DE1602962B2 - Vorrichtung zum verkleinern von im voraus systematisch erfassbaren und im voraus nicht ohne weiteres systematisch erfassbaren bearbeitungsfehlern am herzustellenden werkstueck bei einer arbeitsoder werkzeugmaschine - Google Patents

Description

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linear sein, wenn der zu bearbeitende Rohling an die im voraus systematisch erfaßten Fehler beseitigt

irgendeiner Stelle wesentlich unterschiedliche Roh- sind.

masse oder eine unterschiedliche Härte aufweist. Dadurch ergeben sich trotz höherer Genauigkeit

Derartige Abweichungen treten natürlich nicht nur der Bearbeitung bedeutende Vereinfachungen und

in der beschriebenen Form beim Drehen und Fräsen 5 Einsparungen im Betrieb.

auf; die gleichen Betrachtungen gelten auch beim Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung Schleifen und allen anderen spanabhebenden Be- dient als Abbildungseinrichtung eine am Werkzeugarbeitungen mit Hilfe von Arbeitsmaschinen. Das schlitten angelenkte Feder, deren anderes Ende an gleiche gilt auch für die Werkstückbearbeitung nach einem Hebel einer Prallplatte angreift, die Teil eines dem Kopierverfahren und für einige andere spanlose xo pneumatischen Folgereglers ist.
Bearbeitungen, z. B. für das Walzen oder Drücken. Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfin-Hier treten bei den Werkstücken ebenfalls Fehler dung dient als Abbildungseinrichtung ein Leitlineal, auf, die auf die Toleranz der Baugruppen und Bau- dessen Steigung von einem pneumatischen Folgeelemente der Bearbeitungsmaschine zurückzuführen regler abtastbar ist.
sind. 15 Nach einer weiteren Ausführungsform der Er-

Zur Korrektur von im voraus systematisch erfaß- findung ist die Abbildungseinrichtung ein mit im

baren Fehlern ist es ferner bekannt, die Steigungs- voraus systematisch erfaßbaren Fehlern behaftetes

fehler einer Leitspindel einer Drehmaschine mit Hilfe Werkstück.

eines mechanisch abgetasteten Kurvenkörpers zu Nach einer weiteren Ausführungsform der Erkorrigieren, dessen Kurvenverlauf den jeweiligen 20 findung dienen als Abbildungseinrichtungen ein mit Steigungsfehlern entspricht (vgl. Patentschrift 1554 im voraus systematisch erfaßbaren Fehlern behaftetes des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost- Werkstück, ein Werkstück der vorangegangenen Berlin). Fertigung und ein fehlerloses Werkstück, deren von

Abgesehen davon, daß hier nur in der Vorschub- den Weg-Druckwandlern erzeugte Drücke über einen richtung und nicht senkrecht dazu korrigiert wird, 25 Rechner dem Stellglied zuführbar sind,
sind mechanische Getriebe aufwendig, insbesondere, Schließlich ist an Stelle des fehlerlosen Werkwenn im Hinblick auf die Erschütterungen während Stückes als Abbildungseinrichtung ein fest eindes Einsatzes Formschluß verlangt wird und mehrere gestellter Druck anwendbar.

Fehler zusammenzufassen sind. Der Aufwand wird Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wer-

dann schnell sehr groß. 30 den also verschiedenartige Fehler, die bei der Be-

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem eingangs arbeitung eines Werkstückes mittels einer Arbeitsgenannten Stande der Technik, die Aufgabe zu- maschine entstehen, erfaßt, zusammengeführt und in gründe, eine Vorrichtung zum Verkleinern der ge- einem analogen pneumatischen Druck überführt, der nannten Bearbeitungsfehler an einem herzustellenden als Stellgröße einem Steuerkreis zugeführt wird, Werkstück zu schaffen, die ohne die mit der 35 dessen Stellglieder in Form pneumatischer Stelldort gebrauchten Art einer Regleranwendung ver- motoren das Werkzeug oder seinen Träger oder auch bundenen systembedingten Fehlerquellen für die zu seine Bewegungen begrenzende Anschläge um kleine korrigierende Werkzeugbewegung arbeitet, d. h. nicht Beträge im Sinne einer Verkleinerung der systemadurch vorübergehende Störungen infolge von am tischen und zufälligen Fehler verstellt, wobei diese Werkstück haftenden Spänen zu Schwingungen an- 4° Korrektur sowohl bei der Bearbeitung von Mantelgeregt wird noch durch den Fluß von Schneid- und als auch von Stirnflächen von Werkstücken durchKühlmitteln Maßfehler erzeugt. geführt werden kann. Die erzielbaren Wegänderun-

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gen liegen dabei in der Größenordnung von etwa

gelöst, daß die durch getrennte, an sich bekannte 100 bis 1000 μΐη.

Abbildungseinrichtungen darstellbaren Fehler von 45 Die Erfindung ist nachfolgend an Hand mehrerer

Arbeitsmaschine und Werkstück durch den Weg- Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeich-

Druckwandler in Abhängigkeit vom zurückgelegten nung beschrieben. Im einzelnen zeigt

Weg des Werkzeuges in Längsrichtung in pneuma- Fig. 1 ein Schema einer ersten Ausführungsform

tische Drücke umwandelbar sind, die dem jeweiligen der Erfindung mit kraftvergleichender Ermittlung der

Druck, der das Stellglied beaufschlagt, überlagerbar 50 Werkzeugposition in Vorschubrichtung,

sind. F i g. 2 ein Schema einer zweiten Ausführungsform

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich der Erfindung mit wegvergleichender Ermittlung der

die Genauigkeit von zu bearbeitenden Werkstücken Werkzeugposition in Vorschubrichtung

wesentlich verbessern, da die Fehler nunmehr durch F i g. 3 ein Schema einer dritten Ausführungsform

Abbildungseinrichtungen dargestellt werden, so daß 55 der Erfindung mit einem Vergleichswerkstück als

Instabilitäten der bisher verwendeten Regelkreise steuerndes Glied,

vermieden sind. Ferner können erstmals getrennt er- Fig. 4 ein Schema einer gegenüber Fig. 3 abfaßbare Fehler unterschiedlicher Charakteristik durch geänderten Ausführungsform der Erfindung und
Überlagerung zusammengefaßt werden. Dies sind die F i g. 5 ein Schema einer vierten Ausführungsform sich nicht ändernden, im voraus systematisch erfaß- 60 der Erfindung.

baren Fehler der jeweiligen Arbeitsmaschine, im Eine in Fig. 1 nur angedeutete Arbeits- oder voraus systematisch erfaßbare Fehler, die von der Werkzeugmaschine weist einen Werkzeugschlitten

Werkzeugabnützung und der Temperaturzunahme oder -träger 1 auf, der eine Vorschubbewegung in

herrühren und sich mit der Zeit vergrößern, und die Richtung des Pfeils s ausführen kann, während ein

bei der Bearbeitung eines Werkstückes auftretenden, 65 auf diesem Schlitten befindliches Werkzeug 10 senknicht ohne weiteres im voraus systematisch erfaß- recht dazu in Richtung des Doppelpfeils α bewegbaren Fehler, die jedoch jedesmal an einem Werk- bar ist.

stück noch in Erscheinung treten würden, nachdem Um die jeweilige Position des Werkzeuges 10 in

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Vorschubrichtung s in bezug auf das zu bearbeitende langen dünnen Werkstücken entstehen, eliminiert

Werkstück 15 pneumatisch abbilden zu können, ist werden.

der Schlitten 1 über ein Band2 mit einer Feder 3 Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel verbunden, die an einem Hebel 4 zieht. Das ent- zeigt, daß der Erfindungsgedanke auch dadurch zu stehende Drehmoment am Hebel 4 wird durch 5 verwirklichen ist, daß ein Werkstück zunächst ohne einen Kompensationsbalg 5 aufgewogen, indem der Korrektur der beschriebenen Fehler auf derselben Hebel 4 durch eine in einer Druckluftleitung 8 Werkzeugmaschine mit denselben Werkzeugen herliegende Düse 6 abgetastet wird. Vor dieser Düse 6 gestellt wird, das daraufhin in Vorschubrichtung ist eine Vordrossel 7 angebracht. Der feste Gelenk- durch eine Meßeinrichtung abgetastet und das Erpunkt des Hebels ist mit 14 und der bewegliche io gebnis dieser Messung zur Steuerung des Werkzeug-Gelenkpunkt mit 16 bezeichnet. Der Angriffspunkt 9 halters zwecks Korrektur der Fehler benutzt wird, der Feder 3 ist in bezug auf F i g. 1 nach oben und Hierzu wird das mit den systematischen Fehlern unten verschiebbar, um das System angleichen zu hergestellte Werkstück 20 von einer pneumatischen, können. Falls der Angriffspunkt 9 nach oben über auf dem den Werkzeughalter 23 tragenden Schlitten den festen Gelenkpunkt hinaus verschoben wird, ist 15 21 angeordneten Meßeinrichtung 22 während der eine weitere Feder 19 vorzusehen, deren Wirkung Bearbeitung des korrigiert herzustellenden Werkauf den Druck im Kompensationsbalg 5 durch die Stückes 15 abgetastet. Die Drücke der Meßeinrich-Wirkung der Feder 3 verkleinert wird. Nähert sich tung 22 werden direkt oder über ein über eine der Hebel 4 mit der Prallplatte 24 der Düse 6, dann Leitung 110 mit Zuluft versorgtes Steuer- oder wird sich der Druck in der Leitung 8 hinter der Düse 20 Rechengerät 28 zu dem pneumatischen Stellglied 13 erhöhen. Dieser erhöhte Druck wird dem Kompen- des Werkzeughalters 23 geführt,
sationsbalg 5 zugeführt, in dem sich mithin ein Zur automatischen Korrektur auch der nicht Druck ausbildet, der proportional dem fallenden systematischen Fehler, die z. B. durch Werkzeug- oder steigenden Zug der Feder und damit pro- abnutzung oder andere zufällige Einflüsse, Temperaportional der Schlittenstellung wird. Dieser Druck 25 tür u. ä. entstehen, kann die in Fig. 3 beschriebene wird entweder unmittelbar über die Leitung 8 oder Anordnung erweitert werden, wie es in F i g. 4 darüber einen in F i g. 1 nicht dargestellten Rechner gestellt ist. Zunächst muß wieder ein Werkstück 20 einem pneumatischen Stellglied 13 zugeführt, das das mit den systematischen Fehlern hergestellt werden. Werkzeug 10 unmittelbar oder mittelbar in Richtung Außerdem sind aber noch ein fehlerloser Prototyp des Doppelpfeils α bewegt. Derartige, hier nicht 30 35 des Werkstückes und ein Werkstück 36 der vorannäher beschriebene Stellglieder sind beispielsweise gegangenen Fertigung erforderlich. Alle Werkstücke in den deutschen Patentschriften 1285 910 und werden durch Meßeinrichtungen 32, 37 und 38 1 502 583 dargestellt. gleichzeitig abgetastet, die auf dem Schlitten 31, der

In F i g. 2 ist der Werkzeugschlitten 1 mit einem auch den Werkzeughalter 23 trägt, angeordnet sind,

mittels einer Feststelleinrichtung 11 in seiner Neigung 35 Die einzelnen Meßdrücke werden in einem über eine

verstellbaren Lineal 12 versehen, dessen Stellung von Leitung 110 mit Zuluft versorgten pneumatischen

einer an sich bekannten Nachlaufeinrichtung 17 ab- Rechen- und Steuergerät 39 verglichen und der j

getastet wird. Hierzu ist der im Zusammenhang mit Druck, der der endgültigen Stellung des Werkzeuges I

F i g. 1 beschriebene Hebel eine Prallplatte 24, die 10 zur Kompensation aller Fehler entspricht, dem !

von einem Fühlhebel 18 betätigbar ist. Die Düse 6 40 Stellmotor 13 zugeführt.

ist mit der Leitung 8 über einen flexiblen Schlauch Selbstverständlich kann die Anordnung so gewählt 25 verbunden, der keine oder nur geringe Rieht- sein, daß die Meßeinrichtungen 32, 37 und 38 stillkräfte ausübt. Durch nicht dargestellte Mittel wird stehen und die drei unterschiedlichen Werkstücke an dafür gesorgt, daß der Fühlhebel immer am Lineal den Meßeinrichtungen synchron vorbeigeführt wer- ff 12 anliegt. Im Kompensationsbalg bildet sich ein be- 45 den, so daß ebenfalls in dem Rechengerät 39 ein summier Druck aus, der von der Stellung des Fühl- resultierender Steuerdruck entsteht, der dem Stellhebels abhängt. Entfernt sich der Fühlhebel von der glied 13 zugeführt wird.

Prallplatte, dann wird diese die Düse schließen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 5.

Durch den im Kompensationsbalg sich ausbildenden Hier wird die Korrektur der Konizität des zu be-

Druck dehnt dieser sich aus, bis die Prallplatte 50 arbeitenden Werkstückes 15, wie für F i g. 1 be-

wieder an den Fühlhebel stößt. Der Druck im Balg schrieben, vorgenommen. Der Druck des Kompen-

hängt dann von der Ausbildung der den Balg um- sationsbalges 5 wird jedoch nicht direkt, sondern

gebenden Federn 26 ab. über ein Rechen- oder Steuergerät 41 in das Stell-

Diese wegvergleichende Einrichtung dient eben- glied 13 des Werkzeughalters 23 geführt. Dem

falls dazu, die Positionen des Werkzeuges in Vor- 55 Rechenglied werden auch die Drücke, die der

schubrichtung in bezug auf das Werkstück ab- Korrektur des Durchmessers des Werkstückes ent-

zubilden und den Stellmotor entsprechend zu be- sprechen, eingeführt. Diese Drücke werden entweder

einflussen. durch ein weiteres Steuerglied 42 erzeugt, in das über

Durch die veränderliche Neigung des Lineals die Leitung 40 durch einen Drucksteller 46 einstellkann die Luftdruckänderung, die einer bestimmten 60 bare Festwerte entsprechend den Durchmesser-Schlittenverschiebung zugeordnet ist, ebenfalls ver- korrekturen eingegeben werden, oder durch einen ändert werden. Bei einer Anordnung mit einem Leit- über eine Leitung 317 mit Zuluft versorgten Istwertlineal wird die Fehlerkorrektion dann linear, wenn Sollwert-Vergleicher 43, in den die Werte einer das Lineal eine Gerade ist. Es können aber auch die pneumatischen Durchmessermessung durch einen Lineale nichtlinear gemacht werden. In diesem Falle 65 Fühler 44 an einem Werkstück 45 der vorankönnen mit dem Lineal nichtlineare Schlitten- gegangenen Fertigung automatisch eingegeben werbewegungen in Vorschubrichtung oder auch Fehler, den. Ein solcher druckmittelbetriebener Istwertdie durch Durchhängen oder Werkzeugandruck an Sollwert-Vergleicher ist z. B. in der deutschen Offen-

legungsschrift 1523 657, offengelegt am 4.12.69, beschrieben.

Für die Erfindung ist es wesentlich, daß maschinen- oder werkstückbedingte, systematisch erfaßbare Fehler in Abhängigkeit des charakterisierenden Parameters, z. B. des Weges des Vorschubes an einer Drehmaschine, mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung in einem zur Größe des Fehlers analogen Luftdruck abgebildet werden, der über ein Stellglied die relative Lage zwischen Werkzeug und Werkstück in der Weise verändert, daß der Fehler einem Minimum zugeführt wird. Die Beeinflussung der Werkzeugposition kann hierbei durch einen Stellmotor als Stellglied gemäß den deutschen Patentschriften 1 285 910 und 1 502 583 erfolgen, der den Werkzeugtisch feinverstellt, oder auch durch einen

Stellmotor gemäß deutscher Offenlegungsschrift 1 552 428 — offengelegt am 12. 8.71 —, der einen auf dem Werkzeugtisch oder körperfest montierten Werkzeughalter feinverstellt. Wird dagegen ein Werkzeug oder ein Werkzeugtisch gegen veränderliche Anschläge gefahren, so sind diese Anschläge mit Hilfe der erstgenannten Stellmotoren entsprechend feinzuverstellen.

Andere physikalische Medien als der hier gebrauchte Luftdruck könnten beispielsweise Stromstärken oder Spannungen sein, die z. B. über in Abhängigkeit einer Werkstückmessung sich einstellende, an sich bekannte Schaltanordnungen dem Stellmotor zur Beeinflussung der Werkzeugposition im Sinne einer Verkleinerung der systematischen Fehler zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 309 523/26

Claims (6)

1 2 Richtung durch einen Weg-Druckwandler dargestellt Patentansprüche: und in einen zur Fehlergröße analogen Druckwert übertragbar ist, der zu korrigierenden Steuerung der

1. Vorrichtung zum Verkleinern von im voraus Zustellbewegung in der zur Vorschubrichtung senksystematisch erfaßbaren und im voraus nicht 5 rechten Richtung über das Stellglied dient.

ohne weiteres systematisch erfaßbaren Be- Bei derartigen Vorrichtungen ist es bekannt, die arbeitungsfehlern am herzustellenden Werkstück Abweichung eines zu bearbeitenden Werkstückes von bei einer Arbeits- oder Werkzeugmaschine mit einem Sollmaß mit Hilfe zweier gegenüberliegender einem Werkzeug, dem in Bearbeitungsrichtung Düsen pneumatisch zu messen und die Differenz, soeine Vorschubbewegung und in senkrechter Rieh- io bald sie außerhalb der Toleranzen liegt, dazu zu betung dazu durch ein Stellglied eine Zustell- nutzen, einen elektrischen Stellmotor zum Anbewegung erteilbar ist, wobei eine fehlerhafte Maß- sprechen zu bringen, der das Werkzeug im korriabweichung in zur jeweiligen Position des Vor- gierenden Sinne verstellt (vgl. die britische Patentschubes senkrechter Richtung durch einen Weg- schrift 904 730).

Druckwandler dargestellt und in einen zur Fehler- 15 Dadurch, daß die Messung eines Werkstückes größe analogen Druckwert übertragbar ist, der während seiner Bearbeitung, z. B. durch sich aufzur korrigierenden Steuerung der Zustellbewegung rollende Stahlspäne und durch den Fluß von Schneidin der zur Vorschubrichtung senkrechten Rieh- und Kühlmitteln, mitunter unmöglich, zumindest tung über das Stellglied dient, dadurch ge- doch immer mit Schwierigkeiten verbunden ist, führt kennzeichnet, daß die durch getrennte, an 20 eine solche Anordnung zu Ungenauigkeiten und gibt sich bekannte Abbildungseinrichtungen (3,12,20, auf Grund der Ansprechempfindlichkeit des die Ver-35, 36, 45) darstellbaren Fehler von Arbeits- stellung des Werkzeuges veranlassenden Reglers zu maschine und Werkstück durch den Weg-Druck- Schwingungen Anlaß. Dies führt zu Instabilitäten wandler (4, 5, 6, 7, 8, 14, 24) in Abhängigkeit des Reglerkreises, mit der Folge, daß die Mantelvom zurückgelegten Weg des Werkzeuges in 25 linie eines zu bearbeitenden Werkstückes nicht mehr Längsrichtung in pneumatische Drücke um- zylindrisch, sondern wellenförmig ausgeführt wird, wandelbar sind, die dem jeweiligen Druck, der Wenn man nicht von Fehlerkorrekturregeleinrichdas Stellglied beaufschlagt, überlagerbar sind. tungen Gebrauch macht, besitzen bekanntlich Werk-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- stücke, die auf Werkzeugmaschinen hergestellt werkennzeichnet, daß als Abbildungseinrichtung eine 30 den, immer Fehler, die durch die Toleranzen der am Werkzeugschlitten (1) angelenkte Feder (3) Baugruppen und Bauelemente einer Werkzeugdient, deren anderes Ende an einem Hebel (4) maschine bedingt sind. Ist z. B. an einer Dreheiner Prallplatte (24) angreift, die Teil eines maschine der Weg des Supports in Vorschubrichtung pneumatischen Folgereglers (17) ist. nicht genau parallel zur Drehachse der Arbeits-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 spindel, so dreht der Drehmeißel bei seiner Längskennzeichnet, daß als Abbildungseinrichtung ein bewegung nicht einen genauen Zylinder, sondern Leitlineal (12) dient, dessen Steigung von einem einen Konus, oder bei der Herstellung konischer pneumatischen Folgeregler (17) abtastbar ist. Werkstücke treten Abweichungen von der be-

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- absichtigten Konizität auf. Beim Plandrehen ist das kennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtung ein 4° Problem ähnlich. Wenn die Bewegung des Quermit im voraus systematisch erfaßbaren Fehlern Schlittens nicht genau senkrecht zur Achse des Werkbehaftetes Werkstück (20) ist. Stückes erfolgt, wird nicht eine plane Fläche, sondern

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ein schwacher Konus gedreht. Auch bei solchen kennzeichnet, daß als Abbildungseinrichtung ein Werkzeugmaschinen, bei denen der Drehmeißel ummit im voraus systematisch erfaßbaren Fehlern 45 läuft und das Werkstück stillsteht, treten ähnliche behaftetes Werkstück (20), ein Werkstück der Fehler auf, nämlich immer dann, wenn die Achse, vorangegangenen Fertigung (36) und ein fehler- um die sich der Drehmeißel dreht, nicht genau loses Werkstück (35) dienen, deren von den Weg- parallel zur Bahn des Supports verläuft. Auch z. B. Druckwandlern erzeugten Drücke über einen bei Fräsmaschinen, insbesondere bei großen Fräs-Rechner (39) dem Stellglied zuführbar sind. 50 längen, können die Ausleger, auf denen die Supporte

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- geführt werden, sich infolge der auf sie einwirkenden kennzeichnet, daß an Stelle des fehlerlosen Werk- Schwerkraft durchbiegen. Die hierdurch hervorstückes (35) als Abbildungseinrichtung ein fest gerufenen Abweichungen von einer idealen geraden eingestellter Druck anwendbar ist. Bewegung werden sich auf dem bearbeiteten Werk-

55 stück abbilden. Bei Drehmaschinen besitzt das be-

arbeitete Drehteil bei solchen Abweichungen nicht

die gewünschte lineare Mantellinie, sondern es entsteht eine bahnabhängige nichtlineare Mantellinie.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ver- Ein Drehkörper mit nichtlinearer Mantellinie kann kleinern von im voraus systematisch erfaßbaren und 60 z. B. auch dadurch entstehen, daß das zu beim voraus nicht ohne weiteres systematisch erfaß- arbeitende Werkstück verhältnismäßig lang und dünn baren Bearbeitungsfehlern am herzustellenden Werk- ist. Es wird sich dann unter dem Einfluß der Kräfte, stück bei einer Arbeits- oder Werkzeugmaschine mit die das Werkzeug ausübt, und eventuell auch unter einem Werkzeug, dem in Bearbeitungsrichtung eine dem Einfluß der Schwerkraft durchbiegen. Zu den Vorschubbewegung und in senkrechter Richtung 65 von äußeren Kräften verursachten Einflüssen gedazu durch ein Stellglied eine Zustellbewegung er- hören auch die, die vom Werkstück selbst ausgehen teilbar ist, wobei eine fehlerhafte Maßabweichung in und systematische Fehler verursachen können. Es zur jeweiligen Position des Vorschubes senkrechter wird z. B. die Mantellinie eines Drehteils nicht exakt