DE1903564A1

DE1903564A1 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE1903564A1
Application number: DE19691903564
Authority: DE
Inventors: Oxenham John Boorley Green
Original assignee: VERO PREC ENGINEERING Ltd
Current assignee: VERO PREC ENGINEERING Ltd
Priority date: 1968-01-25
Filing date: 1969-01-24
Publication date: 1969-11-27
Also published as: GB1195632A; US3587360A

Description

Diese Erfindung betrifft eine nunerisch ^eäteuorte Werkzeugmaschine, d.h. eine Werkzeugmaschine mit einer auto-Viaiiuchen steuerung zum Programmieren der i3earbeitungsiolge t^;ir ein Werkstück mit mehreren Werkzeugen und zum Einstellen de α Vors-oliubabstandes jedes Werkzeuges zum Werks tile Ic von seiner Ausgangslage aus.

jei len bisherigen vfer'czeugmaschinen dieser Art erfolgt die Steuerung minerisch durch einen Lochstreifen, ein Magnetband oder einen anderen Informationsträger oder auch durch manuelle Informationseingabe, um ein veränderliches ßearbeitungsprOijrainn zu erhalten. Diese Maschinen haben einen Positionierungssneicher, in den ein elektrisches Signal, das dem erforderlichen Vorschubweg jedes Werkzeuges zum und. in das Werkstück entspricht, eingegeben wird, einen Meßspeicher, in den während des Vorschubes des Werkzeuges ein elektrisches Signal, das der Position des Werkzeuges entspricht, wird unde.inen Vergleicher, der die Signale der

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beiden Speicher vergleicht und die We&zeug—Vorwärtsbewegung stoppt, wenn die Signale übereinstimmen. Das Signal, das in den Positionierungsspeicher eingegeben wird, wird aufgrund einer angenommenen Vorsprungslänge des Werkzeuges von seiner Spindel errechnet» Aus Genauigkeitsgriinden ist es daher notwendig, daß jedes einzelne Werkzeug über die Spindel hinausragt, die es in einem bestimmten Abstand trägt. Umfangreiche Arbeit ist deshalb erforderlich, um die benötigten Werkzeuge vorher ani' eine vorgeschriebene Länge einzustellen, usi sicherzustellen, daß iia Falle eines Austausches eines abgenutzten YJe rfc ζ eng es gegen ein anderes die Maschine »veiterain mit dem gleichen Genauigkeitsgrad arbeitet. DcirüiJerhinaus können Fehler auicruni von Wärme—'■ ~" ausdehuunfien oder einem ungenauen Einsetzen eines Werkzeuges in seine Spindel austreten.

Die Erfindung betrifft nun eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einer Streckenmeßeinriehtung, mit der der Abstand zwischen der Werkzeug spit ze und einer feststehenden Üezu.'slage nach dem Einsetzen des Werkzeuges in eine Spindel gelassen werden kann, mit einen Umsetzer, der jede Streckenmessung in ein elektrisches Signal umwandelt und mit einer Einrichtung in Steuersystem zum Vergleichen der algebraischen Summe des Signals des Heßspeiciiers unl des vom Umsetzer gelieferten Signals mit einem Signal dos Paaitionierungs— Speichers. Anclerorseitc 'rann die l/erlczeiigX'inge auch gemessen, werden, während sich rk'.s v/erkzeug im Magazin eines automatischen Werkzeugwechslers befindec und auf den Einsatz in die Spindel .weirtet.

Wenn solch eine Streckenmeßvorrichtung voi^;handen ist, stellt das in den Positionierun^sspeicher eingegebene Signal den Abstand zwischen der Lezugslage und der Endlage des Weges des Werkzeuges dar und-ist so unabhängig von der "Werkzeug-— lage. Die Bezugslage kann die Stirnfläche einer Spindel sein,

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in welchem Fall die Meßvorrichtung, wie später ausführlicher beschrieben wird, dazu benutzt wird, um die aus der Spindel vorstehende Vieri:zeuglänge zu messen. Die Vorschubstreclce des Werkzeugweges ist .dann die arithmetische Differenz zwischen dem programmierten Weg und dem gemessenen Weg. Die andere-Möglichkeit- ist, daß als Bezug slage ein Punkt gewählt wird, der von der Stirnfläche der Spindel in einem gleichen oder etwas größeren Abstand als die Länge des längsten Werkzeuges' steht. In diesem Fall mißt die·-Meßvorrichtung die Entfernung zwischen diesem Punkt und der Werkzeugspitze und die Vorschubs trecke des Werkzeuges ist dann die arithmetische Stimme des programmierten und des gemessenen Weges.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen nachfolgend noch näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1-3 schemätischc Darstellurnten einer Werkzeugmeßvorrichtung Jiemäß der Erfindung an drei verschiedenen Werkzeugmaschinen, die bei A in Seitenansicht ιιη·1 :iei Ii in Frontansicht zu sehen sind,

Fig. ^li eine teilweise beschnittene Ansicht der Werkzeug— raeßvorri oh lung gemäß Fig. 3»

Fig. 5 eine Seitenansicht hierzu, auch teilweise im Schnitt,

Fig._s6 ein hydraulischen Stetierkreis der· Meßvorrichtung, nach ilc;n Fiir. -Ί und 5,

Fig. 7 ein Schema zur Bezugslage der Meßvorrichtung der Fig. h und 3»

Fig. ο ein iiloe.cdiasramm eines Steuersystems für eine Meßvorrichlung gemäß der Erfindung,

Fig. 9 eine Ansicht ähnlich der Fig. 5 einer anderen Ausführung der Streckenmeßvor,richtung,

Fig.10 eine Ansicht einer weiteren Art einer Streckenmeßvorrichtung und

Fig.ii ein bchema zur Bezugslage der Streckenmeßvorrichtung wie in Fig. 10 gezeigt.

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Wie in Fig. h und 5 gezeigt, besteht die Werksugmeßvorrichtung 10 gemäß der Erfindung im Grundprinzip aus einer unter der Kontrolle einer Druckstange 12 hin-und hergehenden Zahnstange 11. Die Druckstange trägt einen Arm 13, der mit dem Ende eines Werkzeuges IA, das in eine Spindel 15 eingesetzt ist, zusammenwirkt. Die Zahnstange 11 greift in ein Zahnritzel 16 ein, das, wie später ausgeführt, dazu dient, in Verbindung mit einem Umsetzer 2A elektrische Signale, die die gemessene Strecke zwischen einer Bezugslage und der Werkzeugspitze darstellen, in das Steuersystem der Werkzeugmaschine einzugeben.

Fig. 1 zeigt solch eine Meßvorrichtung IO an einer Werkzeugmaschine mit einer einzigen Spindel und für manuelles Umrüsten. In diesem Fall kann die Vorrichtung 10 sofort nach dem Einsetzen des Werkzeuges Ik in die Spindel manuell oder aber automatisch durch das Steuersystem betätigt werden, wenn die Maschine nach dem Einsetzen eines neuen Werkzeuges wieder in Garig gesetzt worden ist. Zwischen den Messungen wird die Vorrichtung 10 in die Ruhestellung P, die gestrichelt gezeichnet ist, gebracht,

Fig. 2 zeigt die Meßvorrichtung 10 an einer Werkzeugmaschine mit einem Revolverkopf mit sechs Spindeln, die durch ein Steuersystem nacheinander in Arbeitsstellung gebracht werden. In diesem Fall ist die Meßvorrichtung an einer Werkzeugweohselstellung angeordnet und sie wird mittels eines Steuersystems automatisch betätigt, um das Werkzeug 14 in der nach oben gerichteten Spindel des Magaazins zu messen, während das Werkzeug in der nach unten gerichteten Spindel im Einsatz ist. Der elektrische Meßwert der Werkzeuglänge, der von der Vorrichtung 10 angegeben wird, wird im Steuersystem gespeichert und freigegeben, wenn das gemessene Werkzeug in die Einsatzstellung kommt. Dabei wird keine Zeit mit der Werkzeugmessung ^· verschwendet, da diese Messungen vor dem Einsatz des Werkzeuges ausgeführt werden«, - '

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Pig. 3 zeigt die Meßvorrichtung an einer Werkzeugmaschine mit einem Spindelkasten 17 mit zwei Spindeln, die abwechselnd in die Arbeite-, Werkzeugwechsel- und Meßstellungen gebracht werden. Wieder wird das Werkzeug automatisch ausgewechselt und danach gemessen, während das andere Werkzeug im Einsatz ist und die Information der Meßvorrichtung wird gespeichert, bis sie gebraucht wird.

In beiden Fällen nach Fig. 2 und 3 ist vorgesehen, wie später ausgeführt wird, daß die Streckenmeßvorrichtung in eine Ruhestellung schwenken kann, wenn sie ganz vom Werkzeug zurückgezogen ist, um das Auswechseln des Werkzeuges durch einen automatischen Werkzeugwechselmechanismus, der nicht gezeigt ist, nicht zu erschweren»

Die Fig. h und 5 zeigen die Werkzeugmeßvorrichtung im Detail an einer Werkzeugmaschine nach Fig. 3. Sie umfaßt eine Säule 18, die auf dem Kasten 17 befestigt ist und mit zwei Zylindern 19 und 20 ausgebildet ist, wobei der erstere die Zahnstange 11 iincl der letztere die Drucicstange 12 aufnimmt. Das Zahnritzel 16 ist an einer Welle 21 befestigt, die mittels einer Kupplung 22 mit der Welle 23 eines Umsetzers 2h verbunden ist, der ein elektrisches Signal, das der Winkelstellung (lea Zalmritzels l6 und deshalb der Bewegungsstrecke der Zahnstange 11 entspricht, gibt» Die Zahnstange 11 wird mittels des durch einen Eingang 2-j auf einen Kolben 26 am unteren Ende wirkenden Luftdrückeα nach oben gedrückt.

Der Arm 13 ist am oberen Ende der Druckstange 12 befestigt, die hohl ist und auf einer feststehenden Stange 27 gleitet. Ein an der Drucicstange befestigter Stift 28 greift in eine Nut 29 in der Stange 27 ein. Die Druckstange 12 wird durch den Eintritt von Druckluft in ein Einlaßrohr 31 angehoben und durch •Eintritt von Druckluft in den oberen Teil des Zylinders 20 gesenkt. Nach demEintritt von Druckluft in das Itohr 31 wird

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Flüssigkeit aus einem HydraulikbehäJLter 52 und durch einen Schwenkanschluß 33 zu einem Einlaß 30 am Boden des Zylinders 20 gedrückt, um die Druckstange 12 aufsteigen zu lassen.

Nachdem die Druckstange 12 hochgestiegen ist, folgt ihr die Zahnstange 11, die von der Druckluft an der Unterseite des Kolbens 26 nach oben bewegt wird, bis der Kolben 26 an einem Anschlagring 5{t anschlägt. Die Druckstange 12 setzt die Auf-, wärtsbewegung fort, wobei sich der Arm 15 vom oberen Ende der Zahnstange 11. abhebt und die Druckstange 12 und der Arm 13 werden um 90° in die Ruhestellung P (Fig. 3) durch das Zusammenwirken des Stiftes 26 mit einer Spiralfeder 35 in der Nut 29 gedreht.

Beim Niedergehen von der höchsten Stellung werden die Druckstange^12 und der Arm 13 von dem Stift 28 mn 90° von der Ruhe- -»»4· die Arbeitsstellung zurückgedreht, wobei der Arm 13 das obere Ende der Zahnstange 11 ergreift und sich die Zahnstange 11 mit der Druckstange 12 nach unten bewegt, bis diese Abwärtsbewegung durch Anschlag des Annes 13 am Werkzeug gestoppt wird. Eine hydraulisch betätigte Klemme -'iO ist vorgesehen, um die Zahnstange 11 in der Position festzuhalten, die sie nach einem Meßvorgang für den später beschriebenen Zweck einnimmt.

Wie in Fig. 6 dargestellt, wird Druckluft aus einer Druckleitung 38 über ein Drucksteuerventil j6 zum unteren Ende des Zylinders 19 zugeführt, wobei der das untere Ende der Zahnstange 11 beaufschlagende Druck von einem Überdruckventil 57 festgelegt wird. Die Zufuhr von Druckluft in den Ölbehälter 32 wird von einem von einem Solenoid ^lt± betätigten Ventil 39 gesteuert. In der gezeigten Position strömt die Luft ans der Leitung 38 in den ölbehälter 32, um mittels des Öles die Druckstange 12 anzuheben. Die Druckluft aus der Leitung 38 öffnet ein Steuerventil 42, um die vom oberen Ende des

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Zylinders 20 wegführende Leitung mit dem Auslaß zu verbinden· Wenn das Ventil 39 durch das Solenoid 41 umgestellt wird, schließt sich das Ventil 42 und die Druckleitung 38 ist mit der Leitung 43 verbunden, um die Druckstange abzusenken und den Ölbehälter 52 mit der Auslaßleitung

44 zu verbinden.

Die Linie L in Fig. 7 stellt die Stirnfläche der Spindel, die Linie 0 die Bezugslage der Werkzeugmeßvorrichtung gemäß Fig. 4 und 5, das ist die Stellung, in der sich die Zahnstange ii an der Spitze ihres Hubes befindet,und die Linie E die Endstellung des Werkzeuges dar, nachdem es seinen Weg in das Werkstück hinein beendet hat. Z bedeutet die programmierte Dimension, die in das Steuersystem eingegeben wurde, und "J die Dimension, die von der Meßvorrichtung gemessen wurde. Die Gesamtstrecke der Werkzeugbewegung ist somit Z '+% , Die Bezugslage 0 stimmt mit der Stellung der Spitze des längsten Werkzeuges, wie am oberen Ende der Fig. 7 gezeigt, überein und die für dieses Werkzeug zu messende Strecke X ist deshalb null.

Wie in Fig.8 gezeigt, wird ein elektrisches Signal, das der Dimension Z entspricht, in den Po-sitionierungsspeicher

45 eingegeben, entweder von einem Lochstreifen 46 über einen Streifenleser 47 oder mit Hilfe eines Handwählers 48. Die Signale des Meß-Umsetzers 24 und des Umsetzers 49, der die Position des Maschinensohlittens 50, der die Spindel trägt, mißt, werden zusammengelegt und in einen Stückmeßspeicher eingegeben. Ein arithmetischer Vergleicher 52 mißt die Differenz zvrisdben den Signalen der Speicher 45 und "51 und veranlaßt einen Motor 53» den Schlitten solange zu bewegen, wie ein Unterschied besteht. Diese Bewegung hört auf, wenn das Signal des Speichers 51 mit dem des Speichers 45 gleich ist.

Die Umsetzer 24, 49 können von digitaler Art sein und Impulse abgeben, die durch ihre Zahl die Bewegungswege des

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Meßarmes und des Maschinenschlittens darstellen, wobei die .algebraische Summe der Impulse in den Speicher 51 eingegeben wird, der dann ein Rechner ist, und die mit der Anzahl der Impulse im.Speicher 45 verglichen wird. Ist dagegen ein Analog-Umsetzer vorhanden, so kann dieser elektrische Signale, z.B. Spannungen erzeugen, die der Position entsprechen, die dann mit den entsprechenden Signalen des Speichers 45 ver— glichenVird,

Fenn es sich um eine Mehrspindel-Maschine handelt und das Signal, das der Umsetzer 24 nach Messen eines Werkzeuges in der Ladestation abgibt, zur späteren Verwendung gespeichert werden soll, wenn das Werkzeug die Schneidstation erreicht, so kann dies erreicht werden, wenn die Klemme 40 (Fig. 5) zur Anwendung kpmrat, vorausgesetzt, daß ein Analog-Umsetzer ' 24 vorhanden ist. Ist der Umsetzer 2k von digitaler Art, dann kann das Steuersystem einen Hilfswerkzeug-Umsetzspeieher umfassen, der die Impulse aus dem Umsetzer 24 zählt und sie, wenn erforderlich, direkt in den Vergleicher 52 einspeist.

Im anderen Falle kann die Meßvorrichtung Zwillingmeßzahnstan-? gen und damit verbundene Umsetzer umfassen, die wechselweise arbeiten, und das Steuersystem weist einen Schalter zum Verbinden des Umsetzers der Zahnstange, die das Werkzeug an der Ladestation vorher gemessen hat, mit dem Meßwertspeicher 51 während der Bearbeitung eines Werkzeuges auf. Diese Anordnung wird in Fig. 9 gezeigt, wo die Zahnstangen mit IiA und IiB, die entsprechenden Zahnritzer mit i6a und !OB und die entsprechenden Umsetzer mit 24A und 24B bezeichnet sind.

Ein Zylinder 54, der an einem nicht gezeigten, aber dem Arm der Fig. 4 entsprechenden Arm befestigt ist, umfaßt einen federbelasteten Kolben, der beim Einlaß von Luft in den Zylinder durch eine Leitung 55 bewegt werden kann, um seine Kolbenstange 56 in die Position, wie in Fig. 9 gezeigt, zu bringen. Die Kolbenstange trägt einen Schlitten 57 mit zwei Schlit-

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zen 58A, 58B. In der gezeigten Position befindeb sich der Schlitz 53A gegenüber der Zahnstange HA, so daß ein Senken des Armes nur die Zahnstange IiB betätigt. Wenn der Luftdruck im Zylinder 54 vermindert wird, bewegt sich der Schlitten 57 in seine andere Position und bringt den Schlitz 58B in Stellung gegenüber der Zahnstange IiB. Auf diese Weise reagiert nur die Zahnstange HA auf das Absenken des Armes,

Die andere Ausführung der Streekenmeßvorrichtung, wie in Fig. 10 dargestellt, unterscheidet sich von der in Fig. 4 und 5 in der Weise, daß sie einen Luftmotor 59 hat, der durch eine Kupplung 60 mit dem Zahnritzel l6 verbunden ist. Während ein Werkzeii/x mittels des Armes 13 gemessen wird, wird dem Motor 59 Luft zugeführt, der die Zahnstange 11 in einer Bodenaus— gang.spositio'n hält, in welcher ihr Kopf 20 das untere Ende des Zylinders 19 berührt. Nach Abschluß des Messens wird die Druckluft des Motors 59 abgelassen und die Zahnstange 11 wird durch die untere Druckbeaufschlagung gehoben, bis sie von dem Arm 13 gestoppt wird. In diesem Fall erzeugt der Umsetzer 24 ein Signal, das der Länge des Werkzeuges entspricht.

In diesem Fall fällt, wie in Fig. 11 gezeigt ist, die Bezugsposition mit der Stirnfläche der Spindel zusammen und die programmierte Dimension -Z ist die arithmetische Summe aus der gemessenen Dimension 3, und dem Vorscliubweg des Werkzeuges.

.Wenngleich dns vom -Umsetzer PA gelieferte Signal entweder in direkter Anwendung oder in Verbindung mit einem Signal des i'ositionierungsurasetzers mit einem arithmetischen-Vergleicher 5j beschrieben worden ist, könnte es auch als Korrekturfaktor im i^Jos"i"tionierungsspei'Oher Verwendung finden.

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Claims

- ίο - Patentansprüche:

1) Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch eine Streckenmeßvorrichtung (lO), die nach dem Einsetzen eines Werkzeuges (14) in eine Spindel (15) oder während das Werkzeug sich in einem Magazin eines automatischen Werkzeugwechslers befindet, zum Messen des Abstandes zwischen der Werkzeugspitze und einer feststehenden Bezugs— lage zu betätigen ist, einen Umsetzer (24) zum Umwandeln der Meßwerte in ein elektrisches Signal und einen Vergleicher (52) in einem Steuersystem zum Vergleichen der algebraischen. Summe des Signals des Meßspeichers (5l) und des vom Umsetzer gelieferten Signals mit einem Signal des Positionierungsspeichers (45).

2) Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (iO) sofort nach Einsetzen des Werkzeuges in die Spindel automatisch unter Kontrolle des Steuersystems zu betätigen ist»

3) Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 mit einem Spindelkasten für mehrere Spindeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (lO) ein Werkzeug in der Spindel in Ladestellung während des Einsatzes eines Werkzeuges in der Spindel in Arbeitsstellung mißt.

4) Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch einen zum in der Spindel befindlichen Werkzeug quer gerichteten Arm (l3), der bis zum Anschlag mit der Werkzeugspitze bewegbar ist, eine Zahnstange (ll), die mit dem Arm (l3) von einer Bezugslage aus parallel zur Werkzeugachse bewegbar ist, bis der Arm durch Kontakt mit dem Werkzeug arretiert wird, und durch ein Zahnritzel (l6), das in die Zahnstange (ll) eingreift und mit dem Umsetzer (24) verkuppelt ist.

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SADORtGfMAL

5) Werkzeugmaschine nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (13) an einer mittels Flüssigkeitsdruck betriebenen, parallel zur Zahnstange (H) angeordneten Druckstange (12) befestigt ist.

6) Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (ll) in Anschlagrichtung zum Arm (13) belastet ist, um die Bewegung des Armes zum und vom Werkzeug mitzumachen,und sie einen Anschlag (3*0 zur Bewegungsbegrenzung aufweist und daß eine Einrichtung zum Drehen der Druckstange (l2) um ihre Achse vorgesehen ist, um den Arm in eine Ruhestellung zu schwenken, wenn die Zahnstange den Anschlag erreicht hat, und um die Druckstange zurückzudrehen, damit der Arm. beim Rückhub der Druckstange in die Arbeitsstellung zurückkehrt.

7) Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme (¹IO) vorgesehen ist, um die Zahnstange (ll) in der Stellung zu halten, in die sie während des Meßvorganges vom Arm (l3) gebracht worden ist.

8) Werkzeugmaschine nach Anspruch k, gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung (lO) mit zwei Zähnstangen (llA, IiB), die je in ein mit je einem Umsetzer verbundenes Zahnritzel (16A, 16b) eingreifen, mit einer Einrichtung zum wahlweisen Verkuppeln der Zahnstangen mit dem Arm, so daß nur eine Zahnstange die Bewegung des Armes in Richtung Werkzeug mitmacht und ferner mit einem Signalleser im Steuersystem für die vom Umsetzer der einen Zahnstange erzeugten Signale, während der Umsetzer der anderen Zahnstange an der Längsbewegung teilnimmt.

9) Werkzeusmaschine nach einem der Ansprüche 1.bis 3t gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtunii (lO) mit einem quer zum Werkzeug in der Spindel gerichteten Arm (i3), einer

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BAD ORIGINAL

J- ώ-

zur Werkzeugachse parallel ve rs chi el)}} or en Zahnstange (ll), die während der Bewegung des Armes zum Werkzeug in einer Bezugslage gehalten ist, mit einer Einrichtung zum Bewegen der Zahnstange in Richtung und in Kontakt mit dem Arm (15), nachdem dieser durch Anschlag am Werkzeug angehalten worden ist und mit einem in die Zahnstange eingreifenrden und mit dem Umsetzer verbundenen Zahnritzel (l6).

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