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Me#vorrichtung zum Messen gro#er Werkstückdurchmesser auf Werkzeugmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Me#vorrichtung zum Messen gro#er iverkstückdurchmesser
auf Werkzugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen.
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Die hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit von Werkstücken mit
großen Durchmessern erfordern Möglichkeiten zur genauen Bestimmung der Werkstückdurchmesser
mit geringem Zeitaufwand bei auf der Bearbeitungsmaschine aufgespanntem Werkstück.
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' Die Verwendung von BügelmeßschraubenentsprechendDIN863genügt zur
Durchmessermessung nicht mehr, wenn beispielsweise bei Sollmaßen im Bereich von
1000 mm und darüber nur Durchmessertoleranzen von Bruchteilen eines Liillimeters
zugelassen sind. Die aus der Beschaffenheit der Bügeleme#schrauben und aus ihrer
Handhabung möglichen Meßfehler liegen bercits in der Größenordnun der zugelassenen
Durchmessertoleranzen. Au13erdem sind Bügclmeßschrauben in der angegebenen Grö#enordnung
bei relativ kleinem Meßbereich sehr touer und empfindlich gegen Dejustierung. Ferner
erfordert eine sorgfaltige und damit ausreichend genaue Messung einen erheblichen
Zeitaufwand und gro#e Sachkenntnis. Um die Verwendung von Bügelmeßschrauben zu vermeiden,
liat man zur Durchmessermcssung bereits an der Führung des Werkzeugmaschinensupports
angeordnete Alaßstabe benutzt und den Werkstückdurchmesser über die Lage des Supports
auf seiner Führung ermittelt (Industrie-Anzeiger, Essen, 1960, Nr. 98, Seite 1696).
Diese Messungen sind unbefriedigend, weil Ungenauigkeiten
der Maschine,
die bereits bei der Bearbeitung des Wekstückes zu Ma3abweichungen geführt haben
- wie Spiel oder Verschleiß an den Führungen, Verformungen durch unterschiedliche
Stellung der schweren Supportteile auf ihren Führungen usw. -, gro#entelie auch
das Me#ergebnis verfälschen. Hs wurde zur Durclimessermessung auch eine auf einer
besondren Führung des Maschinenbettes verschiebbare Meßsaule vorgeschlagen, an der
ein über das Werkstück schwenkbarer Schwcnkacnlangsverschiebbar ist (DBP 836 574).
diese Vorrichtung weist zahlreiche bewegliche Teile auf, deren richtige Lage vor
oder wahrend der Messung nicht ohne weiteres überprüfbar ist. Für sehr hohe Me#genauigkeiten
ist diese Vorrichtung daher nicht geeignet, zumal bei großen Werkstückdurchmessern
bereits geringste Winkelabweichungen der Me#säule oder des Schwenkarmes aus ihrer
Soll-Lage merkliche Me#fehler ergeben. Au#erdem verfälscht die nicht völlig vermeidbare
Durchbiegung des Werkstückes des Me#ergebnis, weil das Werkstück von oben abgetastet
wird.
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Demgegenüber ermöglicht die erfindungsgemä#e Me#vorrichtung eine schnelle
Durchmcssermessung des auf der Werkzeugmaschine aufgespannten wekstückes, weil sie
Besandteil der Maschine ist. Sie ermötrlicht eine genaue Messung, weil einerseits
ihre liement nur der Me#aufgabe dienen und nicht im Kraftfluß der Maschine liegen,
andererseits die korrekte Lage der für die Me#genauigkeit ma#geblichen Elemente
durch Selbsteinstellung oder Justiermöglichkeit gewährleistet ist.
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Erreicht wird das nach der Hrfindung durch eine Me#vorrichtung, gekennzeichnet
durch einen in Werkstülängsrichtung verschiebbaren Schlitte, ein auf dem Schlitten
quer zur Werkstückdrehachse verschiebbares Stativ, ein am Stativ aufgehängtes l'endel
mit in Höhe der Werkstückdrehachse angeordnetem Taster, einen am Schlitten befestigten,
quer zur Werkstückdrehachse verlaufenden und in seiner Lage justierbaren Maßstab,
einen am Ma#stab befestigten, mit einer parallel zur Wcrkstückdrehaccuse
verlaufenden
Bezugsfläche oder -linie zusammenwirkenden Anschlag od. dgl. und cinen auf dem Ma#stab
verschiebbaren Me#schlitten mit im Bereich von Einstellmarkcn des Pendels angeordneten
Kontrolloptiken od. dgl. Einrichtung zur Kontrolle der Lage des Me#schlittens gegenüber
dem Pendel und mit einem am Me#schlitten angeordneten, dem Ma#stab gegenübeliegenden
Me#kopf. Um durch die Durchbiegung des Werkstückes verursachte Meßfehler zu vermeiden,
schlägt die Erfindung vor, da# der Taster eine senkrecht liegande, ebene und parallel
zur Werkstückdrehachse verlaufende Tnstfläche aufweist. Zur exakten Einstellung
des Tasters auf die Jerkstückoberfläche wird weiter vorgeschlagen, daß zwischen
Taster und Pendel eine Me#uhr, ein induktiver Wegaufnehmer od. dgl. angeordnet ist.
Um die Lage des Ma#stabes gegenüber der Bezugsfläche und gegenüber der Waagerechten
mit geringem Aufwand an eit und technischen Mitteln ggf. korrigieren zu können,
sollen erfindungsgemä# das eine Ende des Ma#stabes auf einer balligen Auflage des
Schlittens aufliegen und am anderen Ende Verstellmittel, wie eine in Ma#stabslägsrichtung
wirkende Justierschraube und eine senkrecht wirkende Justierschraube angreifen.
Die korrekte lage des Maßstabcs kann jederzeit ohne fremde Me#mittel überprüft und
eventuell wieder hergestellt werden, wenn nach weiteren Vorschlägen am Maßstab oder
Me#schlitten eine Genauigktitslibelle od. dgl. Gerät zur Kontrolle der waagerechten
Lage des Ma#stabes angebracht ist und zvischen dem Anschlag od. dgl. des Maßstabes
un der Bezugsfläche ein Taststift mit Meßuhr, ein induktiver Wegaufnehmer od. dgl.
angebracht ist. Die weitgehenden Justicrmöglichkeiten und die Wirkungsweise der
erfindungsgemä#en Me#-vorrichtung ermöglichen es ohne Einbuße an Meßgcnauigkeit,
den Sclilitten der Me#vorrichtung auf dem Maschinenbett zu führen. Auch die Bezugsfläche,
deren Parallelität und genau fixierter Abstand zur senkrecht durch die Werkstückdrehachse
verlaufenden Ebene für die Meßgenauigkeit bestimmend sind, kann Tcil des Maschinenbettes
sein, wenn nach einem weiteren
Vorschlag als Hezugsflächc eine in
Richtung der Werkstückdrchachse verlaufende, senkrecht angeordnete und nicht der
Führung von Maschinentelien dienende Fläche des Maschinenhettes verwendet wird.
Es ist im Itahmen der Erfindung aber auch möglich, anstatt einer Bezugsfläche eine
Bezugslinie in li'orm eines parallel zur Werkstückdchachse gespannten Me#drahtes
zu verwenden und als Gerät zur Kontrolle der Lage des Anschlages od. dgl. gegenüber
der Uezugslinie ein Me#-mikroskop od. dgl. vorzusehen. Um für die Führung der Meßvorrichtung
auf dem Maschinenbett eien möglichst gro#e Führungslängc zu erhalten und den konstruktiven
Aufzvand fiír die Meßvorrichtung gering zu halten, sowie um die Meßvorrichtung in
miiglichst großer Nähe des Hearbeitungswerkzeugcs anordie zu können, schlägt die
Erfindung schließlich vor, einen besonderen Schlitten für die Me#vorrichtung dadurch
zu vermeiden, daS3 als Schlitten der Bettschlitten der Werkzeugmaschine dient und
das Pendel am Support der Werkzeugmaschine angeordnet ist.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sindin den Figuren 1 bis 6
schematisch dargestellt, und zwar zeigen : Fig. 1 die Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 die Vorderansicht des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt
nach Schnittlinie A-B der Fig. 1, Fig. 4 einen Teilschnitt nach Schnittlinie C-D
der Fig. 1, Fig. 5 die Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispieles, Fig. 6
die Vorderansicht des Ausführungsbeispieles nach Fig. 5.
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Auf dem Maschinenbett l ist ein Schlitten 2 (Fig. 1 und Fig. 2) in
Maschinenlängsrichtung verschiebbar geführt. Der Schlitten 2 weist eine waagerechte,
quer zur Maschinenlängsachse verlaufende Führung 3 fiir ein mit bekannten, im einzelnen
nicht dargestellten Alitteln, wie Gcwindespindel 4 und Spindelmutter, von Gland
oder motorisch verschiebbares Stativ 5 auf. In ilöhe der Drehachse 6 des Werkstückes
7 ist am Stativ 5 ein 1'endel 8 mittels eines reibungsarmen, spielfreien Lagers,
z. B. Schneidenlagers, 9 schwenkbar aufgehängt. Uas Pendel 8 besteht aus
cinem
senkrechten Arm mit einer asse 10 und zwei in gewissem Abstand senlcrecht übereinander
angeordneten Einstellmarken 11, 12 sowie einem waagerechten Arm 13. An waagerechten
Arm 13 ist werkstückseitig eine Me#uhr 14 befestigt, deren Taststift 15 waagerecht
und radial zur Werkstückdrehachse 6 verläuft und an seinem werkstückseitigen Ende
eine ebene Tastfliiche 16 aufweist, die parallel zur senkrecht durch die Werkstückdrehachse
verlaufenden Ebene liegt. Das dem Werkstück abgekehrte 1,"nde des waagerechten Armes
13 dient zum Gewichtsausgleich 17 des werkstückseitigen Endes mit Meßuhr und Taststift.
An Schlitten 2 ist ein bicgesteifer Maßstabträger 18 mit einem Ma#stab 19 für optische,
optisch-elektrische oder induktive Abtastung senkrecht zur durch die Werkstückdrehachse
6 vcrlau- lasfenden senkrechten Ebene angeordnet. Werkstückseitig ist der Ma#stabträger
18 am Schlitte 2 durch einen Lagerbock 20 um eine parallel zur Werkstückdrehachse
6 liegende Achse schwenkbar abgestützt. Das andere Ende des Ma#stabträgers 18 ist
um einen Holzen 21 spielfrei schwenkbar, der mit llilfe eines in seinen Einzelheiten
nicht dargestellten Kreuzschiebers 22 mittels einer Justierschraube 23 in Längsrichtung
des Ma#stabes 19 und mittels einer Justierschraul) c in seiner Höhenlage verstellt
werden kann. Der Ma#stabträger 18 weist einen nach unten gerichteten Anschlag 25
auf, an dem eine Me#uhr 26 befestin, t ist. Der Taststift 27 der Meßuhr 26 liegt
eincr 13czugsfläche 28 des Maschinenbettes 1 gegenüber. Die Bezugsfläche 28 ist
mit höchstmöglicher Genauigkeit bearbeitet und liegt parallel zu der senkrecht durch
die Werkstückdrehachse 6 gelegten Ebene. Auf dem Ma#stabträger 18 ist ein Meßschlitten
29 spielfrei geführt und mit bekannten, im einzelnen nicht dargestellten AXitteln,
wie Gcwindespindel 30, feincinstcllbar. Der Meßschlitten 29 weist einen Me#kopf
31 zum Ablesen bzw. Abtasten des Ma#stabes 19 und zwei Kontrolloptiken 32, 33 für
die Linstollmarken 11, 12 des l'endels 8 auf. ferner ist am Meßschlitten 29 ein
Gerät zur Kontrolle der waagerechten Lage des Alaßstabes 19, wie Wasserwaage 34,
elektronische Libelle od. dgl., befestiht.
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Heim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist der Ma#stabträger 18
am Bttschlitten 35 der Werkzeugmaschine gelagert.
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Am Drehteil 36 des Maschinensupports ist eine Konsole 57 befestigt,
die das Pendel 8 umgreift und eine barallel zum Ma#-stah 19 verlaufende Führung
38 trägt. Auf der Führung 38 ist das Stativ 5 mit Hilfe der Gewindespindel 39 und
der Spindelmutter 40 verschiebbar. An Stativ 5 ist das Pendel 8 wie bereits beschrieben
gelagert.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende : Der Schlitten 2 wird
auf dem Maschinenbett 1 in die gewünschte Me#ebene des Werkstückes 7 verschoben.
Die genaue waagerechte Lage des Ma#stabträgers 18 und damit des Ma#stabers 19 wird
mit llilfe der Wasserwaage 34 kontrolliert und gcgchcnenfalls durch I) rehen der
Justierschraube 24 lcorrigiert. l) urch Verdrehen der Justierschraube 23 wird der
Ma#stabträger 18 mit dem Maßstab 19 in seiner Längsrichtung so verstellt, (la ;
der Taststift 27 der Meßuhr 26 mit der gewänschten Anlagekraft an der Bezugsfläche
28 des Maschinenbettes 1 anliegt, wobei die Me#uhr 26 den Wert "Null" anzeigt. Das
Stativ 5 wird mit flilfe der Cewindespindel 4 auf der Führung 3 des Schlittens2
verschoben, bis die Tastfläche 16 des Taststiftes 15 der Me#-nhr 14 mit der gewünschten
Anlagekraft an der Oberfläche des Werkstückes 7 anließt, wobei die Meßuhr 14 den
Wert "Null" zeisrt. In dieser Ausgangslage ist der Abstand der Null-Marke des Maßstabes
19 von der senkrecht durch die I) rehachse G des Werkstückes gelegten Ebene gleich
dem Abstand des Me#punktes des Me#kopfes 31 von der durch die Tastflachc 16 geletten
l, benc.
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Nun wird der Meßschlitten 29 mit 11ilfe der Cewindespindel 30 auf
dem Ma#stabträger 18 verschoben, bis die kontrollmarken der Kontrolloptiken 32,
33 des Meßschlittens 29 die iinstellmarken 11, 12 des Pendels 8 eingabeln. Wenn
beide Einsellmarken 11, 12 Icorrekt in den Kontrolloptiken 32, 33 stehen, das Pendel
8 sich also in genau senkrechter Lage befindet, kann am Meßkopf 31 je nach Eichung
des Maßstabcs 19 der Durchmesser oder der Radius des Werkstückes 7 abgelesen bzw.
abgetastet werden.
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Die Wirkungsweise beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 un (i ist dementsprechend.
die Verschiebbarkeit des Statives 5 auf der Führung 38 der Konsole 37 ist vorgesehen,
tin vor den Bearbeitungsproze# die Tastfläche 16 vom Werkstück 7 abheben zu können.
Das Einstellen der Me#uhr 14 auf die Workstückoberfläche vor der Messung erfolgt
mit Ifilfe der Gewindespindel 39 und/oder durch Verschieben dese Supportes auf dem
Bettschlitten 35.
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Je nach der gewünschten Me#genauigkeit, dem geforderten Bedienungskomfort
oder dem technischen Aufwand, den man treiben will, kann im Nahmen der Erfindung
der Me#vorgang durch den Einsztz bekannter technischer Mittel voll- oder Teilautomatisiert
werden.
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Wenn beispielsweise anstelle der Me#uhren 14 und 26 bekannte induktive
Wegaufnchmer od. dgl. und anstelle der Wasserwaage 54 eine soGenannte elektronische
Libelle verwendet werden, kann durch bei korrekter Lae aller drei Geräte gegebene
Impulse eine Blende betätigt werden, welche die Kontrolloptiken 32,3 5 freigibt,
oder es kann durch ein optisches oder akustisches Signal die Me#bereitschaft angezeigt
werden. Bei fotoelektrischer Abtastung der Einstellmarken 11 und 12 des Pendels
8 und motorischer Verstellung der Justierschrauben 25 und "4, des Stativs 5 und
des Me#schlittens 29 kann durch die gegebenen Inpulse auch der Mcßvorang vollautomatisch
ablaufen.
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Schlie#lich können bei Vcrwcnduns eines optisch-elektrischen oder
induktiven Maßstabcs 19 mit entsprechendem Me#kopf 31 die gewonnenen elektrischen
Impulse auch dazu verwendet werden, die Zustellung des Bearbeitungswerkzeuges zu
steuern.
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I) ie Bezugslinie im Sinne der Erfindung, nach welcher der Maßsttzb
justiort wird, kann auch eine optisclie Achse sein, d. h., zur Nullpunktskontrolle
des Ma#stabes kann auch ein optischer Fluchtlinicnprüfer od. dgl. verwendet wcrdeno