DE2614549C2 - Vorrichtung zur Werkstückspannkontrolle - Google Patents
Vorrichtung zur WerkstückspannkontrolleInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannkontrolle eines In einer druckmlttelbetätlgten Spanneinrichtung eingespannten Werkstückes, wobei bei dem
der Spanneinrichtung zugeordneten Spannzylinder ein Druckschalter zur Kontrolle des Druckes des Druckmlttels UAd Einrichtungen zur Kontrolle mehrerer Kolbenstellungen des zum Spannzylinder gehörigen Spannkolbens vorgesehen sind und wobei aufgrund von Druckkontrolle und Stellungskontrolle zusammen ein Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzyklus erzeugbar Ist.
Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind
beispielsweise bekannt geworden durch die DE-Z. »Industrieanzeiger«, 92. Jg., Nr. 32 vom 17. 4. 1970,
Seite 700 und 701. Die dort veröffentlichten Spannzylinder werden verwendet zur Betätigung sogenannter
Kraftspannfutter an Drehmaschinen aller Art für die Einspannung eines zu bearbeitenden Werkstückes.
Hierbei wird die Spannkraft mittels eines Druckschalters, der den Druck des Druckmediums prüft, überwacht, und es wird über zwei Näherungsinitiatoren der
Spannfutteröfihungsweg und der Spannweg über die
Kolbenlage überwacht. Der genannten Veröffentlichung 1st jedoch nicht klar zu entnehmen, an welcher Stelle
die Näherungsinitiatoren angeordnet sein müssen, um die erwünschten Funktionen zur Verbesserung der
Spannsicherheit zu erfüllen. So kann z. B. die Festlegung und Überwachung einer Öffnungsstellung nichts
zur Verbesserung der Spannsicherheit beitragen, weil das Geöffnetsein des Spannfutters kein Spannzustand
Ist. Der weitere noch vorgesehene Näherungsinitiator soll den Spannweg quittleren. Dies bedeutet, daß er
befahren sein muß. Ein einziger NäherungslnitJator, der in Richtung der Spannbewegung befahren 1st, kann
jedoch keine Aussage über das tatsächliche Gespanntsein eines Werkstückes machen.
Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Werkstückspannkontrolle vorzuschlagen, mit deren Hilfe zuverlässiger als bisher festgestellt
werden kann, ob ein von kraftbetätigten Spanneinrichtungen zu spannendes Werkstück auch tatsächlich
gespannt ist.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst,
daß einerseits das Erweichen einer In Richtung »Spannen« liegenden ersten Kolbenstellung und das Nlcht-Erreichen einer zweiten in gleicher Richtung liegenden
Kolbenstellung des Kolbens des Spannzylinders und andererseits der Druck des Druckmittels des Spannzylinders bei Vorliegen der genannten Kolbenstellung
Im jeweils beaufschlagten Zylinderraum mittels bekannter Detektoren geprüft werden und daß Im Falle des
Erreichens der ersten Kolbenstellung und des Nicht-Errelchens der zweiten Kolbenstellung und bei In dieser
Kolbenstellung vorliegendem Spanndruck das Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzyklus abgebbar 1st. Ist
eine dieser Bedingungen nicht erfüll; -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 keinerlei Schaden anrichten. Weiterhin wird durch die Kontrolle, ob sich der Kolben
In einem bestimmten, gewünschten Bereich befindet, erreicht, daß während des Einbringens des Werkstückes
In das Spannfutter die Spannbacken des Spannfutters möglichst weit aufgefahren werden können, wodurch
die Anforderungen ari die Werkstückposltlonlergenaulgkeit gering gehalten werden können, und während des
Spannvorgangs kann geprüft werden, ob die Spannbakken durch das Kommando »Spannen« tatsächlich losgefahren und z. B. bei der Außenspannung einen vorgegebenen Größtdurchmesser tatsächlich erreicht haben,
und es kann gleichzeitig festgestellt werden, ob sie einen ebenfalls vorgegebenen Klelnstdurchmesser nicht
unterschritten haben. Auf diese Art und Welse können In Kombination mit der bereits beschriebenen Druckkontrolle auch Fehleinspannungen aufgrund unsachgemäß eingestellter Spannbacken des Kraftspannfutters
vermieden werden. Es kann somit zuverlässig festgestellt werden, ob die Spannbacken des Kraftspannfutters
In die Durchmesserlage eingefahren sind, die begrenzt
wird von den Durchmessern der unteren Toleranzlage und der oberen Toleranzlage des Werkstücknenndurchmessers. Weiterhin wird zuverlässig verhindert, daß die
Maschine anläuft, wenn ein Werkstück mit außerhalb der vorbestimmten Toleranz liegendem Durchmesser
16 14
eingebracht wird, und es tritt ebenfalls eine Fehlermeldung auf, wenn beispielsweise ein Ladevorgang abgeschlossen
wird, ohne daß ein Werkstock eingelegt wurde.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird mit der Lehre des Anspruchs 2 vorgeschlagen. Eine
solche Ausbildung der erflndungsgemäßen Vorrichtung und Ihrer Arbeitsweise ist besonders interessant bei der
Fertigung von Kleinserien, wenn die Werkstuckdurchmesser der einzelnen zu bearbeitenden Serien voneinander
abweichen. Durch die vorgeschlagene Anordnung bzw. Arbeltswelse wird zuverlässig ausgeschlossen, daß
Werkstücke eines falschen Durchmessers gespannt werden. Gleichzeitig bleiben alle anderen bisher
beschriebenen Vorteile erhalten. is
Auch mit der Lehre des Anspruchs 3 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Arbeitsweise in
vorteilhaTter Weise weiter gebildet. Die dort vorgeschlagene
Anordnung bzw. Arbeitsweise erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Anwendung auf
Senkreehtdrehmaschinen, iosbesondere dann, wenn
schwere Werkstücke bearbeitet werden solle?. Bei der Beschickung von Senkrechtdrehmaschinen, deren Planscheibe
als Kraftspannfutter ausgebildet ist, werden sowohl bei der Beschickung durch automatisch arbeltende
Manipulatoren als auch bei manueller Beschlkkung die Werkstücke mit sehr geringer Genauigkeit zur
nachfolgenden Spannung und Bearbeitung auf der Planscheibe abgelegt. Da nach der vorgeschlagenen Arbeitsweise
verlangt wird, daß der Kolben dann, wenn er das Werkstück über die Spannbacken gespannt hat, sich
möglichst weit dem Ende des Zylinderhubes genähert haben soll, ohne das Ende jedoch zu erreichen, kann
während des Einlegens des Werkstückes mit einem Spannkreisdurchmesser gearbeitet werden, der erheblich
größer als der am Werkstück zu spannende Durchmesser 1st. Hierdurch kann das einzulegende Werkstück
sozusagen in eine große Öffnung eingebracht werden, und die Spannbacken zentrieren während des Spannvorganges
das Werkstück automatisch. Gleichzeitig bleiben auch hler alle bisher beschriebenen Vorteile, auch die
der Durchmesserkontrolle des Werkstücks, erhalten.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels Im
folgenden näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Kraftspannfutter mit hydraulischem Spannzylinder und Kontrolleinrichtung In schematlscher
Darstellung,
Flg. 2 und Flg. 3 als iielsplel die für die Erfindung
relevanten Ausschnitte von Stromlaufplänen.
Es sei für die Erläuterung der erflndungsgemäßen Vorrichtung und ihrer Arbeltswelse beispielhaft angenommen,
daß ein Werkstück 1 gemäß Fig. 1 auf einer
Senkrechtdrehmaschine eingespannt und das Sicher-Gespannt-Seln festgestellt und während der gesamten
Bearbeitung des Werkstückes 1 überwacht werden soll. Das Werkstück 1 wird von den Spannbacken 2 eines an
sich bekannten, als Planschelbe 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 Welse eine Radialbewegung. Die Spannbacken 2 sind auf den im
Futtergrundkörper 3 gelagerten Grundbacken 20 *s verschiebbar befestigt. Die Verschiebung kann, wie
bekannt, beispielsweise üür Gewindespindeln erfolgen,
von denen hl£r lediglich die Mittellinien 21 eingezeichnet
sind.
Um eine sichere Spannkontrolle zu gewährleisten, 1st
es zunächst erforderlich, den Spannkreisdurchmesser der Spannbacken 2 auf den Durchmesser und die
Durchmessertoleranz des zu spannenden Werkstückes einzustellen. Hierzu werden die Spannbacken 2 mit
Hilfe ihres Spaanzylinders 5 auf kleinsten Durchmesser gefahren, d. h., der Kolben 6 des Spannzylinders 5 fährt
In seine in Richtung »Spannen« liegende Endlage. Bezeichnet man mit χ den Kolbenweg und mit y den
Spannbackenweg - beide in Spannrichtung positiv - so besteht bekanntermaßen bei Kraftspannfuttern zwischen
Spannbackenweg und Kolbenweg das Verhältnis Z = y : x. Bekannt sind der Werkstückkleinstdurchmesser A
und der Werkstückgrößtdurchmesser Z)2. Weiterhin soll mit W ein Reservebetrag geeigneter Größe für den
Spannkolbenweg des Spannkolbens 6 bezeichnet werden. Bezeichnet man mit DE den Einstelldurchmesser
der Spannbacken 2, so gilt offensichtlich
Ζ>£=Α-2 WZ
Mit Hilfe dieser Gleichung kann also bei der Justage
der Senkrechtdrehmaschine auf ein neues Werkstück der an den Spannbacken 2 zu justierende Einstelldurchmessei
auf einfachste Art errechnet werden. Da der Spannkolben 6 während der Einstellung der Spannbakken
2 in seiner Endlage liegt, ist auch die praktische Durchführung der Spannbackeneinstellung völlig
unkompliziert.
Nunmehr müssen noch die im Beispiel als Näherungsschalter 11 und 12 ausgebildeten Endschalter
eingestellt werden. Der Spannzylinder 5 wird über die
Druckmittelanschlußleitungen 10 und der Druckmittelzuführung 9 mit Druckmittel versorgt. Das Druckmittel
bewegt den Kolben 6, welcher In seiner Lage durch Taststifte 7, die mit einer Schaltfahne 8 verbunden
sind, abgetastet wird. Es 1st offensichtlich εο, daß dann,
wenn sich der Kolben 6 In einer Endlage befindet, auch
die Schaltfahne 8 eine Endlage erreicht hat. Eine Feder
22 Äjrgt hierbei für den Rückhub von" Schaltfahne 8
und Taststiften 7. Es sei angenommen, daß der Kolben 6 sich wegen der vorangegangenen Durchmssserelnstellung
der Spannbacken 2 noch In seiner in Richtung »Spannen« Hegenden, In FI g. 1 unteren Endlage befindet.
In dieser Situation hat auch die Schaltfahne 8 Ihre in Richtung »Spannen« liegende untere Endlage
erreicht. Der Näherungsinitiator H ist nun so einzustellen, daß sein Schaltpunkt um den gewählten Reservebetrag
W des Kolbenweges mit Bezug auf die Schaltfahne 8 In Richtung «Lösen» Hegt. Dies bedeutet, daß dann,
wenn die Schaltfahne 8 während eines Spannhubes den Scha'tpunkt des Näherungsschalters 11 erreicht, der
Spannkolben 6 sich um den Betrag W vor seiner Endlage In Rlchturc »Spannen« befindet. Damit Ist der
Näherungsschalter 11 eingestellt. Wird er befahren, so haben die Spannbacken einen Spannkreisdurchmesser
gleich oder kleiner D> erreicht; eine korrekte Werkstückeinspannung
ist in dieser Lage nicht mehr gewährleistet.
Es soll, wie vorstehend 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 Dt und Di Hegt. Der Näherungslnltlator
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 11 nicht angefahren bzw. überfahren wurde, was ja bedeuten
werde, daß die Spannbacken 2 eine Stellung erreicht hatten, die einem Spannkreisdurchmesser kleiner als
dem kleinsten zugelassenen Werkstückdurchmesser D1
entspräche. Eine solche Stellung aber würde bedeuten, daß das Werkstück 1 nicht gespannt wurde. Es wird
also sichergestellt, daß nur Werkstücke In der vorge- is
schrlebenen Toleranzlage und mit dem vorgeschriebenen Durchmesser gespannt werden. Werkstücke zu
großen Durchmessers werden zwar auch gespannt, aber In Spannstellung wird der Näherungsschalter 12 von der
Schaltfahne 8 noch nicht befahren, so daß also kein Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzyklus erfolgt,
selbst wenn alle anderen Bedingungen erfüllt sind.
Es könnte weiterhin der Fall eintreten, daß eine oder
mehrere der Spannbacken 2 das Werkstück I - z. B. Infolge grober Fehlablage - während des Spannvorganges
nicht packen, sondern unter dem Werkstück hindurchrutschen. In einem solchen Fall wird mit
Sicherheit der Näherungsschalter 11 befahren, so daß auch In einem solchen Fall das die Maschine freigebende
Steuersignal ausbleibt.
Eine weitere notwendige und damit zu prüfende Bedingung 1st das Vorliegen des Spanndruckes In der
notwendigen Höhe. Der Druck des jeweils druckbeaufschlagten Zylinderraumes des Spannzylinders S wird
von einem Anschlüsse 18, 19 aufweisenden Druckschalter 15, dessen Schaltpunkt In bekannter Weise einstellbar
ist, geprüft. Hierzu sind an die beiden durch den Kolben 6 getrennten Kammern des Zylinders 5 Prüfleitungen
13 anzuschließen, welche Ober ein Wechselrückschlagventil 14 mit dem Druckschalter 15 verbunden
werden. Das Wechselrückschlagventil 14 sorgt dafür, daß die jeweils mit Druck beaufschlagte Steuerleitung
zum Druckschalter 15 durchgestellt wird, während die andere Steuerleitung geschlossen wird.
Es werden also zusammengefaßt folgende Bedlngungen geprüft:
Näherungsschalter 12 Ist bzw. wurde betätigt:
Erste Kolbenstellung erreicht (Spannkreisdurchmesser entsprechend D2 mindestens erreicht, Spannbakken
oder Kolben haben nicht geklemmt)
Näherungsschalter 11 ist nicht betätigt:
Zweite Kolbenstellung nicht erreicht (Spannkreisdurchmesser entsprechend D\ nicht unterschritten)
Druckschalter 15 1st betätigt:
Spanndruck liegt in geforderter Höhe an (funktionsgefährdende Defekte an Sicherheltsrückschlagventilen,
Steuerleitungen, Dichtungen oder Druckmittelzuführungen liegen nicht vor)
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Als Schaltbeispiel sollen nun die ausschnittsweise dargestellten Stromlaufpläne der Steuerstromkreise
gemäß FI g. 2 und F i g. 3 erläutert werden. Vorsorglich
wird darauf hingewiesen, daß die in Fig. 2 und Flg. 3
ausschnittsweise dargestellten Steuerstromkreise - wie üblich - als In spannungs- bzw. stromlosem Zustand
befindlich dargestellt sind.
Zu Beginn des Spannvorganges wird das Betätigungselement,
durch welches der Befehl »Spannen« weitergegeben wird, betätigt. Es sei dies ein Tlppschalcer, der In
Flg. 2 mit S bezeichnet ist. Durch die Betätigung von
5 zieht das Relais ds an und geht über den eigenen
Kontakt d„ In Selbsthaltung. Das Relais d, betätigt dies
Ist hler nicht dargestellt - die Schaltelemente für
die Druckmittelzuführung. Durch das nunmehr erregte Relais d} ist über den dazugehörigen Kontakt dn die
erste Bedingung zur Schaltung des Relais d\ gegeben. Bewegt sich nun der Spannkolben 6 des Beispiels
gemäß Flg. 1 abwärts, so erreicht bei ordnungsgemäßer
Funktion die Schaltfahne 8 Im Verlaufe des Spannhubs
den Näherungsschalter 12, wodurch der Kontakt 12 In Flg. 2 geschlossen wird und über den Anschluß 16
(Flg. 1) das Relais rf, anzieht. Hierdurch wird In Flg. 3
der Kontakt rfM geschlossen, so daß das Schütz C1
ebenfalls anzieht, wenn auch die öffner d,, und di2
geschlossen sind, d. h. der Näherungsschalter II nicht befahren ist und ein Lösekommando nicht vorliegt. Das
Schütz Ci geht über den eigenen Kontakt Cn In Selbsthaltung.
^Gleichzeitig wird auch der Kontakt Ci2
geschlossen, wodurch die erste Bedingung zum Schalten
des Schützes C, erfüllt ist. Schütz C, gibt das erforderliche Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzyklus, und
zwar dann, wenn auch der Kontakt Cj 1 gleichzeitig mit
dem Kontakt Cu geschlossen 1st.
Ist ein Werkstück 1 ordnungsgemäß gespannt, so hat sich der erforderliche Spanndruck aufgebaut und der
Druckschalter 15 schaltet, wodurch In F1 g. 2 der
Kontakt 15 geschlossen wird. Durch das Schließen des Kontaktes 15 zieht das Relais rf2 an und schließt damit
In Fig. 3 den Kontakt du, wodurch das Schütz C2
anziehen kann. Das Schütz C2 schließt in F i g. 3 den Kontakt C2,, wodurch nunmehr das Schütz Cj anziehen
kann und das erforderliche Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzykius abgibt. Zum Lösen wird In Fig. 2
der mit L bezeichnete Schalter betätigt, wodurch das Relais d* anzieht und einerseits die Steuerelemente dies
ist hier wiederum nicht dargestellt - für die Druckmittelzuführung
entsprechend betätigt und andererseits in Flg. 3 den Kontakt di2 öffnet, wodurch das Schütz
C, abfallt und gleichzeitig sich die Selbsthaltung C1,
öffnet und auch der Kontakt C11 geöffnet wird,
wodurch das Schütz C1 abfällt und die Maschine, sofern
sie nicht vorher durch andere Maßnahmen gestoppt wurde, spätestens jetzt gestoppt wird.
Beim Anziehen des Relais dA 1st auch der Kontakt dti
In Flg. 2 geöffnet worden, wodurch die Selbsthaltung
für das Relais ds geöffnet worden 1st. Der Abfall les
Relais d$ (Kommando »Spannen«) 1st ja beim Kommando »Lösen« erforderlich, well andernfalls zwei
widersprüchliche Befehle vorlägen. Sollte nun beispielsweise das Werkstück 1 nicht ordnungsgemäß von den
Spannbacken 2 erfaßt werden, so wird im Laufe des Spannhubes der Näherungsschalter 11 befahren,
wodurch über den Anschluß 17 (Flg. 1) In Flg. 2 der
Kontakt 11 geschlossen wird und das Relais d, somit anziehen muß. Wenn dj anzieht, so öffnet sich In
Fig. 3 der Kontakt </31, wodurch das Schütz C\ samt
seinem Selbsthaltungskontakt Cn abfällt und hierdurch ebenfalls den Kontakt Cn öffnet, wodurch das Schütz
C3 abfällt und das zur Freigabe des Maschinenzyklus
notwendige Steuersignal somit nicht mehr anliegt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Spannkontrolle eines In einer druckmlttelbetätlgten Spanneinrichtung elngespannten Werkstückes, wobei bei dem der Spanneinrichtung zugeordneten Spannzylinder ein Druckschalter
zur Kontrolle des Drucks des Druckmittels und Einrichtungen zur Kontrolle mehrerer Kolbenstellungen des zum Spannzylinder gehörigen Spannkolbens
vorgesehen sind und wobei aufgrund von Druckkontrolle und Stellungskontrolle zusammen ein Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzyklus erzeugbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits das Erreichen einer in Richtung »Spannen« liegenden ersten Kolbenstellung und das Nicht-Erreichen
einer zweiten in gleicher Richtung liegenden Kolbenstellung des Kolbens (6) des Spannzylinders (5) und
andererseits der Druck des Druckmittels des Spannzylinders (5)£·?Ι Vorliegen der genannten Kolbenstel-
lung im jeweifS beaufschlagten Zylinderraum mittels bekannter Detektoren (11; 12; 15) geprüft werden
und daß im Falle des Erreichens der ersten Kolbenstellung und des Nicht-Erreichens der zweiten
Kolbenstellung und bei in dieser Kolbensteilung zs vorliegendem Spanndruck das Steuersignal zur Freigabe des Maschinenzyklus abgebbar 1st.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das- Erreichen der ersten Kolbenstellung etwa auf der Hälfte des Gesamthubes des
Spannkolbens (6) geprüft wird und das Nicht-Erelchen der zweiten Kolbenstellung In einem Abstand
zur ersten Kolbenstellung geprüft wird, der einem Spannbackenhub von de..· Hälfte der zulässigen
Durchmesserdifferenz zu spannender Werkstücke entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung auf Nicht-Erreichung der
In Richtung »Spannen« liegenden zweiten Kolbenstellung möglichst kurz vor dem Ende des Spannkol-
benhubes durchgeführt wird und die Prüfung des Erreichens der ersten Kolbenstellung In einem
Abstand zur zweiten Kolbenstellung durchgeführt wird, der einem Spannbackenhub von der Hälfte der
zulässigen Durchmesserdifferenz zu spannender Werkstücke entspricht.
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