DE2614549C2

DE2614549C2 - Vorrichtung zur Werkstückspannkontrolle

Info

Publication number: DE2614549C2
Application number: DE19762614549
Authority: DE
Inventors: Heinz vom Ing.(grad.) 4050 Mönchengladbach Dorp
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1976-04-03
Filing date: 1976-04-03
Publication date: 1984-07-26
Also published as: IT1073159B; DE2614549A1; PL107915B1

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

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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 D_E 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 D_t 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 d_s 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 d_n 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 rf_M geschlossen, so daß das Schütz C₁ ebenfalls anzieht, wenn auch die öffner d,, und d_i2 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 d_i2 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 d_A 1st auch der Kontakt d_ti In Flg. 2 geöffnet worden, wodurch die Selbsthaltung für das Relais d_s 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 C_n 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

Patentansprüche:

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.