DE19906803A1 - Einzugskraftmeßgerät für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einzugskraftmeßgerät zum Messen axialer und radialer Spannkräfte in Werkzeugmaschinenspindeln, bei dem ein Grundhalter mit auswechselbarer Adapteranordnung vorgesehen ist, welche Adapter unterschiedlicher Abmessungen für unterschiedliche Werkzeugmaschinenspindeln aufweist.

Description

Bei Werkzeugmaschinen, die mit automatischem Werkzeugwechlser ausgestattet sind, ist es in bestimmten Zeitintervallen notwendig, deren Spannkraft zu überprüfen; denn das üblicherweise aus Tellerfedern bestehende Spannpaket unterliegt im Laufe der Zeit einer gewissen Materialermüdung.

Die Ermüdung der Spannkraft wird über Präzisions-Kraftmeßstäbe mit Dehnungsmeßstreifen gemessen. Ein solcher Kraftmeßstab wird in die Maschinenspindel eingeführt und über das Spannsystem der Maschine eingezogen. Das Messen der Einzugskräfte der Spannsysteme in Werkzeugmaschinen erfolgt elektronisch. Die Meßsignale werden über eine Kabelverbindung in einem Anzeigegerät sichtbar gemacht. Die Simulation der bei den Spannsystemen in Werkzeugmaschinenspindeln auftretenden Einzugskräfte erfolgt mittels sog. Aufnahmekonen, die unterschiedliche Neigungswinkel bzw. Steilkegel aufweisen. Damit sind die Kraftmeßstäbe als eine nur für bestimmte Werkzeugmaschinenspindeln verwendbare Einheit ausgebildet. Diese zum Stand der Technik gehörenden Spannsysteme für Werkzeugmaschinen haben daher pro Werkzeugaufnahme einen eigenen Meßwertaufnehmer. Da in den meisten Betrieben der Metallbearbeitung eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeugmaschinen mit zwangsläufig unterschiedlichen Werkzeugaufnahmen im Einsatz sind, ist ein hierauf abgestimmtes komplettes Set mit Meßwertaufnehmern und separater Meßwertelektronik erforderlich. Das komplette Kontrollsystem ist in einem Koffer untergebracht. Die auf die jeweiligen Werkzeugspindeln bei unterschiedlichen Maschinen abgestimmten Kraftmeßstäbe sind außerdem relativ teuer. Zum Zubehör solcher Kontrollkoffer gehören üblicherweise mehrere Kraftmeßstäbe mit unterschiedlicher Steilkegelbestückung sowie ein Anzeigegerät mit eingebautem Akku, Anschlußkabel und Netzstecker, der auf 110/220 Volt umschaltbar ist. Die Kapazität solcher Koffer ist jedoch beschränkt, weil aus Gewichtsgründen darin nur maximal üblicherweise drei Kraftmeßstäbe und das Anzeigegerät untergebracht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einzugskraftmeßgerät zu schaffen, mit das konstruktivaufwendige, für jede unterschiedliche Werkzeugspindel separate und daher relativ teure Meßsystem, das auf dem Vorhalten mehrerer Kraftmeßstäbe mit unterschiedlicher Steilkegeln beruht, durch ein einfacheren und kostengünstigeren Meßsystem zu ersetzen, welches für unterschiedliche Werkzeugspindeln einsetzbar sein soll.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Einzugskraftmeßgerät mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Einzugskraftmeßgerät für Werkzeugmaschinen, die mit einem automatischen Werkzeugwechsler ausgestattet sind, weist ein Meßgerät auf, welches in der Basisausstattung als Zugkraftmeßgerät ausgeführt und auf unterschiedliche Adapter umrüstbar ausgestattet ist. Das Einzugskraftmeßgerät weist des weiteren einen Meßwertaufnehmer auf, vorzugsweise einen Dehnmeßstreifen, mit integrierter Auswertelektronik und Digitalanzeige sowie verschiedene Aufsteck- bzw. Aufschraubadapter in Verbindung mit einsetzbaren Zugbolzen bzw. Zugbolzeneinsätzen zum Messen der Einzugskräfte von Spannsystemen in Werkzeugmaschinenspindeln.

Durch den Einsatz von Adaptern in unterschiedlichen Größen und Konusformen ergibt sich neben der Einsparung von zusätzlichen unterschiedlichen Kraftmeßstäben der weitere Vorteil, daß das Einzugskraftmeßgerät nicht mehr kalibriert werden muß. Dies geschieht elektronisch beim Einschalten.

Gegenüber dem Stand der Technik wird damit der Vorteil erzielt, daß ein Kontrollkoffer nur noch mit einem Einzugskraftmeßgerät in Verbindung mit 6 bis 7 Adaptern und einem Anzeigegerät ausgestattet werden muß, wodurch der Kontrollkoffer auch kostengünstiger und leichter wird.

Ferner umfaßt die Erfindung einen Adapterzusatz, der ein Spannkraftwandler ist. Dieser Spannkraftwandler ermöglicht die hydraulische Kraftumlenkung radialer Spannkräfte auf einen Axial-Meßwertaufnehmer. Das erfindungsgemäße Adaptersystem mit Aufsteck- bzw. Aufschraubadapter und Zugbolzeneinsatz gegebenenfalls in Verbindung mit hydraulischer Kraftumlenkung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung gemäß der Fig. 1 bis 5 nähert erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundhalter zum Anbringen eines Adapters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein Grundgerät mit Adapter und Adapterschutzhülse;

Fig. 3 einen Zugbolzeneinsatz;

Fig. 4 einen Adapter und eine Adapterschutzhülse;

Fig. 5 einen Spannkraftwandler gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Druckzylindern; und

Fig. 6 einen Spannkraftwandler gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier Druckzylindern.

In Fig. 1 ist ein Grundhalter 1 für die Anbringung eines Adapters im zusammengebauten Zustand dargestellt. Danach sind eine Batterieaufnahme 2, ein Zwischenstück 3 und ein Zugbolzenhalter 5 miteinander verschraubt. Die Batterieaufnahme 2 ist zylinderförmig ausgeführt. Das Zwischenstück 3 ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet. Der Zugbolzenhalter 5 besitzt zwei zylindrische Abschnitte 5a und 5b mit unterschiedlich großen Innendurchmessern D1 und D2. Der zylindrische Abschnitt 5a des Zugbolzenhalters 5 mit dem größeren Innendurchmesser D1 ist dem Zwischenstück 5 zugewandt, dessen Innendurchmesser D3 gleich dem Innendurchmesser D1 ist. Der zylindrische Abschnitt 5b des Zugbolzenhalters 5 mit kleinerem Innendurchmesser D2 ist dem anzubringenden Adapter 11 zugewandt.

Die zylindrischen Abschnitte 5a und 5b des Zugbolzenhalters 5 mit den unterschiedlichen Durchmessern D1 und D2 bilden die Aufnahme bzw. die Halterung für einen zylinderförmigen Zugbolzeneinsatz 6, der über den Aufnahme- bzw. Halterungsbereich durchmesserkonform mit dem Zugbolzenhalter 5 ausgeführt ist.

Der Zugbolzeneinsatz 6 ist in die Abschnitte 6a, 6b, 6c und 6d unterteilt, die unterschiedliche Außendurchmesser D4, D5 und D6 aufweisen. Der Abschnitt 6c geht in den Abschnitt 6d des Zugbolzeneinsatzes 6 über, der als zylindrisches Schraubgewinde 10 ausgeführt ist. Die Abschnitte 5a und 5b des Zugbolzenhalters S entsprechen durchmessergemäß den Abschnitten 6a und 6c des Zugbolzeneinsatzes 6, d. h. D 1 = D4 und D2 = D6.

Der Abschnitt 6b des Zugbolzeneinsatzes 6 bildet mit dem Zugbolzenhalter 5 einen Ringraum 7 und weist folglich gegenüber dem Innendurchmesser D2 des Abschnittes 5b des Zugbolzenhalters 5 einen kleineren Außendurchmesser D5 auf.

Zwischen der Batterieaufnahme 2 und dem Zwischenstück 3 ist eine als Platine ausgebildete Trennwand 8 vorgesehen. Die Batterieaufnahme 2 ist als Schraubverschluß ausgebildet.

Fig. 2 zeigt ein komplettes Einzugskraftsmeßgerät 10, bei dem ein Adapter 11 auf dem Schraubgewinde 10 des Zugbolzeneinsatzes 6 aufgeschraubt ist. Der Adapter 11 ist in zwei Abschnitte 11a und 11b unterteilt und als Hohlzylinder mit unterschiedlichen Innendurchmessern Dn ausgeführt. Das freie Ende des Adapters ist als kegelstumpfförmiger Abschnitt 11b mit geringem Neigungswinkel ausgeführt, während der Abschnitt 11a zylinderförmig gestaltet ist. Auf dem Zugbolzenhalter 5 ist adapterseitig eine Adapterschutzhülse 12 aufgeschraubt. Es ist jedoch auch möglich, einen Anlagering zur Spindel vorzusehen (z. B. HSK 50).

In Fig. 3 ist eine konstruktive Ausführungsform des Zugbolzeneinsatzes 6 dargestellt. Danach bildet der zylindrische Abschnitt 6b des Zugbolzeneinsatzes 6 mit dem Durchmesser D5 und dem zylindrischen Abschnitt 5b des Zugbolzenhalters 5 einen Ringraum 7. Der Abschnitt 6a des Zugbolzeneinsatzes 6 mit dem Durchmesser D1 weist eine kanalförmige Durchbrechung bzw. Kabeldurchführung 13 für den DMS-Anschluß auf, die in den Ringraum 7 mündet.

Nach Fig. 4 kann der zylindrische Abschnitt 11a des Adapters 11 und der Zugbolzenhalter 5 adapterseitig infolge einer entsprechenden Verringerung des Außendurchmessers teilweise von einer Adapterschutzhülse 12 umfaßt sein.

Vorzugweise ist die Adapterschutzhülse 12 auf den Abschnitt des Zugbolzenhalters 5 mit verringertem Außendurchmesser aufgesteckt.

In Fig. 5 ist ein Spannkraftwandler 20 mit drei Druckzylindern 23 dargestellt, der auf dem Schraubgewinde 10 des Zugbolzeneinsatzes 6 aufschraubbar ist und dabei mit dem Adapter 11 in form- und kraftflüssiger Verbindung gebracht ist. Dieser Spannkraftwandler 20 ist als Ringkörper 21 ausgeführt. Der Ringkörper 21 besitzt einen Ringkanal 22, von dem in 120°-Teilung radial Kanäle 26 zu den hydraulisch beaufschlagten Druckzylindern 23 führen. Bogenabschnitte 24 der Druckzylinder 23 folgen im eingefahrenen Zustand dem Außendurchmesser des Ringkörpers 21.

Ferner weist der Ringkörper 21 zwischen einer der 120°-Teilungen einen Kanal 25 auf, der radial von dem Ringkanal 22 ausgeht und über ein Kugelventil 27 zu einer nichtdargestellten Druckmeßeinrichtung führt. Für eine U- Backenausführung ist die Teilung 90°C. Der mit dem Druckzylinder 23 an dem Spannfutter für Werkzeuge anliegende Spannkraftwandler 20 wird hydraulisch gespannt und lenkt die im Adapter auftretenden Radialkräfte axial um. Diese hydraulische Kraftumlenkung der radialen Spannkräfte wird auf den Axial- Meßwertaufnehmer übertragen und in einem Anzeigegerät sichtbar gemacht. Das Einzugskraftmeßgerät ist für Dreh-, Bohr und Fräsmaschinen unterschiedlicher Baugrößen einsetzbar.

In Fig. 6 ist ein Spannkraftwandler 20 mit vier Druckzylindern 23 dargestellt, dessen Aufbau ansonsten dem gemäß Fig. 5 entspricht.

Nach der Erfindung kann das Einzugskraftmeßgerät, das wegen der auswechselbaren Adapteranordnung nur einmal kalibriert werden muß, mit Adaptern verschiedenen Außendurchmessers und Neigungswinkels eingesetzt werden. Ferner ermöglicht die Kombination von Adapter, Spannkraftwandler, Zugbolzeneinsatz und Zugbolzenhalter eine Erfassung der auftretenden Zugkräfte und der im Spannfutter auftretenden Drehkräfte.

Für den praktischen Einsatz steht ein Koffer zur Verfügung, der ein einziges Einzugskraftmeßgerät mit mehreren unterschiedlich großen Adaptern in einer Menge von 6 bis 7 Stück sowie ein separates Anzeigegerät aufnehmen kann.

Claims (9)

1. Einzugskraftmeßgerät zum Messen axialer und radialer Spannkräfte in Werkzeugmaschinenspindeln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundhalter 1 mit auswechselbarer Adapteranordnung vorgesehen ist, welche Adapter 11 unterschiedlicher Abmessungen für unterschiedliche Werkzeugmaschinenspindeln aufweist.

2. Einzugskraftmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapter 11 unterschiedliche Außendurchmesser und Konusformen aufweisen.

3. Einzugskraftmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Batterieaufnahme 2, ein Zwischenstück 3 und ein Zugbolzenhalter 5 vorgesehen sind, welche zylinderförmig mit unterschiedlichen Innendurchmessern ausgeführt und miteinander verschraubt sind.

4. Einzugskraftmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugbolzenhalter 5 zwei Abschnitten 5a und 5b aufweist, wobei der Abschnitt 5a einen großen Innendurchmesser D1 und der Abschnitt 5b einen kleinen Innendurchmesser D2 aufweist, und das Zwischenstück 3 einen Innendurchmesser D3 aufweist, welcher etwas kleiner ist als der Innendurchmesser D1 des Abschnittes 5a des Zugbolzenhalters 5.

5. Einzugskraftmeßgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugbolzenhalter 5 einem Zugbolzeneinsatz 6 mit Abschnitten 6a, 6b und 6c aufweist, wobei der Abschnitt 6a einen Außendurchmesser D4 aufweist, der dem Innendurchmesser D1 des Abschnittes 5a des Zugbolzenhalters 5 im wesentlichen entspricht, der Abschnitt 6b gegenüber dem Abschnitt 5b des Zugbolzenhalters 5 aufgrund des kleineren Durchmessers D5 einen Ringraum 7 bildet, und der Abschnitt 6c einen Außendurchmesser D6 aufweist, der dem Innendurchmesser des Abschnittes 5b des Zugbolzenhalters 5 entspricht, wobei der Abschnitt 6c in einen Abschnitt 6d, der als Schraubgewinde 10 ausgeführt ist, übergeht.

6. Einzugskraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß, die Adapter 11 einen zylindrischen Abschnitt 11a und einen gegenkonusförmigen Abschnitt 11b aufweisen, wobei die Adapter 11 als Hohlzylinder, insbesondere mit unterschiedlichen Innendurchmessern Dn, ausgebildet sind.

7. Einzugskraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Adapterschutzhülse 12 einen Adapter 11 sowie teilweise den Zugbolzenhalter 5 und den Zugbolzeneinsatz 6 aufweist.

8. Einzugskraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Adapteranordnung zusätzlich einen Spannkraftwandler 20 aufweist, der auf das Schraubgewinde 10 des Zugbolzeneinsatzes 6 aufschraubbar ist.

9. Einzugsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkraftwandler 20 als Ringkörper 21 mit einem Fluid beaufschlagbaren Ringkanal 22 ausgebildet ist, wobei der Ringkanal 22 in 120°-Teilung radial über Kanäle 26 mit hydraulischen Zylindern 23 verbunden ist und von dem Ringkanal 21 zwischen einer der 120°- Teilungen radial ein Kanal 25 ausgeht, welcher über ein Kugelventil 27 entlüftbar ist.