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Verfahren zum Ausgleichen von durch Verformungen im Spindelkasten
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bzw. im Spindelkasten und im Reitstock entstehenden Abweichungen der
Werkzeugstellung von der Sollstellung Die Erfindung betrifft das Ausgleichen von
durch Verformungen im Spindelkasten bzw. im Spindelkasten und im Reitstock entstehenden
Abweichungen der Werkzeugsteflung von der Sollstellung in Bezug auf die Drehachse
bei NC - gesteuerten Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen.
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An diesen Maschinen können infolge verschiedener Eimlüsse Verlagerungen
der Hauptspindel und damit der Drehachse auftreten. So können infolge unterschiedlicher
Erwärmung der die Spilldellager tragenden Spindelkastenwände Schiefstellungen der
Hauptspindel verursacht werden. Auch können durch andere auf die Hauptspindel einwirkende
Kräfte, wie z. B.
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Gewicht des Werkstückes, am Werkstück angreifende Schnittkräfte, Durchbiegungen
der Hauptspindel erfolgen, die bewirken, daß die Drehachse des Werkstückes nicht
mehr parallel zu der Führungsbahn für den Bettschlitten liegt. Das kann dazu führen,
daß bei Futterarbeiten die Richtung des Längsvorschubes nicht mehr parallel zur
Werkstückachse verläuft. Ähnlich ist es bei Dreharbeiten zwischen den Spitzen, wobei
durch unterschiedliche Lage von Drehbankspitze und Körnerspitze zur Bettschlittenführung
eine Schräglage der Drehachse des Werkstückes gegenüber der Bettschlittenführung
entstehen kann.
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Davon ausgehend, daß die Bettschlittenführung die Basis für die NC-Steuerung
ist, wird, um diese Mängel zu beheben, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Lageveränderungen
der Drehachse gegenüber der Bettschlittenführung in der Ebene der Vorschubbewegung
gemessen, daraus der Neigungswinkel bestimmt, der Standort des Schneidstahles in
Richtung der Z-Achse festgestellt, aus Neigungswinkel und Standort des Schneidstahles
seine Abweichung von der Sollstellung in Richtung der X-Achse in einem Rechengerät
errechnet und durch Verschiebung des Nullpunktes ausgeglichen wird,
Gemäß
der Erfindung kann das vorteilhaft dadurch geschehen, daß mit der Führungsleiste
am Bett senkrecht zur Führungsbahn gerichtete Arme verbunden sind, die gegenüber
der Drehachse in einem Abstand voneinander angebracht, die Lage der Drehachse abtastende
Meßinstrumente, z. B. Meßspulen, aufweisen, daß eine den Standort des Werkzeuges
in Richtung der Z-Achse (Längsachse) feststellende Einrichtung eine aus den Abweichungen
der Anzeigen der Meßinstrumente von der Nullstellung, Lage und Neigungswinkel der
Drehachse gegenüber der Führungsleiste am Bett und aus diesem und dem Standort des
Werkzeuges die Abweichung der Werkzeugspitze von der Sollstellung feststellende
und eine die Abweichung durch Nullpunktverschiebung ausgleichende Einrichtung angeordnet
ist.
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Besonders einfach wird die Anordnung, wenn die von dem mit der Führungsleiste
am Bett verbundenen Arme getragenen Meßinstrumente gegenüber dem vorderen und dem
hinteren Hauptspindellager angeordnet sind. Da hierbei nicht Verformungen der Hauptspindel,
Durchbiegung, und im Lager Lagerfederung, erfaßt werden können, wird nach einer
weiteren Einzelheit der Erfindung vorgeschlagen, die von dem mit der Führungsleiste
am Bett verbundenen Arme getragenen Meßinstrumente unmittelbar vor und hinter dem
vorderen Haupt spindellager anzuordnen. In diesem Bereich ist die Hauptspindel besonders
biegungssteif und es ist mit einer meßbaren Verformung nicht zu rechnen. Damit geben
die Messungen an diesen Stellen die Höhen- und Winkellage der Hauptspindel mit hoher
Genauigkeit wieder.
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Vorteilhaft wird auf der Hauptspindel vor und hinter dem vorderen
Lager gegenüber den Meßinstrumenten je ein Lager angeordnet, dessen Außenring am
Drehen gehindert ist und von dem Meßinstrument abgetastet wird.
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Dadurch können auch höhere Drehzahlen das Abtasten nicht behindern.
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Für Dreharbeiten zwischen den Spitzen wird vorgeschlagen, ein die
Lage der Reitstockpinole zur Führungsleiste am Bett abtastendes Meßinstrument anzuordnen.
Das kann in einfacher Weise derart vorgenommen werden, daß das die Lage der ReRstockpinole
zur Führungsleiste abtastende Meßinstrument an einem die.Reitstockpinole zentrisch
umgreifenden Arm angeordnet ist.
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Um eine günstige Verbindung zwischen Meßinstrument und Führungsleiste
am Bett zu erreichen, kann an der Unterseite des Bettschlittens eine über Druckstücke
federnd an der Führungsleiste anliegende, vom Meßinstrument abgetastete Leiste angeordnet
sein.
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Die Möglichkeit, während des gesamten Vorschubweges des Bettschlittens
die Lage der Reitstockpinole zur Führungsleiste am Bett zu überwaehen, wird dadurch
geschaffen, daß reitstockseitig neben dem Bettschlitten ein mit diesem kuppel- und
lösbarer und in Höhe des Meßinstrumentes diesem gegenüber arretierbarer Schlitten
mit an der Unterseite federnd an der Führungsleiste anliegenden vom Meßinstrument
abgetasteten, mit der Leiste am Bettschlitten in gleicher Höhe liegendev Leiste
angeordnet ist.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Vorderansicht der Drehmaschine,
bestimmt für Futterarbeiten Fig. 2 eine Vorderansicht der Maschine, bestückt für
Arbeiten zwischen Spitzen, bei Beginn der Dreharbeiten Fig. 3 eine Vorderansicht
der Maschine, bestückt für Arbeiten zwischen Spitzen, bei Beendigung der Dreharbeiten
Fig. 4 einen Teilschnitt des Spindelkastens nach der Linie A-A in der Fig. 2 Fig.
5 einen Schnitt nach der Linie B-B in der Fig. 2 Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie
C-C in der Fig. 5 Fig. 7 einen Teilschnitt durch die vordere Spindellagerung Fig.
8 eine schematische Darstellung der Veränderungen der Drehachsenlage Fig. 9 ein
Schaltschema Eine Drehmaschine, bestehend aus einem tragenden Unterteil 1, ein auf
diesem angeordneten Führungsbett 2,auf dem ein Bettschlitten 3 in üblicher Weise
verschiebbar ist, einem Spindelkasten 4 und einem Reitstock 5, führt Dreharbeiten
an einem Werkstück 6 aus.
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Eine durch verschiedene Umstände mögliche Lageveränderung der Drehspindel
7 zu ihrer theoretischen Drehachse wird mit 2 Meßinstrumenten (z. B. Tauchspulen)
8 und 9 in der Ebene des Stahlangriffes auf den Außenringen 10 (Fig. 4) der Wälzlager
11 und 12 gemessen und der ermittelte
Wert wird in einen, im elektrischen
Teil der Drehmaschine befindlichen Rechner eingegeben, der dann den entsprechenden
Korrekturwert in den Schrittmacher der X-Vorschubspindel eingibt, woraufhin dieser
den Schneidstahl 13 um den errechneten Wert korrigiert.
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Die Meßinstrumente 8 und 9 sind mit ihren Haltern 14 (Fig. 4) mit
der Führungsleiste 15 des Führungsteiles 2 fest verbunden. Diese Führungsleiste
15 dient als Meßbasis für die Feststellung der Lageveränderung der Drehachse.
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Eine weitere Ausführungsform der Anordnung der Meßstellen zeigt die
Fig. 7. Vor und hinter dem vorderen Lager 12 ist je ein Wälzlager 16, 17 angeordnet,
deren Außenringe am Drehen gehindert sind und von den Meßinstrumenten 8, 9 abgetastet
werden. Durch dieses direkte Abtasten der Drehspindel 7 werden alle ihre Verlagerungen
erfaßt, z. B. auch die Lagerfederung.
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In Fig. 2 ist die Drehmaschine bei Arbeiten zwischen den Spitzen dargestellt.
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Hierbei wird, durch ein weiteres Meßinstrument 18 außer der Verlagerung
der Drehspindel 7 auch die der Reitstockpinole 19 gemessen und wiederum gemeinsam
mit den Meßwerten der Meßinstrumente 8 und 9 in den Rechner eingegeben, damit eine
Korrektur der Stellung des Sch-neidstahles 20 vorgenommen werden kann.
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Das Meßinstrument 18 ist durch einen, die Reitstockpinole 19 (Fig.
5) zentrisch umgreifenden und auf ihr geklemmten Hebel 22 so gelagert, daß sie mit
Ihrem Meßfühler 23 über einen Meßschuh 24 eine Meßleiste 25 abtastet (Fig. 6). Letztere
ist fest mit mehreren, durch Druckfedern 26 gegen die Führungsleiste 15 gehaltene
und dieser entlanggleitenden in dem Gußkörper des Bettschlittens 3 gelagerten Distanzbolzen
27 verbunden Auf diese Weise wird jede Verlagerung der Reitstockpinole 19 erfaßt
und in den Rechner eingegeben.
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In Fig 3 ist die Drehmaschine bei der Beendigung ihrer Dreharbeit
am Werkstück 28 dargestellt.
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Im Verlaufe seines Vorschubweges in Richtung auf den Spindelkasten
4 hat der Bettschlitten 3 mit Hilfe der, z. B. durch Federkraft gekuppelten,
hier
nicht näher beschriebenen Kupplung 29 (Fig. 6) den Schlitten 30 mitgezogen, bis
dieser in Höhe der Meßebene des Meßinstrumentes 18 mit seinem Anschlag 31 an einem
am Reitstock 5 angeordneten, hier nicht dargestellten Anschlag anfährt und von diesem
festgehalten wird.
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Danach reißt die Kupplung 29 auf, während der Bettschlitten 3 seine
Vorschubbewegung fortsetzt.
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Der Schlitten 30 bildet nunmehr mit seiner Meßleiste 32 (Fig. 6) an
Stelle der Meßleiste 25 die Meßbasis für das Meßinstrument 18. Der Meßschuh 24 ist
mit längeren Gleitflächen versehen, damit beim Übergang auf die Meßleiste 32 keine
Stöße auftreten können. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die kontinuierliche
Messung des Meßinstrumentes 18 gewährleistet ist, und der Regelkreis zunl Rechner
nicht unterbrochen wird.
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In der Fig. 8 ist schematisch dargestellt, welche Abstände und Winkel
bei der elektrischen Erfassung der Lageveränderungen der Drehspindel 7 und der Reitstockpinole
19 eine Rolle spielen und in Fig. 9, wie im Schaltschema die Korrektur erreicht
wird: Die zur Kompensation -der Lageveränderungen der Drehachse erforderlichen Korrekturwerte
werden in- Einzelblocks errechnet, im Rechenverstärker 33 zusammengefaßt und dann
als Summe in das NC-Meßsystem eingeschleust. Die Einzelblocks könnte man bezeichnen
als: 1. Parallelversatz 2. Schräganteil bis zum Futter-Nullpunkt 3. Schräganteil
am Futterwerkstück 4. Schräganteil am Reitstock-Werkstück 1. Der Parallelversatz
wird an dem Meßinstrument 9 erfaßt #und über den Summierverstärker 35 an den Ausgangsverstärker
33 gegeben.
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2. Der durch die Schrägstellung der Drehspindel 7 bis zum Futter-Nullpunkt
34 erforderliche Anteil wird durch die Meßinstrumente 8 und 9 über die Elemente
36, 37 und 35 errechnet. Die im Verstärker 36 gebildete Differenz der Meßwerte zwischen
dem Meßinstrument 9 zum Meßinstrument 8 stellt den Schrägstellungswinkelck dar.
Dieser Wert wird dann mit einer
Spannung multipliziert, die entsprechend
dem Abstand f des Futters 38 vom vorderen Wälzlager 12 am Widerstand 39 fest voreingestellt
ist.
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Das Produkt stellt dann die Steigung bis zum Futter-Nullpunkt 34 dar
und wird im Summenverstärker 35 dem Parallelversatz a hinzuaddiert.
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3. Der Schräganteil am Futterwerkstück 6 wird errechnet, in-dem man
den im Verstärker 36 errechneten Schrägsteluungswinkel γ mit einem Wert multipliziert,
der dem Abstand c der Stahlspitze 41 vom Futter-Nullpunkt 34 in Z-Richtung entspricht.
Dieser Wert wird am Schlitten betätigten Widerstand 42 gemessen, im Multiplizierbausteln
37a verrechnet und über den Summierverstärker 35 ebenfalls dem Parallelanteil hinzuaddiert.
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4. Der Schräganteil am Werkstück 28 muß, vom Futter-Nullpunkt 34 ausgehend,
zu dem an dem Meßinstrument 18 gemessenen Reitstockpinolen-Mittenversatz d hinführen.
Er wird errechnet über das Meßinstrument 18 und über die Elemente 43, 44 und 45,
die durch den Kontakt 46 zugeschaltet werden, wobei gleichzeitig der Futterwerkstück-Anteil
c durch den Kontakt 47 abgeschaltet wird. Der Neigungswinkel ß des eingespannten
Werkstückes 28 wird hierbei durch Vergleich des Futter-Nullpunktwertes {Verstärker
35) mit dem Meßinstrument 18 am Reitstock 5 dargestellt. Nach welchem Z-Weg diese
im Verstärker 43 ermittelte Differenz voll eingerechnet sein muß, ist von der Länge
e des eingespannten Werkstückes 28 abhäng#g Diese Länge e kann vom Bedienungsmann
entsprechend am Widerstand 44 voreingestellt oder auch durch die Position der Reitstockspltze
gemessen werden. Miinkelp und Werkstücklänge e werden dann im Mukiplizierbaustein
45 verrechnet und dem Rechenverstärker 33 zugeführt.
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5 Das Au des Rechenverstärkers- 33 wird dem- SE-Meßkreis ricfltig
dimensioniert, zugeführt, meistens als eingeprägter Strom in den D/A-Wandler des
SoII-Ist-Vergleichers.