockenwellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Maschinen zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen, Nockenwellen und dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist eine Meßlehreinrichtung für eine Schleifmaschine bekannt (DE 195 43 626), die zur Bewegung entlang der zylindrischen Kontur eines Werkstückes auf einem geführten Wagen montiert ist. Die Meßlehreinrichtung läßt sich von Hand oder durch einen Motor um einen Zapfen aus einer nichtmessenden Ausgangsposition in eine aktive Meßposition schwenken. In der Meßposition befinden sich Meßschenkel in einander gegenüberliegenden Positionen am Werkstück. In den Enden der Meßschenkel befinden sich Meßtaster zur Ermittlung des Werkstückdurchmessers. Die Meßlehreinrichtung wird eingeschwenkt, sobald ein Werkstück zwischen Spannfutter und Reitstock gespannt ist. Dann wird mit dem Wagen die Meßlehreinrichtung in die Meßposition gebracht. Die Meßschenkel sind entlang eines Tragarmes mit einem unabhängigen Antrieb verstellbar, so daß unterschiedliche Werkstückdurchmesser gemessen werden können. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß für die Bewegung der Meßlehreinrichtung aufwendige Maschinenbauteile und Antriebe zusätzlich zu den Bewegungsachsen der Arbeitsspindel eingesetzt werden. Dadurch entstehen ein hoher Platzbedarf und hohe Herstellkosten der Maschine. Nachteilig ist ferner, daß das Verstellen des Wagens in die Meßposition zeitaufwendig ist, was bei Fertigungseinrichtungen zur Produktion hoher Stückzahlen unwirtschaftlich ist.

Bekannt sind auch Vorrichtungen zur Fräsbearbeitung von Nockenwellen. Diese Vorrichtungen sind mit einer Meßeinrichtung versehen und weisen zwei voneinander unabhängig bewegliche Fräsköpfe auf, die zumeist simultan am Werkstück gleiche Bearbeitungen an verschiedenen Bearbeitungsstellen ausführen. An jedem der beiden Fräsköpfe befindet sich eine mit ihm fest verbundene Meßeinrichtung, die sich dadurch zwangsläufig mit dem Fräskopf mitbewegt. Der Abstand des Meßaufnehmers von der Ausgangsposition zur Meßposition ist sehr groß und beträgt typischerweise mehr als 500 mm. Dadurch wird erhebliche Zeit zum Erreichen der Meßposition benötigt. Eine In-Prozeß-Messung in einer Großserienfertigung ist mit dieser Anordnung zu unwirtschaftlich. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch einen möglichen Kollisionsbereich der beiden Fräsköpfe beim Messen, der sich infolge des großen Abstandes des Meßaufnehmers von der Ausgangs- zur Meßposition ergibt. Dadurch können Messungen mit beiden Meßaufnehmern nur an solchen Meßstellen vorgenommen werden, die in Richtung der Längsachse des Werkstückes mindestens doppelt so weit voneinander entfernt sind wie der Abstand des Meßaufnehmers von der Ausgangs- zur Meßposition. Kollisionen mit erheblichen Beschädigungen von Fräskopf und/oder Fräsern durch eine fehlerhafte Bedienung oder eine fehlerhafte Programmierung können nicht ausgeschlossen werden. Durch den großen Abstand zwischen Ausgangs- und Meßposition ergeben sich außerdem Meßfehler, bedingt durch Wärmewachstum des Maschinengestelles oder dergleichen.

Es sind ferner Meßeinrichtungen zur In-Prozeß-Messung von Durchmessern in Werkzeugmaschinen bekannt (DE 196 16 353), die zwei Meßtaster aufweisen und das Werkstück diametral umschließen. Die Meßtaster decken nur einen geringen Erfassungsbereich ab, so daß unterschiedliche Durchmesser nur in sehr engen Grenzen gemessen werden können. Es ist ein wesentlicher Nachteil dieser Ausführung, daß eine Flexibilität, die z. B. bei der Fertigung unterschiedlicher Werkstücktypen in willkürlicher Reihenfolge erforderlich ist, nicht gegeben ist.

Bekannt sind auch Vorrichtungen zur Fräsbearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen, die mit Einrichtungen zur Wärmegangkompensation versehen sind. Diese Einrichtungen dienen zur Eliminierung der Wärmedehnung der Vorrichtung und verbessern so die Prozeßfähigkeit. Solche Einrichtungen sind teuer, weil meist mehrere Temperatursensoren vorgesehen sind, deren Meßwerte mit komplexen Algorithmen ausgewertet werden. Trotzdem können die Temperatureinflüsse nicht vollständig eliminiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Meßeinrichtung so auszubilden, daß mit ihr eine In-Prozeß-Messung in einfacher, kostengünstiger Weise innerhalb kürzester Zeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Meßeinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Da sich der Meßaufnehmer der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung bereits in der Ausgangsposition im Bereich des Werkzeuges befindet, kann er innerhalb kürzester Zeit in die Meßposition bewegt werden, um am Werkstück eine gewünschte Messung vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist vorteilhaft Bestandteil einer Maschine zur Bearbeitung von Haupt- und Hublager, Flansch, Stummel, Paßlager und Wangen von Kurbelwellen oder der Nocken, Lagerstellen und Zwischenräume von Nockenwellen. Die Meßeinrichtung ermöglicht die In-Prozeß-Messung von Merkmalen an den bearbeiteten Werkstücken. Unter In-Prozeß-Messung ist eine Messung innerhalb eines Maschinentaktes zu verstehen, also in der Maschinenhaupt- und/oder -nebenzeit, wobei eine Auswertung der Meßwerte erfolgt und aufgrund der Auswerteergebnisse entsprechend korrigierend in den Bearbeitungsprozeß eingegriffen wird. Die Meßeinrichtung ist vorteilhaft mit dem Meßaufnehmer am Spindelkopf befestigt und um die Spindelachse schwenkbar.

Der Meßaufnehmer liegt vorzugsweise, in Z-Richtung gesehen, im Bereich der Schnittbreite des Werkzeuges. Dann sind zur Messung keine Z-Achsenbewegungen erforderlich.

Während der Bearbeitung eines Werkstückes durch das Werkzeug befindet sich die Meßeinrichtung bevorzugt außerhalb der Störkontur von Werkzeug und Werkstück in der Ausgangsposition, vorzugsweise in einer oberhalb des Werkzeugeingriffes befindlichen Zone, die frei von Späneflug ist. Das Werkzeug wird zurückgezogen und gleichzeitig oder anschließend die Meßeinrichtung in die Zwischenposition vorteilhaft geschwenkt. Der Meßaufnehmer befindet sich dann in einer Meßebene. Die Hublager der Kurbelwelle bzw. die Nocken der Nockenwelle müssen zur Messung in eine definierte radiale Position gebracht werden, was durch eine entsprechende Drehbewegung der Spannfutter erfolgt, in welche die Werkstücke eingespannt sind. Das Werkzeug kann während der Messung aus dem Werkstück zurückgezogen werden. Außerdem kann das Werkzeug während der Messung stehen oder rotieren.

Zur Messung wird die erfindungsgemäße Einrichtung vorteilhaft durch einen Hub in X-Richtung auf das Werkstück so lange zubewegt, bis der Meßaufnehmer durch Berührung des Werkstückes einen definierten Schaltpunkt erreicht. Wenn der Meßaufnehmer vorteilhaft als Meßtaster ausgebildet ist, wird beim Erreichen des Schaltpunktes das Wegmeßsystem der Werkzeugmaschine ausgelesen, das als Maßverkörperung der Meßeinrichtung dient. Vorteilhaft wird der Meßtaster an einer Referenzfläche kalibriert, so daß der Durchmesser der Hub- oder Lagerzapfen mit hoher Präzision ermittelt werden kann.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung kann vorteilhaft von der Ausgangsposition in eine Zwischenposition linear oder auf einer beliebigen Bahn bewegt werden. Der Meßaufnehmer liegt vorzugsweise im Bereich der Schnittbreite des Werkzeuges, kann aber auch bis zum beispielsweise 3fachen Abstand entfernt liegen, falls dies konstruktiv notwendig ist. Die Anordnung des Meßaufnehmers nahe der Schnittbreite des Werkzeuges ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch auf lange Hübe der Z-Achse verzichtet werden kann. So werden schnelle Messungen ermöglicht, so daß eine wirtschaftliche In-Prozeß- Messung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist vorteilhaft für den Einsatz in Maschinen geeignet, mit denen Fräsverfahren, Drehverfahren, Drehräumverfahren oder auch Schleifverfahren durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ermöglicht durch ihren einfachen Aufbau und durch den einfachen Meßablauf eine hohe Kosteneinsparung. Zusätzliche separate Wegmeßeinrichtungen sind nicht notwendig. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung kann vorteilhaft durch eine einfache Schwenkbewegung des Meßaufnehmers in die Meßposition gebracht werden. Der Meßaufnehmer wird hierbei in die Meßachse verstellt, so daß nur von einer Seite aus gemessen werden muß. Dadurch ergeben sich kurze Taktzeiten, die bei Fertigungseinrichtungen zur Produktion hoher Stückzahlen besonders vorteilhaft sind.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zeichnet sich durch einen großen Meßbereich aus, der nur durch den Verfahrweg begrenzt wird, vorteilhaft durch den Verfahrweg der X-Achse. Es können Werkstücke unterschiedlichster Geometrie gemessen werden, ohne daß die Meßeinrichtung baulich verändert werden muß. Dadurch wird eine Fertigung möglich, bei der unterschiedliche Werkstücktypen in willkürlicher Reihenfolge zur Bearbeitung gelangen.

Durch die Meßeinrichtung kann die Prozeßfähigkeit der Maschine erhöht werden. Dazu werden die einzelnen Meßwerte nach bekannten Verfahren der statistischen Prozeßregelung ausgewertet, Daten an eine NC-Steuerung geleitet, die daraus Korrekturwerte errechnet. Dadurch können unterschiedlichste Einflüsse kompensiert werden, z. B. der Wärmegang, der Werkzeugverschleiß und dergleichen. Dadurch verbessert sich die Prozeßfähigkeit, so daß die Maschine auch zur Feinbearbeitung eingesetzt werden kann. Auf eine aufwendige Einrichtung zur Kompensation des Wärmeganges kann verzichtet werden.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ermöglicht einen schnellen, sicheren Produktionsanlauf. Beispielsweise können nach Produktionspausen Korrekturen der Achszustellung erforderlich sein, weil eine Abkühlung oder Erwärmung des Maschinengestells Auswirkungen auf die Maßgenauigkeit haben kann. Ein NC-Programm steuert die Maschine vorteilhaft in der Weise, daß auf dem zu bearbeitenden Durchmesser eines ersten Werkstückes bei Produktionsstart ein definiertes Aufmaß verbleibt. Die Meßeinrichtung ermittelt das Aufmaß. Die Auswertung des Messergebnisses durch die NC-Steuerung ergibt dann die korrekte Zustellung auf das gewünschte Maß.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung weist aufgrund der einfachen konstruktiven Ausbildung eine hohe Zuverlässigkeit auf Reparaturen können wegen der guten Zugänglichkeit der Meßeinrichtung schnell durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung kann vorteilhaft zur Ermittlung von Form- und/oder Lageabweichungen eingesetzt werden, z. B. zur Ermittlung von Rundheit, Winkligkeit, Position und dergleichen. Zur Messung wird die Form, wie etwa der Umriß eines Nockens einer Nockenwelle, an mehreren auf dem Umfang liegenden Meßpunkten mit einem schaltenden Meßtaster angetastet. Die Meßeinrichtung wird nach jeder Antastung durch Bewegung der X-Achse vom Werkstück abgehoben und das Werkstück dann durch Drehung des Spannfutters in eine neue Antastposition gebracht.

Die Formabweichung kann alternativ mit einem Meßaufnehmer zur kontinuierlichen Meßwerterfassung ermittelt werden. Der Meßaufnehmer hat zu diesem Zweck vorteilhaft einen eigenständigen Meßwertgeber, der Hubbewegungen des Meßaufnehmers in entsprechende Meßwerte umsetzt. Die Hubbewegung resultiert aus der Drehung des Werkstückes, wie etwa der Nocke einer Nockenwelle. Bei diesem Verfahren bleibt die X-Achse der Maschine während der Messung stehen. Die absoluten Meßergebnisse ergeben sich aus den Meßwerten des Meßwertgebers und aus der Position der Maschinenachse X.

Weil bei der Formmessung die Berührungslinie zwischen Meßaufnehmer und Werkstück aus der definierten Meßebene herauswandert, ist der Meßaufnehmer vorteilhaft als Flachstößel ausgebildet, dessen Länge so gewählt ist, daß die gesamte Berührungszone überdeckt wird.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung kann der Meßaufnehmer als Rollenstößel ausgebildet sein, wobei auch hier die Größe der Rol- le so bemessen ist, daß die gesamte Berührungszone überdeckt wird.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, den Meßaufnehmer mittels einer numerisch gesteuerten C-Achse in jede beliebige Winkelposition zu drehen. Dadurch können Messungen auch außerhalb der Meßebene durchgeführt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführung sind am Meßaufnehmer Spüldüsen vorgesehen, mit denen die Meßfläche vor der Messung gesäubert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Meßaufnehmer in das Werkzeug integriert. Vorteilhaft ist hierbei, daß keine zusätzlichen Konstruktionselemente benötigt werden. Der Ablauf beim Messen erfolgt dabei prinzipiell gleich wie bei Verwendung einer Meßeinrichtung, in vorteilhafter Weise jedoch berührungslos.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht der Maschine mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Seitenansicht der Meßeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zum Messen des Durchmessers eines Hauptlagers einer Kurbelwelle,

Fig. 4 die Meßeinrichtung bei der Messung eines Hublagers einer Kurbelwelle,

Fig. 5 die Messung der Umrißform eines Nockens einer Nockenwelle mit Hilfe der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 6 in einer Darstellung entsprechend Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 7 eine weitere Möglichkeit der Messung von Hublagern einer Kurbelwelle mittels der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung beim Messen der Umrißform eines Nockens einer Nockenwelle,

Fig. 9 ein scheibenförmiges Bearbeitungswerkzeug mit integriertem Meßaufnehmer.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bearbeitung von Werkstücken 13, insbesondere von Kurbelwellen oder Nockenwellen. Die Vorrichtung 1 hat ein Gestell 2 mit Linearführungen 6, die in Z-Richtung ausgerichtet sind. Auf den Linearführungen 6 sind zwei Kreuzschlitten 3 geführt, die voneinander unabhängig beweglich sind. Auf den Kreuzschlitten 3 befinden sich Linearführungen 6', die einem Spindelkasten 4 die Bewegung in X-Richtung ermöglichen. In jedem Spindelkasten 4 befindet sich eine Spindel 5, auf der ein Bearbeitungswerkzeug 11 drehfest sitzt. Zur Aufnahme des Werkstückes 13 sind zwei Spannfutter 8 vorgesehen. Sie sind jeweils auf Schlitten 9 längs einer Linearführung 6" in Z-Richtung verfahrbar, wodurch Werkstücke unterschiedlicher Länge gespannt werden können. Die Linearführungen 6" sind auf dem Gestell 2 im Bereich neben den Linearführungen 6 vorgesehen und erstrecken sich in Z-Richtung. Das Werkstück 15 ist im Ausführungsbeispiel eine Kurbelwelle, die an ihren beiden Flanschen 16 in Spannfuttern 8 fest aufgenommen wird. Die Spannfutter 8 sind um eine C-Achse 10 drehbar gelagert und können NC-gesteuert jede beliebige Drehwinkelposition einnehmen. Die Bearbeitung der Kurbelwelle 13 erfolgt mittels eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Außenfräsen oder Drehräumen. Mit den Werkzeugen 11 werden die Hauptlager 17 und die Hublager 18 der Kurbelwelle 13 bearbeitet. Beide Werkzeuge 11 bearbeiten parallel jeweils eine Lagerstelle. Das Werkzeug 11 weist meist eine Schnittbreite auf, die dem geforderten Fertigungsmaß entspricht. Je nach Verfahren führt entweder das Werkzeug 11 oder das Werkstück 13 die Schnittbewegung aus.

An jeder Spindel ist eine Meßeinrichtung 23 angebracht. Die Meßeinrichtungen 23 weisen Meßaufnehmer 30 auf, die in der Mitte der Schnittbreite 40 der Werkzeuge 11 liegen (Fig. 1 und 5).

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Meßeinrichtung 23 so ausgebildet, daß der Meßaufnehmer 30 während der Bearbeitung des Werkstückes 13 in einer Ausgangsposition 25 steht, die außerhalb des Bereichs umherfliegender Späne liegt. Die Schwenkachse der Meßeinrichtung 23 ist mit der Spindelachse 37 identisch.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die Meßeinrichtungen 23 an jeweils einem Träger 41 befestigt, dessen einer Arm 42 (Fig. 1) in Z- Richtung verläuft und quer von einem Arm 43 absteht, der um die Spindelachse 37 gekrümmt verläuft. Er hat vom Werkzeug 11 Abstand und ist an einem Tragelement 44 befestigt, das kreissektorförmig ausgebildet ist und benachbart zum Werkzeug 11 auf der Spindel 5 sitzt.

Während der Bearbeitung der Kurbelwelle 13 durch das Werkzeug 11 wird der Meßaufnehmer 30 um die Spindelachse 37 in die Ausgangsposition 25 gemäß Fig. 3 geschwenkt. Nach der Bearbeitung der Kurbelwelle 13 werden die Werkzeuge 11 durch einen kurzen Hub der X- Achse außer Eingriff gebracht. Parallel zu oder im Anschluß an diese Bewegungen werden die Meßeinrichtungen 23 von der Ausgangsposition 25 in die Zwischenposition 27 geschwenkt (Fig. 3). Die Achsen der Meßaufnehmer 30 liegen nun in der jeweiligen Meßachse 28 und in der Meßebene 29. In der Meßebene 29 liegen die Werkstückachse 14 und die parallelen Meßachsen 28, die im Ausführungsbeispiel senkrecht zur Werkstückachse 14 liegen. Die Messung verschiedener Merkmale der Hauptlager 17 und der Hublager 18 mit der Meßeinrichtung 23 erfolgt in diesem Beispiel in der Meßebene 29. Zur Messung eines Hauptlagers 17 der Kurbelwelle 13 wird der Meßaufnehmer 30 bzw. die Meßeinrichtung 23 mit dem Schlitten 3 in X-Richtung auf das Werkstück 13 zubewegt, bis der als schaltender Meßtaster 32 ausgebildete Meßaufnehmer 30 das Werkstück 13 in einer Meßposition 26 berührt und einen definierten Schaltpunkt erreicht und das Wegmeßsystem ausgelesen wird. In der Meßposition 26 wird ein Wegmeßsystem 7 der Vorrichtung 1, das als Maßverkörperung dient, ausgelesen. Aufgrund einer Kalibrierung der Meßaufnehmer 30 an Referenzflächen 33 auf dem Gestell 2 ist eine präzise Maßermittlung in X- und Y-Richtung gewährleistet. Der Meßaufnehmer 30 wird vor der Messung mit dem jeweiligen Spindelkasten 4 so an die Referenzflächen 33 herangefahren, daß der Meßaufnehmer an den Referenzflächen positioniert und auf diese Weise kalibriert werden kann.

Zur Ermittlung von Abmessungen in Werkstücklängsrichtung wird der Meßtaster 32 zunächst in die erforderliche X-Achsen-Position bewegt. Anschließend wird der Meßtaster 32 in Z-Richtung in die Meßposition 26 bewegt. Somit kann in Werkstücklängsrichtung (Z- Richtung) das zu ermittelnde Maß der Kurbelwelle 13 bestimmt und beispielsweise einem Rechner zugeführt werden.

Anhand von Fig. 4 wird die Messung des Durchmessers eines Hublagers 18a näher beschrieben. Um den Durchmesser bestimmen zu können, müssen zwei Einzelmessungen durchgeführt werden. Zunächst wird das Hublager 18a durch Drehen der Spannfutter 8 um die C-Achse 10 in eine Werkstückposition 21 ausgerichtet. In der Darstellung gemäß Fig. 4 befindet sich dann das zu vermessende Hublager 18a rechts vom Hauptlager 17. Der Meßtaster 32 wird nunmehr in X-Richtung mittels des jeweiligen Kreuzschlittens 3 so weit verfahren, bis er am Umfang des Hublagers 18a zur Anlage kommt. Sobald die Berührung stattfindet, wird die Bewegung des Schlittens 3 in X- Richtung gestoppt, da der Meßaufnehmer 30 als Meßtaster ausgebildet ist. Nach der Messung wird der Meßtaster 32 in X-Richtung geringfügig zurückgefahren und das Werkstück 13 um die Werkstückachse 14 um 180° gedreht. Das zu vermessende Hublager 18a befindet sich in dieser weiteren Werkstückposition 22 in der Darstellung gemäß Fig. 4 links vom Hauptlager 17. Der Meßtaster 32 wird nunmehr in X-Richtung so weit mit dem Schlitten 3 verfahren, bis der Meßtaster 32 am Hublager 18a zur Anlage kommt. Aufgrund der beiden Messungen in den Werkstückpositionen 21 und 22 kann der Durchmesser des Hublagers 18a einfach berechnet werden. Die Meßeinrichtung 23 ist so am Spindelkasten 4 angebracht, daß beim Messen in der Werkstückposition 22 eine Kollision mit der Kurbelwelle 13 zuverlässig vermieden wird. Mit der beschriebenen Messung kann auch der Hub des Hublagers 18a bestimmt werden.

Fig. 5 zeigt in der oberen Darstellung eine Stellung der Nockenwelle, in welcher die Längsachse des Nockens 20 senkrecht steht. In der unteren Darstellung in Fig. 5 ist die Nockenwelle im Uhrzeigersinn gedreht worden, wodurch der Flachstößel 34 entsprechend der Form des Nockens 20 zurückgeschoben worden ist. Bei einer 360°- Drehung der Nockenwelle 13 kann somit die Form des Nockens 20 mit dem Meßaufnehmer 30 einwandfrei gemessen werden.

Die Messung läuft folgendermaßen ab: Der Meßaufnehmer 30 ist als Flachstößel 34 ausgebildet, der aus der Zwischenposition 27 durch Verschieben in X-Richtung in die Meßposition 26 verschoben werden. kann. Die senkrecht zur Verschieberichtung gemessene Länge des Flachstößels 34 ist so gewählt, daß er die gesamte Berührungszone zwischen dem Nocken 20 und dem Flachstößel 34 überdeckt. Zur Messung wird die Meßeinrichtung 23 von der Zwischenposition 27 aus in X-Richtung in die Meßposition 26 verschoben, in welcher der Flachstößel 34 am Umfang des Nockens 20 anliegt. Der Meßaufnehmer 30 zur Formmessung enthält einen Meßwertgeber 36. Um die Form des Nockens 20 zu messen, wird die Nockenwelle 13 um ihre Achse gedreht. Der Meßaufnehmer 30 führt während der Drehung der Nocke 20 eine entsprechende zwangsläufige Hubbewegung aus, die im Meßwertgeber 36 in entsprechende Meßwerte umgesetzt wird, die einem Rechner zugeführt werden. Die Maschinenachse X bleibt während der Formmessung stehen, so daß sich nur der Flachstößel 34 relativ zur Maschinenachse X bewegt. Die absoluten Messergebnisse ergeben sich aus den Meßwerten des Meßwertgebers 36 und aus der während der Messung stillstehenden Position der Maschinenachse X. Die Meßgenauigkeit kann durch Kalibrieren der Meßaufnehmer 30 an den Referenzflächen 33 (Fig. 1) sichergestellt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 erfolgt die Formmessung des Nockens 20 durch einen Rollenstößel 35. Die Messung erfolgt in gleicher Weise, wie anhand Fig. 5 erläutert worden ist. In der oberen Darstellung von Fig. 6 nimmt die Nockenwelle 13 eine solche Lage ein, daß die Längsachse des Nockens 20 vertikal liegt. In der unteren Darstellung von Fig. 6 ist die Nockenwelle 13 im Uhrzeigersinn gedreht worden, wobei der Nockenstößel 35, der ständig am Umfang des Nockens 20 anliegt, zurückgeschoben worden ist. Die somit entstehende Hubbewegung wird im Meßwertgeber 36 in die entsprechenden Meßwerte umgesetzt. Aufgrund der unterschiedlichen kinematischen Verhältnisse des Rollenstößels 35 ergibt sich eine andere Hubbewegung des Meßaufnehmers 30 als bei Verwendung des Flachstößels 34 gemäß Fig. 5.

Die Hubbewegung des Meßaufnehmers 30 gibt jeweils exakt die Hubbewegung des später mit der Nockenwelle 13 angetriebenen Ventils wieder. Weil diese Bewegung sehr exakt erfolgen muß, kann durch die Auswertung der Meßergebnisse leicht und zuverlässig festgestellt werden, ob die Nocke 20 die geforderte Umrißform aufweist.

Da die Messung der Umrißform des Nockens 20 bereits dann erfolgt, wenn die Nockenwelle 13 noch in der Vorrichtung 1 aufgespannt ist, können Abweichungen in der Nockenform in der gleichen Aufspannung noch korrigiert werden. Bei den bisherigen externen Meßeinrichtungen wurde die Umrißform des Nockens außerhalb der Vorrichtung festgestellt, so daß bei Abweichungen die Nockenwelle erneut in die Vorrichtung eingespannt werden mußte. Die Herstellung einer exakten Nockenform war dadurch äußerst schwierig.

Anhand von Fig. 7 wird eine weitere Möglichkeit beschrieben, wie die Form, der Durchmesser oder die Lage des Hublagers 18a der Kurbelwelle 13 durch mehrere Messungen an verschiedenen Stellen am Umfang mit der Meßeinrichtung 23 gemessen werden kann. Im Unterschied zur Verfahrensweise gemäß den Fig. 4 bis 6 wird die Meßeinrichtung 23 zunächst um die Spindelachse 37 in die jeweilige Lage geschwenkt und dann in X-Richtung verschoben. Die Messung erfolgt somit nicht in der durch die Werkstückachse gehenden Meßebene 29 (Fig. 4 bis 6), sondern unter einem Winkel zu dieser gedachten Meßebene. Die Meßeinrichtung 23 wird mit dem jeweiligen Kreuzschlitten 3 so weit verfahren, bis der Meßaufnehmer 30 der Meßeinrichtung 23 senkrecht zur Meßstelle am Hubzapfen 18a anliegt. Um weitere Meßstellen am gleichen Hubzapfen 18a zu vermessen, wird das Werkstück um einen entsprechenden Betrag gedreht. Die Meßeinrichtung 23 wird in X-Richtung etwas zurückgefahren, um die Spindelachse 37 im gewünschten Maße verschwenkt und wieder in X-Richtung in Richtung auf die Kurbelwelle 13 verschoben, bis der Meßaufnehmer 30 am Hublager zur Anlage kommt. Auf diese Weise können nacheinander sämtliche Hublager der Kurbelwelle 13 vermessen werden.

Fig. 8 kann ein ähnliches Meßverfahren, wie anhand von Fig. 7 beschrieben, entnommen werden. Hierbei wird der Nocken 20 der Nockenwelle 13 vermessen, wie anhand von Fig. 5 erläutert worden ist. Der Meßaufnehmer 30 der Meßeinrichtung 23 muß in diesem Falle nicht in der durch die Werkstückachse und die Schwenkachse 37 gehenden Meßebene liegen wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Die Meßeinrichtung 23 wird um die Achse 37 während des Abfahrens der Außenkontur des Nockens 30 verschwenkt. In der oberen Darstellung von Fig. 8 nimmt der Nocken 20 seine Ausgangsstellung ein, in welcher die Längsachse vertikal steht. Wie sich aus der unteren Darstellung von Fig. 8 ergibt, wird die Nockenwelle 13 im Uhrzeigersinn gedreht. Damit der Meßaufnehmer 30 stets an der Außenkontur der Nocke 20 senkrecht auf der Meßstelle anliegt, wird entsprechend der Drehung des Nockens 20 die Meßeinrichtung 23 um die Achse 37 geschwenkt und in X-Richtung um einen entsprechenden Weg verfahren. Damit der Meßaufnehmer 30 der Außenkontur des Nockens 20 bei der Schwenkbewegung folgen kann, ist die Anlageseite 45 des Meßaufnehmers 30 kalottenförmig oder zumindest teilzylindrisch ausgebildet, so daß in jeder Schwenklage der Meßeinrichtung 23 ein Kontakt an der Außenkontur des Nockens 20 gewährleistet ist. Die Schwenkbewegung des Meßaufnehmers 30 wird von dem (nicht dargestellten) Meßwertgeber erfaßt und in entsprechende Meßwerte umgesetzt, die beispielsweise einer nachgeschalteten Steuereinheit zugeführt werden, die aus den Meßwerten die Form des Nockens 20 ermittelt.

Fig. 9 zeigt die Möglichkeit, den Meßaufnehmer 30 im Bearbeitungswerkzeug 11 unterzubringen. Dadurch sind keine zusätzlichen Konstruktionselemente bzw. Bauteile zur Durchführung der Messung erforderlich. Besonders vorteilhaft ist eine solche Ausbildung, wenn die Spindelachse 37 numerisch gesteuert in jede beliebige Winkelposition gebracht werden kann. Durch entsprechendes Schwenken des Werkzeuges 11 kann der Meßaufnehmer 30 Meßwerte an beliebigen Punkten auf dem Umgang der Hublager der Kurbelwelle 13 aufnehmen.

Das Werkzeug 11 hat einen scheibenförmigen Tragkörper 46, der am Umfang mit Schneideinsätzen 12 versehen ist. Der Meßaufnehmer 30 befindet sich zwischen benachbarten Schneideinsätzen 12 und ist so am Umfang des Tragkörpers 46 vorgesehen, daß er die Bearbeitung des Werkstückes nicht behindert.

Der Meßaufnehmer 30 kann berührend oder berührungslos arbeiten. Bei einer berührungslosen Messung kann der Meßaufnehmer 30 mit Laser, Ultraschall, Wirbelstrom, Induktion und dergleichen arbeiten. Der Meßaufnehmer 30 kann in diesem Falle gegenüber dem Umfang des Tragkörpers 46 ausreichend weit zurückgesetzt sein, so daß eine Beschädigung des Meßaufnehmers 30 während der Bearbeitung des Werkstückes 13 zuverlässig vermieden wird.

Zum Schutze des Meßaufnehmers 30 ist vorteilhaft eine Druckluftleitung 47 im Tragkörper 46 vorgesehen, die an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist. Die Druckluftleitung 47 ist so vorgesehen, daß die aus ihr austretende Druckluft den Umfangsbereich vor dem Meßaufnehmer 30 von Spänen, Kühlmittel und dergleichen freihält. Die Druckluft bildet einen Sperrschirm, der einen Zutritt dieser Teile zum Meßaufnehmer 30 verhindert.

Der Tragkörper 46 kann zusätzlich einen Hohlraum 48 aufweisen, in dem eine Elektronik und eine zugehörige Energieversorgung für den Meßaufnehmer 30 untergebracht sind. Die Elektronik kann so ausgebildet sein, daß sie über Funk die Meßdaten an eine Empfängerstation übermittelt.

Claims

1. Meßeinrichtung für Maschinen zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen, Nockenwellen und dergleichen durch Werkzeuge, mit wenigstens einem Meßaufnehmer, der von einer Ausgangsposition in eine Meßposition bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) in der Ausgangsposition (25) im Bereich des Werkzeuges (11) angeordnet ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Meßaufnehmern (30) der Abstand in Werkstückachsrichtung (Z-Richtung) zwischen ihnen so groß ist, daß gleichzeitig zwei benachbarte Bereiche (17, 18, 18a) des Werkstückes (13) meßbar sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ausgangsposition (25) und der Meßposition (26), in Richtung der Werkstückachse (14) gesehen, höchstens ein Abstand liegt, der etwa dem 3- bis 6fachen der Schnittbreite (40) des Werkzeuges (11) entspricht.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ausgangsposition (25) und der Meßposition (26), in Richtung der Werkstückachse (14) gesehen, der Abstand 0 beträgt.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) in der Ausgangsposition (25) mittig zur Schnittbreite (40) des Werkzeuges (11) angeordnet ist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) bei der Bewegung von der Ausgangsposition (25) in die Meßposition (26) eine rotatorische Bewegung ausführt.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) bei der Bewegung von der Ausgangsposition (25) in die Meßposition (26) eine lineare Bewegung ausführt.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) bei der Bewegung von der Ausgangsposition (25) in die Meßposition (26) eine Bewegung ausführt, die auf einer beliebigen Bahn liegt.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstellen mit einem Zerspanungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide hergestellt werden.

10. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstellen mit einem Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide hergestellt werden.

11. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (11) ein scheibenförmiges Werkzeug ist.

12. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (11) ein Scheibenfräser ist.

13. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (11) ein Werkzeug zum Drehfräsen ist.

14. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (11) eine Schleifscheibe zum Umfangsschleifen ist.

15. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (11) ein orthogonaler Drehfräser ist.

16. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (11) eine Schleifscheibe zum Stirnschleifen ist.

17. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) berührend arbeitet.

18. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) ein schaltender Meßaufnehmer ist.

19. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) ein messender Meßaufnehmer ist.

20. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) berührungslos arbeitet.

21. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) mit Laser arbeitet.

22. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) mit Ultraschall arbeitet.

23. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (30) mit Wirbelstrom arbeitet.

24. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung eine Längenmessung ist.

25. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser gemessen wird.

26. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zapfenhub gemessen wird.

27. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagerstegbreite gemessen wird.

28. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Messung Form- und/oder Lageabweichungen ermittelt werden.

29. Meßeinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rundheitsabweichung ermittelt wird.

30. Meßeinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionsabweichung ermittelt wird.

31. Meßeinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Winkelabweichung ermittelt wird.

32. Meßeinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formabweichung einer Nocke (20) gemessen wird.

33. Meßeinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Formabweichung direkt durch die Auswertung des Hubs des Meßaufnehmers (30) ermittelt wird, der sich durch Drehung einer Nockenwelle (13) ergibt.

34. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) an einer Referenzfläche (33) kalibriert wird.

35. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) in das Werkzeug (11) integriert ist.

36. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßergebnisse über einen im Werkzeug eingebauten Sender an einen Empfänger übermittelt werden.

37. Meßeinrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die im Werkzeug (11) integrierte Meßeinrichtung durch Sperrluft vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln geschützt wird.

38. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelachse (37) numerisch gesteuert in jede beliebige Winkelposition verstellbar ist.

39. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) in mindestens zwei Richtungen beweglich ist.

40. Meßeinrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) in Richtung der Werkstückachse (Z-Richtung) und senkrecht zu ihr (X- Richtung) verstellbar ist.

41. Meßeinrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) in Richtung der A-Achse verstellbar ist.

42. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) an einem Spindelkasten (4) gelagert ist.

43. Meßeinrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelkasten (4) auf einem Kreuzschlitten (3) angeordnet ist.

44. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßaufnehmer (30) wenigstens eine Spüldüse (47) zugeordnet ist.