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Vorrichtung zum Messen und Steuern von Werkzeugmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Werkstücken, vorzugsweise auf der
Werkzeugmaschine, und Steuern der betreffenden Werkzeugmaschine, insbesondere Nutenfräsmaschine,
zur Erhaltung eines vorgewählten Werkstückmaßes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Werkzeugmaschinen,
insbesondere für Nutenfräsmaschinen, verwendbare Meßsteuereinrichtung zu erstellen,
die geringe Investitionskosten erfordert, und die einfach und robust und somit für
den Werkstattbetrieb geeignet ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
ein nach innen oder außen gerichteter an einem Meßkopf angeordneter verstellbarer
und/oder federnder Meßschnabel das Istmaß eines Werkstücks, z.B. die Breite einer
Nut, abgreift, diesen Wert mit einem in ein Steuergerät eingegebenen Sollwert vergleicht
und bei einer innerhalb der Werkstattoleranz liegenden vorbestimmten Differenz über
eine Schalteinrichtung mittels einer Antriebsvorrichtung ein Verstellen der den
Vorschubweg des Werkzeugs oder des Werkstücks bestimmenden Mittel zum Zwecke des
Nachstellens des Werkzeugs relativ zum Werkstück veranlaßt.
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Wegen der Betriebssicherheit ist für die Erfindung die Kombination
mit dem Merkmal, daß die den Vorschubweg des Werkzeugs oder des Werkstücks bestimmenden
Mittel selbsttätig nachstellbare Anschläge o. dgl. sind.
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Für das Bearbeiten von Werkstückserien, insbesondere auch wenn die
Maschine nach der Erfindung in einer Maschinenstraße steht, ist eine derartige Ausgestaltung
bedeutungsvoll, daß bei außerhalb der Werkstattoleranz fallender Differenz über
eine Schalteinrichtung die Werkzeugmaschine stillgesetst wird.
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Für eine einfache und sichere Funktion der Vorrichtung ist es ferner
vorteilhaft sie, durch ein von einem Steuergerät steuerbares, hydraulisch, pneumatisch
oder elektrisch antreibbares Klinkenwerk, das über eine Spindel o. dgl. den oder
die Anschläge der Maschine verstellt, auszubilden.
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Zur Förderung des automatischen Arbeitsablaufes ist die Erfindung
dahingehend weitergebildet, daß der den Meßschnabel tragende Meßkopf längsverschiebbar
antreibbar ist. Eine weitere günstige Ausgestaltung, die ebenfalls der Automatik
und der Betriebssicherheit der Maschine und insbesondere auch der Maschinenstraße,
in der die Maschine nach der Erfindung steht, dient, besteht darin, daß mit der
Betätigung der Verstelleinrichtung für die Wegbegrenzung der Werkzeugzustellung,
z.B.
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der Anschläge, ein Zählwerk o. dgl. betätigt wird, das die Maschine
nach einer vorgegebenen Anzahl von Betätigungen stillsetzt und/oder ein Signal abgibt,
um z.B. Gelegenheit zum Auswechseln des Werkzeugs zu geben. Unter Betätigung ist
dabei im wesentlichen die Nachstellung der Tasteinrichtung zu verstehen.
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Dieser Gedanke kann vorteilhafterweise dahingehend ausgestaltet werden,
daß nach einer vorgegebenen Anzahl von Betätigungen der Werkzeugzustellungen ein
an sich bekannter automatischer Werkzeugwechsel eingeleitet wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist ferner durch die Kombination
von Einrichtungen für folgende Steuerkommandos gekennzeichnet: Nutbreite außerhalb
der Werkstücktoleranz zu groß - Maschine stopp; Nutbreite innerhalb der Werkstücktoleranz
zu klein - Betätigung des Klinkenwerks; Nutbreite außerhalb der Werkstücktoleranz
zu klein - Maschine stopp.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung hervor.
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Die Erfindung ist anhand eines in den Figuren 1 bis 5 dargestellten
Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen Fig. 1 den Schnitt durch eine Nutenfräsmaschine,
auf der die Erfindung anwendbar ist, Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt
durch eine Nachstelleinrichtung für die Anschläge nach der Erfindung (mechanischer
Teil), Fig. 3 einen Schnitt durch ein Detail der Nachstelleinrichtung, Fig. 4 schematisch
den für die Erfindung weselizaen ien eines Schaltplanes, Fig. 5 schematisch die
elektro-hydraulische Antriebseinrichtung für die Nachstellung der Anschläge.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Nutenfräsmaschine, auf der
die Erfindung angewendet wird. Die Maschine ist an sich bekannt und wird daher so
weit beschrieben, wie es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Das Werkstück
1 ist mit einer Spanneinrichtung 2 auf dem Maschinenbett 3 aufgespannt. Am Maschinenbett
ist ein Werkzeug 4 mittels eines Kreuzschlittens 5 längs der in das Werkstück einzuarbeitenden
Nut
und quer dazu geführt. Der Antrieb für edlen Längsvorschüb erfolgt in bekannter
Weise über eine Vorschubspindel, die mit ihrem motorischen Antrieb nicht beschrieben
ist. Das Handrad 6 wirkt auf diese Vorschubspindel. Für den Quervorschub, der die
Nutbreite bestimmt, ist ein in einem hydraulischen Zylinder geführter Kolben 7 vorgesehen.
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Dieser Kolben wirkt auf eine Schwinge 8, die im längsverschiebbaren
Teil des Kreuzschlittens mittels Zapfen 9 o; dgl. gelagert ist und über Exzenter
10 und über Rollen 11 in bekannter Weise auf den querverstellbaren Teil des Kreuzschlittens
wirkt. Die Schwinge 8 kann mit einer lösbaren Sperrklinke 12 in der Mittellage fixiert
werden. Die Sperrklinke kann mit einem Elektromagneten 13 betätigt werden. Für die
Erfindung ist wesentlich, daß der Weg der Schwinge mit zwei Anschlägen 13, 14 begrenzbar
ist. Die Schwinge stößt gegebenenfalls an diese Anschläge mit Rollen 15 o. dgl..
Mit solchen Maschinen wird die Nut entweder im Rahmen-Verfahren gefräst, d.h. der
Fräser umfährt gewissermaßen die vier Seiten der Nut, wobei die Nutbreite durch
die genannten Anschläge bestimmt wird, oder der Fräser fertigt die Nut in drei Längsvorschüben,
von denen der erste Längsvorschub entlang der Mittellinie der Nut verläuft und dabei
zunächst den größten Teil des Materials aushebt, während in den beiden folgenden
Längsvorschüben die beiden Nutlängswände fertiggefräst werden. Dabei kann die Querverstellung
des Fräsers geradlinig erfolgen, z.B. mit einer antreibbaren Schwinge 8 (Fig. 1)
oder in einem Bogen, z.B. mit einem umschwenkbaren Exzenter (ebenfalls bekannt).
Der Abstand der Anschläge und damit die Schwingweite der Schwinge 8 oder bei der
anderen erwähnten Bauart des Exzenters kann in bekannter Weise eingestellt werden
mittels einer Schraubspindel 16, deren oberes Ende in Fig. 2 gezeichnet ist. An
diesem oberen Ende der Schraubspindel ist
ein Kegelrad 17 aufgekeilt
oder auf eine andere Weise befestigt. Mit diesem Kegelrad 17 kämmt ein zweites Kegelrad
18,das innen mit einer Mitnehmerverzahnung 19 versehen ist, in das die Mitnehmerverzahnung
einer Antriebsspindel 20 eingreift. Die Mitnehmerverzahnung kann z.B.
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ein Vielkeilprofil oder eine einfache Paßfederverbindung oder etwas
äquivalentes sein. Die Antriebsspindel kann mit einem Handrad 21 gedreht werden.
Auf der Antriebsspindel 20 ist ein Antriebsklinkenrad 21 aufgekeilt oder auf andere
Weise befestigt, das auch in Fig. 3 und schematisch dargestellt ist. In dieses Antriebsklinkenrad
greift eine Antriebsklinke 23 ein, die auf einem Schwenkhebel 24 gelagert ist; dieser
ist auf der Antriebsspindel drehbar aber nicht längsverschiebbar gelagert. Der Schçenkhebel
ist mit einem Kolben 25 antreibbar, der in einem hydraulischAn Zylinder 26 geführt
ist. Diese Einrichtung mit dem nachfolgend beschriebenen Antrieb ist für die Ausgestaltung
der Erfindung wesentlich. Der Kolben bildet mit dem Zylinder zwei Kammern 27, 28,
die über je eine Leitung 29, 30 mit einem gasförmigen oder flüssigen Druckmittel,
z.B. mit öl versorgt werden können. Mit einem von einem Elektromagneten 31 betätigbaren
Umschaltventil 32 können die besagten Kammern wahlweise mit der Druckmittelversorgung
331 d.h. z.B. mit einer nicht gezeichneten Pumpe oder mit einem Abfluß, d.h. z.B.timit
dem Vorratsbehälter 34 verbunden werden. Die für hydraulische und pneumatische Druckanlagen
üblichen Einrichtungen sind bekannt und daher nicht gezeichnet. Der Elektromagnet
31 kann über Kontakte 35a, eines Relais, dessen Spule in Fig. 4 mit 35 bezeichnet
ist, erregt werden. Am Wegende des Schwenkhebels ist erfindungsgemäß ein Endschalter
36 angeordnet, der auch im Schaltbild Fig. 4 eingezeichnet ist. Dieser Endschalter
ist versetzbar befestigt, damit verschiedene Drehwinkel der Klinke bzw. des Klinkenrades
gewählt werden können.
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Fig. 4 zeigt den elektrischen Teil der Steuereinrichtung nach der
Erfindung. Es ist nochmals das Wertstück 1 in vergrößertem Maßstab im Schnitt dargestellt,
in das eine Nut 1a eingefräst wurde. Die Wände der Nut, d.h. also die Nutbreite
wird erfindungsgemäß mit einem Meßschnabel 37/38 abgetastet. Die Taster 37, 38 des
Meßschnabels sind in einem Meßkopf gelagert. In dem Meßkopf 39 wird mit bekannten,
vorzugsweise elektrischen, Mitteln die Weite des Meßschnabels aufgenommen.
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Der Meßkopf ist zum Werkstück hin verschiebbar angeordnet. Die Bewegung
wird mit einem Kolben 40, der in einem Zylinder 41 geführt ist, angetrieben. Kolben
und Zylinder bilden zwei Kammern 42, 43 die über Leitungen 44, 45 wahlweise mit
Druckmittel beschickt werden können. Die Versorgungs- und Steuereinrichtungen hierfür
sind bekannt und daher nicht gezeichnet. Auch die Steuereinrichtung zum Einleiten
der Vor- und Rückbewegung ist nicht gezeichnet. Auf dem dem Werkstück zugekehrten
Ende des Weges des Meßkopfes (Meßstellung) ist ein Endschalter 46 vorgesehen, der
versetzbar oder einstellbar befestigt ist, damit er wahlweise bei verschiedenen
Hüben des Meßkopfes ansprechen kann (verschiedene Meßstellungen je nach Werkstückdicke
und Nuttiefe). Dieser Endschalter liegt in Reihe mit dem vorerwähnten Endschalter
wie in Fig. 4 rechts dargestellt ist. Die Meßwerte des Meßschnabels 37/38 werden
von dem Meßkopf 39 über ein Kabel 47 an einen Verstärker 48 weitergegeben, der über
ein Anschlußkabel 49 am Stromnetz angeschlossen ist.
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Vom Verstärker 48 werden die Meßwerte an ein Steuergerät 50 weitergegeben.
Das Steuergerät weist Anschlüsse 51 bis 55 auf, die erfindungsgemäß wie folgt benutzt
werden.
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Anschluß 51 ist mit Anschluß 54 verbunden. Die entsprechende Leitung
65 führt über eine Spule 57 zur einen Phase 58 einer Stromquelle. Die Spule gehört
zu einem Schütz, der im Hauptstromkreis der Maschine liegt und ihr Einschalten verhindern
kann. Die zur Spule 57 gehörenden Kontakte sind nicht gezeichnet.
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An Anschluß 52 ist eine Leitung 59 angeschlossen, die über eine Lampe
60 zur Phasenleitung 58 führt. Die Lampe 60 wird von einem nicht gezeichneten, im
Steuergerät 50 angeordneten Schalter eingeschaltet und zwar immer dann, wenn die
Nutbreite dem gewünschten Maß entspricht.
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Am Anschluß 53 ist eine Leitung 61 angeschlossen, die über die Kontakte
des bereits genannten Endschalters 46, die Kontakte 62 eines weiteren Schalters,
die Kontakte des bereits genannten Schalters 36 und die bereits genannte Spule 35
zur bereits genannten Leitung 58 der genannten Phase der Stromquelle verläuft. Der
Schalter 62 wird betätigt, wenn der Schlitten der Maschine in der für das Messen
bestimmten Lage steht. Die Kontakte 62 können zu einem Endschalter gehören oder
einem anderen Schalter, der gewissermaßen zurückmeldet, wenn der Frässchlitten die
für das Messen vorgeaehene Lage eingenommen hat.
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An den Anschluß 55 ist die Leitung 63 der anderen Phase angeschlossen.
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Von dort zweigt eine weitere Leitung 64 ab, die über Kontakte 35b,
welche von der bereits genannten Relaisspule 35 betätigt werden zur Leitung 61 führt
und dort zwischen den Kontakten 46 und 62 angeschlossen ist. Die Kontakte 35b dienen
erfindungsgemäß als Selbsthaltekontakte für das Relais 3', 35a, bs c, wenn der Schalter
46 beim Rücklauf des Meßkopfes 39 wieder geöffnet ist. Ein im Steuergerät befindlicher
nicht gezeichneter Schalter schaltet die Relaisspule 35 ein, wenn der
Meßschnabel
37/38 eine Nutbreite abgreift, die kleiner ist als ein vorgegebenes Maß. Vom Anschluß
55 bzw. der Leitung 63 führt eine weitere Leitung 65 über die bereits erwähnten
Kontakte 35c, die von der Relaisspule 35 betätigt werden und über eine Spule 66
zur bereits genannten Leitung 58. Die Spule betätigt ein nicht gezeichnetes Zählwerk,
das nach einer vorgewählten Anzahl von Stromdurchgängen durch die Spule Kontakte
66a schließt. Die Kontakte 66a liegen in einer Leitung 67, die über eine Lampe 68
führt und die Leitungen 63 und 58 verbindet. Wenn nach einer vorgegebenen Anzahl
von Betätigungen des Zählwerkes die Kontakte 66a geschlossen werden, dann leuchtet
die Lampe 68 auf und gibt ein Signal zum Werkzeugwechsel. Diese erfindungsgemäße
Abhängigkeit zwischen der Anzahl der Betätigungen des Klinkenwerkes 23, 24 (betätigt
durch Relaisspule 35) und dem Werkzeugwechsel ist insofern berechtigt, weil eine
Abhängigkeit besteht zwischen der Anzahl der Zustellungen und der Abnutzung des
Werkzeugs.
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Mit 70 ist die Sollwerteingabe bezeichnet.
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Statt der Signallampe 68 kann erfindungsgemäß auch eine Schalteinrichtung
beeinflußt werden, die einen automatischen Werkzeugwechsel veranlaßt. Vorrichtungen
zum automatischen Auswechseln von Gegenständen, also auch Werkzeugen, sind bekannt.
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Im folgenden soll die Wirkungsweise zusammengefaßt werden.
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Nach der Fertigstellung jeden Werkstücks oder einer bestimmten Anzahl
von Werkstücken wird, vorzugsweise in der Ausgangsstellung des Kreuzschlittens 5
und zwar bevor das Werkstück z.B. von einer automatischen Werkstückwechselvorrichtung
der Maschine entnommen wird, die Nute 1a vom Meßschnabel 371 38 abgetastet, indem
der Meßkopf in die in Fig. 4
gestrichelt eingezeichnete Lage vor
fährt und dabei die Nutwände abtastet. (Die Schalteinrichtung für das Vor- und Zurü:kfahren
des Meßkopfes 39 ist nicht gezeichnet.) Je nach gemessener Nutbreite werden vom
Steuergerät Signale abgegeben, die die nachstehenden Auswirkungen haben: 1) Ausgänge
Schaltzustand des Steuergerätes 51 ein 52 0 53 0 54 0 Nutbreite außerhalb der zugelassenen
Werkstatoleranx zu groß.
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Veranlaßt durch Spule 57 wird die Maschine über einen im Hauptstromkreis
liegenden, nicht gezeichneten Schütz abgeschaltet.
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2) Ausgänge Schaltzustand des Steuergerätes 51 0 52 ein 53 0 54 0
Nutbreite in Ordnung. Lampe 60 leuchtet auf.
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3) Ausgänge Schaltzustand des Steuergerätes 51 0 52 0 53 ein 54 o
Nutbreite innerhalb der Werkstattoleranz so klein, daß eine Kompensation der Werkzeugabnutzung
oder eines anderen Einflusses
auf die Nutbreite angebracht ist.
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Relaisspule 35 wird erregt. Uber Kontakte 35a wird der Magnet 31
erregt. Ventil 32 steuert um, Kammer 28 erhält Druckmittel; Kammer 27 wird drucklos.
Klinke 24, 23 betätigt Klinkenrad 22, bis Endschalter 36 anspricht. Antriebswelle
20 wird gedreht, ebenso über Kegelräder 17, 18 die Schraubspindel 16. Die Anschläge
13, 14 werden nachgestellt.
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4) Ausgänge Schaltzustand des Steuergerätes 51 0 52 0 53 0 54 ein
Nutbreite außerhalb der Werkstattoleranz zu klein.
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Veranlaßt durch Spule 57: Maschine stopp.
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Jede Erregung der Relaisspule 35 schließt die Kontakte 35c, was eine
Erregung der Spule 66 veranlaßt. Die Spule 66 kann direkt zu einem Zählwerk, z.B.
einem elektromagnetischen Schrittschaltwerk, oder zu einem Relais gehören, das ein
Zählwerk schaltet. Das Schrittschaltwerk kann z.B. ein Klinkenwerk sein, etwa wie
in Fig. 5 (22, 23, 24) gezeigt ist. Nach einer vorgewählten Anzahl von Schritten
werden die Kontakte 66 geschlossen, die die Lampe 68 als Signal zum Werkstückwechsel
aufleuchten lassen oder einen automatischen Werkzeugwechsel veranlassen.
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Der innere Aufbau des Meßkopfes 39 des Verstärkers 48 und des Steuergerätes
50 ist nicht gezeichnet und beschrieben; diese Geräte sind handelsüblich. Beim Ausführungsbeispiel
ist das Werkzeug bewegt und
sein Vorschub, der die Nutbreite bestimmt
erfindungsgemäß begrenzt.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf Ausführungsformen, bei der das
Werkstück bewegt und erfindungsgemäß gesteuert wird.
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ANSPRUCHE C orrlchtung zum Messen von Werkstücken, vorzugsweise auf
der Werkzeugmaschine, und Steuern der betreffenden Werkzeugmaschine, insbesondere
Nutenfräsmaschine, zur Erhaltung eines vorgewählten Werkstückmaßes, dadurch gekennzeichnet,
daß ein nach innen oder außen gerichteter an einem Meßkopf (39) angeordneter verstellbarer
und/oder ;'federnder Meßschnabel (37, 38) das Istmaß eines Werkstücks (1), z.B.
die Breite einer Nut, abgreift, diesen Wert mit einem in ein Steuergerät (50) eingegebenen
Sollwert vergleicht und bei einer innerhalb der Werkstattoleranz liegenden vorbestimmten
Differenz über eine Schalteinrichtung (35, 31) mittels einer Antriebsvorrichtung
(22 bis 32) ein Verstellen der den Vorschubweg des Werkzeugs oder des Werkstücks
bestimmenden Mittel zum Zwecke des Nachstellens des Werkzeugs (4) relativ zum Werkstück
(1) veranlaßt.
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2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Vorschubweg des Werkzeugs oder des Werkstücks bestimmenden Mittel selbsttätig nachstellbare
Anschläge o. dgl. sind.
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3') Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei außerhalb der Werkstattoleranz fallender Differenz über eine Schalteinrichtung
(57) die Werkzeugmaschine stillgesetzt wird.
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4) Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein von einem
Steuergerät steuerbares, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch antreibbares Klinkenwerk
(22 bis 24), das über eine Spindel o.dgl.
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den oder die Anschläge (15, 14) der Maschine verstellt.