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Kennwort: "Auto-Gauging"
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Bearbeitungszentrum Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum
zum Bearbeiten von mechanischen Werkstücken. Derartige Bearbeitungszentren sind
im allgemeinen mit einer Mehrzahl von Werkzeugen ausgerüstet, ferner mit wenigstens
einer Einspannvorrichtung, in der das zu bearbeitende Werkstück während der einzelnen
Bearbeitungsvorgänge eingespannt ist. Die Werkzeuge, beispielsweise Bohrer, Fräser,
Gewindeschneider usw. sind dabei derart verfahrbar, daß sie das Werkzeug zum gegebenen
Zeitpunkt zum Zwecke des entsprechenden Bearbeitungsvorganges erreichen können.
Ferner sind häufig Vorkehrungen getroffen, auch die Einspannvorrichtung und damit
das Werkstück selbst gemäß einem bestimmten Arbeitsablauf verfahrbar zu machen,
also beispielsweise von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren, zu drehen,
zu schwenken oder zu wenden und dergleichen.
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Das Arbeitsergebnis des Bearbeitungszentrums ist zahlreichen Einflüssen
ausgesetzt. Hierzu gehören beispielsweise der Verschleiß der Werkstücke, die Veränderung
der Lage von Einzelteilen des Bearbeitungszentrums durch Temperaturschwankungen
usw.
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Jedes einzelne Werkstück muß deshalb nach Durchführung der gesamten
Bearbeitungsvorgänge, also nach Verlassen des Bearbeitungszentrums auf seine Maßhaltigkeit
und auf die Einhaltung gewisser Toleranzen überprüft werden. Hierbei kommen Messungen
von Bohrlochdurchmessern, Achsabständen, Winkeln sowie alle möglichen sonstigen
Maße in Betracht.
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Das Messen geschieht von Hand mit den dafür üblichen Meßinstrumenten
wie Lehren und dergleichen. Es nimmt erheblich Zeitdauer in Anspruch, die im Bezug
auf die eigentlichen Ziele eines Bearbeitungszentrums, nämlich Verkürzung der gesamten
Durchlaufzeit und Einsparung von Mannstunden in einem Mißverhältnis stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Meß- und Kontrollvorgänge
weitgehend zu rationalisieren.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Erfassen
der Qualität des Arbeitsergebnisses, also zur Überprüfung auf Einhaltung der vorgegebenen
Toleranzen, entsprechende Meßvorrichtungen vorgesehen werden, die Bestandteile des
Bearbeitungszentrums werden; ferner wird die Meßvorrichtung derart gestaltet und
angeordnet, daß sie die Meßergebnisse mit den Soll-Maßen zu vergleichen vermag und
das Ergebnis dieses Vergleiches an einer Anzeigevorrichtung anzeigt und/oder einer
Regeleinreichtung zuführt.
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Die Maschine führt somit die Meß- und Kontrollvorgänge an dem einzelnen
bearbeiteten Werkstück selbst durch, so daß es keiner Handarbeit mehr bedarf. Das
Meßergebnis, also die Abweichung der Werkstück-Abmessungen von den Soll-Maßen wird
zunächst einmal in irgend
einer geeigneten Weise für das Bedienungspersonal
des Zentrums erkennbar gemacht. Hier kommen sämtliche Anzeigemittel in Betracht,
wie beispielsweise Bildschirm, Schreiber, akkustische oder optische Signale bei
Abweichen vorgegebener Toleranzen, usw.
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Auch für die Gestaltung der Meßvorrichtung stehen verschiedene Möglichkeiten
zur Verfügung. So kann es sich beispielsweise um einen rein mechanischen Taster
oder Fühler handeln, ferner um mechanische Meßlehren, beispielsweise zum Erfassen
von Bohrloch-Durchmessern usw. Es sind aber auch nichtmechanische Meßvorrichtungen
denkbar, beispielsweise optische Meßgeräte.
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In Fortführung des Grundgedankens der Erfindung, nämlich die Ist-Maße
zu erfassen und anzuzeigen, ist es sehr vorteilhaft, dieses Meßergebnis auch einer
Regeleinrichtung zuzuführen. Diese hat die folgende Funktion: Hat die Meßvorrichtung
eine Abweichung der Ist-Maße von den Soll-Maßen festgestellt, so greift sie in geeigneter
Weise in die Bearbeitungsvorgänge ein, um die Abweichung zu vermindern oder zu beseitigen.
Dieses Eingreifen kann auf verschiedenerlei Weise geschehen. Ist beispielsweise
die Einspannvorrichtung samt dem von dieser getragenen Werkstück innerhalb des Bearbeitungszentrums
auf einem vorbestimmten Wege transportabel, so kann die Anordnung derart getroffen
sein, daß die Regeleinrichtung den Transportweg entsprechend beeinflußt. Hat beispielsweise
das Meßergebnis bei einem bestimmten Werkzeug gezeigt, daß eine bestimmte Bohrung
mit ihrer Bohrungsachse in einem die zulässige Toleranz überschreitenden Maße von
der Stelle entfernt liegt, an der sie liegen soll, so wird die Einspannvorrichtung
durch die Regeleinrichtung veranlaßt, mit dem nächst zu bearbeitenden Werkstück
einen entsprechend längeren oder entsprechend kürzeren Weg zurückzulegen, so daß
die Abweichung der Lage des Bohrloches von der angestrebten Soll-Lage verringert
oder aufgehoben wird.
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Grundsätzlich kann das Messen eines jeden einzelnen, bearbeiteten
Verkstückes
vorgesehen werden. Demgemäß kann auch der Regeleinrichtung jeweils aufeinanderfolgend
von Werkstück zu Werkstück zine Eingriffs- und Korrigiermöglichkeit gegeben werden.
Es ist leber auch denkbar, daß man die Meßvorrichtung und die Regeleinrichtung erst
dann tätig werden läßt, wenn eine bestimmte Anzahl von Werkzeugen durch das Bearbeitungszentrum
hindurchgelaufen ist.
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Bisher wurde nur von der Möglichkeit gesprochen, zur Korrektur von
Abweichungen von vorgegebenen Soll-Maßen das Werkstück entsprechend zu positionieren.
Alternativ hierzu kommt auch eine Positionierung der einzelnen Werkzeuge in Betracht.
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Bisher wurde davon ausgegangen, daß der Meß- und/oder Regeleinrichtung
die Soll-Maße ein für allemal eingegeben werden. Stattdessen ist es aber auch möglich,
die Meß- und/oder Regeleinrichtung so zu gestalten, daß sie sich die Soll-Maße erneut
immer wieder von einem Werkstück holt, das diese Soll-Maße aufweist, das also eine
Art Ideal-Werkstück darstellt. Ein solches Ideal-Werkstück wäre dann im Bearbeitungszentrum
oder unmittelbar in dessen Nähe anzuordnen.
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Mit einem solchen, erfindungsgemäßen System lassen sich beispielsweise
die folgenden Kontrollvorgänge vornehmen: Kontrolle des Bohrungsdurchmessers und
der Lage der Bohrungsachse; Kontrolle der Rundheit von Bohrungen; Kontrolle der
Parallelität von Flächen untereinander, von Bohrungsachsen untereinander oder von
Bohrungen und Flächen; Kontrolle von Winkeln;
Kontrolle des Abstandes
zwischen zwei oder mehreren Punkten.
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Es versteht sich, daß diese Aufzählung nicht abschließend sein kann,
sondern daß sich jederzeit weitere Kontrollgrößen hinzufügen lassen.
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Um einen Einfluß des Bearbeitungszentrums (der Werkzeugmaschine) auf
die durchzuführenden Kontrollen der Werkstücke auszuschalten, lassen sich die folgenden
Maßnahmen ergreifen: 1. Sofern zum Kontrollieren der Werkstücke ein Taster verwendet
wird, so kann dieser in regelmäßigen Abständen - beispielsweise vor jedem Kontrollvorgang
- auf einen Bezugszeiger zurückgeführt werden, der eine feste Position innerhalb
des Bearbeitungszentrums einnimmt.
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Damit wird eine Art Eichung des Tasters bewirkt, womit jeglichen
Verformungen des Tasters oder auf Wärmeeinflüsse und dergleichen zurückgehende Verformungen
des Bearbeitungszentrums ausgeglichen werden.
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2. Die Meßung wird während des Verfahrens des Werkstückes durchgeführt,
um zu vermeiden, daß Fehler in die Messungen eingehen, die auf das Zubehör des Bearbeitungszentrums
zurückzuführen sind (Gleichstrommotor, Positionskreis, Geschwindigkeitskreis, Reibung
usw.).
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3. Es kann wiederum ein geeichtes Werkstück ("Ideal-Werkstück") im
Bereich des Bearbeitungszentrums angeordnet werden.
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Hierdurch läßt sich eine Überprüfung auf geometrische Verformungen
durchführen, die beispielsweise auf Nivellierungseinflüsse oder Verschleiß zurückzuführen
sind.
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Das erfindungsgemäße System läßt sich bei jeder Art von Werkzeugmaschinen
anwenden. Als Meßeinrichtung läßt sich beispielsweise eine numerische Einrichtung
verwenden, die in der Maschine eingestellt ist, ferner unabhängige Meßvorrichtungen.
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Die Erfindung ist anhand des hier beigefügten Blockschaltbildes näher
erläutert. Wie man daraus erkennt, sind Positions-Meßfühler oder Meßtaster vorgesehen
(links im Blockschaltbild) die den drei Koordinaten zugeordnet sind. Ferner erkennt
man Adaptatoren, die bei Eingabe in die numerische Steuerung Meßimpulse liefern,
wann immer das Bearbeitungszentrum Bewegungen ausführt (z. B. bei Arbeitsvorgängen).
Für die drei Achsen x, y und z wird z. B. für eine Bewegung von einem halben Mikron
je ein Impuls abgegeben.
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Diese Impulse werden in den drei im Blockschaltbild dargestellten
Impulszählern aufaddiert. Wie man ferner sieht, ist jedem Impulszähler ein Zwischenspeicher
zugeordnet.
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Wenn der im Blockschaltbild links oben schematisch dargestellte Taster
das Werkstück berührt, und wenn man hierbei ein Signal dieses Tasters erhält, so
kann man an den drei Impulszählern jeweils den genauen Wert ablesen. Dieser Wert
wird in den drei genannten Zwischenspeichern gespeichert.