DE2261389A1 - Werkstueckvermessung - Google Patents

Werkstueckvermessung

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DE2261389A1
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machined
machining
workpieces
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DE19722261389
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Helmut Ludwig
Albin Schmitt
Burkhard Dipl-Ing Treutlein
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IHO Holding GmbH and Co KG
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FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA
Kugelfischer Georg Schaefer and Co
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/14Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the temperature during grinding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Description

  • Werkstückvermessung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermessung von Werkstücken, insbesondere bewegten Werkstükken, während der spanabhebenden, unter Wärmeentwicklung erfolgenden Bearbeitung.
  • Es ist bekannt, Werkstücke während der spanabhebenden Bearbeitung mechanisch, pneumatisch oder elektronisch zu vermessen, beispielsweise den Durchmesser festzustellen, um den Zyklus der bearbeitenden Werkzeugmaschine entsprechend zu steuern.
  • Beispielsweise beim Schleifen wird am Anfang der Bearbeitung mit einem großen Vorschub gearbeitet. Wird ein'bestimmt er Durchmesser der bearbeiteten Fläche gemessen, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit geändert.,- gegebenenfalls nach Ablauf einer bestimmten Haltezeit, worauf der Schleifvorgang mit geringerer Vorschubgeschwindigkeit fortgesetzt wird, bis bei einem bestimmten Durchmesser der bearbeiteten Fläche der Vorschub abgeschaltet wird, so daß nur noch die während des Schleifvorgangs zustandegekommene Verbiegung der Schleifspindel bis zum Erreichen des Endmaßes als Feinstvorschub wirkt.
  • Auf diese Weise ist es möglich, sehr enge Toleranzen von nur einigen P genau einzuhalten, allerdings nur untor der Bedingung, daß die während der spanabhebenden Bearbeitung entstehende Zerspanungswärme abgeführt wird, beispielsweise durch Umspülen des Werkstücks mit Kühiflüssigkeit. Eine vollkommene Zerspanungswärmeabfuhr derart, daß die Temperatur des verarbeiteten Werkstücks vollkommen konstant bleibt, ist nicht möglich. Es ist schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die erforderliche Gleichmäßigkeit der jeweiligen spanabhebenden Bearbeitung und somit eine konstante Wärmeentstehung im bearbeiteten Werkstück einerseits und gleichbleibende Kühlbedingungen andererseits zu gewährleisten, was zur Erzielung von Werkstücken etwa gleicher Sadmaße bei kauatemperatur nötig ist. Die erforderliche Gleichmäßigkeit der Bearbeitung ist schon wegen des mit der Zeit abnehmenden Zerspanungsvermögens der Bearbeitungswerkzeuge nicht zu erzielen.
  • Der Umstand, daß sich also spanabhebend bearbeitete Werkstücke während der spanabhebenden Bearbeitung in mehr oder weniger unkontrollierter Art und Weise erwärmen, was eine entsprechende Änderung der Abmessungen des Werkstücks zur Folge hat, führt dazu, daß die spanabhebend bearbeiteten Werkstücke nach gbkuhlung auf Raumtemperatur an den spanabhebend bearbeiteten Flächen nicht alle dieselben Abmessungen aufweisen, diese vielmehr in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken.
  • Es sind Temperaturmeßgeräte bekannt, mit denen die Oberflächentemperatur eines stillstehenden Werkstücks festgestellt werden kann. Beispielsweise ist dies mit großer Genauigkeit mit Hilfe von Thermoelementen oder Widerstandsthermometern auf elektrischem Wege möglich. Weiterhin sind ßtrshlungsthermometer bekannt, mit welchen die von einem Werkstück abgestrahlte Wärme und somit die Werkstücktemperatur unter der Bedingung festgestellt werden kann, daß die Strahlungsverhältnisse gleichbleiben. Bei der sich während der spanabhebenden Bearbeitung ständig ändernden Oberflächengüte und der Benetzung mit Xühlflüssigkeit ist Jedoch eine zuverlässige Strahlungstemperaturmessung nicht möglich.
  • Schließlich sind temperaturkorrigierende Meßgeräte bekannt, bei denen der Meßfehler, d.h. die Abweichung des am warmen Werkstück gemessenen Maßes von dem entsprechenden Maß bei Raumtemperatur, aus der bekannten Wärmeausdehnungs formel elektronisch berechnet und auf einem Mizeigegerät dargestellt wird, oder aber bei elektronischen Meßfühlern eine Temperaturkorrektur des Jeweils gemessenen, tatsächlichen NaBes selbsttätig erfolgt. Naturgemäß muß dabei eine Temperaturmessung mit den oben erwähnten Nachteilen bei stillstehendem Werkstück vorgenommen werden.
  • In keinem Fall erfolgt also bei den bekannten Verfahren eine laufende Temperaturmessung am Werkstück während dessen spanabhebender Bearbeitung, wenn das Werkstück sich dabei bewegt. rufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches auf einfachste Weise auch bei bewegten Werkstücken die durch die Zerspanungswaree bewirkten ibmessungsänderungen des Jeweiligen, spanabhebend bearbeiteten Werkstücks berücksichtigt.
  • Dies ist erfindungigemäß dadurch erreicht1 daß das Jew ilige Werkstück an der bearbeiteten Fläche und susätslich zugleich an einer nicht bearbeiteten Fläche mit Hilfe eines Längenmeßtasters vermessen und das Ergebnis dieser zusätzlichen Vermessung zur Temperaturkorrektur der ersten Vermessung ausgenutzt wird. Das korrigierte Ergebnis der ersten Vermessung kann zur selbsttätigen Steuerung derjenigen Werkzeugmaschine verwendet werden, auf welcher die spanabhebende Bearbeitung erfolgt, und/oder kann angezeigt werden.
  • Bei der Vermessung von zylindrischen, am suBenumfang bearbeiteten Werkstücken, werden vorzugsweise die bearbeitete Außenumfangafläche und die Breite des Jeweiligen Werkstücks abgetastet, wobei dann der Iußendurchmeaseraeßwert mit dem Verhältnis von Breite bei Bezugstemperatur zur Breite bei der Jeweiligen Meßtemperatur multipliziert bzw. vom Außendurchmessermeßwert das Produkt aus Breitenänderung x Verhältnis des Durchmessers zur Breite bei Bezugßteiperatur abgezogen wird. Im letzteren Fall wird also der den kNßendurchmesser zugeordnete Meßwert entsprechend der gemessenen Breitenänderung als Folge der Werkstückerwärmung und entsprechend dem festen Verhältnis von Durchmesser zur Breite des Werkstücks verkleinert.
  • Vorteilhafterweise wird die Breite bzw. die Breitenänderung als Mittel- oder Höchstwert der bei einer Werkstückumdrehung ermittelten Werte festgestellt.
  • Es werden also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abmessungen des Jeweils spanabhebend bearbeiteten Werkstücks an zwei verschiedenen Stellen laufend ermittelt, und zwar einmal an der Bearbeitungsfläche zur Kontrolle des spanabhebenden Bearbeitungsvorgangs, zum anderen an einer nicht bearbeiteten Stelle zur Ermittlung der Änderung der Werkstückabmessungen allein aufgrund der durch die erzeugte Zerspanungswärme bewirkten Wärmeausdehnungen, um eine entsprechende Temperaturkorrektur bei den Meßergebnissen an der ersten Stelle vornehmen-zu können. Diese erfolgt automatisch, indem beispielsweise entsprechende Berechnungen in einem elektronischen Rechner angestellt werden, der dann auch die Maschinenbewegungen steuert und/oder die korrigierten Neßergebnisse an der ersten Stelle anzeigt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken auf ein genaues Endmaß als ob keine Erwärmung erfolgt, obwohl die Werkstükke sich tatsächlich erwärmen. Die nachteilige Temperaturmessung ist vermieden und durch genaue Längenmessung ersetzt, die auch an bewegten Flächen möglich ist. Xlimatisierte Werkhallen sind überflüssig und Stillsetz- sowie Wartezeiten für Zwischenmessungen vermieden.
  • Nachstehend ist eine Ausführungsfor#a der Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, deren einzige Figur schematisch eine Seitenansicht eines zylindrischen, am Außenumfang spanabhebend bearbeiteten Ringes wiedergibt.
  • Der Ring 1 wird am AußenumSang 2 auf einer Rundschleifmaschine spanabhebend bearbeitet. Während des Bearbeitungsvorganges wird im Ring 1 ~Zerspanungswärme erzeugt, so daß dessen Temperatur sich laufend erhöht und dessen Abmessungen sich laufend entsprechend ändern, d.h. vergrößern.
  • Zugleich verkleinert sich Jedoch der Durchmesser des Außenumfangs 2 durch das Rundschleifen. Am Änßenumfang 2 überlagern sich also während der spanabhebenden Bearbeitung stan dig zwei Einflüsse.
  • Der um die Achse 3 umlaufende Ring 1 wird während der spanabhebenden Bearbeitung laufend am Außenumfang 2 durch einen Meßtaster 4 vermessen, ferner wird die Breite laufend durch einen zweiten Meßtaster 5 festgestellt. Die beiden Meßtaster 4 und 5 sind jeweils über eine elektrische Leitung 6 bzw. 7 mit einer elektrischen Steuer- und/oder Änzeigevorrichtung 8 verbunden.
  • Der Meßtaster 5 stellt dieJenige Breitenänderung des Ringes 1 während des Bearbeitungsvorganges fest, welche sich ausschließlich aus der Wärmeausdehnung des Ringes 1 bei der Zerspanung ergibt. Der Meßtaster 4 dagegen stellt die Durchmesseränderung des Außenumfangs 2 fest, welche sich aus der Durchmesserverringerung durch die Materialentfernung am iußenumfang 2 und zugleich aus der besagten Wårmoausdehnung des Ringes 1 in radialer Richtung ergibt.
  • In der Einrichtung 8 wird das fleßergebnis des Tasters 4 mit Hilfe des Meßergebnisses des Tasters 5 so korrigiert, daß sich derjenige wahre Durchmesser ergibt, den der Ring 1 am iußenumfang 2 im Augenblick der Messungen nach abkühlung auf Raumtemperatur aufweisen würde. Dieses Ergebnis wird angezeigt und/oder zur automatischen Steuerung der Rundschleifmaschine benutzt.
  • Die zu der geschilderten Temperaturkorrektur in der Einrichtung 8 vorzunehmenden Berechnungen beruhen auf der bekannten Wänasausdehnungsgleichung Lt - L (1 + A x a t), wobei Lt die bei einer Temperatur t gemessene Länge, L die bei Bezugstemperatur gemessene Länge, darn den Wårmeauadehnungskoeffizienten und # t die Differenz zwischen der jeweiligen Temperatur und der Bezugstemperatur eines Objektes darstellen. ius dieser Gleichung ergibt sich für den Ring 1 unter der Voraussetzung eines gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in radialer und axialer Richtung bezüglich des wahren Durchmessers D am Umfang 2 folgendes: Dabei bedeuten D und B jeweils denjenigen Durchmesser bzw.
  • diejenige Breite des Ringes 1, welche dieser bei Abkühlung auf Raumtemperatur aufweisen würde, während Dt und Bt jeweils den vom Meßtaster 4 bzw. die vom Meßtaster 5 gerade ermittelten Durchmesser bzw die Breite des Ringes 1 bei der gerade gegebenen Temperatur bzw. ß B r Bt - B, d.h. die Breitenänderung infolge der Werkstückerwärmung darstellen.
  • Da der Durchmesser Dt und die Breite Bt bzw. die Breitenänderung # B laufend ermittelt werden, ferner die Breite B vor Beginn des Jeweiligen Bearbeitungsvorgangs ermittelt worden bzw. das Verhältnis D/B beim Werkstück ein fester Wert ist, kann der Durchmesser D also ohne weiteres in der Einrichtung 8 bestimmt und gegebenenfalls angezeigt werden.
  • Um einen etwaigen liialschlag des Ringes 1 zu berücksichtigen, wird bei der Ermittlung der Ringbreite bzw.
  • der Breitenänderung diese als Mittelwert oder als Höchstwert der bei einer Werkstückumdrehung ermittelten Werte festgestellt, so daß bei der Feststellung der Breite B bei Raumtemperatur der Ring 1 mindestens einen vollständigen Umlauf machen muß.

Claims (3)

Patent ansprüche
1. Verfahren zur Vermessung von Werkstücken, insbesondere bewegten Werkstücken, während der spanabhebenden, unter Wärmeentwicklung erfolgenden Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Werkstück (1) an der bearbeiteten Fläche (2) und zusätzlich zugleich an einer nicht bearbeiteten Fläche mit Hilfe eines Längenmeßtasters (4 bzw. 5) vermessen und das Ergebnis dieser zusätzlichen Vermessung zur Temperaturkorrektur der ersten Vermessung ausgenutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Vermessung von zylindrischen, am Außenumfang bearbeiteten Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die bearbeitete Außenumfangsfläche und die Breite des jeweiligen Werkstücks abgetastet werden, und daß dann der #ußendurchmessermeßwert Dt mit dem Verhältnis von Breite B bei Bezugstemperatur zur Breite Bt bei der jeweiligen Neßtemperatur multipliziert bzw.
vom Außendurchmessermeßwert St das Produkt aus Breitenänderung t B I Bt - B mal dem Verhältnis des Durchmessers D zur Breite B bei Bezugstemperatur abgezogen wird.
3. Verfähren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite bzw. die Breitenänderung ii B als Mittel- oder Höchstwert der bei einer Werkstückumdrehung ermittelten Werte festgestellt wird.
DE19722261389 1972-12-15 1972-12-15 Werkstueckvermessung Withdrawn DE2261389B2 (de)

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