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Verfahren und Vorrichtung zum Nullabgleich eines
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Meßkopfes bei Rundschleifmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Nullabgleich eines Meßkopfes bei Rundschleifmaschinen gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Bei Rundschleifmaschinen
ist zur Steuerung des Werkzeugschlittens eine dauernde Kontrolle des Istmaßes des
Werkstückes vorgesehen, um beim Erreichen vorgebbarer Sollwerte die Zustellung des
Werkzeugschlittens, d. h. die Bearbeitung des Werkstücks abzubrechen. Hierzu liegen
die Tastköpfe der Meßbacken diametral gegenüberliegend am Werkstück an, wobei sie
naturgem#ß\ aufgrund der Oberflächenrauhheit des Werkstücks einem gewissen Verschleiß
unterliegen. Es ist daher vorgesehen, vor In#betriebnahme der Rundschleifmaschine
die eßbccn bis zur Anlage der TastköpEe aneinander zu verfahren, um so den auf der
Drehachse des Werkstücks liegenden Nullpunkt zu bestimmen. Danach wurden die Meßbacken
wieder auseinandergefahren, ein Werkstück in die Rundschleifmaschine eingespannt
und der Bearbeitungsvorgang aufgenommen.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß ein während dem Betrieb der
Rundschleifmaschine aufgrund des Abriebs der Tastköpfe entstehendes Fehlmaß nicht
vermieden werden kann. Es ist daher erforderlich, nach Fertigstellung eines Werkstücks
dieses jeweils manuell zu kontrollieren, um beim Auftreten zu großer Fehlmaße einen
erneuten Nullabgleich durchzuführen. Die nachträgliche manuelle Kontrolle des Fertigmaßes
erhöht aber die Stückzeit pro Werkstück unvertretbar, so daß trotz weitgehend automatischem
Rundschleifen der Stückpreis pro Fertigprodukt relativ hoch ist. Zudem kommt hinzu,
daß der Nullabgleich relativ umständlich und daher zeitaufwendig ist, was wiederum
mit jedem Nullabgleich zu einer Erhöhung der Stückzeit führt.
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Weiterhin sind mit einem derartigen Nullabgleich die aufgrund von
Wärmeausdehnungen entstehenden Fehlmaße nicht auszuschalten.
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Bei der bekannten Vorrichtung ist zudem der Meßkopf an einem Träger
drehfest angeordnet, so daß ein Nullabgleich nur bei entladener Maschine ausgeführt
werden kann, ein Nullabgleich nach Teil fertigung eines eingespannten Werkstücks
daher nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Nullabgleich
eines Meßkopfes bei Rundschleifmaschinen anzugeben, mit dem bei Senkung der Stückzeit
zu jedem beliebigem Zeitpunkt ein Nullabgleich unter Berücksichtigung des Abriebs
an den Tastköpfen der Meßbacken möglich ist, und bei dem zumindest teilweise die
Wärmeausdehnung des Materials berücksichtigbar ist.Weiterhin soll eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch das wiederholte Messen des Referenzmeßzapfens, dessen Durchmesser
bekannt ist, ist beliebig oft ein Nullabgleich unter Berücksichtigung von Abnützung
und Wärmeausdehnungen möglich. Ein umständliches Verfahren der Meßbacken bis zur
Anlage aneinander bei entnommenem Werkstück kann entfallen, ebenso, wie die nachträgliche
Maßkontrolle überflüssig ist. Die Stückzeit kann somit wesentlich gesenkt werden.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
in Anspruch 7 angegeben. Die Anordnung von zwei Drehachsen ermöglicht eine Verstellung
des Meßkopfes zum Referenzmeßzapfen bei minimalem Verschwenkweg, so daß z. B. bei
wiederholtem Nullabgleich während der Fertigung nur eine kurze Betriebsunterbrechung
der,Rundschleifmaschine erforderlich ist.
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In bevorzugter Ausführungsform entspricht der Referenzmeßzapfen dem
Fertigmaß des herzustellenden Werkstücks, so daß ein aufgrund des Abriebs mögliches
Fehlmaß vollständig vermieden ist. Ist der Referenzmeßzapfen aus dem gleichen Material
gefertigt wie das zu bearbeitende Werkstück, so können auch die Wärmeausdehnungen
beim Nullabgleich berücksichtigt werden. Für eine sehr genaue Bearbeitung wird ein
Referenzmeßzapfen in die Wechselhalterung eingesetzt, der dem Fertigmaß des Werkstückes
entspricht und aus dem Material des Werkstücks hergestellt ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Rundschleifmaschine mit erfindungsgemäßer
Vorrichtung, Fig. 2 in stark vergrößerter Darstellung den Tasterkopf einer Meßbacke,
Fig. 3 eine Frontansicht der erfindungsqemäßen Vorrichtung, Fig. 4 eine Seitenansicht
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Anhand des schematisch dargestellten Aufbaus der Rundschleifmaschine\1aus
Fig. 1 ist die Anordnung des Meßkopfes 2 ersichtlich. Dieser ist um eine Achse A
drehbar an einem Schwenkbarm 3 befestigt, dessen Lagerachse L sich an einem Träger
4 befindet. Die Achsen A und L sind zueinander parallel, so daß der Meßkopf 2 in
einer zu den Achsen A, L rechtwinkligen, senkrechten Ebene verschwenkbar ist. Die
Achsen A und L liegen beim Schleifen von Wellen ebenfalls parallel zur Werkstückdrehachse
D, so daß die Werkzeugdrehachse senkrecht auf der .Verschwenkebene des Meßkopfes
steht. Die Meßbacken 7, 8 liegen in Arbeitsstellung am Umfang des Werkstücks an,
so wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der so ermittelte, dem momentanen Durchmesser
der Welle entsprechende Meßwert wird einer nicht näher #eigten Maschinensteuerung
zugeführt, die die Zustellung des am Werkzeugschlitten 5 befestigten
Schleifwerkzeugs
9 zum Werkstück 10 (Fig. 4) steuert.
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Während dem Schleifvorgang werden die vom Meßkopf 2 ermittelten Meßwerte
durch eine Elektronik der Maschinensteuerung mit vorgegebenen Sollwerten verglichen.
Sind die vorgegebenen Sollwerte erreicht, so unterbricht die Maschinensteuerung
die Zustellung des Werkzeugschlittens 5 und fährt diesen in seine Ausgangsstellung
zurück. Das Werkstück 10 hat das den vorgegebenen Sollwerten entsprechende Maß erreicht.
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Die Meßbacken 7, 8 des Meßkopfes 2 sind gegeneinander verfahrbar,
wobei über geeignete W>g/Spannungsumsetzer oder dgl. ein dem Abstand der Tastköpfe
11 entsprechendes Signal abgegeben wird. Da die Tastköpfe 11 in Arbeitsstellung
am rotierenden Werkstück 10 anliegen, unterliegen sie einer gewissen Abnutzung,
die als Fehlmaß in die Messung eingeht. Wie in Fig. 2 stark übertrieben dargestellt,
wird die am Werkstück 10 anliegende Oberfläche des Tastkopfes 11 entsprechend dem
Radius des Werkstücks 10 ausgerieben, so daß an einem Tastkopf 11 ein Fehlmaß u
entsteht.
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Zum wiederholten Nullabgleich und somit zur Ausschaltung des Fehlmaßes
u wird der Meßkopf 2 mittels des Schwenkarms 3 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt aus
dem Arbeitsbereich am Werkstück 10 so weit verschwenkt, bis von den Meßbacken 7,
8 ein im Schwenkbereich angeordneter Referenzmeßzapfen 12 erfaßt werden kann (siehe
Fig. 4).
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Die Meßbacken werden in Anlage an den Referenzmeßzapfan verfahren,
wonach die dann gegebene Stellung der Meßbacken 7, 8 als Nullage bzw. das dann abgegebenen
Meßsignal des Meßkopfes 2 als Nullwert gesetzt wird. Aufgrund
der
an einem Realmaß vorgenommenen Nulleichung geht eine Abnutzung der Tastköpfe 11
nicht in einen nach der Nullung ermittelten Durchmesserwert ein, so daß Maß fehler
bei der Fertigung von Wellen weitgehend vermieden sind.
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In den Fig. 3 und 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im einzelnen
gezeigt. An einem im Maschinenbett verankerten Ständer 13 ist ein Schlitzen 14 längsverschiebbar
zum Werkstück 10 angeordnet. Der Schlitten 14 wird in Verschieberichtung 40 von
einer motorgetriebenen Spindel 17 bewegt, deren Antriebsmotor 16 am Ständer 13 befestigt
ist.
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Der Schlitten 14 hat eine in Frontansicht L-förmige Gestalt, wobei
im Bereich des kürzeren Schenkels die Spindel 17 angreift. Oberhalb des kürzeren
Schenkels ist ein Motor 15 befestigt, dessen etwa parallel zum oberen Schenkel des
L liegende Antriebswelle 19 drehfest mit dem etwa in der Mitte des L angeordneten
Schwenkarm 3 verbunden ist, wobei die Antriebswelle 19 die Lagerachse L definiert.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist im Schwenkarm 3 eine achsgleich zur
Lagerachse L liegende Riemenscheibe 20 angeordnet, die von einem am Schlitten 14
befestigten Motor 18 (Fig. 3) antreibbar ist. Am freien Encle 21 des Schwenkarms
3 ist um die Achse A drehbar der Meßkopf 2 gehalten.
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Die Achse A sowie die Lagerachse h liegen zueinander parallel, so
daß der Meßkopf nur in einer zu den Achsen L, A senkrechten Ebene 26 (Fig.3) verschwenkbar
ist. Der Meßkopf 2 ist in der gezeigten Ausführungsform über ein im Schwenkarm 3
gelagertes Wellenstück 22 mit dem Schwenkarm 3 verbunden, wobei das Wellenstück
22 drehfest am Meß-
kopf 2 befestigt ist Auf dem im Schwenkarm
3 liegenden freien Ende des Wellenstückes 22 ist eine Riemenscheibe 23 drehfest
angeordnet. Die Riemenscheiben 20, 23 sind einem Zahnflachriemen 24 angepaßt, der
die Riemenscheiben 20, 23 kraft- bzw. formschlüssig umschlingt, was durch eine Spannvorrichtung
(25) sichergestellt ist.
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Auf der dem Meßkopf zugewandten axialen Stirnseite 27 (Fig.3) des
Schlittens 14 ist in einer Halterung 28 der Referenzmeßzapfen 12 derart befestigt,
daß dessen Achse R ebenfalls senkrecht auf der Schwenkebene 26 steht. Dabei durchragt
der Referenzmeßzapfen 12 die Schwenkebene 26 zumindest geringfügig, um ein sicheres
Erfassen des Meßzapfens 12 durch die Meßbacken 7, 8 sicherzustellen.
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Der Referenzmeßzapfen 12 ist vorzugsweise auswechselbar in der Halterung
28 vorgesehen, so daß Meßzapfen unterschiedlichen Materials und unterschiedlicher
Abmessungen einsetzbar sind. So kann zur Vermeidung von Maßfehlern auch die Temperaturausdehnung
des Werkstücks berücksichtigt werden, wenn hierzu ein Referenzmeßzapfen 12 eingesetzt
wird, der aus demselben Material besteht wie das Werkstück 10 und dessen Maße vorzugsweise
den Fertigmaßen des Werkstückes 10 entsprechen.
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Der Referenzmeßzapfen 12 ist aufgrund seiner Anordnung am Schlitten
14 weitgehend verschmutzungsfrei angeordnet, da seine Lage außerhalb des normalen
Arbeitsraums des Werkstücks 10 liegt und so vermieden wird, daß Schleifstaub, Schleifschlamm
oder sonstige Schmutzpartikel sich auf ihm ablagern und den Nullabgleich beeinträchtigen.
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Wie aus der Seitenansicht gemäß Fig. 4 zu entnehmen, liegt der Meßkopf
in Arbeitsstellung etwa 50 zur Senkrechten
geneigt, wobei die Meßbacken
7, 8 mit ihren Tastköpfen 11 diametral am Werkstück 10 anliegen. Zum Nullabgleich
werden die Meßbacken 7, 8 vom Werkstück 10 abgehoben und der -Meßkopf 2 um die Achse
A durch Antrieb des Motors 18 über den Riemenantrieb 28 in Pfeilrichtung 41 in die
strichliert angedeutete Lage 29 verschwenkt. Nunin##ir wird durch Inbetriebnahme
des Motors 15 der Schwenkarm 3 um die Lagerachse L in Pfeilrichtung 42 verschwenkt,
wobei diese Schwenkbewegung etwa 1800 umfaßt.
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Der Meßkopf 2 gelangt nunmehr in seine obere, strichliert dargestellte
Lage 30.
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Da der den Riementrieb 28 antreibende Motor 18 am Schlitten 14 festgelegt
ist, wird sich die auf der Antriebswelle des Motors 18 befestigte Riemenscheibe
20 beim Verschwenken des Schwenkarms 3 nicht mitbewegen, so daß der Zahnflachriemen
24 bei der Schwenkbewegung auf der Umfangsfläche der Riemenscheibe 20 abgerollt
wird. Dies hat zur Folge, daß sich proportional zur Schwenkbewegung die Riemenscheibe
23 dreht, wodurch erzielt wird, daß der Meßkopf 2 auf der Schwenkbahn um die Achse
L seine durch den Antriebsmotor 18 eingestellte Lage 29 beibehält.
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Hat der Schwenkarm 3 die für den Nullabgleich erforderliche obere
Lage 30 eingenommen, so wird nach Stillstand des Motors 15 der Motor 18 den Meßkopf
2 entgegen der ersten Schwen##beweggng 41 um die Achse A zum Referenzmeßzapfen 12
verschwenken, bis die Meßbacken 7, 8 diametral gegenüberliegend am Referenzmeßzapfen
12 angelegt werden können.
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Vorteilhafterweise sind die vom Motor 18 ausgeführten Schwenkbewegungen
um die Achse A (Pfeil 43) in llirem Betrage jeweils gleich, weshalb
der
Aufwand zur Steuerung der Schwenkbewegungen relativ niedrig gehalten werden kann.
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Dies wird durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Riementrieb erleichtert,
der ein weiteres Verschwenken des Meßkopfes 2 um die Achse A beim Anheben des Meßkopfes
in die Lage 30 verhindert.
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Damit keine die Funktionsweise und die Stellgenauigkeit beeinträchtigenden
Schmutzteile in den Riementrieb 28 eindringen können, ist dieser gekapselt ausgeführt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, anstatt des Riementriebes
einen Kettentrieb vorzusehen.
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Je nach erforderlicher Genauigkeit der Bearbeitung des Werkstücks
10 bzw. der zugelassenen Herstellungstoleranzen kann der Nullabgleich nach Fertigstellung
eines Werkstückes oder auch nach Fertigstellung mehrerer Werkstücke 10 erfolgen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, den Nullabgleich mehrfach während der Herstellung
eines Werkstückes 10 vorzusehen, wobei jedoch für die Dauer des Nullabgleichs jeweils
die Bearbeitung unterbrochen werden muß.
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Im normalen Gebrauch der Vorrichtung ist vorgesehen, einen Referenzmeßzapfen
12 beliebigen Durchmessers einzusetzen, wobei sein Durchmesser von dem Fertigmaß
des Werkstückes beliebig abweichen kann. Bei genauestenBearbeitungen wird jedoch
ein Referenzmeßzapfen# 12 gewählt, der im Durchmesser und im Material dem fertiggestellten
Werkstück entspricht.
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Vor Herstellung eines Werkstückes werden die erforderlichen FertigmaBe
über Programm oder Handtastatur der Maschinensteuerung eingegeben, der ebenfalls
der Durchmesser des Referenzmeßzapfens eingegeben wird. Ausgehend von diesen
Werten
ermittelt die Maschinensteuerung die maschineninternen Sollwerte für das Werkstück,
bei deren Erreichen die Bearbeitung abgebrochen werden muß. Aufgrund der wiederholten
Eichung auf den bekannten Durchmesser des Referenzmeßzapfens 12 ist sichergestellt,
daß unabhängig von einem Verschleiß an den Meßbacken oder Wärmeausdehnungen auch
bei Massenfertigungen immer das geforderte Fertigmaß erzielt wird Eine nachträgliche
Kontrolle der fertiggestellten Werkstücke kann daher entfallen, so daß die Stück
zeiten zur Herstellung der Fertigteile vermindert ist.
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