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Werkstückvermessung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Vermessung von Werkstücken, insbesondere bewegten Werkstükken, während der spanabhebenden,
unter Wärmeentwicklung erfolgenden Bearbeitung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhafterweise wird die Breite bzw. die Breitenänderung als Mittel-
oder Höchstwert der bei einer Werkstückumdrehung ermittelten Werte festgestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um einen etwaigen liialschlag des Ringes 1 zu berücksichtigen, wird
bei der Ermittlung der Ringbreite bzw.
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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.