DE1244515B - Einrichtung zur reproduzierbaren Erzeugung kleiner vorgebbarer Verschiebungen insbesondere an Mess- und Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur reproduzierbaren Erzeugung kleiner vorgebbarer Verschiebungen insbesondere an Meß- und Werkzeugmaschinen In der Technik wird häufig die Aufgabe gestellt, sehr kleine Längenverschiebungen in einer oder auch in zwei gegenläufigen Richtungen durchzuführen. So liegt beispielsweise bei allen Werkzeugmaschinen dieses Problem vor, um Temperaturänderungen, den Verschleiß des Werkzeuges und andere Störeinflüsse auszugleichen. Auch bei Meßzeugen ist es schwierig, den Meßschlitten oder Meßkopf so zu verschieben, daß die Meßmarke genau mit dem Sollwert übereinstimmt. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur reproduzierbaren Erzeugung kleiner vorgebbarer Verschiebungen insbesondere an Meß- und Werkzeugmaschinen mittels eines form- oder kraftschlüssig mit dem zu verschiebenden Teil einerseits und einem festen Teil andererseits verbundenen Dehnstabes. Der zu verschiebende Teil kann z. B. der Support einer Werkzeugmaschine sein. Bei kraftschlüssiger Verbindung muß der Kraftschluß zwischen Dehnstab und Support größer sein als die größten zwischen dem Support und dem Grundgestell auftretenden Reibungskräfte. Der Dehnstab erzwingt eine Verschiebung des Supports rockfrei mit großer Kraft entsprechend seiner Temperatur.
• Das Problem wird um so schwieriger, je größer die Massen sind, die verschoben werden müssen und je größer die aus dem Gewicht des zu verschiebenden Teils resultierende Reibung ist. Der sich aus dem Übergang der Ruhe- zur Mischreibung ergebende Effekt einer ruckweisen Bewegung bewirkt eine relativ große Verschiebung. Es ist jedoch wünschenswert, die Spanne so klein wie möglich zu halten. Man hat daher die verschiedensten Methoden ersonnen, um mit großer Kraft kleine Verschiebungen ohne diesen »Rockeffekt« zu erreichen. Dabei ist auch eine Einrichtung bekanntgeworden, die sehr kleine Verschiebungen gestattet unter Ausnutzung eines auf magnetostriktiver Basis arbeitenden, sich dehnenden Stabes. Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, zwar außerordentlich kleine Verschiebungen mit sehr großen Kräften durchführen zu können, jedoch ist die größtmögliche Dehnung des Stabes relativ klein und bedingt daher besondere Maßnahmen, z. B. wiederholtes Klemmen des Dehnstabes, das aber betriebsmäßig nicht anwendbar ist und so die notwendige Genauigkeit nicht erreicht.
• Eine andere bereits vorgeschlagene Einrichtung für kleine Zustellungen an Werkzeugmaschinen benutzt einen Dehnstab mit einem elektrischen Wirkwiderstand als Heizkörper. Die Dehnung dieses Dehnstabes erfolgt unkontrolliert und dient als kontinuierliche Feinzustellung des Werkzeugschlittens nach erfolgter Grobzustellung. Nach dem Ende der Feinzustellung wird der Dehnstab durch ein Kühlmittel abhängig von dessen Temperatur und Einwirkzeit ungenau auf ein Ausgangsmaß zurückgeschrumpft. Alle äußeren Temperatureinflüsse, wie Wärmeableitung vom Dehnstab und Änderungen der Umgebungstemperatur, der Maschinentemperatur und der Kühlmitteltemperatur verändern diese Zustelleinrichtung.
• Demgegenüber liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Einrichtungen in reproduzierbarer Weise rasche Verschiebungen um vorgebbare sehr kleine Strecken herbeizuführen, und zwar über einen Bereich, der erheblich größer ist als jener, der mittels des magnetostriktiven Effektes unmittelbar erreicht werden kann.
• Es ist auch bekanntgeworden, daß für die Bewegung des Objektträgers eines Mikrotoms die einander entgegengesetzt verlaufenden Längenänderungen durch Induktionsströme und magnetostriktive Kräfte in einem speziell geeigneten Werkstoff ausgenutzt werden. Dabei sollen die Wärmeträgheit des Dehnkörpers und der Spule und die Stromstärke so aufeinander abgestimmt sein, daß trotz unterbrochener Stromzuführung eine stetige Längung des Dehnkörpers erfolgt. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich also um eine stetige Längenverschiebung.
• Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Vorschläge, deren magnetostriktive Längenänderungen bei sinnvollem technischem Aufwand immer unzureichend klein und deren unkontrollierbare Längenänderung durch elektrische Heizkörper oder große Wärmeträgheit bei induktiver Erwärmung zur Lösung der Erfindungsaufgabe ungeeignet sind.
• Die Erfindung sieht vor, daß der Dehnstab induktiv vorzugsweise mit Hochfrequenz erwärmt wird und das Stellglied eines Regelkreises ist, dessen Stellung von einer Meßeinrichtung mit Sollwerteinstellung überwacht und bei Abweichung vom Sollwert durch Erwärmen oder Kühlen korrigiert wird.
• Die induktive Hochfrequenzerwärmung längt den Dehnstab praktisch augenblicklich ohne Wärmeträgheit und mit hohem Wirkungsgrad reproduzierbar genau, weil die aufgebrachte Energie, abgesehen von den stets gleich geringen und von der Umgebungstemperatur unabhängigen Streuverlusten, vollständig im Dehnstab in Wirbelstrom- und Hysteresewärme umgesetzt wird und sich als Längung auswirkt. Aus einer vorgewählten Impulsgröße der zuzuführenden Hochfrequenzenergie kann somit in der zu betrachtenden Größenordnung fehlerfrei unmittelbar auf die sich ergebende Längenänderung des Dehnstabes geschlossen werden. Es gelingt auf diese Weise leicht, Längenänderungen in der Größenordnung von 0,1 Mikron in Bruchteilen von Sekunden durchzuführen und andererseits eine maximale Längung bis zu mehreren Zehntel Millimetern in einigen Sekunden zu erreichen.
• In gleicher Weise kann durch Abkühlung des Dehnstabes z. B. durch Preßluft oder Wasserkühlung und die damit verbundene Zusammenziehung des Materials eine Kürzung in gleichen Dimensionen erfolgen. Da der Dehnstab mit dem zu verschiebenden Teil form- oder kraftschlüssig verbunden ist, erfolgt eine Längung und Kürzung ohne Umkehrspanne.
• Mit der Einrichtung wird eine sehr feinfühlige, stetige und spielfreie Verstellung bei großer Verstellkraft und leichter Regelbarkeit erreicht, die hierin alle bekannten Verfahren um mehr als das Zehnfache übertrifft.
• Als Stellglied eines Regelkreises verwendet, wird die Dehnstablänge ständig z. B. von einem Luftmeßventil gemessen und an einer bekannten Luftmeßeinheit mit Standrohr und Flüssigkeitssäule angezeigt und mit einem fotoelektrischen Meßkopf abgetastet. Die sich aus der fotoelektrischen Abtastung ergebenden Korrektursignale werden über einen Verstärker dazu benutzt, Hochfrequenzimpulse zur Längung des Dehnstabes abzugeben. Demnach ist die Höhenlage des Fotomeßkopfes maßgebend für die Stellung des Werkzeugträgers, d. h., die Höhenlänge ist die Sollwerteinstellung des Regelkreises. Die Einrichtung fährt daher auch nach Stillstand der Maschine und entsprechender Abkühlung selbsttätig wieder auf den Sollwert, weil die Höhenlage des Fotomeßkopfes unverändert geblieben ist.
• Weiterhin kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Meßstation für fertige Werkstücke vorhanden sein, in der der Istwert eines gerade fertig bearbeiteten Werkstückes mit einem Sollwert verglichen und aus diesem Vergleich ein Korrektursignal gewonnen wird, das die Sollwerteinstellung des Regelkreises und damit die Dehnstabstellung verändert.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur reproduzierbaren Erzeugung kleiner vorgebbarer Verschiebungen insbesondere an Meß- und Werkzeugmaschinen mittels eines form- oder kraftschlüssig mit dem zu verschiebenden Teil einerseits und einem festen Teil andererseits verbundenen Dehnstabes, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Dehnstab induktiv vorzugsweise mit Hochfrequenz erwärmt wird und das Stellglied eines Regelkreises ist, dessen Stellung von einer Meßeinrichtung mit Sollwerteinstellung überwacht und bei Abweichung vom Sollwert durch Erwärmen oder Kühlen korrigiert wird. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßstation für fertige Werkstücke vorhanden ist, aus deren Soil-Istwert-Vergleich Korrektursignale gewonnen werden, die den Sollwert der Dehnstabstellung verändern. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Zwangskühlung des Dehnstabes vorhanden ist, die vom Korrektursignal gesteuert wird. 4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab mit einem Maschinenelement zur Verschiebung eines beweglichen Teiles identisch ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 535 376, 1017 799, 1052 263; deutsche Auslegeschrift Nr.1039 254; schweizerische Patentschrift Nr.142 864; USA.- Patentschrift Nr. 2 651236; B e r g m a n n, Der Ultraschall, 1954, S. 52 bis 56; R i n t, Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechniker, Bd. 1I, 1953, S. 641 bis 646; Zeitschrift für wissenschaftliche Mikroskopie, H. 2/62, 1954, S. 65 bis 67; Technische Mitteilungen, 43. Jahrgang, 1950, H.
2. 2, S. 99 bis 105; Philips' Technische Rundschau, 17. Jahrgang, H. 6, S. 200 bis 206.