DE202007007700U1 - Vorrichtung zur Einstellung eines Werkzeugs - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (10) zur Vermessung und/oder Einstellung eines Werkzeugs, mit mindestens einer Welle (12), einem entlang der Welle (12) verfahrbar angebrachten Schlitten (14), der eine Meßeinrichtung oder einen Werkzeughalter trägt, und einer Positioniereinrichtung (16) zur Positionierung des Schlittens (14) entlang der Welle (12), welche Positioniereinrichtung (16) eine die Welle (12) umschließende Wälzmutter zur Umwandlung einer Rotation der Welle (12) in eine Linearbewegung des Schlittens (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzmutter als Rollringgetriebe (18) mit einer Anzahl wälzgelagerter Rollringe (20, 22, 24) mit variabler Steigung ausgebildet ist, und dass die Positioniereinrichtung (16) ferner ein Stellorgan (60) zur Verstellung der Steigung der Rollringe (20, 22, 24) umfasst.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung und/oder Einstellung eines Werkzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Derartige Vorrichtungen werden vor allem in Werkzeug-Voreinstellgeräten verwendet, in welchen Werkzeuge wie etwa Schneiden oder dergleichen vor ihrem Einsatz in einer Bearbeitungsmaschine vermessen und eingestellt werden. Hierzu dient gewöhnlich eine Meßeinrichtung wie z. B. eine Kamera, die in der Regel in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen linear verfahrbar und zu diesem Zweck auf einem Schlitten angebracht ist, der jeweils entlang einer Welle beweglich ist. Alternativ kann natürlich auch der Werkzeughalter selbst auf dem Schlitten montiert werden. Zur exakten Positionierung des Schlittens dient eine Positioniereinrichtung, die eine Rotation der Welle in eine Linearbewegung des Schlittens umwandelt.
• Seit einiger Zeit werden hierzu Wälzmuttern verwendet, die eine Anzahl sogenannter Rollringe umfassen, die wechselweise gegen die Längsachse der Welle geneigt sind. Mit ihren inneren Laufflächen liegen die Rollringe derart an der Wellenoberfläche an, dass die Rotation der Welle in eine Linearbewegung des Schlittens umgewandelt wird, in welchem die Rollringe gehalten sind. Durch die Neigung, d.h. die Steigung der Ringe wird die Hubgeschwindigkeit des Schlittens vorgegeben. Ist die Steigung klein, entspricht einem bestimmten Drehwinkel auch nur ein geringer Hub. Wird eine Wälzmutter verwendet, in welcher die Rollringe eine große Steigung aufweisen, entspricht diesem Drehwinkel eine entsprechend größere Linearverschiebung des Schlittens.
• Die Verfahrgeschwindigkeit muß hierbei vom Rotationsantrieb der Welle vorgegeben werden. Hierzu sind relativ kostspielige Motoren mit einem Tachometer zur Geschwindigkeitsmessung erforderlich, die darüber hinaus auch ihre Laufrichtung umkehren können, so dass der Schlitten in entgegengesetzte Richtungen verfahren werden kann. Zur Erreichung einer hohen Positionsgenauigkeit dürfen die Rollringe nur eine geringe Steigung aufweisen. Da andererseits die Drehzahl der Motoren zur Vermeidung von Schwingungen nicht beliebig erhöht werden kann, ist die maximale Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens begrenzt, und der Zeitaufwand bei der Positionierung des Werkzeughalters ist erheblich. Eine schnelle Bewegung des Schlittens lässt sich nur durch ein Freischalten, d.h. Auskuppeln der Ringe und ein manuelles Positionieren erreichen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine kostengünstigere Konstruktion aufweist als die bisherigen Vorrichtungen, gleichzeitig jedoch ein schnelles Anfahren einer gewünschten Werkzeughalterposition ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß ist die Wälzmutter der Positioniereinrichtung als Rollringgetriebe ausgebildet, dessen Rollringe eine variable Steigung aufweisen. Bei einer vorgegebenen Drehzahl der Welle läßt sich somit die Hubgeschwindigkeit durch Einstellung der Steigung der Ringe mit Hilfe eines Stellorgans festlegen. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit der Bewegung des Schlittens also nicht durch eine Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors der Welle variiert. Vielmehr kann diese konstant gehalten werden, während lediglich über das Stellorgan die Steigung der Ringe verändert wird. Auch eine Umschaltbarkeit der Laufrichtung des Antriebsmotors ist nicht mehr erforderlich, da durch ein entsprechendes Kippen der Ringe die Laufrichtung des Schlittens unter Beibehaltung des Drehsinns der Welle gewechselt werden kann. Eine Geschwindigkeitsregelung des Antriebsmotors ist nicht mehr notwendig, so dass auch einfachere und kostengünstigere Motoren eingesetzt werden können.
• Durch entsprechende Steigungen der Ringe können Verfahrgeschwindigkeiten erreicht werden, die um einen Faktor 5 bis 10 höher sind als die maximale Geschwindigkeit, die bisher mit Wälzmuttern erreichbar war. Es ist also eine schnellere Positionierung des Schlittens möglich. Es ist daher auch nicht mehr notwendig, zum schnellen Verschieben des Schlittens in seine Position die Wälzmutter von Hand freizuschalten und den Schlitten manuell zu bewegen.
• Vorzugsweise umfaßt die Positioniereinrichtung einen Motor zum Antrieb des Stellorgans.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Positioniereinrichtung ferner eine manuell bedienbare Steuereinrichtung, wie etwa ein Handrad oder dergleichen, und ist in Abhängigkeit von der Bedienung dieser Steuereinrichtung betreibbar.
• Vorzugsweise ist an dieser Steuereinrichtung zumindest ein Kraftdrucksensor angebracht, der die auf die Steuereinrichtung ausgeübte Kraft misst. Der Motor zum Antrieb des Stellorgans wird dann entsprechend der vom Kraftdrucksensor gemessenen Kraft betrieben.
• Wird beispielsweise eine große Kraft auf das Handrad ausgeübt, stellt der Motor des Stellorgans eine große Steigung der Rollringe ein, so dass der Schlitten mit hoher Geschwindigkeit verfahren werden kann. Umgekehrt führt eine kleinere Druckkraft zu einer Einstellung einer sehr kleinen Steigung, so dass eine genaue Positionierung möglich wird.
• Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
• 1 und 2 zeigen Teilansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt aus zwei unterschiedlichen Perspektiven.
• 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Vermessung und/oder Einstellung eines Werkzeugs in einer aufgeschnittenen Ansicht von unten. Eine Welle 12 mit rundem Querschnitt erstreckt sich in der Figur horizontal. Auf die Welle 12 ist ein Gehäuse 14 aufgeschoben, das auf im folgenden noch näher beschriebene Weise entlang der Welle 12 nach links und rechts in deren Längsrichtung verschiebbar ist und somit einen Schlitten bildet. Dieser Schlitten 14 trägt auf nicht näher dargestellte Weise eine Meßeinrichtung, wie etwa eine Kamera zur Beobachtung des einzustellenden Werkzeugs. Wahlweise kann der Schlitten 14 einen Werkzeughalter tragen, in welchem das einzustellende Werkzeug gehalten wird, während die Kamera fest installiert ist. Die Meßeinrichtung oder das Werkzeug können also durch eine axiale Verschiebung des Schlittens 14 positioniert werden.
• Zur Positionierung des Schlittens 14 entlang der Welle 12 dient eine Positioniereinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet wird. Die Positioniereinrichtung 16 umfaßt ein Rollringgetriebe 18, das drei wälzgelagerte Rollringe 20, 22, 24 umfaßt, die die Welle 12 auf ihrem äußeren Umfang vollständig umschließen. Die inneren Laufflächen dieser Rollringe 20, 22, 24 weisen einen konvex gewölbten Querschnitt auf und liegen jeweils auf einer Seite auf der Oberfläche der Welle 12 an. In 1 liegen die beiden äußeren Rollringe 20, 24 von unten an der Welle 12 an, während der mittlere Rollring 22 die Wellenoberfläche von der anderen Seite her berührt. Die Rollringe 20, 22, 24 sind gegenüber der Achse der Welle 12 geneigt, das heißt, die Ringebenen sind gegenüber dieser Achse gekippt. Während die beiden äußeren Rollringe 20, 24 in der gleichen Richtung um den gleichen Betrag gekippt sind und somit parallel stehen, ist der mittlere Rollring 22 in der entgegengesetzten Richtung um den gleichen Betrag gekippt, wie in 2 gut sichtbar ist.
• Die Wälzlagerung der Rollringe 20, 22, 24 wird durch äußere Ringelemente 26, 28, 30 gebildet, die die Rollringe 20, 22, 24 derart umschließen, dass zwischen den inneren Rollringen 20, 22, 24 und den äußeren Ringelementen 26, 28, 30 Kugeln 32 als Rollelemente einliegen. Die Ringelemente 26, 28, 30 sind jeweils fest in einem Käfig 34, 36, 38 gehalten, der kippbar im Gehäuse des Schlittens 14 gelagert ist. Rotiert die Welle 12, so rollt ihre äußere Umfangsfläche auf den Innenflächen der Rollringe 20, 22, 24 ab und versetzt diese in Drehung. Aufgrund der gekippten Stellung der Rollringe 20, 22, 24 und der Form ihrer Laufflächen wird die Drehung der Welle 12 in eine Linearbewegung des Schlittens 14 umgewandelt.
• An ihren in 2 oberen Enden sind die beiden äußeren Käfige 34,38 durch ein plattenförmiges Schiebeelement 50 verbunden, das in Längsrichtung der Welle 12 verschiebbar in dem Gehäuse des Schlittens 14 angeordnet ist. Die Verbindung des Schiebeelements 50 mit den beiden äußeren Käfigen 34, 38 ist eine Schwenkverbindung, so dass durch eine Verschiebung des Schiebeelements 50 eine Kippbewegung der Käfige 34, 38 um ihren jeweiligen Lagerzapfen 44, 48 gegenüber dem Gehäuse bewirkt wird. An seinem in 2 unteren Ende ist das Schiebeelement 50 mit dem mittleren Käfig 36 ebenfalls durch eine Schwenkverbindung 56 verbunden, die einen Lagerzapfen 58 am mittleren Käfig 36 umfasst.
• Wie in 1 zu erkennen ist, tritt an der Seite des Schlittens 14, die dem Schiebeelement 50 gegenüberliegt, eine Antriebswelle 60 aus dem Gehäuse aus, die einstückig mit dem mittleren Käfig 36 verbunden ist und axial mit dem gegenüberliegenden Lagerzapfen 46 dieses Käfigs 36 fluchtet. Die Antriebswelle 60 dient als Stellorgan zur Verstellung des Neigungswinkels des mittleren Käfigs 36. Da ein Drehen der Antriebswelle 60 und das damit verbundene Kippen des Käfigs 36 ein Schwenken des Lagerzapfens 56 um den Lagerzapfen 46 verursacht, wird das Schiebeelement 50 seitlich verschoben, und durch die Schwenkverbindungen 52, 54 wird diese Verschiebung in eine Kippbewegung der äußeren Käfige 34, 38 um ihre Lagerzapfen 44, 48 umgewandelt. Durch ein Verstellen des Stellorgans, das heißt durch ein Drehen der Antriebswelle 60, läßt sich somit die Steigung der Rollringe 20, 22, 24 stufenlos variabel einstellen.
• Die Positioniereinrichtung der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung kann ferner einen Motor umfassen, der zum Antrieb der Antriebswelle 60 vorgesehen ist. Einem Drehwinkel der Antriebswelle 60 entspricht ein Kippwinkel der Rollringe 20, 22, 24 und somit eine vorgegebene Steigung. Bei größerer Steigung wird die Drehbewegung der Welle 12 in eine größere Linearbewegung des Schlittens 14 umgewandelt. Das bedeutet, dass auch die Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 14 bei konstanter Drehzahl der Welle 12 lediglich durch eine Einstellung der Steigung der Rollringe 20, 22, 24 vorgegeben werden kann. Somit läßt sich zum Antrieb der Welle 12 ein Motor mit konstanter Drehzahl verwenden, die nicht notwendigerweise genau überwacht werden muß. Soll der Schlitten 14 zur Grobeinstellung des Werkzeugs einen größeren Weg mit hoher Geschwindigkeit zurücklegen, wird über die Antriebswelle 60 eine große Steigung eingestellt, und die Rotation der Welle 12 wird in eine entsprechend große lineare Bewegung des Schlittens 14 übersetzt. Zur Feineinstellung wird über die Antriebswelle 16 die Steigung verringert. Auch ein Umschalten der Bewegungsrichtung des Schlittens 14 ist möglich, indem die Rollringe 20, 22, 24 in die entgegengesetzte Richtung gekippt werden. Ein Umschalten der Drehrichtung der Welle 12 ist dann nicht erforderlich. Es lassen sich daher zum Antrieb der Welle 12 relativ preisgünstige Motoren verwenden.
• Die Positionierung kann mit Hilfe einer manuell bedienbaren Steuereinrichtung vorgenommen werden, wie beispielsweise eines Handrads oder dergleichen. Diese Steuereinrichtung kann z. B. einen Kraftdrucksensor umfassen, welcher die Kraft misst, die manuell auf die Steuereinrichtung ausgeübt wird. Entsprechend dieser Kraft wird der Motor angetrieben, der die Antriebswelle 60 antreibt. Zu diesem Zweck können beispielsweise Signalleitungen zwischen der Steuereinrichtung und dem Motor verlaufen, wie ein entsprechendes Sensorsignal übermitteln. Es sind daher keine mechanischen Verbindungen zwischen der Steuereinrichtung und dem Stellorgan erforderlich.

Claims (4)

1. Vorrichtung (10) zur Vermessung und/oder Einstellung eines Werkzeugs, mit mindestens einer Welle (12), einem entlang der Welle (12) verfahrbar angebrachten Schlitten (14), der eine Meßeinrichtung oder einen Werkzeughalter trägt, und einer Positioniereinrichtung (16) zur Positionierung des Schlittens (14) entlang der Welle (12), welche Positioniereinrichtung (16) eine die Welle (12) umschließende Wälzmutter zur Umwandlung einer Rotation der Welle (12) in eine Linearbewegung des Schlittens (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzmutter als Rollringgetriebe (18) mit einer Anzahl wälzgelagerter Rollringe (20, 22, 24) mit variabler Steigung ausgebildet ist, und dass die Positioniereinrichtung (16) ferner ein Stellorgan (60) zur Verstellung der Steigung der Rollringe (20, 22, 24) umfasst.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (16) einen Motor zum Antrieb des Stellorgans (60) umfasst.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (16) eine manuell bedienbare Steuereinrichtung umfasst und in Abhängigkeit von der Bedienung der Steuereinrichtung betreibbar ist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung mindestens einen Kraftdrucksensor zur Messung einer auf die Steuereinrichtung ausgeübten Kraft umfasst, und dass der Motor zum Antrieb des Stellorgans (60) entsprechend der vom Kraftdrucksensor gemessenen Kraft betrieben wird.