DE2835693B2

DE2835693B2 -

Info

Publication number: DE2835693B2
Application number: DE2835693A
Authority: DE
Inventors: Lionel John Fishponds Bristol Ackery; David Roberts Wotton-Under- Edge Gloucestershire Mcmurtry
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-08-20
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1980-02-28
Also published as: IT7826838A0; IT1158982B; JPS5474456A; SE7808695L; US4209206A; DE2835693C3; FR2400749A1; JPS5813845B2; DE2835693A1

Description

Die Erfindung betrifft eine drehbare, aerostatisch abgestützte Werkstückhalterung, insbesondere für Meßmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits bekannt, beispielsweise zur Messung der Rundheit von kreisrunden Werkstücken, das Werkstück mittels einer auf einem Tisch drehbar angeordneten Werkstückhalterung zu haltern. Eine bekannte drehbare Werkstückhalterung weist ein drehfestes, an dem Tisch befestigbares Teil und ein mittels eines Radiallagers relativ dazu drehbares, das Werkstück aufnehmendes Teil auf, das in Form einer Scheibe ausgebildet und mit seiner Unterseite aerostatisch auf der ebenen Tischoberseite gelagert ist.

Das Werkstück wird auf der Scheibe montiert und diese wird dann entweder von Hand oder mittels eines Motors gedreht, um das Werkstück mit seinem Umfang an einer feststehenden Meßeinrichtung, beispielsweise einer Meßlehre zur Prüfung der Rundheit des Werkstückes vorbeizubewegen. Die aerostatische Lagerung ergibt eine im wesentlichen reibungsfreie Abstützung der Scheibe auf dem Tisch, selbst wenn es sich um ein verhältnismäßig schweres Werkstück handelt. Infolgedessen läßt sich die Scheibe leicht und gleichmäßig drehen und das die Konzentrizität der Drehbewegung aufrechterhaltende Radiallager kann mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser und daher als genaues Lager in der Mitte der Scheibe ausgebildet sein.

Derartige drehtischartige Werkstückhalterungen sind jedoch meistens auf verhüiinismäßig kleine Durchmesser im Bereich unterhalb von etwa 50 cm beschränkt. Bei größeren Anordnungen wird es zunehmend schwieriger, die miteinander zusammenwirkenden Flächen von Scheibenunterseite und Tischoberseite mit ausreichend kleinen Ebenheitstoleranzen auszuführen. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Schwebehöhe der aerostatischen Lagerung, d. h. die Distanz, um welche der Luftdruck die Scheibe von der Tischoberseite abhebt, nicht größer als das zur Ausschaltung der Oberflächenreibung notwendige Maß, also beispielsweise nicht größer als etwa 0, 0025 mm ist. Die Ebenheitstoleranz der miteinander zusammenwirkenden Flächen muß zur Vermeidung von Reibung also kleiner als diese Schwebehöhe sein.

Da eine kleine Ebenheitstoleranz eine beträchtliche Starrheit und somit Dicke des Tisches und auch der Scheibe erforderlich macht, werden diese Bauteile bei drehtischartigen Werkstückhalterungen mit größerem Durchmesser sehr schwer. Dies wirki sich in einem sehr großen Trägheitsmoment der Scheibe aus und macht die Anordnung insgesamt übermäßig schwer handhabbar. Da üblicherweise die drehbare Werkstückhalterung auf den Granittisch einer Koordinatenmeßmaschine aufgesetzt wird, bereitet dies bei übergroßem Gewicht der Werkstückhalterung entsprechende Schwierigkeiten.

Ferner kann bei großer Dicke der drehbaren Scheibe der Werkstückhalterung der verfügbare Freiraum zwischen dem auf der Scheibe montierten Werkstück und der Oberkonstruktion der Meßmaschine knapp

werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch für größere Werkstückdurchmesser geeignete drehbare Werkstückhalterung zu schaffen, die mit vertretbarem Aufwand herstellbar und auch bei größeren Abmessungen noch verhältnismäßig einfach handhabbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst

Da die Stützflächen der einzelnen Werkstückauf nahmeelemente bei der erfindungsgemäßen Werkstückhalterung klein im Vergleich zu der einzigen Stützfläche der Scheibe bekannter drehtischartige Werkstückhalterungen sind, lassen sie sich verhältnismäßig einfach mit kleiner Ebenheitstoleranz herstellen. Die Unterteilung des drehbaren Teils der Werkstückhalterung in eine Nabe und einzelne, damit durch speichenartige Arme verbundene Werkstückaufnahmeelementc macht große und schwere Konstruktionen wie bei einer einteiligen drehbaren Scheibe bekannter Anordnungen entbehrlieh.

Die Verbindungsarme sind vorzugsweise biegeelastisch, jedoch in Längsrichtung starr. Die Biegeelastizität ermöglicht die Angleichung an kleine Höhendifferenzen der Stützflächen der Werkstückaufnahmeelemente mit Bezug auf die Tischoberseite, de durch Fertigungstoleranzen bedingt sein können und an sich für die Erfordernisse von aerostatischen Lagern zu groß wären. Diese Differenzen sind jedoch klein mit Bezug auf die Biegefähigkeit geeignet dimensionierter Arm aufgrund der Elastizität ihres Werkstoffes, beispielsweise Federstahl.

Die Verbindungsarme können aus Stab- oder Rohrmaterial mit rundem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt sein, wobei die Eigenelastizität des Werkstoffes ausgenützt wird, ledoch kann die Biegefähigkeit der Arme auch durch gelenkige Anschlüsse an der Nabe bz,v. den Werkstückaufnahmeelementen gegeben sein.

Bei der erfindungsgemäßen Werkstückhalterung können außerdem die Verbindungsarme mittelbar über einen Ring, der die Nabe mit radialem Spielraum umgibt und radial justierbar ist, mit der Nabe verbunden sein. Ferner können die Werkstückaufnahmeelemente in Längsrichtung der Arme auf diesen verschiebbar und in der jeweils gewünschten Position fixierbar und um die Längsachsender Arme herum drehbar angeordnet sein.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche Bezug genommen.

Einige Ausführungsbeispiele einer drehbaren Werkstückhalterung nach der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Meßmaschine mit einer Werkstückhalterung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie Ill-Ill in Fig. 2,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4, und F i g. 6 eine weitere abgewandelte Ausführungsform.

Die in den Fig. 1,2 und 3 dargestellte Werkstückhalterung 10 weist vier Werkstückaufnahmeelemente 11 auf, die jeweils mit einer ebenen Stützfläche 12 und einer darin gebildeten, als Druckluftaustrittsöffnung dienenden Ausnehmung i3 versehen sind, weich letztere an eine Druckluftzuleitung 22 angeschlossen ist. Die Werkstückaufnahmeelemente ruhen mit ihren Stützflächen auf der ebenen Oberseite 14 eines Maschinentisches 15 und liegen auf diese Weise alle in einer gemeinsamen Ebene. Bei dem Maschinentisch handelt es sich um einen Granittisch mit präzisionsgefertigter Oberfläche einer an sich bekannten Koordinatenmeßmaschine 25. Die Werkstückaufnahmeelemente 11 sind jeweils durch einen Verbindungsarm 16 mit einem

ίο Radiallager 17 verbunden, das eine Drehung der Verbindungsarme und folglich der Werkstückaufnahmeelemente um eine zur Oberfläche 14 des Maschinentisches senkrecht Achse 18 ermöglicht. Die Werkstückaufnahmeelemente tragen gemäß der Darstellung ein zu prüfendes Werkstück W.

Die Luftaustrittsöffnung 13 und die Stützfläche 12 jedes Werkstückaufnahmeelementes 11 bilden zusammen mit der Oberfläche 14 des Maschinentisches ein aerostatisches Lager 19. Ein derartiges Lager erfordert

_>o eine gute Parallelität zwischen den miteinander zusammenwirkenden Flächen 12 und 14. Zu diesem Zweck sind die Verbindungsarme 16 in Richtung der Achse 18 so ausreichend biegefähig gestaltet, daß die Stützflächen 12 aller Werkstückaufnahmeelerrente 11

.'-, unter dem Gewicht des Werkstückes vollständig mit der Maschinenoberseite 14 in Flächenberührunj; stehen. Grundsätzlich braucht die Biegefähigkeit nur so groß zu sein, daß auf Fertigungstoleranzen der Werkstückhalterung 10 insgesamt beruhende Höhendifferenzen der

«ι einzelnen Werkstückaufnahmeelemente mit Bezug auf die Maschinentischoberseite !4 aufgenommen werden können. Diese Differenzen sind im Verhältnis zu der Biegefähigkeit der Verbindungsarme klein. Je länger die Verbindungsarme sind, desto leichter biegen sie sich

r> selbstverständlich unter einem gegebenen Werkstückgewicht derart, daß die Werkstückaufnahmeelemente satt an der Maschinentischoberseite 14 anliegen. Aber auch sehr kurze Verbindungsarme lassen sich allen praktischen Gegebenheiten anpassen und können

4(i beispielsweise in Form von Blattfedern ausgebildet sein. Irgendwelche andere Nichtübereinstimmungen der Werkstückaufnahmeelemente mit Bezug auf die Maschinentischoberseite 14 können durch gelenkige Verbindungen zwischen den Werkstückaufnahmeele-

I) menten und den Verbindungsarmen berücksichtigt werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies dadurch, daß die Verbindungsarme einen kreisrunden Querschnitt haben und die Werkstückaufnahmeelemente um die Verbindungsarmachsen drehbar sind. Es

^riD sind aber auch andere Ausführungsformen gelenkiger Verbindungen möglich, beispielsweise Kugelgelenke.

Das Radiallager 17 ist durch ein drehfestes inneres Teil 20, das am Maschinentisch 15 befestigt ist, und eine drehbare Nabe 21 gebildet, die von einem Ring 21-4

ί^γι umgeben ist, an welchem die Verbindungsarme 16 befestigt sind. Das innere Teil 20 ist mit einem Gewindezapfen 20-4 versehen, der durch eine Bohrung 20Sdes Maschinentisches hindurchragt und aufweichen an der Unterseite des Maschinentisches eine Mutter

no 20C aufgeschraubt ist. Eine Druckluftleitung 22 verläuft durch den Zapfen 20A eine Dichtung 24 zwischen den beiden Lagerteilen 20 und 21 und durch einen Ri'dialspalt 21S zwischen den Teilen 21 und 21/4 hindurch in das Innere der rohrförmigen Verbindungs-

ii·-. arme 16 hinein. Die Verbindungsarme 16 weisen Radialbohrungen 16/4 auf, durch welche die Druckluft in die Austrittsöffnungen Π gelangt.

Die Nabe 2i ist axial reiaiiv zum drehfesten Teil 20

beweglich. Zwischen der Nabe 21 und dem Ring 21/4 ist dagegen wegen Flanschen 21C keine relative Axialbewegung möglich. Der Ring 21/4 ist mittels eines aerostatischen Lagers 21D auf der Maschinentischoberfläche 14 abgestützt.

Die Größe der Werkstückhalterung ist lediglich durch die Größe des Maschinentisches 15 beschränkt, da sich die Verbindungsarme 16 leicht mit jeder beliebigen Länge herstellen lassen, wobei sie, falls erforderlich, aus miteinander zu verbindenden Längenabschnitten hergestellt werden können. Es kann auch jede zweckmäßige Anzahl von Werkstückaufnahmeelementen vorgesehen sein.

Die Werkstückhalterung findet insbesondere zur Messung der Rundheit und der Konzentrizität eines ringförmigen Werkstücks Anwendung. Zum Zwecke einer solchen Messung wird das Werkstück an einem feststehenden Meßkopf 26 der Meßmaschine 25 (F i g. 1) vorbeigedreht. Da die Werkstückaufnahmeelemente im Betrieb mit Hilfe ihrer aerostatischen Lager 19 auf dem Maschinentisch abgestützt werden, ist die zum Drehen des Werkstückes um die Achse 18 herum erforderliche Kraft minimal und das Werkstück läßt sich leicht und ruckfrei drehen. Das Radiallager 17 ist seinerseits als hochgenaues aerostatisches Lager ausgebildet, um während der Drehung des Werkstückes einen minimalen Radialfehler sicherzustellen.

Die Radiallage des Werkstückes ist mittels zweier Schrauben 16ß justierbar, die in zwei benachbarten Verbindungsarmen 16 angeordnet sind. Jede der Schrauben 16ß verläuft durch das Innere des betreffenden Verbindungsarmes hindurch und weist an ihrem radial äußeren Ende einen Drehknopf 16C auf. Mit ihrem radial innenliegenden Ende 16D ist die Schraube 16ß in den Ring 21/4 eingeschraubt, durch welchen sie hindurchverläuft und sich am Umfang der drehbaren Nabe 21 abstützt. Durch Drehung der Schrauben 16ß mittels des Drehknopfes 16C werden der Ring 21.4 und folglich alle vier Verbindungsarme 16 radial mit Bezug auf die Achse 18 verschoben. Die gegenseitige Anlage zwischen der Schraube 165 und der Nabe 21 wird jeweils mittels einer Feder 16£ aufrechterhalten, die diametral gegenüber der betreffenden Schraube 16ß zwischen der Nabe 21 und dem Ring 21,4 angeordnet ist.

Es ist klar, daß Arbeiten wie beispielsweise die Messung der Rundheit und der Konzentrizität eine Feinjustierung der Konzentrizität des Werkstückes mit Bezug auf die Achse 18 erfordern. Die Anordnung der Schrauben 16ß ermöglicht die Ausführung dieser Feinjustierung, während das Werkstück durch die aerostatischen Lager 19 abgestützt ist, so daß die Radialjustierung ebenso leicht wie die Drehung des Werkstückes ausgeführt werden kann. Dies ist wichtig, weil während des Justiervorgangs das Werkstück nacheinander mehrere Male abwechselnd gedreht und radial nachjustiert werden muß, bis die optimale Position erreicht worden ist. Die beschriebene Werkstückhalterung erleichtert diese Arbeitsgänge wesentlich, da sie mit ganz geringem Kraftaufwand und daher glatt und ruckfrei ausgeführt werden können. Es ist klar, daß die Verbindungsarme 16 zwar in Richtung der Achse 18 biegeelastisch, jedoch in Radiah ichtung starr sein sollen, um die Radialposition des Werkstückes mit Bezug auf die Achse 18 unverändert zu halten. Diese Radialsteifigkeit ist im wesentlichen dadurch sichergestellt, daß die Verbindungsarme möglichst genau gerade ausgebildet sind, so daß Radialkräfte als reine Druckkräfte auftreten, gegen welche die Verbindungsarme 16 eine große Steifigkeit besitzen. Selbstverständlich dürfen die Werkstückaufnahmeelemente 11 nicht frei auf den Verbindungsarmen 16 verschiebbar sein, weshalb sie durch Klammern 114 auf den Verbindungsarmen in ihrer Lage gesichert sind. Diese Klammern sind lösbar, damit die Werkstückaufnahmeelemente zwecks Justierung mit Bezug auf das Werkstück entlang der Verbindungsarme verschoben werden können. Im festgesrmannten Zustand erlauben die Klammern IM

κι jedoch trotzdem eine Drehung der Werkstückaufnahmeelemente auf den Verbindungsarmen, wodurch die oben schon erwähnte Gelenkigkeit hergestellt ist.

Die in den Fig.4 und 5 dargestellte Werkstückhalterung weist neun jeweils aerostatisch abgestützte Werkstückaufnahmeelemente 30 auf, die zusammen eine in der Draufsicht quadratische Anordnung bilden, die durch ein mittiges, zwischen dem die Nabe darstellenden mittleren Aufnahmeelement 36 und einen drehfesten Teil 33 gebildetes Radiallager 31 drehbar gelagert ist. Eine Luftzuführleitung für sämtliche Werkstückaufnahmeelemente und für das miltige Radiallager 31 ist durch einen durch das Lager 31 hindurchverlaufenden Kanal 32 gebildet. Das an einem Granittisch 34 befestigte innere drehfeste Teil 33 weist

,-, eine ringförmige Aussparung 35 auf, in welche die Luft aus dem Zuleitungskanal 32 eingeleitet wird und die ein aerostatisches Radiallager zwischen dem drehfesten inneren Teil 31 und dem die drehbare Nabe bildenden mittleren Werkstückaufnahmeelement 36 bildet. Durch 3,1 die Aussparung 35 gelangt auch Luft in die vier angrenzenden Werkstückaufnahmeelemente 30 und von diesen aus in die vier in den Eckpositionen gelegenen Werkstückaufnahmeelemente. Die Druckluflleitung zwischen dem mittleren Aufnahmeclement

_j5 und den angrenzenden Aufnahmeelementen 30 ist als Rohr ausgebildet, das an jedem Ende mittels eines es umschließenden O-Dichtungsringes 38 so abgedichtet ist, daß eine gewisse vertikale Spielmöglichkeil zwischen den benachbarten Aufnahmeelementen bei Aufrechterhaltung der Abdichtung gegeben ist. Die durch das Rohr 37 zugcführte Luft gelangt durch einen Kanal 39 und durch abwärts verlaufende Kanäle 40 in die aerostatischen Lager zwischen dem betreffenden Aufnahmeelement und dem Granittisch 34. Ähnliche Rohre 37 verbinden jeweils die in den Eckpositionen gelegenen Aufnahmeelemcntc mit den beiden benachbarten Aufnahmeelementen.

Das mittige Werkstückaufnahmeelement ist mittels jeweils zweier bicgeelastischer Verbindungsarme 41 mit jedem angrenzenden Aufnahmeelement verbunden, wobei die Verbindungsarme 41 eine Relativbewegung zwischen benachbarten Aufnahmeelementen in der Ebene der Maschinentischoberfläche verhindern, jedoch eine vertikale Relativbewegung zwischen den benachbarten Aufnahmeelementen zulassen. Die streifenförmigen Verbindungsarme 41 ragen jeweils in eine Ausnehmung der einander benachbarten Aufnahmeelemente 30 hinein und sind dort durch jeweils eine Schraube 42 festgespannt.

_b0 Ähnliche Verbindungsarme 41 können zwischen sämtlichen einander benachbarten Werkstückaufnahmeelementen 30 vorgesehen sein. Die neun Werkstückaufnahmeelemente 30 können auch durch die einzelnen Arme bildende blattfederartige Verbindungselemente 4M miteinander verbunden sein, die jeweils vier Arme bilden und um die vier einander zugewandten Ecken vcn jeweils vier Aufnahineelementen herum verlaufen.
F i g. 6 zeigt eine Anordnung von sechs hexagonal um

ein mittiges Werkstückaufnahmeelement herum angeordneten Aufnahmeelementen 50. Das mittlere Aufnahmeelement stellt wiederum die Nabe dar und ist mit einem Radiallager 31 versehen, das mit dem in F i g. 4 gezeigten Lager ähnlich ist. Die Druckluftversorgung zwischen dem mittleren und den angrenzenden Werkstückaufnahmeelementen 50 erfolgt wiederum über Rohre 37. Jeweils drei ein gemeinsames Eck aufweisenden Aufnahmeelemente der in F i g. 6 gezeigten Anordnung sind in ähnlicher Weise wie die Aufnahmeelemente der Anordnung nach F i g. 4 durch biegeelastische, jeweils mehrere Arme darstellende Verbindungselemente 41 miteinander verbunden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehbare, aerostatisch abgestützte Werkstückhalterung, insbesondere für Meßmaschinen, bestehend aus einem drehfesten, an einem Tisch befestigbaren Teil und einem mittels eines Radiallagers relativ dazu drehbaren, das Werkstück aufnehmenden Teil, das an seiner Unterseite eine mit der ebenen Tischoberseite zusammenwirkende ebene Stützfläche aufweist, in welcher an eine Druckluftzuführung anschließbare Ausnehmungen zur aerostatischen Abstützung des drehbaren Teils auf der Tischoberseite gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil in eine Nabe (21; 36) und in eine Anzahl gesonderter, durch speichenartige Arme (16; 41) mit der Nabe verbundener Werkstückaufnahmeelemente ^H; 30) gegliedert ist, deren Unterseiten die Stützfläche bilden und die mit den an die Druckluftzuführung anschließbaren Ausnehmungen (13) versehen sind.

2. Werkstückhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16; 41) biegeelastisch, jedoch in Längsrichtung starr sind.

3. Werkstückhalterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) mittelbar über einen die Nabe (21) mit radialem Spiel umgebenden und radial mit Bezug auf die Nabendrehachse (18) justierbaren Ring (21 A) mit der Nabe verbunden sind.

4. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeelemente (U) in Längsrichtung der Arme (16) verschiebbar auf diesen angeordnet und in der jeweils gewünschten Position fixierbar sind.

5. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeelemente (11) um die Längsachsen der Arme (16) herum drehbar auf den Armen angeordnet sind.

6. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeelemente (30, 50) unter sich durch weitere biegeelastische Arme (41) miteinander verbunden sind (F ig. 4 und 6).

7. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (36) ebenfalls als Werkstückaufnahmeelement mit einer mit der Tischoberseite zusammenwirkenden Stützfläche und darin gebildeten, an die Druckluftzuführung anschließbaren Ausnehmungen ausgebildet ist.

8. Werkstückhalterung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeelemente (30, 50) und die ebenfalls als Werkstückaufnahmeelement ausgebildete Nabe jeweils quadratisch oder sechseckig sind (F i g. 4 bzw. F i g. 6).

9. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (41) als Blattfedern ausgebildet sind.

10. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das drehfeste Teil (20; 31) einen von einer entsprechenden Bohrung (20B) des Tisches (15; 34) aufzunehmenden Zapfen (20Λ; 33) aufweist, durch welchen ein Druckluftzuleitungskanal (22; 32) zur Speisung der Ausnehmungen (13) der Stützflächen (12) der Werkstückaufnahmeelemente hindurchverläuft.