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Nachformeinrichtung für Werkzeugmaschinen. Die Erfindung betrifft
eine Nachformeinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einem richtungsempfindlichen
Kopierfühler, dessen Tasterauslenkung über einen-Meßwertumformer dem Regelkreis
zugeführt wird. Die Güte einer Nachformeinrichtung wird vor allem von der Eigenfrequenz
des Tasters"bestimmt. Je größer die Eigenfrequenz'des Tasters ist, umso genauer
kann bei einer gegebenen Vorschubgeschwindigkeit der Taststift der Form des Modells
folgen. Bei plötzlicher Richtungsänderung der Außenkontur des Modells besteht bei
Tastern mit geringer Eigenfrequenz die Gefahr, daß sich der Taststift vom Modell
abhebt und damit einen Kopierfehler herbeiführt.
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Die Eigenfiequenz des Tasters ist von dessen Masse und vom Tastdruck
abhängig. Eine kleine Masse des Tasters ergibt bei einem vorgegebenen Tastdruck
eine hohe Eigenfrequenz und eine große Masse eine entsprechend kleine Eigenfrequenz
des Tasters. Umgekehrt verhält es sich mit dem Tastdruck. Ein großer Tastdruck ergibt
auch eine hohe Eigenfrequenz des Tasters und umgekehrt. Zur Erhaltung der Formgenauigkeit
des Modells soll der Tastdruck so klein wie möglich gehalten werden, sodaß die Eigenfrequenz
des Tasters nur durch Verringerung seiner Masse im günstigsten Sinne beeinflußt
werden kann.
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Bei den bekannten Nachformeinrichtungen besteht der Taster aus einem
zweiarmigen Hebel, der im Schwenkpunkt kardanartig im Fühler gehäuse gelagert ist.
Seine Rückführung in die Nullstellung erfolgt durch Federn, die am mit dem Meßwertumformer
in wirkmäßiger Verbindung stehenden Hebelarm angreifen. Der Meßwertumformer wird
von einem Kontaktgerät oder einem induktiven Weggeber gebildet, die bei Auslenkung
des Tasters ein Steuersignal abgeben, das nach Ver-
stärkung die Richtung
und Größe der Geschwindigkeiten der Vorschubantriebe steuert. Diese bekannte Ausbildung
und Lagerung des Tasters sowie die mit dem Taster ein gemeinsames
Teil bildenden Ele-
mente des Meßwertumformers ergeben eine relativ
große bewegte Masse
mit entsprechender geringer Eigenfrequenz des Tasters.
Außerdem
ist die Lagerung des Tasters verschleißbehaftet und mit unvermeidbarer Reibiuig
:verbunden, die eine Hysteresis des Tasters bewirkt und damit die Genauigkeit der
Nachformeinrichtung zuzsätzlich beeinträchtigt. Schließlich ergeben sich in-folge
der nur geringen Auslenkungen des Tasters Schwierigkeiten
für die Schmierung
der Lagerung.
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Die Aufgabe der-Erfindung besteht darin, eine Nachformeinrichtung
mit möglichst hoher Eigenfrequenz und großem Auflösungsvermögen zu schaffen, die
weitgehend wartungsfrei arbeitet und gleichzeitig-eine einfache, geschlossene und
platzsparende Baueinheit bildet. Nach der Erfindung wird dies erreicht durch Verwendung
eines mit Dehnungsmeßstreifen versehenen elastischen Gliedes als Meßwertumformer
für die Auslenkung des Tasters, wobei das eine Ende des elastischen Gliedes am Fühlergehäuse
befestigt ist und das andere Ende den Taster trägt. Das elastische Glied mit den
aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen als Meßwertumformer bildet somit gleichzeitig die
Lagerung und Rückstellung des Tasters, sodaß zusätzliche, die Regelgenauigkeit nachteilig
beeinflussende Lager- und Federelemente entfallen können. Darüberhinaus bildet der
Taster gemeinsam mit dem elastischen Glied nur einen einarmigen fiebel. Damit ergibt
sich gegenüber den bekannten Tastern eine wesentliche Masse-Verringerung mit entsprechend
hoher Eigenfrequenz. Zur Erzielung eines größtmöglichen Ausgangssignals des Meßwertumformers
bei einer Auslenkung des Tasters, weist das elastische Glied im Auf-nahmebereich
der Dehnungsmeßstreifen ein kleineres Widerstands-
moment auf als
in den Befestigungsbereichen für. den Taster und das J
Fühlergehäuse.
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Das elastische Glied wird zweckmäßigerweise aus einem Werkstoff
mit
kleinem=Elastizitäts-Modul und geringer Hysteresis wie Beryllium-Bronze hergestellt.
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Eine besonders massearme Ausbildung des elastischen Gliedes zur Erreichung
einer möglichst hohen Eigenfrequenz ergibt sich @ vcrteil hafterweise
durch eine rohrförmige Ausbildung desselben, wobei
dessen Enden eine
größere Wandstärke aufweisen als dessen die Deh-nungsstreifen aufnehment%
Mittelteil.
Zylindrische Querschnitte für das elastische.Glied ergeben
außerdem in jeder Biegerichtung gleiche Widerstandsmomente und damit ein konstantes,
resultierendes Ausgangssignal für eine bestimmte radiale Auslenkung des Tasters.
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Das dem Taster zugewandte Ende des elastischen Gliedes ist in Weiterbildung
der Erfindung mit einem die Durchbiegung des elastischen Gliedes begrenzenden Anschlagkörper
umgeben. Dadurch wird mit Sicherheit eine unzulässige Durchbiegung des elastischen
Gliedes unterbunden. , In vorteilhafter Weise bildet das dem Taster zugewandte Ende
des elastischen Gliedes mit dem dasselbe umgebenden Anschlagkörper einen sich in
axialer Richtung erstreckenden und mit einer dämpfenden Flüssigkeit angefüllten
Ringraum. Die radialen Bewegungen des Tasters werden infolge der damit verbundenen
Flüssigkeitsbewegungen innerhalb des Ringraumes wirkungsvoll gedämpft. Es ist zweckmäßig
den gesamten das elastische Glied aufnehmenden Fühlergehäuseraum mit einer dämpfenden
Flüssigkeit anzufüllen. Dadurch ist nur eine die freie radiale Bewegung des Tasters
gewährleistende Manschettendichtung zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Ringraumes
zwischen elastischem Glied und Anschlagkörper erforderlich. Zweckmäßigerweise ist
an dem dem Taster zugewandten Ende des elastischem Gliedes ein Tragkörper für den
Taster bzw. Taststifthalter befestigt, dem zur Begrenzung der Durchbiegung des elastischen
Gliedes ein Gehäusevorsprung mit radialem Spiel umgibt.
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Zur Erzielung einer Bruch-Sicherung des Fühlers bei einer Störung
der Regelung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Taster bzw. der Taststifthalter
mit dem elastischen Glied mittels einer Zugfeder kraftschlüssig verbunden. Bei-einem
unzulässigen Ansteigen des Tastdruckes kann somit der Taster nach Überwindung der
Federspannung ausknicken.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind bei Nachformeinrichtungen
mit richtungsempfindlichem-Kopierfühler für zwei Koordinaten, jeder der beiden Koordinaten
vier nach Art einer Wheatstone-Brücke geschaltete Dehnungsmeßstreifen zugeordnet,
die,.paarweise auf einander =-rgenüberliegenden Seiten des elastischen Gliedes befestigt
sind,
wobei jeweils die in der Brücke gegenüberliegenden Dehnungsmeßstreifen
auf einer gemeinsamen Meßachse hintereinander auf dem elastischen Glied angeordnet
sind. Dadurch werden besonders hohe-Ausgangssignale des Meßwertumformers erzielt.
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Ein Ausführbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch den Fühler, Fig. ?. zeigt einen Schnitt II-II,,durch
das elastische Glied,--Fig. 3 zeigt eine Abwicklung des elastischen Gliedes im Bereich
der Dehntaxigsmeßstreifen und ° Fig. 4 zeigt den schaltungstechnischen Aufbau..der
Dehnungsmeßstreifen.
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Nach Fig. 1 besteht der Fühler aus dem Gehäuse 1 mit Einsatzstück
2, das in einer axialen Buhrung 3 das rohrförmige elastische Glied 4 aufnimmt. -DJe
beiden Enden 5 und 6 des elastischen Gliedes haben eine größere Wandstärke als der
mittlere, die Dehnungsmeßstreifen M aufnehmende Bereich. Während das Ende
5 des elastischen Gliedes in der Bohrung des Einsatzstückes 2 spielfrei eingepreßt
und mittels eines Kunststoffklebers befestigt ist, Ist auf das Ende 6 ein zylinderförmiger
Tragkörper 7 mit eingeschraubtem Zentrierkörper 8 für den Taststifthalter 9 spielfrei
aufgepreßt und ebenfalls mittels eines Kunststoffklebers befestigt.
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Die kraftschlüssige Verbindung des Taststifthalters 9 mit dem Tragkörper
7 erfolgt mittels der gleichzeitig als Bruchsicherung dienenden Zugfeder 1o, die
sich am Ende 11 mit der an diesem Ende befestigten Hülse 12 an der geschlitzten
Scheibe 13 und am Ende 14 mit der an diesem Ende befestigten Hülse 15 an der geschlitzten
Scheibe 16 abstützt. Die Scheibe 13 stützt sich wiederum an einer Eindrehung 17
des Taststifthalters 9 und die Scheibe 16 an einer Eindrehung 18 des Zentrierkörpers
8 ab. Das Ende 14 der Feder 1o weist zur Montage des Taststifthalters 9 mit dem
mit dem Tragkörper 7 verschraubten Zentrerkörper 8 eine hakenförmige Verlängerung
19 auf. Der Taststifthalter 9 liegt mit seiner Zentrierfläche 2o auf der Zentrierfläche
21 des Zentrierkörpers-8 auf.
Wird bei einer Störung des nicht dargestellten
Regelkreises der Taster mit erhöhter Kraft gegen das ebenfalls nicht gezeigte Modell
gefahren, knickt der Taststifthalter 9 nach Überwindung der Federkraft an den Zentrierflächen
2o, 21 aus, nachdem sich vorher bereits der Tragkörper 7 an der zylindrischen Verlängerung
28 des Fühlergehäuses angelegt hat. Der Taststift 22 ist in der von der überwurfmutter
23 betätigbaren, in der Bohrung 24 des Taststifthalters 9-geführten Spannzange 25
befestigt. F Der die Durchbiegung des elastischen Gliedes 4 begrenzende Ringspalt
26 zwischen der Bohrung 27 der zylindrischen Verlängerung 28 des Gehäuses tmd dem
Tragkörper 7 ist nach außen durch den Faltenbalg 29 flüssigkeitsdicht abgedichtet.
Der Raum 3o des Gehäuses 1 im Bereich des elastischen Gliedes 4 ist von dem Einsatzstück
2 in axialer Richtung begrenzt. Der Dichtungsring 31 zwischen Einsatzstück 2 und
dez Eindrehung-32 des Gehäuses 1 dichtet den Raum 3o in Richtung der Steckdose 33,
die am Abschlußdeekel 34 mittels Schrauben 35 befestigt ist, flüssigkeitsdicht nach
außen ab. Der Abschlußdeckel 34 bildet mit dem Einsatzstück 2 über zwei einander
gegenüberliegenden Stegen. 36 ein gemeinsames Bauteil, das mittels der Schrauben
37 starr mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, wobei die genaue Lage der beiden Teile
zueinander durch den Zylinderstift 38 fixiert ist. Der Zylinderstift 39 im Gehäuse
1 dient zur genauen Festlegung des Fühlers am nicht dargestellten Kopierfühlerhalter.
An den beiden Stegen 36 zwischen Einsatzstück 2 und Abschlußdeckel 34 sind die Leiterplatten
4o mittels Zylinderschrauben 41 befestigt. Zur flüssigkeitsdichten Durchführung
der nicht dargestellten elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Dehnungsmeßstreifen
M und der Leiterplatte 4o durch das Einsatzstück 2, sind die Bohrungen 42 des Einsatzstückes
Lötstützpunkte 43 für die elektrischen Verbindungsleitungen flüssigkeitsdicht eingesetzt.
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Sowohl der Gehäuseraum 3o als auch der von dem Faltenbalg 29 eingeschlossene
Raum 44 mit Ringspalt 26 'ist mit einer die Bewegung des elastischen Gliedes
4.dämpfenden..Flüs.sigkeit gefüllt. Die Dämpfung . erfolgt vor allem durch
die in dem Ringspalt 26 befindliche Flüssigkeit.
Die in Fig.l mit
M bezeichneten Dehnungsstreifen sind in den Fig.2 und 3 entsprechend ihrer Zuordnung
zu den Koordinaten bzw. Biegeachsen x und y und ihrer Lage auf dem elastischen Glied
4 mit x1, x2, x3 und x4, sowie mit y1, y2, y3 und y4 bezeichnet.-Die Dehnungsmeßstreifen
x1 und x2 liegen auf der gemeinsamen Meßachse A1 und die Dehnungsmeßstreifen x3
und x4 liegen auf der gemeinsamen Meßachse A2, wobei die Meßachsen auf einander
gegenüberliegenden Seiten des elastischen Gliedes verlaufen. Entsprechendes gilt
für die der y-Koordinate zugeordneten Dehnungsmeßstreifen, die auf den Meßachsen
B1 und B2 liegen. Die vier Meßachsen verlaufen untet Zentriwinkel von jeweils 9o0.
Sowohl die der x-Koordinate als auch die der y-Koordinate zugeordneten Dehnungsmeßstreifen
sind nach Art einer Wheatstone-Brücke gemäß Abb.4 geschaltet. In dieser Figur entsprechen
die mit 1, 2, 3 und 4 bezeichneten Dehnungsmeßstreifen den in den Fig.2 und 3 mit
xl,x2, x3 und x4, bzw. y1, y2, y3 und y4 bezeichneten Dehnungsmeßstreifen. Die in
der Brückenschaltung einander gegenüberliegenden Dehnungsmeßstreifen 1, 2 bzw. 3,
4 liegen gemäß Fig. 2 und 3 jeweils auf einer gemeinsamen Meßachse. Dadurch werden
diese Dehnungsmeßstteifen immer gleichsinnig beim Biegen des elastischen Gliedes
beeinflußt, und das Ausgangssignal ux bzw. uy entsprechend verstärkt. Mit Uv ist
die in den Fig. 3 und 4 angelegte Spannung bezeichnet.
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Je nach Richtung der Auslenkung des als Taststift 22 und Taststifthalter
9 gebildeten Tasters und der damit verbundenen Durchbiegung des elastischen Gliedes
4 werden die, Ausgangssignale ux, uy positiv oder negativ. Die Ausgangssignale werden
in bekannter Weise einem Vektoranalysator zugeführt, der aus ihren Werten die Kursgeschwindigkeit
und die Tasterauslenkbeträge für x und y und damit die Anstellung der Vorschubantriebe
festlegt. -Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführbeispiel gebunden, insbesondere
kann das elastische Glied, das gemeinsam mit den Dehnungsmeßstreifen den Meßwertumformer
bildet auch so ausgebildet werden, daß es beispielsweise für einen richtungsabhängigen
Kopierfühler eingesetzt werden kanh. -