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sINRICHTUNG ZUR KONTROLLE DES DURCHMESSERS VON WERKSTÜCKEN BEI DER
BEARBEITUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vervollkommung der Einrichtungen
zum Ausgleich der bei der spanenden Bearbeitung entstehenden Abweichungen der Durchmessergröße
des zu bearbeitenden Werkstückes von der vorgegebenen Größe, und zwar eine Vervollkommung
von Einrichtung en zur Sontrolle des Durchmessers des Werkstückes bei dessen spanender
Bearbeitung, und sie kann sowohl in w 1 stationären wie auch in tragbaren Dreh-oder
Innendrehmaschinen, insbesondere bei der Bearbeitung der Werkstücke, die eine hohe
BearbeitungsgeMuigkeit erfordern, beispielsweise, bei der Bearbeitung von Schiffsschraubenwellen,
zylindrischen Hülsen, Körpern usw., Anwendung finden.
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Es ist bekannt, daß in Dreh- und Innendrehmaschinen Einrichtungen
zur . Kontrolle des Durchmessers des Werkstückes bei dessen spanender Bearbeitung
verwendet werden, die einen oder zwei Geber umfassen, welche der zu bearbeitenden
Oberfläche folgen. Als Geber können beispielsweise, vibrogeneratorische, induktive,
pneumatische und andere geeignete Geber verwendet werden. Bei der Verwendung von
zwei Gebern, werden diese an einer Rachenlehre befes- -Öffnungsweite tigt; indem
man die v der Rachenlehre reguliert, stellt man die Geber auf den vorgegebenen Durchmesser
des Werkstückes ein. Bei der spanenden Bearbeitung wird von den Gebern die Folgeregelung
des Durchmessers des Werkstückes vorgenommen. Bei der änderung des Durchmessers
ändert sich dementsprechend das Ausgangsaignal der Geber. Die Geber sind über einen
Stellstromkreis mit einer Einrichtung für den Quervorschub -des Schneidwerkzeuges
zur Steuerung der Bewegung desselben verbunden.
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Der Nachteil solcher Einrichtungen besteht darin, daß die Bearb eitungsgenauigkeit
wesentlich durch Lageänderungen der Rachenlehre mit den Gebern gegenüber- dem zu
bearbeitenden Werkstück entlang der Linie des zu kontrollierenden Durchmessers beeinflußt
wird.
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Solche Abweichungen entstehen durch den Verschleiß oder die Verformung
der Führungachienen der Maschine, durch das Schrag'laufen der Drehungsachse des
We'rksttLckes lind ähnliche
technologische Ursachen. Wenn die Geber
verschiedene Meßcharakteristiken der Übertragung in dem Sinne haben, daß Abweichung
der gleichen t des Durchmessers des Werkstuckes verschiedene Änderungen des Ausgangssignals
der Geber enteine sprechen, so wird v Verschiebung der Rachenlehre mit den Gebern,
die durch die genannten technologischen Ursachen hervorgerufen wird, von der Einrichtung
als eine änderung des Durchmessers des Werkstückes wahrgenommen. Das Stellglied
des Quervorschubes wird in diesem Fall das Schneidwerkzeug bewegen, obwohl das nicht
erforderlich ist, Im Zusammenhang mit dem Obendargelegten muß man zur Gewährleis1ing
einer hohen Genauigkeit der Kontrolle in der Einrichtung Geber nur mit gleichen
Meßcharakteristiken verwenden und keine Verschiebung der Rachenlehre in bezug auf
das Werkstück zulassen, die den Ärbeitsmeßbereich der Geber übertrifft. Dadurch
wird die Wahl der Geber erschwert, uad die Anforderungen an die Präzision der Maschine
selbst werden erhöht.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schattung einer Möglichkeit
zur Verwendung von Gebern, die ungleiche Meßcharaktiristiken haben, sowie das Herabsetzen
der Anforderungen, die an die Präzision der Maschine gestellt werden. Der Erfindung
wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, eine solche Einrichtung zur Kontrolle des Durchmessers
des Werkstückes zu schaffen, in der die Möglichkeit fiir
einen Ausgleich
der Stellung der Geber in bezug auf das zu kontrollierende Werkstüc bei der Bearbeitung
gesichert ist.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der erlindungsgemaßen
Kontrolleinrichtung die Rachenlehre derart angeordnet ist, daß sich die Geber entlang
der Linie der Messung des Durchmessers in einer Ebene bewegen können, die senkrecht
zur Werkstiickachse liegt.
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sowie ein Regler der Lage der Rachenlehre vorgesehen ist, der ein
Stellglied umfaßt, elchesmit der Ausgangsseite eines der Geber verbunden ist und
die Bewegung der Rachenlehre bei der Änderung des Ausgangssignals des Gebers derart
verwirklicht, daß dieses Signal auf den Wert beim Einstellen des Gebers zurückgeführt
wird.
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Bei einer solchen Ausführung der Einrichtung zur Kontrolle wird eine
ständige Folgeregelung der Lage der Rachenlehre in bezug zu dem zu bearbeitenden
Werksttick verwirklicht und deren Lage in bezug aufeinander ausgeglichen.
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Bei einer der Ausführungsvarianten umfaßt der Regler der Lage der
Rachenlehre ein Element zum Vergleichen der Ausgangssignale der Geber, welches deren
Differenzsignal ermittelt und mit einem Stellglied verbunden ist, die die Verschiebung
der Rachenlehre bei der Änderung des Differenzsignals derart verwirklicht, daß dieses
signal dem Differenzsignal der Geber gleich bleibt, die auf das vorgegebene Maß
eingestellt sind.
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Das Stellglied kann in Form einer Verschiebevorrichtung ausgebildet
werden, die durch einen steuernden Elektromotor bewegt wird, desaen SteLierstromkreis
mit der Ausgangsseite eines der Geber verbunden ist, und die Rachenlehre kann an
dem Werkzeugträger angelenkt werden und, indem sie sich dreht, die Geber entlang
der Linie der Messung des Durchmessers in einer Ebene bewegen, die senkrecht zur
Werkstdckachse liegt.
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Bei einer anderen Ausführungsvariante kann die Rachenlehre aa Werkzeugträger
in Führungsschienen angeordnet werden und sich in diesen Führungsschienen parallel
zu der Linie des zu kontrollierenden Durchmessers bewegen.
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Ia folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielender
Einrichtung zur Eontrolle des Durchmessers des Werkstiickes für den Fall der Bearbeitung
einer Welle in einer Drehmaschine sowie durch beigefügte Zeichnungen näher erläutert,
welche zeigen Fig. 1 konetruktives Prizipschema der erfindungsgemäßen Einrichtung
mit einer angelenkten Rachenlehre; Fig.2 Kennlinien der Geber bei der Geber bei
der Lageregelung der Rachenlehre bei der spanenden Bearbeitung; Fig.3 elektrische
Schaltung für die Einschaltung der Geber bei der Verwendung eines Vergleichselementes;
Fig.4 Ausführungsbeispiel fur die Befestigung der Rachenlehre am Werkzeugträger
in Führungsschien.
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Die Einrichtung zur Kontrolle des Durchmessers des zu bearbeitenden
Werkstückes 1 enthält eine Meßrachenlehre 2, an deren Backen 2a und 2b Jeweils zwei
Geber 3a und 3b befestigt sind, die zur Kontrolle des Durchmessers des Werkstückes
1 bei der spanenden Bearbeitung dienen.
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Die Rachenlehre 2 ist am Werkzeugträger 5 mittels eines Gelenkes 4
befestigt. Für die Einstellung einer vorgegebenen Abmessung zwischen den Backen
2 a und 2 b der Rachenlehre 2 ist eine Einstellvorrichtung 6 vorgesehen. Außerdem
sind die Backen mittels einer Feder 7 miteinander verbunden.
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Der Backen 2 b ist über ein Stellglied 8 für eine weitere Einstellbewegung
mit dem Werkzeugträger 5 verbunden.
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Das Stellglied 8 stellt einen steuerbaren Elektromotor 9 dar, der
mit einem Getriebe 10 und einem Schraubenpaar 11 verbunden ist. Außerdem ist der
Backen 2 b mit dem Werkseugtrager 5 mittels der Feder 12 verbunden.
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Die Ausgänge der Geber 3 a und 3 b sind über Summier*tied @ 13 der
pannungen und einen Opera,tionsverstärker 14 mit einer Vorrichtung 15 für den Quersorschub
des Schneidwerkzeuges 16 verbunden. Gleichzeitig ist die Ausgangsseite, des Gebers
3 a über den Operationsverstärker 14 a an den Steuerstromkreis des Elektromotors
9 angeschlossen.
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Der Verstärker 14 a ist derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von
dem Vorzeichen und der Größe der XPerung der Spannung
am Ausgang
des Gebers 3 a ein Signal erzeugt wird, das die Richtung und die Geschwindigkeit
der Zustellbewegung des Elektromotors 9, und folglich der Rachenlehre 2 bestimmt.
Über den Verstärker 14 a wird also im wesentlichen die Tätigkeit des Elektromotors
9 gesteuert. In einer ähnlichen Weise wird von dem Verstärker 14 die Richtung und
die Geschwindigkeit der Bewegung der Vorrichtung 15, und damit des Schneidwerkzeuges
16 gesteuert, und zwar in Abhängigkeit von der Anderung des Summensignals der Geber
3 a und 5 b, die wiederum von dem Vorzeichen und der Größe der Abweichung der Durchmessergröße
des Werkstückes 1 von der vorgegebenen abhängt. Der Versttrker 14 a zusammen mit
dem Stellglied 8 bildet den Regler der Lage der Rachenlehre 2 in bezug auf das zu
bearbeitende Werkstück 1.
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Die Vorrichtung hat folgende arbeitsweise.
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Vor dem Beginn der Arbeit werden die Rachenlehre 2 und das Schneidwerkzeug
16 mittels der Stellglieder 6, 8 und 15 auf die vorgegebene Abmessung eingestellt.
Dabei werdem die Geber 3 a und 3 b derart an das Werkstück herangeführt, daß die
Stellglieder 6, 8 und 15 unbeweglich bleiben. Während der spannenden Bearbeitung
ändert sich bei einer Abweichung der Durchmessergröße des zu bearbeitenden Werkstückes
1 von der vorgegebenen Größe das Signal Jedes von den Gebern 3 a und 3 b, und folglich
ändert sich das Summensignal an der Ausgangsseite des Summiergliedes 13. Dieses
Signal
wird über den Verstärker 14 der Vorrichtung 15 für den Quervorschub zugeführt und
es steuert die Bewegung dieser Vorrichtung.
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Die Vorrichtung 15 bewirkt eine Bewegung des Schneidwerkzeuges 16
in Übereinstimmung mit dem Vorzeichen und der Größe einer aufgetretenen Maßabweichung;
die Bewegung hört auf, wenn diese Naßabwe i chunurch, die Bearbeitung beseitigt
ist.
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Gleichzeitig mit der Arbeit der Vorrichtung 15 für den bervorschub
des Schneidwerkzeuges 16 und unabhangig von diesem arbeitet der Regler der Lage
der Rachenlehre 2 in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück 1.
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Durch. seine Arbeit beseitigt der Regler die relative Verschiebung
der Rachenlehre 2 mit den Gebern 3a gegenüber dem und 3 b v Werkzeug 1 entlang der
Linie der Messung des Durchmessers in der Ebene, die senkrecht zur Werkstückachse
1 liegt. Diese Verschiebung kann, wie es oben dargelegt wurde, während der spanenden
Bearbeitung durch Ursachen technologischer Natur, beispielsweise, durch den Verschleiß
und die Verformung des Bettes oder der anderen Teile der Maschine, durch Schräglaufen
der Drehungsachse des Werkstückes usw. auftreten, Betrachten wir ein Beispiel für
die Regelung der Lage der Rachenlehre 2 bei einer vertikalen Verschiebung des Gebers
3 a und dementsprechend des Gebers 3 b in bezug auf das Werkstueck 1
um
eine Größe "mn" die beispielsweise durch den Verschleiß oder die Deformation der
Fuhrungschienen des Maschinenbettes (in Fig.1 nicht wiedergegeben) hervorgerufen
ist.
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Bei einer solchen Verschiebung der Geber 3 a und 3 h Andern sich
die Signale an den Ausgangseiten dieser Geber: am Geber 3a verstärkt sich das Signal
und am es Geber 3 b vermindert" sich. Es wird im folgenden angenommen, daß eine
positive Verschiebung Jedes der Geber eine Verschiebung @ zu der Oberfläche des
Werkstükkes ist. Wenn die Geber 3 a und 3 b verschiedene Empfindlichkeiten (s. Fig.2;.
in dieser Zeihhnung sind mit geraden Linien 3 a und 3 b die Abhängigkeiten der Ausgangsspannung
der Geber von der Größe ihrer Verschiebung in bezug auf die Oberfläche des Werkstückes
1 dargestellt) aufweisen, so wird sich bei der Verschiebung der Rachenlehre 2 mit
den Gebern 3 a und 3 b um eine Größe "mn" das Gesamtsignal dieser Geber an der Ausgangsseite
des Vertärkers 14 von dex vorgegebenen Signal bei dem oben beschriebenen Einstellen
der Geber und des Schneidwerkzeuges um eine Größe unterscheiden, die dem Produkt
aus Verschiebungsgröße "ma" und der Differenz der Empfindlichkeiten der Geber 3
a und 3 b gleich ist.
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Das au der Ausgangsseite des Verstarkers 14 entstandene Signal könnte
beim Fehlen einer Lageregelung der Rachenlehre 2 einen falschen Vorschub des Schneidwerkzeuges
16
durch die Vorrichtung 15 für den Quervorschub bewirken, was die Genauigkeit der
Bearbeitung des Werkzeuges vermindert.
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In der vorliegendsl Vornchtung passiert so was nicht, weil in dieser
Vorrichtung ein Regler der Lage der Bachenlehre 2 vorgesehen ist, der folgende Arbeitsweise
hat: Bei der Anderung des Ausgangssignals des Gebers 3 a ändert sich das Aussangssignal
des Operationsverstärkers 14 a.
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Dieses Signal wird dem Steuerstroinkreis des Elektromotors 9.
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zugeführt, wonach dieser aus der Mittellage gebracht wird.
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Der Elektromotor 9 bewegt über das Getriebe 10 und das Schraubenpaar
1t die Rachenlehre 2, indem er die Drehung der Rachenlehre um die Gelenklagerung
4 bewirkt; dadurch wird auch die Bewegung des Gebers 3a und dementsprechend des
Gebers 3b entlang der Linie der Messung in der Ebene verwirklicht, die senkrecht
zti der Werkstückachse 1 liegt.
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Die Richtung und die Geschwindigkeit dieser Bewegung werden, wie
das schon gesagt wunie, durch aie Richtung und die Geschwindigkeit der Drehung des
Motors 9 vorgegeben, die von dem Vorzeichen und der Größe des Ausgaiigssignais des
Operationsverstärkers 14 a abhängig ist. Auf diese Weise wird die Änderung des Ausgangssignais
des Gebers 3 a, und folglich des Ausgangssignals des Verstärkers 14 a,durch die
Bewegung der Rachenlehre 2 hervorgerufen, Dadurch wird
allmählich
die Geschwindigkeit der Verschiebung der Rachenlehre 2 mit den Gebern 3 a und 3
b vermindert; nachdem diese die Ausgangsstellung erreicht haben, wird das Signal
an der Ausgangsseite des Gebers 3 a im wesentlichen dem Signal dieses Gebers beim
Einstellen auf das vorgegebene Maß gleich sein. Das entspricht auch der Mittellage
des Stellgliedes 8.
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Wenn die re la tive Verschiebung der Rachenlehre 2 mit gegenüber
dem den Gebern 3 a und 3 b @ Werkstück 1 mit einem gewissen Genauigkeitsgrad "#"
ausgeglichen sein wird, der durch den zulässigen Fehler der Bearbeitung des Werkstückes
bestimmt ist, so kann man in der erfindungsgemäßen Einrichtung Geber mit wesentlich
ungleichen Charakteristiken verwenden und die Anforderungen herabsetzen, die, an
die Genauigkeit der Metallbe«reitungsmaschinen für die Bearbeitung von Präsizionswerkstücken
gestellt werden.
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Die Lage der Rachenlehre 2 mit den Gebern in bezug das zu bearbeitende
Werkstück 1 kann man auch nach der linderung des Differenzsignals der Geber 3 a
und 3 b regeln, das von dem Vergleichselement 17 (s. Fig.3) erzeugt wird, welches
mit der Eingangsseite des Verstärkers 14 a verbun den ist.
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Bei der Verwendung dos Differenzsignals, das von dem Vergleichselement
17 er@eugt wird, arbeitet der Regler so,
wie das oben beschrieben
wurde. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß die Bewegung der Rachenlehre
2 solange erfolgt, bis das Differenzsignal der Geber 3 a und 3 b verschwindet oder
auf den anfänglichen Wert bei der Einstellung zurückgeführt ist.
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Fig.4 zeig@t ein Ausfükirungsbeispiel für die Anordnung der Backen
2 a und 2 b der Rachealehre 2 in iaührungschienen des Werkzeugträgers 5 (beispielsweise
Wälz-£ührungen).Unter der Einwirkung der Änderung des Signals des Gebers 3 .a oder
unter der Einwirkung der Änderung des Difterensignals der Geber 3 a und 3 b, das
von dem Vergleichselement 17 erzeugt wird, wird die Rachenlehre 2 von dem Stellglied
8 in den Führungen - des Werkzeugträgers 5 parallel zu der Linie der Messung des
Durchmessers in der Ebene, die senkrecht zur Achse des-Werkstückes liegt, bewegt.
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Bei der Bearbeitung der Innenflächen von Zylindem in den Drehmaschinen
werden die Rachenlehre 2 mit den Gebern 3 a und 3 b sowie die Stellglieder 6, 8
und 15 an einer fliegenden Bohrstange (in Fig, .1 nicht wiedergegeben) befestigt,
die am Werkzeugträger 5 der Maschine abgestützt ist.
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Bei der Bearbeitung von Hülsen, Gehäusen und Phnlichen Werkstücken
in Innendrehiaschinen katationären oder tragbaren) werden die Rachenlehre 2 mit
aen Gebern 3 a und 3 b sowie die Stellglieder 6, 8 und 15 dzmentsprechend an einer
auf zwei Lagerungen abgestützten Bohrstange
(in Fig. nicht Wiedergegeben)
angeordnet.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung gestattet es, Geber
mit wesentlich unterschiedlichen Meßcharakteristiken zu verwenden, sowie auch die
Anforderungen, die an die Genauigkeit der Maschine selbst-gestellt werden, herabzusetzen.