DE2002546A1 - Verfahren zur Ermittlung der augenblicklichen Lage der Drehspindel einer automatisch gesteuerten Drehmaschine und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Ermittlung der augenblicklichen Lage der Drehspindel einer automatisch gesteuerten Drehmaschine und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betri tt ein Verfahren zur Ermittlung der Abweichung der Drehspindel einer automatisch gesteuerten Drehmaschine von ihrer Sollposition und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Bei Drehmaschinen mit Neßsteuerungen hängt die Größe des erzeugten Drehdurchmessers wesentlich davon ab, daß sich der Nullpunkt des Meßsystems in Planrichtung in bezug auf die Drehspindel der Drehmaschine nicht verändert. Es ist bekannt, daß insbesondere durch Wärmeeinwirkungen in den ersten Stunden der täglichen Betriebszeit einer Drehmaschine Verlagerungen zwischen der Drehmeißelschneide und der Spindelmitte auftreten. Es sind daher besondere Naßnahmen erforderlich, um während dieser Anlaufzeit von der Drehmaschine erzeugte Durchmesser in gleichen Toleranzen zu halten, wie es beim Dauerbetrieb mit erwärmter Drehmaschine möglich ist. Hierzu ist es bekannt, durch Heiz-oder Kühleinrichtungen die thermisch bedingten Verlagerungen zwischen der Drehmeißelschneide und der Drehspindel einzuschränken oder so zu steuern, daß sie vor Beginn der eigentlichen Arbeitszeit der Drehmaschine abgeschlossen sind.
• Es sind weiterhin bei numerisch gesteuerten Bohrwerken, Bearbeitungszentren u. ä. Maschinen Einrichtungen bekannt, mit denen die Wärmedehnung einzelner Bauelemente, die für die Maßhaltigkeit der Arbeiten wesentlich sind, im Vergleich zu in ihrer Länge weitgehend temperaturunabhängigen Invarstäben elektronisch gemessen und daraus entsprechende Korrekturen für das Meß- und Steuersystem ermittelt werden. Hierbei wird von der Voraussetzung ausgegangen, daß eine bestimmte Gesetzmäßigkeit zwischen der thermisch bedingten Längenänderung des zu überwachenden Bauteiles und dem zu erzielenden Arbeitsergebnis besteht. In Wirklichkeit treten bei jedem einzelnen Bearbeitungsfall eine Reihe zusätzlicher Störgrößen auf, durch die besonders bei Drehmaschinen die Lage zwischen Drehspindel und Meißel schneide verändert wird. Hierzu gehören im wesentlichen unterschiedliche Kühlmittelmengen, plötzliche Änderungen der Umgebungstemperatur, unterschiedliche Ausbildung der Spanmittel, die durch die vorstehend genannten Einrichtungen zur Korrektur der Auswirkungen der Längenänderung von Bauteilen nicht oder nur unvollkommen berücksichtigt werden.
• Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, die bekannten Maßnahmen mit ihrer nur teilweise wirksamen Korrekturwirkung durch ein neues Meßverfahren zur Ermittlung der Abweichungen der Drehspindel einer Drehmaschine von ihrer Sollposition zu ersetzen, um so zweckmäßigerweise vor Jedem Bearbeitungsvorgang eines zu fertigenden Werkstückes die tatsächliche Größe der vorhandenen Abweichung einfach, schnell und sicher zu ermitteln und damit den sich anschließenden Bearbeitungsvorgang unter Berücksichtigung dieser Abweichung exakt korrigieren zu können.
• Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Meßtaster unter dem Einfluß einer Steuerung einen Referenzpunkt der Drehspindel antastet und die Steuerung aus der dabei eingenommenen Position des Heßtasters relativ zu einem Bezugspunkt des Meßsystems die Größe der Abweichung der Drehspindel von der Istposition bestimmt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung tastet der Meßtaster einen Referenzpunkt nahe der Mitte der Drehspindel an. Es kann aber auch ein Referenzpunkt angetastet werden, der sich auf einem auf der Achse der Drehspindel selbst angeordneten Rotati Yskörper befindet.
• Zur Durchführung dieses Verfahrens ist der Meßtaster an dem die Werkzeuge tragenden Schlitten angeordnet und wird vor Beginn bzw. auch während eines Jeden Arbeitszyklus von der Steuerung der Maschine auf eine bestimmte Sollposition gesteuert und tastet in dieser Position einen an der Drehspindel unveränderlich angeordneten Bezugspunkt an. Über die Steuerung wird die Abweichung der eingefahrenen Istposition des Tasters von der Sollposition gemessen. Die so festgestellte und der Steuerung mitgeteilte Abweichung entspricht der durch die oben erwähnten Störgrößen bedingten Verlagerung zwischen Werkzeugträger und Drehspindel. Diese Verlagerung wird bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstückes automatisch berücksichtigt.
• Eine bevorzugte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Meßtaster, der einen bei Berührung des Referenzpunktes ein Steuersignal abgebenden Fühler aufweist, und einer von dem Steuersignal einschaltbaren, die Weglänge des Werkzeugschlittens in Planrichtung bis zu einem dem Referenzpunkt der Drehspindel entsprechenden Positionspunkt erfassenden Einrichtung.
• Mit dem Meßtaster ist vorzugsweise eine Weglängen inkrementweise erfassende elektrische Meßeinrichtung verbunden.
• Schließlich ist vorgesehen, daß der Meßtaster auf dem Werkzeugschlitten der Drehmaschine angeordnet und seine Steuerung mittels der automatischen Steuerung dieser Maschine durchführbar ist.
• Eine solche Anordnung n ist bpsonders vorteilhaft, da der Meßtaster bei Jedem Meßvorgang mit den gleichen Steuermechanismus wie die Werkzeuge in seine Sollposition gebracht werden kann. Aus dieser#Sol1position mißt er die Änderung der Lage des Werkzeugschlittens in bezug auf die Drehspindel und stellt die ermittelte Abweichung vorzugsweise als Zahlenwert der Drehnaschinensteuerung zur Verrügung. Auf diese Weise können al-l# Störgrößen, die zu einer Verlagerung zwischen Drehspindel und Schlitten fUhren, eliminiert werden. Ein solcher Meßvorgang kann beliebig oft an geeigneten Stellen in das durch einen Informationsträger verkörperte Bearbeitungsprogramm eingefügt werden.
• Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Informationsflußdiagrami des erfindungsgemäßen Meßverfahrens dargestellt ist.
• In der Zeichnung ist eine Drehmaschine 1 schematisch dargestellt, die ein Maschinenbett 2, einen Spindelkasten 3 mit einer Drebapindel 4 und einen Werkzeugschlitten 5 aufweist, der über einen Planantrieb 8 in Planrichtung x und über einen Langsantrieb 9 in Längsrichtung z unter dem Einfluß einer hier in einzelnen nicht dargestellten numerischen Steuerung bewegbar ist.
• Der Werkzeugschlitten trägt ein oder mehrere der Bearbeitung eines in der Drehspindel eingespannten Werkstükkes dienende, hier nicht dargestellte Werkzeuge und einen Meßtaster12. Ferner sind zwei in der Steuerung der Drehmaschine zu berücksichtigende Bezugspunkte vorgesehen, und zwar ein dem Werkzeugschlitten 5 zugeordneter Bezugspunkt Bw und 4n der Drehspindel 4 zugeordneter Bezugspunkt 13 5 Die Meßsteuerung erfolgt nach den ferner dargestellten Programmablauf und Informationsfluß, wobei Anfang und Ende des Steuerungsablaufes einen beliebigen Produktionszeitraum umfassen können, z. B. eine Tagesproduktion oder immer nur die Fertigungszeiten eines Werkstückes. Das Diagramm für die Meßsteuerung ist in Pfeilrichtung zu verfolgen. Die nicht zur Erfindung gehörenden Steuerungsschritte der Arbeitsvorgänge sind nicht näher dargestellt.
• Der Meßvorgang wird in den autonatischen Bearbeitungsab lauf der Drehmaschine am Anfang und/oder an mehreren Stellen eines jeden Bearbeitungszyklus eingeschoben, wie es auch bei anderen bekannten Neßsteuerungen üblich ist, aber unter Benutzung der bereits. vorhandenen Steuerung.
• In der Zeichnung sind zwei Infornationsflußschleifen dargestellt. In der unteren Schleife wird Jeweils ein Satz des Programms der hier nur schematisch dargestellten Lochstreifensteuerung abgearbeitet. Durch irgendeine Bedingung, z. 13. nach Ausführung der Informationen eines jeden Satzes, wird der Programmablauf unterbrochen und ein Schalter ~Messen" abgefragt. Dieser Schalter kann z. B. von einer Bedienungsperson oder durch den Lochstreifen selbst gesetzt werden. Steht der Schalter auf "Ja", wird die Meßinformationsschleife (Zeichnung oben) durchlaufen. Der Werkzeugschlitten 5 mit dem darauf angeordneten Meßtaster 12 bewegt sich in Planrichtung x -gegebenenfalls auch zusätzlich in Längsrichtung z - an einen von der Steuerung her vorgegebenen Bezugspunkt B w In dieser Position t; tet der Meßtaster mit einem Punkt 14' am Durchmesser D4 der Drehspindel 4 an. Die Abweichung in der Lage der Punkte 14 - 14' ist das Maß der momentanen Verlagerung zwischen Drehspindel und Bezugspunkt des Meßsystems für den Werkzeugschlitten, also zwischen B und B .
• s w Der Meßtaster 12 weist hierzu einen bei der Berührung des Referenzpunktes ein Steuersignal abgebenden Fühler auf; das Steuersignal schaltet eine die Weglänge des Werkzeugschlittens 5 in Planrichtung bis zu einer dem Referenzpunkt M der Drehspindel 4 entsprechenden Positionspunkt 14 erfassende Einrichtung ein, die ihrerseits eine die Abweichungen inkrementweise erfassende elektrische Meßeinrichtung aufweist.
• Die ermittelte Abweichung wird als Korrekturwert in einem hier nicht dargestellten Speicher gespeichert und unter deren Berücksichtigung die in bezug auf die Zeichnung untere Schleife erneut durchlaufen. Die Berücksichtigung dieser Abweichung durch die Steuerung erfolgt auf eine der üblichen Arten, z. B. durch Verschiebung des Nullpunktes oder durch Einzelkorrekturen der von der Steuerung neu eingelesenen Woginformationen für die Bearbeitung des Werkstückes.
• Anstelle die Drehspindel direkt anzutasten, kann auch ein auf der Drehspindelachse selbst angeordneter Rotationskörper angetastet werden, der aus einem seine Abmessungen unabhängig von der Umgebungstemperatur beibehaltenden Werkstoff besteht und vorzugsweise einen dem Durchmesser der zur Anwendung gelangenden Spanneinrichtung entsprechenden Durch esser Xufweist.
• Schließlich kann der Meßtaster 12 auch als Innentaster ausgebildet sein.
• - Patentansprüche -

Claims (8)

1. Patentansprüche 1.)Verfahren zur Ermittlung der Abweichung der Drehspindel einer automatisch gesteuerten Drehmaschine von ihrer Sollposition, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein Meßtaster unter dem Einfluß einer Steuerung einen Referenzpunkt der Drehspindel antastet und die Steuerung aus der dabei eingenommenen Position des Meßtasters relativ zu einem Bezugspunkt des Meßsystems die Größe der Abweichung der Drehspindel von der Istposition bestimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Meßtaster einen Referenzpunkt nahe der Mitte der Drehspindel antastet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Meßtaster einen Referenzpunkt auf einem auf der Achse der Drehspindel selbst angeordneten Rotationskörper antastet.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Meßtaster, der einen bei der Berührung des Referenzpunktes ein Steuersignal abgebenden FUhler aufweist, und eine von dem Steuersignal einschaltbare, die Weglänge des Werkzeugschlittens in Planrichtung bis zu einem dem Referenspunkt der Drehspindel entsprechenden Positionspunkt erfassende Zinrichtung.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie eine inkrementweise erfassende elektrische Meßeinrichtung aufweist.
6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Rotationskörper; der aus einem seine Abmessungen unabhängig von der Umgebungstemperatur beibehaltenden Werkstoff besteht und vorzugsweise einen dem Durchmesser der zur Anwendung gelangenden Spanneinrichtung entsprechenden Dn#chm esser aufweist.
7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Meßtaster als Innentaster ausgebildet ist.
8. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Meßtaster auf dem Werkzeugschlitten angeordnet ist und seine Steuerung mittels der automatischen Steuerung der Drehmaschine durchführbar ist.

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