DE2261389B2

DE2261389B2 - Werkstueckvermessung

Info

Publication number: DE2261389B2
Application number: DE19722261389
Authority: DE
Inventors: Albin; Ludwig Helmut; Treutlein Burkhard Dipl.-Ing.; 8720 Schweinfurt Schmitt
Original assignee: Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1972-12-15
Publication date: 1977-11-10
Also published as: DE2261389A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermessung von bewegten Werkstücken, 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 bestimmter 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 Schleif Vorgangs zustandegekommene Verbiegung der Schleifspindel bis zum Erreichen des Endmaßes als Feinstvorschub wirkt.

Auf diese Weise ist es möglich, sehr enge Toleranzen von nur einigen μΐη genau einzuhalten, allerdings nur unter der Bedingung, daß die während der spanabhebenden Bearbeitung entstehende Zerspanungswärme abgeführt wird, beispielsweise durch Umspülen des Werkstücks mit Kühlflüssigkeit. 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 Endmaße bei Raumtemperatur nötig ist. Die erforderliche Gleichmäßigkeit der Bearbeitung ist schon wegen des mit der Zeit abnehmenden Zerspannungsvermögens 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 Abkühlung 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 Strahlungsthermometer 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

in während der spanabhebenden Bearbeitung ständig ändernden Oberflächengüte und der Benetzung mit Kühlflüssigkeit ist jedoch eine zuverlässige Strahlungstemperaturmessung nicht möglich. Schließlich sind temperaturkorrigierende Meßgeräte

ι ·-, bekannt (siehe H. Fischer und B. T r e u 11 e i η, Ein Meßverfahren zur Korrektur des Temperatureinflusses [Maschine und Werkzeug, 1970, Heft 7, S. 22, 27, 28 u. 30]), bei denen der Meßfehler, d. h. die Abweichung des am warmen Werkstück gemessenen Maßes von dem entsprechenden Maß bei Raumtemperatur, aus der bekannten Wärmeausdehnungsformel elektronisch berechnet und auf einem Anzeigegerät dargestellt wird, oder aber bei elektronischen Meßfühlern eine Temperaturkorrektur des jeweils gemessenen, tatsächlichen

2·') Maßes selbsttätig erfolgt. Naturgemäß muß dabei eine Temperaturmessung mit den obenerwähnten Nachteilen bei stillstehendem Werkstück vorgenommen werden.

In keinem Fall erfolgt also bei den bekannten

jo Verfahren eine laufende Temperaturmessung am Werkstück während dessen spanabhebender Bearbeitung, wenn das Werkstück sich dabei bewegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches auf

j3 einfachste Weise die genaue Vermessung bewegter Werkstücke trotz Abmessungsänderungen durch Zerspannungswärme während der Bearbeitung ermöglicht.

Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das

Werkstück an der bearbeiteten Fläche und zusätzlich zugleich an einer nicht bearbeiteten Fläche mit Hilfe je eines Längenmeßtasters vermessen und das Ergebnis der 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 Außenumfang bearbeiteten Werkstücken werden die bearbeite-

jo ten Außenumfangsfläche und die Breite des jeweiligen Werkstücks abgetastet, wobei dann der Außendurchmessermeßwert mit dem Verhältnis von Breite bei Bezugstemperatur zur Breite bei der jeweiligen Meßtemperatur multipliziert bzw. vom Außendurch-

Vi messermeßwert das Produkt aus Breitenänderung χ Verhältnis des Durchmessers zur Breite bei Bezugstemperatur abgezogen wird. Im letzteren Fall wird also der am Außendurchmesser zugeordnete Meßwert entsprechend der gemessenen Breitenände-

ho rung als Folge der Werkstückerwärmung und entsprechend dem festen Verhältnis von Durchmesser zur Breite des Werkstücks verkleinert. Vorteilhafterweise wird die Breite bzw. die Breitenänderung als Mitteloder Höchstwert der bei einer Werkstückumdrehung

w, ermittelten Werte festgelegt.

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 Wärmeausdehungen, 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 Meßergebnisse 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 Werkstücke sich tatsächlich erwärmen. Die nachteilige Temperaturmessung ist vermieden und durch genaue Längenmessung ersetzt, die auch an bewegten Flächen möglich ist. Klimatisierte Werkhallen sind überflüssig und; Stillsetz- sowie Wartezeiten für Zv/ischenmessungen vermieden.

Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, deren Figur schematisch eine Seitenansicht eines zylindrischen, am Außenumfang spanabhebend bearbeiteten Ringes wiedergibt.

Der Ring 1 wird am Außenumfang 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 Außenumfang 2 überlagern sich also während der spanabhebenden Bearbeitung ständig 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 Anzeigevorrichtung 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 Zerspannung ergibt. Der Meßtaster 4 dagegen stellt die Durchmesseränderung des Außenumfangs 2 fest, welche sich aus der Durchmesserverringerung durch die Materialentfernung am Außenumfang 2 und zugleich aus der besagten Wärmeausdehnung des Ringes 1 in radialer Richtung ergibt. In der Einrichtung 8 wird das Meßergebnis des Tasters 4 mit Hilfe des Meßergebnisses des Tasters 5 so korrigiert, daß sich derjenige wahre Durchmesser ergibt, den der Ring 1 am Außenumfang 2 im Augenblick der Messungen nach ι Abkühlung auf Raumtemperatur aufweisen würde. Dieses Ergebnis wird angezeigt und/oder zur automatischen Steuerung der Rundschleifmaschine benutzt.

Die zu der geschilderten TemperiUurkorrektur in der Einrichtung 8 vorzunehmenden Berechnungen beruhen κι auf der bekannten Wärmeausdehnungsgleichung

L, = L(\ + λ ■ Δ t),

wobei L, die bei einer Temperatur I gemessene Länge, L π die bei Bezugstemperatur gemessene Länge, λ den Wärmeausdehnungskoeffizienten und At die Differenz zwischen der jeweiligen Temperatur und der Bezugstemperatur eines Objektes darstellen. Aus dieser Gleichung ergibt sich für den Ring 1 unter der Voraussetzung eines gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in radialer und axialer Richtung bezüglich des wahren Durchmessers Dam Umfang 2 folgendes:

D =

D₁-B

B,

oder

D = D₁-

D
ΊΓ

Iß.

Dabei bedeuten D und B jeweils denjenigen Durchmesser bzw. diejenige Breite des Ringes 1, welche dieser bei Abkühlung auf Raumtemperatur aufweisen würde, während D, und B, jeweils den vom Meßtaster 4 bzw. die vom Meßtaster 5 gerade ermittelten Durchmesser bzw. die Breite des Ringes 1 bei der gerade gegebenen Temperatur t bzw. AB = B₁-B, d.h. die Breitenänderung infolge der Werkstückerwärmung darstellen. Da der Durchmesser D, und die Breite ß,bzw. die Breitenänderung AB 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 Axialschlag des Ringes 1 zu berücksichtigen, wird bei der Ermittlung der Ringbreite bzw. der Breitenänderung diese als Mittelwert oder als Höchstwert der bei einer Werkstückumrandung ermittelten Werte festgestellt, so daß bei der Feststellung der Breite B bei Raumtemperatur der Ring 1 mindestens einen vollständigen Umlauf machen muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Vermessung von bewegten Werkstücken während der spanabhebende) aer Wärmeentwicklung erfolgenden Bearbc.iung, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1) an der bearbeiteten Fläche (2) und zusätzlich zugleich an einer nicht bearbeiteten Fläche mit Hilfe je eines Längenmeßtasters (4 bzw. 5) vermessen und das Ergebnis der zusätzlichen Vermessung zur Temperaturkorrektur der ersten Vermessung ausgenutzt wird.