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Verfahren zur Werkstückspannkontrolle
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Es ist bekannt, an Drehmaschinen aller Art sogen. Kraftspannfutter
für die Einspannung eines zu bearbeitenden Werkstückes einzusetzen. Diese Kraftspannfutter
werden von hydranlischen oder pneumatischen umlaufenden Spannzylindern ebenfalls
bekannter Bauart betätigt. Das Problem be im Einsatz solcher kraftbetätigten Spanneinrichtungen
ist darin zu sehen, daß nicht mit genügender Sicherheit festgestellt werden kann,
ob das zu bearbeitende Werkstück nach dem Kommando "Spannen" auch tatsächlich gespannt
ist.
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s könnte beispielsweise passieren, daß aufgrund von Durch messerschwankungen
bei verschiedenen Werkstücken der Spannhub des Kolbens des Spannzylinders und damit
der Spannhub der Spannbacken völlig ausgeschöpft wurden, ohne daß das Werkstück
gefaßt werden konnte.
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Weiterhin könnten z . B. nach erfolgter Werkstückspannung die Druckmittelzuführleitungen
defekt werden, so daß das Werkstück siclt wieder lösen kann. In beiden Fällen würde
die Bearbeitungsmaschine mit t iiictit gespanntem Werkstück anlaufen bzw. weiterlaufen.
Das berkstück würde während der Bearbeitung aus der Maschine herausgeschleudert
und unter Umständen schwerste Persunen-und/oder Sachschäden verursachen.
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Um diesen Mängeln abzuhelfen, ist mit der DDR-PS 39001 bereits vorgeschlagen
worden, einen plötzlichen Druckabfall z.B. infolge defekter Druckmittelleitungen
dadurch zu verhindern, daß möglichst nahe am Spannzylinder ein Rückschlagventil
angeordnet
wird, welches zwangsläufig bei Druckabfall in der Druckmittelzuführleitung
den mit Druckmittel beaufschlagten Zylinderraum schließt. 1hierdurch kann jedoch
nicht verhindert werden, daß infolge von Leckverlusten des Rückschlagventils oder
lecE-verlusten infolge gealterter und damit nicht mehr ganz dichter Kol bendichtungen
die Spannkraft zwar nicht sclilagart Ig, aber immerhin doch langsam nachläßt, wodurch
nahezu die glei<hen Folgen wie bei schlagartig nachlassender Spannkraft auftreten.
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Wreiterlsin wird in der genannten Patentschrift vorgeschlagen (s.
Figur 1), die Grenzen des wirksamen Spannhereichs des Spannzylinders durch Endscltalter
(32, 33) zu überwachen.
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Genauere Aussagen zur Funktion der beiden Endschalter sind in der
genannten Patentschrift jedoch nicht gemacht. Aus der Darstellung in Figur 1 ist
aber zu entnehmen, daß der Endschalter 32 offensichtlich eine Endlage der Kolben
im beispielsweise aufgeführten Tandemzylinder signalisiert, während der Endschalter
33 die andere Endlage signalisiert, offensichtlich um sicherzustellen, daß der Kolben
im Falle des Innen- oder Außenspannens nicht in seine Endlage belaufen ist, ohne
das Werkstück zu spannen. Mehr kann auch der Aussage in Spalte 5, Zeilen 3 - 5 nicht
entnommen werden. Aber auch die beiden Endschalter bieten keine ausreichende Möglichkeit
einer Spannkontrolle, weil beispielsweise bei durchgeschlagenen Kolbendichtungen
der Kolben die Spannbacken zwar zur Anlage bringt, das Werkstück aber nicht mit
der nötigen Kraft gespannt wird.
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Ebenso bleibt ein langsamer Druckabfall und damit Spannkraftabfall
unbemerkt, woraus zu ersehen ist, daß die beiden vorgeschlagenen Möglichkeiten "Rückschlagventil"
und "Endschalter" auch in der bisher bekannten kombinierten Anwendung keine ausreichende
Sicherheit bieten.
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Die in der genannten DDR-PS 39001 vorgeschlagene Lösung wird in der
DT-AS 1911 558 lediglich zur Erzielung kürzer bauender Spannzylinder - und dies
ist offensichtlich auch die Aufgabe der Erfindung (s. Spalte 2, Zeilen 18 - 27)
- modifiziert.
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Auch hier wird vorgeschlagen, plötzlichen Druckabfall durch Einsatz
von Rückschlagventilen zu verhindern, und auch hier
wird angeregt,
den Kolbenweg des Spannzylinders nach außen zu übertragen und nunmehr außen die
Kolbenstellung zu kontrollieren. Der genannten I)T-AS wie auch der genannten I)R-PS
ist an keiner Stelle zu entnehmen, in welcher Weise das Bekanntsein der Kolbenstellung
zur Verbesserung der Spannkontrolle beitragen kann. Auch der Ilinweis, daß durch
geeignete Fühler die Kolbenbewegung abgenommen werden kann" (AS 1911 558, Spalte
6, Zeilen 21 u. 22) läßt nicht erkennen, in welcher Weise hierdurch eine Verbesserung
der Spannkontrolle eingespannter Werkstücke erreicht werden kann.
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Es treten die bereits beschriebenen linzulänglichkeiten auf.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kontrollverfahren vorzuschlagen,
mit dessen hilfe zuverlässiger als bisher festgestellt werden kann, ob ein von kraftbetätigten
Spanneinrichtungen gespanntes Werkstück auch tatsächlich gespannt ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei druckmittelbeaufschlagten
Spannzylindern, welche mit Einrichtungen zur Kontrolle mehrerer Kolbenstellungen
des zum Spaniizylinder gehörigen Kolbens ausgerüstet sind, einerseits das Erreichen
einer in Richtung "Spannen" betrachteter ersten Kolbenstellung und das Nicht-Erreichen
einer zweiten Kolbenstellung des Kolbens des Spannzylinders und andererseits der
Druck des Druckmittels des Spannzylinders bei Vorliegen der genannten Kolbenstellung
im jeweils beaufschlagten Zylinderraum mittels an sich bekannter Bauelemente geprüft
werden, und daß im Falle des Erreichens der ersten Kolbenstellung und des Nicht-Erreichens
der zweiten Kolbenstellung und bei in dieser Kolbenstellung vorliegendem Spanndruck
ein Steuersignal abgegeben wird.
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Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, steht das Steuersignal
nicht an und die Maschine kann nicht anlaufen bzw. wird bei ausfallendem Steuersignal
gestoppt. Ein langsamer oder auch plötzlicher Zusammenbruch des Spanndruckes kann
nunmehr keinerlei Schaden mehr anrichten. Darüberhinaus wird erfindungsgemäß
im
Gegensatz zur bisherigen Praxis des Standes der Technik nicht die vordere oder hintere
bzw. die obere oder untere Endlage des Spannkolbens kontrolliert, sondern es wird
kontrolliert, ob sich der Kolben in einem bestimmten, gewünschten Bereich befindet.
iliertlurch kann, und dies ist besonders wichtig bei automatischer Beschickung einer
Maschine, welche mit Kraftspannfutter ausgerüstet ist, erreicht werden, daß während
des Einbringens des Werkstückes in das Spannfutter die Spannbacken des Spannfutters
möglichst weit aufgefahren werden köiiiien, wodurch die Anforderungen an die Werkstückpositioniergenauigkeit
gering gehalten werden können und während des Spannvorganges kann geprüft werten,
ob die Spannbacken durch das Kommando "Spannen" tatsächich losgefaitren und z.B.
bei der Außenspannung einen vorgegebenen Größtdurchmesser tatsächlich erreicht haben
und es kann gleichzeitig festgestellt werden, ob sie einen ebenfalls vorgegebenen
Kleinstderachmesser nicht unterschritten haben. Auf diese Weise könneii in Kombination
mit der bereits beschriebenen Druckkontrolle auch Fehleinspannungen aufgrund ansachgemäß
eingestellter Spannbacken des Kraftspannfuters vermieden werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wirtl vorgescitlagen, daß
das Erreichen der ersten Kolbenstellung etwa auf der ilälfte des Gesamthubes geprüft
wird und das Nichterreichen der zweiten Kolbenstellung in einem Abstand zur ersten
Kolhenstellung geprüft wird, der einem Spannbackenhub von der hälfte der zulässigen
Durchmesserdifferenz eines zu spannenden Werkstücke entspricht.
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Eine solche Verfahrensweise ist besonders interessant bei der Fertigung
von Kleinserien, wenn die Werkstückdurchmesser der einzelnen zu bearbeitenden Serein
voneinander abweichen, Durch die vorgeschlagene Verfahrensweise wird zuveilässig
ausgeschlossen, daß Werkstücke eines falschen Durchmessers gespannt werden. Gleichszeitig
bleiben natürlich alle anderen bisher beschriebenen Vorteile erhalten.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß die Prüfung auf Nichterreichung der in Richtung
Spannen betrachteten
zweiten Kolbenstellung möglichst kurz vor dem Ende des Spannzylinderhubes durchgeführt
wird und die PiiIfung des Erreichens der ersten Kolbenstellung zur zweiten Kolbenstellung
in einem Abstand durchgeführt wird, der einem @pannhackenhub von der Hälfte der
zulässigen Durchmesserdiffenz eines ZU spannenden Werkstückes entspricht.
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Diese Verfahrensweise erweist sich als besonders vorteilhaft bei der
Anwendung auf Senkrechtdrehmaschinen> insbesondere dann, wenn schwere Werkstücke
bearbeitet werden sollen. Bei der Beschickung von Senkrech@drehmaschinen, deren
Planscheibe als Kratspannfutter ausgebildet ist, werden sowohl bei der lgesctiickung
durch automatisch arbeitende Manipulatoren als auch bei manueller Beschickung die
Werkstücke mit sehr geringer Genauigkeit zur nachfolgenden Spannung und Bearbeitung
auf der Planschelbe abgelegt. Da nach der vorgeschlagenen Verfahrensweise verlangt
wird, daß der Kolben dann, wenn er das Werkstück titer die Spannbacken gespannt
hat, sich möglichst weit dem Ende (les Zylinderhubes genähert haben soll, ohne das
Ende jedoch zu erreichen, kann während des Einlegens des Werkstückes mit einem Spannbreisdurchmesset
gearbeitet werden, der erheblich größer als der am Werkstück zu spannende Durchmesser
ist. Hierdurch kann das einzulegende Werkstück sozusagen in eine große Öffnung eingebracht
werden und die Spannbacken zentrien während des Spannvorganges das werkstück automatisch.
Gleichzeitìg bleiben alle bisher beschrichenen Vorteile, audi die der Durchmesserkontrolle
des Werkstückes, erhalten.
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Die Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnungen im Folgenden
näher erläutert werden.
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Es zeigen Figur 1: Ein Kraftspannfutter mit Spannzylinder und Kontrolleinrichtungen
in schematischer Darstellung.
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Figur 2 und Figur 3: Als Beispiel die für die Erfindung relevanten
Ausschnitte von Stromlaufplänen.
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Es sei für die Erläuterung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise angenommen,
daß ein Werkstück 1 gemäß Figur 1 auf einer Senkrechtdrehmaschine eingespannt und
die Tat sache des Siclter-Gespannt-Seins festgestellt und während der gesamten Beari>eitung
des Werkstückes 1 überwacht werden soll.
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Das Werkstück 1 wird von den Spannbacken 2 eines an sich bekannten,
als Planscheibe ausgebildeten Kraftspannfutters gespannt, wenn die Zugstange 4,
vom Kolben 6 des Spannzylinders 5 betätigt, sich nach unten bewegt. Durch diese
Bewegung der Zugstange 4 machen die Spannbacken 2 in bekannter Weise eine 1tadial1)ewegung.
Die Spannbacken 2 sind auf den im Futtcrgrudkörper 3 gelagerten Grundbacken 20 verschiebbar
befestigt.
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Die Verschiebung kann, wie bekannt, beispielsweise über Gewindespindeln
erfolgen, von denen hier lediglich die MittellInien 21 eingezeichnet sind. Um eine
sichere Spannkontrolie Ztl gewährleisten, ist es zunächst erforderlich, den Spannkreisdurchmesser
der Spannbacken 2 auf den Durchmesser und die l)urchmessertoleranz des zu spannenden
Werkstückes einzustellen. Hierzu werden die Spannbacken 2 mit Hilfe ihres Spannzylinders
5 auf kleinsten Durchmesser gefahren, d.h. der Kolben 6 des Spannzylinders 5 fährt
in seine in Richtung "Spannen" liegende Endlage.
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Bezeichnet man mit x den Kolbenweg und mit y den Spannbackenweg -
beide in Spannrichtung positiv - so besteht bekanntermaßen bei Kraftspannfuttern
zwischen Spannbackenweg und Kolbenweg das Verhältnis Z = y : Bekannt sind der Werkstückkleinstdurchmesser
D1 und der Werkstückgrößtdurchmesser D2. Weiterhin soll mit W ein Reservebetrag
geeigneter Größe für den Spannkolbenweg des Spannkolbens 6 bezciclitiet werden.
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Bezeichnet man mit DE den Einstelldurchmesser der Spannbacken 2, so
gilt offensichtlich DE D1 - 2 WZ Mit hilfe dieser Gleichung kann also bei der Justage
der Senkrechtdrehmaschine auf ein neues Werkstück der an den Spannbacken 2 zu justierende
Einsteildurchmesser auf einfachste Art errechnet
werden. Da der
Spannkolben 6 während der Einstellung der Spannbacken 2 in seiner Endlage liegt,
ist auch die praktische Durchführung der Spannbacheneinstellung völlig unkompliziert.
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Nunmehr müssen noch die im Beispiel als Näherungsschalter 11 und 12
ausgebildeten Hndschalter eingestellt werden.
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Der Spannzylinder 5 wird über die Druckmittelanschlaßleitungen 10
und der Druckmittelzuführung 9 mit Druckmittel versorgt. Das Druckmittel bewegt
den Kolben 6, welcher in seiner Lage durch die Taststifte 7, die mit der Sc1altfahne
8 verbunden sind, abgetastet wird. Es ist offensichtlich so, daß dann, wenn sich
der Ku 1 ioen 6 in einer Endlage befindet, auch die Schaltfahne 8 eine Endlage ei
reichit hat . Die Feder 22 sorgt lliel bei für den Rückhub von Schaltfahne und Taststiften
is sei angenommen, daß der Kolben 6 sich wegen der vorangegangenen l)urchmesseI-eillstel
I Ullg der Spannbacken 2 noch in seiner in Richtung "Spannen" liegenden Endlage
befiiidet. In dieser Situation hat auch die Schialtfahne 8 ihre in Richtung "Spannen"
liegende Endlage erreicht. Der Näherungsinitiator 11 ist nun so einzustellen, daß
sein Schaltpunkt um den gewählten Reservebetrag W des Kolbenweges mit Bezug auf
die Schaltfahne 8 in Richtung "Lösen" liegt. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Schaltfabne
8 während eines Spannhubes den Schaltpunkt des Näloerungsscloalters 11 erreicht,
der Spannkolben 6 sich um den Betrag W vor seiner Endlage in Richtung "Spannen"
befindet. Damit ist der Näherungsschalter 11 eingestellt.
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Wird er befahren, so haben die Spannbacken einen Spannkreisdurchmesser
gleich oder kleiner D1 erreicht; eine korrekte Werkstückeinspannung ist in dieser
Lage nicht mehr gewährleistet.
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Es soll, wie oben beschrieben, erreicht werden, daß außer der Bedingung
"Spanndruck vorhanden" das notwendige Steuersignal zur Freigabe der Maschine nur
dann gegeben wird, wenn die Spannbacken 2 einen Spannkreisdurchmesser erreicht haben,
der irgendwo zwischen den Grenzlagen D1 und D2 liegt. Der Näherungsinitiator 12
hat nunmehr die Aufgabe zu melden, daß die Spannbacken 2 einen Spannkreisdurchmesser
erreicht haben, der gleich oder kleiner als der zugelassene Werkstückgrößtdurchmesser
D2 ist. Ein Unterschreiten des Kleinstdurchmessers wird, wie bereits erläutert,
vom Näherungsschalter 11 gemeldet. Ist ein Durchmesser gleich oder kleiner D2
erreicht,
so kann die Spannung des Werkstückes 1 als gesichert angesehen werden, solange der
notwendige Spanndruck vorhanden ist und der Näherungsinitiator 1 1 nicht übellahren
wurde, was ja bedeuten würde, daß die Spannbacken 2 eine t Stel llung erreicht hätten,
die einem Spannkreisdurchmesser kleinet als dem kleinsten zugelassenen Werkstückdurchmesser
n ntspfäche.
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Hine solche Stellung aber würde bedeuten, daß das werkstuck 1 nicht
gespannt wurde. Es wird also sichergestellt , daß Figur Werkstücke der vorgeschriebenen
Toleranzlage und des vorge schriebenen Durchmessers gespannt werden. Werkstiu he
20 großen Durchmessers werden zwar auch gespannt, aber in Spunnstel lung wird der
Näherungsschalter 12 von der Schaltfahne 8 noch nicht befahren, so daß also kein
Stedersignal zur Freigaht der Maschine erfolgt, selbst wenn alle anderen Bedingungen
vorliegen.
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Es könnte weiterhin der Fall eintreten, daß eine oder mehrete der
Spannbacken 2 das Werkstück 1 - z.B. infolge grober Fehlablage - während des Spannvorganges
nicht packen, sondern unter dem Werkstück hindurchrutschen. In einem solchen Fall
l wird mit Sicherheit der Näherungsschalter 11 befahren, so daß auch in einem solchen
Fall das die Maschine freigebende Stenersignat ausbleibt.
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Eine weitere notwendige und damit zu prüfende Bedingung ist das Vorliegen
des Spanndruckes in der notwendigen höhe. Der Druck der jeweils druckbeaufschlagten
Zylinderraumes des Spannzylinders 5 wird von dem üruckschalter 15, dessen Schaltpunkt
in hek;innter Weise einstellbar ist, geprüft. Hierzu sind an den beiden durch den
Kolben 6 getrennten Kammern des Zylinders 5 Prüfleitungen 1 3 anzuschließen, welche
über ein Wechselrückschlagventil M mit dem Druckschalter 15 verbunden werden. Das
Wechselrückschlagventil 15 sorgt dafür, daß die jeweils mit Druck beaufschlagte
Steuerleitung zum Druckschalter 15 durchgestellt wird, während die andere Steuerleitwig
geschlossen wird.
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Es werden also zusammengefaßt folgende Bedingungen geprüft:
Näherungsschalter
12: Erste Kolbenstellung erreicht (Spannkreisdurchmesser entsprechend D2 mindestens
erreicht, Spannbacken oder Kolben hat nicht geklemmt) Näherungsschalter 11: Zweite
Kolbenstellung nicht erreicht (Spankreisdurchmesser entsprechend D1 nicht unterschritten)
Druckschalter 15: Spanndruck liegt in geforderter Höhe an (funktionsgefährdende
Defekte an Sichereitsrücksclllagventilen, Steuerleitungen, Dichtungen oder Druckmittel
zuführungen liegen nicht vor) Als Schaltbeispiel sollen nun die ausschnittsweise
dargestellten Stromlaufpläne der Steuerstromkreise gemäß Figur 2 und Figur 3 erläutert
werden.
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I)er Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die in Figur
2 und Figur 3 ausschnittsweise dargestellten Steuerstromkreise als in stromlosem
Zustand befindlich dargestellt sind.
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Zu Beginn des Spannvorganges wird das Betätigungselement, durch welclles
der Befehl "Spannen" weitergegeben wird, betäigt, Es sei dies ein Tipschalter, der
in Figur 2 mit 5 bezeichnet ist.
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Darch die Iletät igung von S zieht das Relais d5 an tind geht über
den eigenen Kontakt d5 1 in Selbsthaltung. Das Relais d5 betätigt - dies ist hier
nicht dargestellt - die Schaltelemente für die Druckmittelzuführung. Durch das nunmehr
erregte Relais d5 ist über den dazugehörigen Kontakt d52 die erste Bedingung zur
Schaltung des Relais tl gegeben. Bewegt sich nun der Spannkolben <) des Beispiels
gemäß Figur 1 abwärts, so erreicht bei ordnungsgemäßer Fnnktion die Schalt fahne
8 im Verlaufe des Spannhubs den Näherungsschalter 12, wodurch der Kontakt 12 in
Figur 2 über den Anscl1ltlß 10 (Figur 1) geschlossen wird und das Relais d anzielit.
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Hierdurch wird in Figur 3 der Kontakt d11 geschlossen, so <laß
das Schütz C1 ebenfalls anzieht. Das Schätz C1 geht über den eigenen Kontakt 11
in Selbsthaltiing. Gleichzeitig wird auch der Kontakt c12 geschlossen, wodurch die
erste Bedingung zum Schalten des
Schützes C3 erfüllt ist. Schütz
G3 gibt das erforderlice Steuersignal, und zwar dann, wenn auch der Kontakt C21
gleichzeitig mit dem Kontakt C12 geschlossen ist. Ist ein Werkstück 1 ordnungsgemäß
gespannt, so hat sich der erforderliche Spanndruck aufgebaut und der Druckschalter
15 schaltet, wodurch in Figur 2 der Kontakt 15 über die Anschlüsse 18 und 19 (Figur
1) geschlossen wird.
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Durch das Schließen des Kontaktes 15 zieht das Relais d2 an und schließt
damit in Figur 3 den Kontakt d21 s wodurch das Schütz C2 anziehen kann. Das Schütz
C2 schließt in Figur 3 den Kontakt C21 , wodurch nunmehr das Schütz C3 anziehen
kann und das erforderliche Steuersignal abgibt Zum Lösen wird in Figur 2 der mit
L bezeichnete Schalter betätigt, wodurch das Relais d4 anzieht und einerseits die
Steuerelemente - dies ist hier wiederum nicht dargestellt -für die Druckmittel zuführung
betätigt und andererseits über den Anschluß 17 (Figur 1) in Figur 3 den Kontakt
d42 öffnet, wodurch das Schütz C1 abfällt und gleichzeitig sich die Seibstitaltung
C11 öffnet und auch der Kontakt C12 geöffnet wird, wodurch das Schütz C3 abfällt
und die Maschine, sofern sie nicht vorher durch andere Maßnahmen gestoppt wurde,
spätestens jetzt gestoppt wird. Durch den Abfall des Relais d4 wird auch der Kontakt
d41 in Figur 2 geöffnet, wodurch die Selbsthaltung für das Relais d5 geöffnet wird.
Der Abfall des Relais d5 ist ja Voraussetzung für den Durchlauf des Kommandos "Lösen",
weil andernfalls zwei widersprüchliche Befehle vorlägen.
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Sollte beispielsweise das Werkstück 1 nicht ordnungsgemsiß von den
Spannbacken 2 erfaßt werden, so wird im Laufe des Spannliubes der Näherungsschalter
11 befahren, wodurch in Figur 2 der Kontakt 11 geöffnet würde und das Relais d3
somit abfallen muß.
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Wenn d3 abfällt, so öffnet sich in Figur 3 der Kontakt d31, wodurch
das Schütz C1 samt seinem Selbsthaltungskontakt C11 abfällt und hierdurch ebenfalls
den Kontakt C12 öffnet, wodurch Schütz C3 abfällt und das notwendige Steuersignal
somit nicht mehr anliegt.