DE2337726A1

DE2337726A1 - Werkzeugmaschine od. dgl. mit einer messeinrichtung zur messung der vorschubkraft an einem werkzeug

Info

Publication number: DE2337726A1
Application number: DE19732337726
Authority: DE
Inventors: Michael Schweizer
Original assignee: TIEFBOHR TECHNIK GmbH
Current assignee: TIEFBOHR TECHNIK GmbH
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1975-02-06
Also published as: JPS5734065B2; FR2238562B1; JPS5082677A; IT1017367B; GB1452444A; FR2238562A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Hans Langosch Dr -Ir-y. Ht^nz Hosenthien 7000 Stuttgart 1 Herdweg 62 Telefon (0711) 296523

Anmelderin:

Firma

Tiefbohr-Technik GmbH &Co.KG

7417 Dettingen b.Urach

Max-Eyth-Straße

Werkzeugmaschine oder dergleichen mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Vorschubkraft an einem Werkzeug

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine od.dgl. mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Vorschubkraft an einem Werkzeug, wobei zwischen dem Werkzeug und dem Maschinengestell ein die Vorschubkraft aufnehmendes und mit der Meßeinrichtung zusammenarbeitendes Drucklager angeordnet ist.

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Es sind derartige Meßeinrichtungen bekannt, die mit elektrischen Wegaufnehmern, wie Dehnmeßstreifen, induktive oder kapazitive Geber arbeiten. Die dazu erforderlichen Meßapparaturen sind aufwendig und störanfällig, insbesondere bei robustem Werkstattbetrieb. Um ein quantitativ auswertbares Signal zu erhalten, sind relativ große Verschiebewege notwendig. Dies steht einmal im Widerspruch zu der Funktion der Welle oder Spindel, die eine möglichst starre Lage einnehmen soll, andererseits bedeuten die Verformungsglieder eine Einschränkung der Grundforderung nach möglichst kurzen freien Auskraglängen. Die Verschiebewege müssen überdies durch eine Relativbewegung zwischen z.B. einem Außenring der Wälzlager und einer Gehäusebohrung aufgenommen werden. Dadurch ergeben sich Undefinierte Reibungsverhältnisse und die Gefahr eines Verkantens mit unerwünschtem Taumelschlag. Weiter kann die elektrische Übertragung aus einem rotierenden Meßelement auf die feststehenden Anzeige- und Steuerungsgeräte nur mit erheblichem Störpegel durchgeführt werden, so daß Messungen im unteren Meßbereich kaum möglich sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau in der Verwendung wenig störanfällig ist und durch die die Lagerqualität und die

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Lagercharakteristik nicht beeinflußt oder verändert wird und die sich leicht nachträglich in eine Werkzeugmaschine einbauen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß am Maschinengestell mindestens eine Düse vorgesehen ist, die mit einer mit dem Drucklager verbundenen Staufläche zusammenarbeitet und in an sich bekannter Weise in einer zur Düse führenden Druckmediumleitung ein Differenzdruckmesser vorgesehen ist.

Durch den Wegfall irgendwelcher Verformungselemente im Kraftfluß ergeben sich keinerlei Veränderungen in den Lagereigenschaften, die statische und dynamische Steifigkeit bleiben erhalten. Durch die hohe Empfindlichkeit des Meßsystems kann die stets auftretende Durchfederung der die Axialkräfte aufnehmenden Lager selbst ausgenützt werden. Insbesondere wird ein als Störgröße vorhandener Spindelschlag durch die Kompressibilität des Meßmediums - vorzugsweise Druckluft vollständig geglättet. Darüber hinaus bewirkt die expandierende Luft eine Kühlwirkung am Lager und verhindert gleichzeitig ein Eindringen von feinstem Staub in die Lagerung, da dort durch die ausströmende Druckluft stets ein kleiner Überdruck herrscht, so daß die Meßeinrichtung über lange Zeit störsicher arbeitet.

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Zur Bildung der Stauflächen kann in vorteilhafter Weise auf der Welle mindestens ein Bund angeordnet sein. Zweckmäßigerweise kann dieser Bund Bestandteil einer Axialbefestigung für das Drucklager sein, so daß dazu keine besonderen Teile erforderlich sind. Der Bund kann aber auch als.zwischen dem Lager und dessen Axialbefestigung eingespannter Ring ausgebildet sein.

Eine besonders geschützte Ausführungsform der Düse wird dadurch erzielt, daß diese in einem gehäusefesten Ring vorgesehen ist, so daß keine äußeren Einwirkungen auf die Düse möglich sind. In vorteilhafter Weise kann die Düse dabei in einem Lagerdeckel untergebracht sein. Der Düse tragende Ring kann aber auch als Zwischenring mit etwa einem Wälzlager entsprechenden Abmessungen ausgebildet sein und dann zusammen mit diesen in axialer Richtung im das Drucklager tragenden Gehäuse verspannt sein.

In vorteilhafter Weise ist das mit der Staufläche zusammenarbeitende Ende der Düse als vorspringende Ringfläche ausgebildet, in der die Düsenbohrung konzentrisch angeordnet ist.

Zur Erzielung einer besonders hohen Meßempfindlichkeit sind zv/ei jeweils mit einer Stauflächen zusammenarbeitende Düsen vorgesehen, wobei die Ausblasrichtungen

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der beiden Düsen zueinander entgegengesetzt verlaufen, so daß bei einer axialen Verschiebung der Stauflächen bei der einen Düse die austretende Gasmenge reduziert und bei der anderen Düse durch den größeren Zwischenraum zwischen der Düse und der Staufläche erhöht wird.. Dazu sind in vorteilhafter Weise beiderseits des Drucklagers jeweils ein Ring mit einer Düse angeordnet, die mit jeweils einer Stirnfläche eines fest auf der im Lager gelagerten Welle angeordneten Rings zusammenarbeiten.

Zur Beeinflussung der Charakteristik der Druckänderung in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung der den Bund tragenden Welle durch die Axialkräfte kann der Austrittsquerschnitt der Düse länglich, vorzugsweise als Längsschlitz ausgebildet sein.

Gemäß der Erfindung sind in zwei parallelen Druckluftzweigen jeweils eine Drossel und eine Düse angeordnet, wobei eine Düse zur Nullpunkt-Einstellung des Differenzdruckmessers veränderbar ist und die andere Düse durch mindestens eine Meßdüse gebildet ist, wobei beide Düsen über jeweils eine Leitung mit dem Differenzdruckmesser in Verbindung stehen. Es kann aber auch eine mechanische

Nullpunkteinstellung vorgesehen und dann jede., der spiegelbildlich zueinander angeordneten Düsen mit einer Seite des Differenzdruckmessers verbunden sein.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen, sowie aus weiteren Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung

der Meßeinrichtung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein

die Vorschubkraft aufnehmendes Drucklager einer drehbar gelagerten Spindel, mit zwei Anordnungsbexspielen von Düsen.

Zur Messung der auf ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine wirkenden Kräfte ist in einem Drucklager 1 einer Antriebsspindel 2 für den Vorschub des Werkzeugs eine Meßeinrichtung für die Messung der Axialkräfte in der Antriebsspindel 2 vorgesehen. Die Axialkräfte sind dabei proportional zur Kraft am Werkzeug. Über die Meßeinrichtung kann eineAuslastungsregelung zur Erzielung eines maximalen Arbeitsergebnisses ermöglicht werden, die Maschine kann bei Überlastung, schadhaftem oder stumpfen Werkzeug stillgesetzt oder eine entsprechende Warneinrichtung betätigt werden.

Das Drucklager 1 besteht aus mehreren Wälzlagern 3, deren Innenringe 4 unter Zwischenschaltung von Zwischenringen 5 durch eine Mutter 6 gegen einen Ansatz

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auf der Antriebsspindel 2 verspannt sind, während deren Außenringe 8 ebenfalls unter Zwischenschaltung von Zwischenringen 9 und IO zwischen einem Ansatz und einem Lagerdeckel 12 verspannt sind.

Der Zwischenring 5 ist mit einem Bund 13 versehen, dessen stirnseitige Fläche als Staufläche 14 für eine Düse 15 dient. Dazu ist der Zwischenring 10 mit einer Ausdrehung 16 versehen, die einen im Querschnitt kreiszylindrischen Vorsprung 17 trägt, dessen konzentrische Bohrung die Düse 15 abgibt, die über eine den Zwischenring 10 und das Maschinengestell durchdringende Bohrung 19 mit einer Leitu-ng 20 in Verbi ndung ist.

In ähnlicher Weise ist zur Messung einer entgegengesetzt wirkenden Kraft bei einer gleichsinnigen Anzeige im Lagerdeckel 12 eine Ausdrehung 21:..mit einem Vorsprung 22 vorgesehen, der mit seiner Bohrung eine Düse 23

en
abgibt, die über Bohrung 24 mit einer Leitung 25 verbunden ist. Die Düse 23 arbeitet mit der stirnseitigen Staufläche 26 einer auf der Antriebsspindel 2 aufgeschraubten Mutter 27 zusammen.

Um bei einem Blockieren einen Spindelbruch zu vermeiden, ist die Antriebsspindel 2 mehrteilig ausgebildet. Dabei ist in dem im Drucklager 1 gelagerten Teil 28 ein im Querschnitt dünnerer Teil 29 durch

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eine Klemmverschraubung 30 gehalten.

Bei einer sich ändernden Axialkraft erfolgt eine geringfügige axiale Verschiebung der Antriebsspindel 2 durch die elastische Nachgiebigkeit der Wälzlager 3, so daß sich die Stauflächen 14 und 26 in ihrem Abstand zu den Düsen 15 und 23 verändern und damit den Durchfluß eines Druckmediumsbeeinflussen.

Die Meßanordnung zur Messung dieser Durchflußänderungen ist in Fig. l dargestellt. Eine nicht dargestellte Druckluftquelle ist über einen Druckluftfilter 31, ein Absperrventil 32, über einen Feindruckminderer 33 einmal über eine Vordrossel 34 mit einer einstellbaren Düse 35 und zum anderen über eine Vordrossel 36 mit einer Düse 37 verbunden, wobei diese Düse 37 entsprechend den Düsen 15 und 23 mit einer strichpunktiert dargestellten Staufläche 38 zusammenarbeitet .

Die Düsen 35 und 37 sind jeweils mit einer Seite eines Differenzdruckmessers 39 verbunden, der über einen Zeiger 40 den Differenzdruck anzeigt. Die Anzeigeskala kann zur direkten Ablesung mit Kräfteangaben versehen sein. Die einstellbare Düse 35 dient zur Nullpunkt-Einstellung oder Nullpunkt-Korrektur, wenn beispielsweise durch Temperaturänderungen eine Anzeige-

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verschiebung eintritt.

Anstelle der einstellbaren Düse 35 kann entsprechend der Fig. 2 eine der Düse 37 entgegengesetzt wirkende Düse angeschlossen sein. Dann ist zur Nullpunkteinstellung am Differenzdruckmesser eine mechanische Nullpunkt-Korrektur vorgesehen.

Zum Ausgleich eines Axialschlags können insbesondere bei langsam laufenden Spindeln im Ring 10 bzw. 12 mehrere Düsen 15 bzw. 23 am Umfang angeordnet sein.

Anstelle einer auf die Antriebsspindel 2 aufgeschraubten Mutter 27 kann auch ein v/eiterer Ansatz an der Spindel 2 vorgesehen sein, wodurch weniger Teile benötigt werden und die Fertigung vereinfacht wird.

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Claims

Ansprüche

( 1.!Werkzeugmaschine od.dgl. mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Vorschubkraft an einem Werkzeug, wobei zwischen dem Werkzeug und dem Maschinengestell, ein die Vorschubkraft aufnehmendes mit der Meßeinrichtung zusammenarbeitendes Drucklager angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am / Maschinengestell (18) mindestens eine Düse (15,23,37) vorgesehen ist, die mit einer mit dem Drucklager (1) verbundenen Staufläche (14,26,38) zusammenarbeitet und in an sich bekannter Weise in einer zur Düse (15,23,37,35) führenden Druckmediumleitung ein Differenzdruckmesser (39) vorgesehen ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, bei der über das Drucklager eine drehbare Antriebsspindel gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebsspindel 2 mindestens ein eine Staufläche (14,26,38) abgebender Bund (13) angeordnet ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (13) Bestandteil einer Axialbefestigung für das Drucklager (1) ist.

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4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (13) durch einen zwischen dem Lager und dessen Axialbefestigung eingespannten Zwischenring (5) gebildet ist.
5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (15,23,37) in einem gehäusefesten Ring (10, Lagerdeckel 12) vorgesehen ist.
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß derRing zugleich als Lagerdeckel (12) dient.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennr zeichnet, daß der Ring als Zwischenring (10) ausgebildet ist, der zusammen mit dem Lager (1) in axialer Richtung verspannt ist.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Staufläche (14,26^38) zusammenarbeitende Ende der Düse (15,23,37) als vorspringende Ringfläche (Vorsprung 17) ausgebildet ist, in der die Düsenbohrung konzentrisch angeordnet ist.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils mit einer Staufläche (14,26) zusammenarbeitende Düsen (15,23) vorgesehen

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sind, wobei die Ausblasrichtungen der beiden Düsen (15,23) entgegengesetzt zueinander verlaufen.
10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Drucklagers (1) ein Ring (10,Lagerdeckel 12) mit einer Düse (15,23) versehen ist, die mit jeweils einer Stirnfläche eines fest auf der im Lager (1) gelagerten Antriebsspindel (2).angeordneten Ring (5, Mutter 27) zusammenarbeiten.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (15,23) als Längsschlitz ausgebildet ist.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei parallelen Druckluftzweigen jeweils eine Vordrossel (34,36) und eine Düse (35,37) angeordnet sind, wobei eine Düse (35) zur Nullpunkt-Einstellung veränderbar ist und die andere Düse (37) durch mindestens eine Meßdüse (Düse 15,23) gebildet ist, wobei beide Düsen (35,37) über jeweils eine Leitung mit einem Differenzdruckmesser (39) verbunden sind.

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13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelbildlich zueinander angeordneten Düsen (15,23) jeweils mit einer Druckseite des Differenzdruckmessers verbunden sind.
14. Werkzeugmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (15,23 oder 37) mit einer Staufläche (14,26

' oder 38) zusammenarbeiten und die Düsen (15,23 oder 37) gleichmäßig am Umfang der Stauflächen (14,26 oder 38) angeordnet sind.

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