DE3136443C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Nullabgleich eines Meßkopfes bei Rundschleifmaschinen gemäß Oberbe­ griff des Anspruchs 1, wie es aus der Zeitschrift Werkstatt und Betrieb, Nr. 108 (1975), Heft 11, S. 739-746 bekannt ist, und umfaßt auch eine Vorrichtung zum Durch­ führen des Verfahrens.

Bei Rundschleifmaschinen ist zur Steuerung des Werkzeug­ schlittens eine dauernde Kontrolle des Istmaßes des Werkstückes vorgesehen, um beim Er­ reichen vorgebbarer Sollwerte die Zustellung des Werk­ zeugschlittens, d. h. die Bearbeitung des Werkstücks abzu­ brechen. Hierzu liegen die Tastköpfe der Meßbacken dia­ metral gegenüberliegend am Werkstück an, wobei sie natur­ gemäß u. a. aufgrund der Oberflächenrauhheit des Werkstücks einem gewissen Verschleiß unterliegen. Es ist daher vorge­ sehen, vor Inbetriebnahme der Rundschleifmaschine die Meßbacken bis zur Anlage der Tastköpfe aneinander zu ver­ fahren, um so den auf der Drehachse des Werkstücks liegenden Nullpunkt zu bestimmen. Danach wurden die Meß­ backen wieder auseinandergefahren, ein Werkstück in die Rundschleifmaschine eingespannt und der Bearbeitungsvor­ gang aufgenommen.

Nachteilig bei diesem bekannten 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 Nullab­ gleich durchzuführen. Die nachträgliche manuelle Kontrolle des Fertigmaßes erhöht aber die Stückzeit pro Werkstück unvertretbar, so daß trotz weitgehend automatischem Rund­ schleifen 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.

Weiterhin sind mit einem derartigen Nullabgleich die auf­ grund von Wärmeausdehnungen entstehenden Fehlmaße nicht auszuschalten.

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 Teilfertigung eines eingespannten Werkstücks daher nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Nullabgleich eines Meßkopfes bei Rundschleifmaschinen anzugeben, mit dem bei Senkung der Stückzeit zu jedem be­ liebigen 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 Vor­ richtung zum Durchführen dieses Verfahrens angegeben werden.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach dem Anspruch 1 bzw. mit der Vor­ richtung nach dem Anspruch 4 gelöst.

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 ent­ fallen, ebenso wie die nachträgliche Maßkontrolle über­ flüssig ist. Die Stückzeit kann somit wesentlich gesenkt werden.

Die Anordnung von zwei Drehachsen ermöglicht ein Verstellen des Meßkopfes zum Referenzmeßzapfen bei minimalem Verschwenkweg, so daß z. B. bei wiederholtem Nullabgleich während der Fertigung nur eine kurze Betriebsunterbrechung der Rund­ schleifmaschine erforderlich ist.

In bevorzugter Ausführungsform entspricht der Referenz­ meßzapfen dem Fertigmaß des herzustellenden Werkstücks, so daß ein aufgrund des Abriebs mögliches Fehlmaß voll­ ständig 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 Wechsel­ halterung eingesetzt, der dem Fertigmaß des Werkstückes entspricht und aus dem Material des Werkstücks herge­ stellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Rundschleifmaschine,

Fig. 2 in stark vergrößerter Dar­ stellung den Tasterkopf einer Meßbacke,

Fig. 3 eine Frontansicht der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung.

Anhand des schematisch dargestellten Aufbaus der Rund­ schleifmaschine 1 aus Fig. 1 ist die Anordnung des Meßkopfes 2 ersichtlich. Dieser ist um eine Achse A drehbar an einem Schwenkarm 3 befestigt, dessen Lagerachse L sich an einem Träger 4 befindet. Die Achsen A und L sind zuein­ ander parallel, so daß der Meßkopf 2 in einer zu den Achsen A, L rechtwinkligen, senkrechten Ebene verschwenk­ bar ist. Die Achsen A und L liegen beim Schleifen von Wellen ebenfalls parallel zur Werkstückdrehachse D, so daß die Werkzeugdrehachse senkrecht auf der Verschwenk­ ebene 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 momen­ tanen Durchmesser der Welle entsprechende Meßwert wird einer nicht näher gezeigten Maschinensteuerung zugeführt, die die Zustellung des am Werkzeugschlitten 5 befestigten Schleifwerkzeugs 9 zum Werkstück 10 (Fig. 4) steuert.

Während des Schleifvorgangs werden die vom Meßkopf 2 er­ mittelten Meßwerte durch eine Elektronik der Maschinen­ steuerung 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 ent­ sprechende Maß erreicht.

Die Meßbacken 7, 8 des Meßkopfes 2 sind gegeneinander ver­ fahrbar, wobei über geeignete Weg/Spannungsumsetzer oder dgl. ein dem Abstand der Tastköpfe 11 entsprechendes Signal abgegeben wird. Da die Tastköpfe 11 in Arbeits­ stellung am rotierenden Werkstück 10 anliegen, unterliegen sie einer gewissen Abnutzung, die als Fehlmaß in die Messung eingeht. Wie in Fig. 2 stark übertrieben darge­ stellt, 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.

Zum wiederholten Nullabgleich und somit zur Ausschaltung des Fehlmaßes u wird der Meßkopf 2 mittels des Schwenk­ arms 3 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt aus dem Arbeits­ bereich am Werkstück 10 so weit verschwenkt, bis von den Meßbacken 7, 8 ein im Schwenkbereich angeordneter Referenzmeßzapfen 12 erfaßt werden kann (siehe Fig. 4). Die Meßbacken werden in Anlage an den Referenzmeßzapfen verfahren, wonach die dann gegebene Stellung der Meß­ backen 7, 8 als Nullage bzw. das dann abgegebene Meß­ signal 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 Maßfehler bei der Fertigung von Wellen weitgehend vermieden sind.

In den Fig. 3 und 4 ist die erfindungsgemäße Vorrich­ tung im einzelnen gezeigt. An einem im Maschinenbett verankerten Ständer 13 ist ein Schlitten 14 längsverschieb­ bar 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.

Der Schlitten 14 hat eine in Frontansicht L-förmige Ge­ stalt, 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.

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 Ende 21 des Schwenkarms 3 ist um die Achse A drehbar der Meßkopf 2 gehalten. Die Achse A sowie die Lagerachse L 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 Schwenk­ arm 3 gelagertes Wellenstück 22 mit dem Schwenkarm 3 ver­ bunden, 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.

Auf der dem Meßkopf zugewandten axialen Stirnseite 27 (Fig. 3) des Schlittens 14 ist in einer Halterung 28 der Referenz­ meßzapfen 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 Meß­ zapfens 12 durch die Meßbacken 7, 8 sicherzustellen.

Der Referenzmeßzapfen 12 ist vorzugsweise auswechselbar in der Halterung 28 vorgesehen, so daß Meßzapfen unter­ schiedlichen Materials und unterschiedlicher Abmessungen einsetzbar sind. So kann zur Vermeidung von Maßfehlern auch die Temperaturausdehnung des Werkstücks berück­ sichtigt werden, wenn hierzu ein Referenzmeßzapfen 12 eingesetzt wird, der aus demselben Material besteht wie das Werkstück 10 und dessen Maße vorzugsweise den Fertig­ maßen des Werkstückes 10 entsprechen.

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 Schleif­ staub, Schleifschlamm oder sonstige Schmutzpartikel sich auf ihm ablagern und den Nullabgleich beeinträchtigen.

Wie aus der Seitenansicht gemäß Fig. 4 zu entnehmen, liegt der Meßkopf in Arbeitsstellung etwa 5° 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. Nunmehr wird durch Inbetriebnahme des Motors 15 der Schwenkarm 3 um die Lagerachse L in Pfeilrichtung 42 ver­ schwenkt, wobei diese Schwenkbewegung etwa 180° umfaßt. Der Meßkopf 2 gelangt nunmehr in seine obere, strichliert dargestellte Lage 30.

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 Zahnflach­ riemen 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.

Hat der Schwenkarm 3 die für den Nullabgleich erforder­ liche obere Lage 30 eingenommen, so wird nach Stillstand des Motors 15 der Motor 18 den Meßkopf 2 entgegen der ersten Schwenkbewegung 41 um die Achse A zum Referenzmeß­ zapfen 12 verschwenken, bis die Meßbacken 7, 8 diametral gegenüberliegend am Referenzmeßzapfen 12 angelegt werden können.

Vorteilhafterweise sind die vom Motor 18 ausgeführten Schwenkbewegungen um die Achse A (Pfeil 43) in ihrem Betrage jeweils gleich, weshalb der Aufwand zur Steuerung der Schwenkbewegungen relativ niedrig gehalten werden kann.

Dies wird durch den gemäß dem Anspruch 7 ausgebildeten Riemen­ trieb 28 erleichtert, der ein weiteres Verschwenken des Meß­ kopfes 2 um die Achse A beim Anheben des Meßkopfes in die Lage 30 verhindert.

Damit keine die Funktionsweise und die Stellgenauigkeit beeinträchtigenden Schmutzteile in den Riementrieb 28 ein­ dringen können, ist dieser gekapselt ausgeführt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstatt des Riementriebes einen Kettentrieb vorzusehen.

Je nach erforderlicher Genauigkeit der Bearbeitung des Werkstücks 10 bzw. der zugelassenen Herstellungstoleran­ zen kann der Nullabgleich nach Fertigstellung eines Werk­ stückes oder auch nach Fertigstellung mehrerer Werk­ stücke 10 erfolgen. Selbstverständlich ist es auch mög­ lich, den Nullabgleich mehrfach während der Herstellung eines Werkstückes 10 vorzusehen, wobei jedoch für die Dauer des Nullabgleichs jeweils die Bearbeitung unter­ brochen werden muß.

Im normalen Gebrauch der Vorrichtung ist vorgesehen, einen Referenzmeßzapfen 12 beliebigen Durchmessers einzu­ setzen, wobei sein Durchmesser von dem Fertigmaß des Werkstückes beliebig abweichen kann. Bei genauesten Bear­ beitungen wird jedoch ein Referenzmeßzapfen 12 gewählt, der im Durchmesser und im Material dem fertiggestellten Werkstück entspricht.

Vor Herstellung eines Werkstückes werden die erforderlichen Fertigmaße über Programm oder Handtastatur der Maschinen­ steuerung eingegeben, der ebenfalls der Durchmesser des Referenzmeßzapfens eingegeben wird. Ausgehend von diesen Werten ermittelt die Maschinensteuerung die maschinenin­ ternen 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 Wärmeaus­ dehnungen auch bei Massenfertigungen immer das geforderte Fertigmaß erzielt wird. Eine nachträgliche Kontrolle der fertiggestellten Werkstücke kann daher entfallen, so daß die Stückzeit zur Herstellung der Fertigteile vermindert ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Nullabgleich eines Meßkopfes bei Rund­ schleifmaschinen, bei dem zwei gegeneinander verfahrbare Meßbacken des Meßkopfes in Arbeitsstellung diametral gegenüberliegend an einem Werkstück anliegen und die Meßwerte des Meßkopfes einer Maschinensteuerung zur Führung eines Schleifwerkzeuges zugeführt werden und bei dem zum Nullabgleich des Meßkopfes dessen Meßbacken an einem Referenzmeßzapfen angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) zu jedem beliebig vorwählbaren Zeitpunkt - auch während der Bearbeitung des Werkstücks - nach Abheben der Meßbacken (7, 8) vom Werkstück (10) um eine erste Achse (A) aus dem Werkstückbereich verschwenkt wird, dann der Meßkopf (2) um eine zweite Achse (L) vom Werkstück weg zu dem im Schwenkbereich angeordneten Referenzmeßzapfen (12) verschwenkt wird, wonach der Meßkopf (2) um die erste Achse (A) in den Bereich des Referenzmeßzapfens (12) verschwenkt wird, die Meßbacken zum Nullabgleich ange­ legt werden und danach zur Maßkontrolle des Werkstücks (10) zu diesem zurückverschwenkt und angelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) nur in einer zur Achse (D) des Werkstücks rechtwinklig liegenden, die Meßbacken (7, 8) enthaltenden senkrechten Ebene (26) verschwenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) seine nach Verschwenken um die erste Achse (A) eingenommene Stel­ lung (29) beim Verschwenken um die zweite Achse (L) beibehält.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem aus zwei gegeneinander verfahrbaren Meßbacken bestehenden Meßkopf (2), der längs eines in der Rundschleifmaschine eingespannten Werkstücks (10) dessen Durchmesser erfaßt und um eine erste Achse (A) verschwenkbar an einem Schwenkarm (3) mit einer zur ersten Achse (A) parallelen Lagerachse (L) befestigt ist, die mit Abstand zur ersten Achse (A) angeordnet ist, derart, daß beide Achsen (A, L) parallel zur Werkstückdrehachse (D) der Rundschleifmaschine (1) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Werkstück­ arbeitsraums im Schwenkbereich des Meßkopfes (2) ein von den Meßbacken (7, 8) erfaßbarer Referenzmeßzapfen (12) angeordnet ist, der die Verschwenkebene (26) des Meß­ kopfes (2) rechtwinklig durchragt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für den Schwenk­ arm (3) um die Lagerachse (L) ein an einem Träger (4) befestigter erster Motor (15) angeordnet ist und ein zweiter Motor (18) mit einem zur Lagerachse (L) achs­ gleichen Antriebselement (20) vorgesehen ist, das über eine Übertragungseinrichtung (22, 23, 24, 25) den Meß­ kopf (2) um die erste Achse (A) verschwenkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor (18) am Träger (4) festgelegt ist und als Übertragungsein­ richtung ein Riementrieb (28) oder Kettentrieb vorge­ sehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Riementrieb (28) durch einen Zahnflachriemen (24) gebildet ist, der das als Riemenscheibe (20) angeordnete Antriebselement des zweiten Motors (18) und eine drehfest mit dem Meßkopf (2) verbundene zweite Riemenscheibe (23) umschlingt, die achsgleich mit der ersten Achse (A) angeordnet ist, und daß am Riemen (24) eine Spannvorrichtung (25) angreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (20, 23, 24, 25) gekapselt im Schwenkarm (3) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzmeßzapfen (12) auswechselbar am Träger (4) befestigt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) als Schlitten (14) ausgebildet ist, der auf einem Ständer (13) vor­ zugsweise motorgetrieben längs des Werkstücks (10) verfahrbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) in Arbeitsstellung am Werkstück (10) um etwa 5° geneigt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Referenzmeßzapfens (12) vom Fertigdurchmesser des Werk­ stücks (10) abweicht, vorzugsweise kleiner als der Fertigdurchmesser ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Referenzmeßzapfens (12) dem Fertigdurchmesser des Werkstücks (10) entspricht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzmeßzapfen (12) aus dem gleichen Material wie das Werkstück (10) gefertigt ist.