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Verfahren zum eststellen bzw. Erfassen von Meßwerten
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und zum Ausführen von linearen Messungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen,und
Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens Die erfindung betrifft ein
Verfahren zum eststellen bzw. erfassen von Meßwerten und zum Ausführen von linearen
Messungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, bei dem eine Vorrichtung zum Messen
von zurückgelegten Wegen am Werkzeugträgerschlitten befestigt ist und mit einem
feststehenden Anschlag- und Kontrollelement zusammenwirkt. Die Erfindung betrifft
weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens, schließlich bezieht
sie sich auch auf ein beim neuen Verfahren zu verwendendes gelochtes Stahlband.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein
Ende des Anschlag- und Kontrollelementes unter Einwirkung
der Wärmeausdehnungen
frei verstellbar ist und mit einer zum Hessen der Wärmeausdehnungen geeigneten Messeinrichtung
zusammenwirkt, die jeweils das ausmaß der Wärmeausdehnungen mißt und die Daten der
Kontroll- und Steuereinheit der Werkzeugmaschine mitteilt, damit sie diese Daten
bei der teuerung der Bewegungen des Werkzeugträgerschlittens automatisch berücksichtigt.
Hierbei kann z. B. das Anschlag-und isontrollelement aus einem gelochten Stahlband
bestehen, das mit Hilfe einer konstanten Kraft (Drehmoment) gespannt gehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung schlägt also ein Verfahren und entsprechende
Vorrichtungen vor, mit deren hilfe man mit der größtmöglichen Präzision Iießwerte
und/oder lineare Messungen ieststellen und erfassen kann, z. 15. an Maschinen von
der art der numerisch gesteuerten maschinen.
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as erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, Messungen höchster präzision
mit Toleranzen von wenigen Mikron pro ieter auszuführen, wobei Vorrichtungen mit
wesentlich geringeren Gestehungskosten im Vergleich zu wenigen der zur Zeit verwendeten
Vorrichtungen benutzt werden, die es gestattetl, konstante resultate unabhängig
von den Temperaturveränderungen zu erzielen. Wenn z. B. Werkzeugmaschinen bekannt
wird, bei denen es möglich ist, dem Schlitten micro-Veretrisciie/stellbewegungen
zu erteilen, besteht das sic hierbei
ergebende Problem darin, diese
Verstellbewegungen mit Genauigkeit zu erfassen und festzustellen, mit dem Zweck,
die Präzisioneseigenschaften der Maschine vollständig auszunutzen.
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Die heutzutage verwendeten Systeme zum Feststellen und Frfassen der
Meßwerte auf Werkzeugmaschinen sind verschieden.
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In einigen fällen wird entlang der Bahn des Werkzeugträgerschlittens
ein Element aus transparentem Kristall positioniert bzw. angeoranet, auf dem eine
Reihe von Fähnchen, Strichen oder dergleichen durch Ablagern, z. B. von Eisenoxyd
autgetragen werden. Lin mit dem Werkzeugtrügerschlitten test verbundener optischer
Laser gleitet während der Bewegung entlang dieser Führung und mißt auf diese Weise
die Verstellbewegungen.
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Bei anderen Maschinen hingegen erzeugen die Verstellbewegungen des
Schlittens eine translatorische Verschiebung entlang ihrer eigenen Achse einer Welle
auf,deren Außenfläche eine schraubenförmige Nut oder Rille vorgesehen ist, die mit
in Kontakt miteinanderstehenden metallischen Kügelchen gefüllt ist, die in ihrer
Lage mit Hilfe einer außenhülle gehalten werden. Jede Verstellbewegung der Welle
erzeugt entlang der but oder rille eine proportionale Verstellbewegung der Kügelchen,
die, indem sie mit Hilfe geeigneter Geräte oder Vorrichtungen gemessen wird, die
gewünschte Angabe gibt.
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bei anderen Maschinen werden hingegen Vorrichtun:en bekannter Art
verwendet, die ein Zahnrad enthalten, das nit einer feststehenden zahnstange eingreift,
die entlang der bahn des Werkzeugträgrschlittens angeordnet ist. Die obigen Vorrichtungen
elektromechanischer Art werden am Werkzeugträgerschlitten befestigt. Die Drehbewegungen
oder Umdrehungen der das Zahnrad tragende Welle, erzeugen, indem sie in geeigneter
Weise mit Iiilfe von Zahnradgetrieben hoher Präzision vergrößert bzw. vervielfacht
werden, eine Reihe von elektronischen Impulsen, die das genaue Ausmaß der Verstellbewegung
geben.
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alle obenbeschriebenen Systeme weisen jedoch gewisse Lachteile auf:
entweder sind sie nicht ausreichend genau oder sie gestatten nicht das Ausführen
von ausreichend feinen Messunger oder schließlich sind sie einer außergewöhnlichen
Abnutzung unterworfen. In jedem Halle machen sie Vorrichtungen mit extrem hohen
Gestehungskosten erforderlich,åie eine Präzision bei der Montage verlangen, die
ihrerseits beachtliche Probleme nit sich bringen. Es reicht, in diesem Zusammenhang
daran zu denken, daß für das Positionieren und Ausrichten der rektifizierten Zahnstangen
normalerweise Geräte mit Laserstrahlen verwendet werden. Dies alles erhöht noch
mehr die bereits vorhandenen Schwierigkeiten, insbesondere in den fällen, in denen
die Kontroll- Steuergeräte nach der Auslieferung der Maschine montiert werden.
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Ein anderes großes Problem, dem man begegnet, ergibt sich aus den
auf die Temperaturänderungen zurückzuführenden Ausdehnungen. In der Tat ist es unnötig,
Maschinen einzusetzen, die in der Lage sind, Verstellbewegungen in der Größenordnung
von wenigen Mikron festzustellen, wenn die Wärmeverformungen wesentlich größer sind.
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£Mererseits ist es wegen der Kompliziertheit der Maschinen praktisch
unmöglich, diese Ausdehnungen und Verformungen mit Genauigkeit und Präzision einzuschätzen
und zu bewerten.
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Es ergibt sich deshalb, daß das erfindungsgemäße Verfahren von außerordentlicher
Nützlichkeit ist, das gestattet, eine präzise Messung der Verstellbewegungen des
Werkzeugträgerschlittens unabhängig von den Temperaturänderungen und unter Verwendung
von wirtschaftlichen und leicht einzusetzenden zu installierenden Vorrichtungen
durchzuführen.
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as Verfahren gemäß der Erfindung sieht die Verwendung von bekannten
Vorrichtungen vor, die bereits beschrieben worden sind, als man von den Maschinen
gesprochen hat, bei denen eine feststehende Zahnstange verwendet wird, Vorrichtungen,
die es gestatten' auch minimale Drehbewegungen oder Umdrehungen einer Welle um ihre
eigene achse zu messen, indem man sie in eine reihe von elektronische: Impulsen
umwandelt. Der Lösungsgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens, das nun im folgenden
beschrieben werden wird, besteht darin, daß man, um die Drehung der Welle während
der Verstellbewegungen des Werkzeugträgerschlittens hervorzurufen, nicht ein mit
dem Körper der Maschine festverbundenes Anschlag- und ontrollelement, sondern ein
solches Element verwendet, das ein
einziges feststehendes Ende
besitzt, während das andere sr,åe während der auf die Wärmeausdehnungen zurückzuführenden
Verstellbewegungen eine Vorrichtung zum seststellen bzw. Erfassen von Meßwerten
betätigt, die zu der auf dem Workzeugträgerschlitten befestigten und montierten
Vorrichtunganalog ist.Es ist auf diese Weise möglich, eine genaue Bewertung dieser
Ausdehnungen zu erhalten und diesen bei der Steuerung der Verstellbewegungen des
Werkzeugzeugträgerschlittens Rechnung zu tragen.
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Im besonderen ist als Anschlag- und Kontrollelement ein gelochtes
Stahlband vorgesehen, das ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Feststellen bzw. zum Erfassen
von Meßwerten bei Werkzeugmaschinen und zum nusführen von linearen Diessungen ist
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Werkzeugträgerschlitten eine Meßeinrichtung
vorgesehen ist, welche die Drehbewegungen einer Welle mißt, auf der ein Zahnrad
aufgekeilt ist, das mit einem aus einem gelochten Stahlband bestehenden Anschlags-
und Kontrollelement zusamenwirkt, das an einer Seite am Rahmen der Maschine befestiüt
ist und dessen anderes Ende mit Hilfe eines Gegengewichtes gespannt gehalten wird
und mit einer der Heßeinrichtung auf dem Werkzeugträgerschlitten ähnlichen Hinrichtung
zusammenwirkt,
wobei Mittel vorgesehen sind, die geeignet sind, das Ausmaß der Verstellbewegungen
des Werkzeugträgerschlittens in Abhängigkeit von den von einer zweiter, Einrichtung
gemessenen Wärmeverformungen des Stahlbandes zu variieren. Die unordnung kann auch
so getroffen sein, daß ein gelochtes Stahlband vorgesehen ist, das an einer beize
an Grundrahmen der Maschine befestigt ist und an der anderen beite auf eine Rolle
aufgewickelt ist, die an einem mit dem Werkzeugträgerschlitten fest verbundenen
Gestell angebracht ist und mit llilfe eines konstanten Drehmomentes gespannt gehalten
wird, wobei auf dem Gestell auch noch montiert sind ein mit dem Stahlband zusammenwirkendes
Zahnrad und eine Einrichtung, die geeignet ist, die Drehungen der Welle des vorgenannten
Zahnrades zu messen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig.1 Eine Werkzeugmaschine, die mit zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtun6en ausgerüstet ist, in einer Seitenansicht
in schematischer Darstellung, sig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die für
die Ausübung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist und insbesondere
für maschinen Lnit begrenzten Abmessungen zu empfehlen ist, in
einer
schematischen perspektivischen Darstellung in größerem Maßstab, ig. 3 eine einzelheit
des Stahlbandes einer erfindunsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,
i'ig. 4 eine zum Schutz eines Stahlbandes z. B. gemäß sig. 3 dienende i'ührung in
einer perspektivischen Darstellung teilweise geschnitten und ig. 5 die Anordnung
nach Fig. 4 in einem senkrechten Schnitt.
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Bei einer insgesamt in Fig.1 mit 1 bezeichneten Werkzeugmaschine gleitet
der Werkzeugträgerschlitten 2 entlang einem Paar von teststehenden Prismen oder
Führungen 3. Mit dem Werkzeugträgerschlitten 2 ist eine Vorrichtung 4 an sich bekannter
art festverbunden, die in der Lage ist, mit außerordentlicher Genauigkeit auch minimale
Drehbewegungen oder Umdrehungen einer Welle, auf der ein Zahnrad 5 aufgekeilt ist,
zu messen, in dem diese Drehungen in einer Reihe von elektronischen Impulsen um£>ewandelt
werden. Während der Verstellbewegungen des Werkzeugträgerschlittens 2 greift die
Verzahnung des Zahnrades 5 in entsprechende Öffnungen 6 ein, die an einem Stahlband
7 vorgesehen sind.
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Das Stahlband 7 ist einerseits an einem feststehenden Träger oder
Support 8 befestigt, der mit dem Gestell oder Rahmen 9 Ger Maschine festverbunden
ist, während das andere runde des Stahlbandes 7 sich auf einem Zahnrad 10 abstützt,
das zum Za}izrd g Analog ist, wobei das Band durch ein Gegengewicht 11 oder dergleichen
unter Spannung gehalten wird.
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Das Zahnrad 10 ist mit einer nicht dargestellten Vorrichtung oder
zinrichtung verbunden, die analog zur Vorrichtung oder und Einrichtung 4 ist/demzufolge
in der Lage ist, die Drehungen oder Drehbewegungen des Zahnrades 10 zu messen.
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Auf diese Weise werden die Verstellbewegungen des Werke zugträgerschlittens
3 mit Präzision über die Vorrichtung oder Einrichtung 4 gemessen,welche die Winkelverstellungen
um die eibene Welle des Zahnrades 5, dessen Zähne in die Löcher 6 des Stahlbandes
7 eingreifen, in eine Reihe von Impulsen um nadeln oder übersetzen. Da das Stahlband
7 an einem einziger.
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Ende betestigt ist, ist es frei, sich auszudehnen oder zusammenzuziehen
in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen.
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Die Zähne des Zahnrades 10 greifen ebenfalls in die Löcher 6 des Stahlbandes
7 ein, dessen Verlängerungen demzufolge eine Winkelverstellung des Zahnrades 10
erzeugen, die durch das hierzu geeignete Gerät gemessen wird, das demzufolge den
genauen Wert der Verlängerung des Stahlbandes gibt.
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Die testbestellten und erfassten Werte, die den Anderungen r.insichtlich
der Abmessung des Stahlbandes 7 entsprechen, können demzufolge an die Steuer- und
Kontrolleinrichtung der Werkzeugmaschine übermittelt werden, die sie bei der Steuerung
der Verstellbewegungen des Schlittens 2 berücksichtigt.
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«s obenbeschriebene Verfahren kann dann verschiedene Varianten haben:
so z. 3. könnte. die Zugkraft am freien wunde des Stahluanues 7 statt durch ein
Gegengewicht auch durch elastische Elemente oder mit Hilfe eines Motors mit konstantem
Moment ausgeübt werden.
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Ilj gleicher Weise könnten die Winkelverstellungen des Zahnrades 10,
welche das Maß für die Verlängerung des Stahlbandes 7 geben, z. b. mit hilfe eines
Potentiometers hoher Präzision festgestellt und erfasst werden.
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Das Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, zur
die betätigung einer mit dem Werkzeugträgerschlitten festverbundenen Heßeinrichtung
ein Anschlag- und Sontrollelement zu verwenden, das ein freies Ende hat und das
bei jeder seines Verstellbewegungen eine Meßeinrichtung betätigt, die vorzugsweise
zu einer analogen Art wie die am Werkzeugträgerschlitten befestigte Heßeinrichtung
gehört.
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die bereits gesagt, kann die Linneit, welche die Funktionen der Werkzeugmaschine
steuert, der ermittelten und erfassten Verlängerungen rechnung tragen und demzufolge
den weg des Werkzeugträgerschlittens selbst entsprechend variieren.
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Die oben unter ninweis auf das obenbeschriebene Verfahren dargestellten
Vorrichtungen und Einrichtungen sind insbesondere geeignet für Maschinen größerer
Abmessungen, z.B. Maschinen iür die Herstellung von Teilen für Schiffsmotoren, die
unter Umständen Abmessungen von 20-30m haben können. Hingegen hat sich für Maschinen
mit begrenzten abmessungen als besonders nützlich und wirtschaftlich die im folgenden
unter Hinweis auf Fig.2 beschriebene Vorrichtung erwiesen.
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Diese Vorrichtung enthält ein Gestell 12, das am Rahmen der Maschine
befestigt ist, an dem eine Rolle 13 angebracht ist, um die herum das Stahlband 7
herumgewickelt wird. An die Rolle 1, ist eine Kraft angelegt, die bestrebt ist,
das Stahlband herumzuwickeln, mittels einer Feder oder,vorzugsweise, irit Hilfe
eines Elektromotors mit konstantem Moment. Das gelochte stahlband 7 wirkt mit einem
Zahnrad 14 zusammen, mit dem es kämmt, tritt zwischen zwei Rollen 15 und 16 hindurch
und ist weiter im Bereich eines Endes am Werkzeugträgerschlitten oder an einem tbitnahme-
oder Förderelement befestigt, das sich entlang der zu messenden Bahn bewegt.
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Das Zahnrad 14 betätigt vorzugsweise mit Hilfe eines Paares von Mikrozahnrädern
17 und 18 mit geeignetem Übersetzungsverhältnis ein Messelement 19, das Analog zum
obenbeschriebenen Element 4 ist und in der Lage ist, die kleinen ocer sehr kleinen
Drehbewegungen des Zahnrades 14 in eine Reihe von elektronischen Impulsen umzusetzen
oder umzuwandeln.
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Das freie Ende des Stahlbandes 7 ist an einem Mitnehmerelement 19
befestigt, in 14'ig. 4 an einer Metallplatte, das entlang der zu messenden bahn
beweglich ist. Im besonderen Fal der Verwondung bei Werkzeugmaschinen ist diese
Metallplatte 19 am Werkzeugträgerschlitten befestigt. Das Mitnehmerelement 19 und
das Stahlband 7 gleiten im Inneren einer Führung, die vorzugsweise aus einer Schiene
mit einem Querschnitt in Gestalt eines nach unten gekehrten U 20 besteht, das unten
von zwei Schließlippen 21 aus elastischem iiaterial abgeschlossen ist. Die Führung
20 kann aus Metallprofilmaterial bestehen, während für die Herstellung der Lippen
21 sich das unter dem Warenzeichen "Neopren" bekannte Kunststoffmaterial als besonders
zweckmäßig erwiesen hat. Die Führung 20 hat die Aufgabe eines Schutzes für das Stahlbund
7.
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Um die auf Temperaturänderungen zurückgehenden Verformungen soweit
wie möglich klein zu halten, wird das Stahlband <? aus einem Spezialstahl hergestellt,
der extrem kleine Werte für die thermischen Verformungen aufweist. Ein Beispiel
für einen solchen
Stahl, Ler aie obigen besonderen Merkmale besitzt,
ist aus dem warenzeichen "Invar" bekannt.
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ach im obigen 'alle ist die Funktion besonders einfach; bei jeder
Verstellung der Mitnahmeplatte 19 greifen die Löcher des >tahlbandes 7 in Zähne
des Zahnrades 14 ei, wobei auf diese Weise Drehbewegungen erzeugt werden, die, indem
sie in geeigneter Weise vergrößert und in elektronische umgewandelt werden, es gestatten,
den genuen Meßwert (Quote) festzustellen und zu erfassen.
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r können sodann andere Varianten vorgesehen werden, z. t.
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kann Qas freie Ende des Stahlbands 7 am rahmen oder Gestell cer Maschine
befestigt sein und die Messeinrichtungen und die Aufwickelrolle können am Werkzeugträgerschlitten
montiert sein. in anderen fällen können die Verlängerungen des otahlbandes bestimmt
werden im Abhängigkeit von den Anderungen seines elektrischen Widerstandes.
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Obwohl die beschreibung Bezug nimmt in der Hauptsache auf die Verwendung
bei Werkzeugmaschinen, ist die Benutzung der Vorrichtungen und Einrichtungen und
des Stahlbandes gemäß der Erfindung nicht notwendigerweise auf diese letzteren (erkzeug:aschinen)
beschränkt, sie könnte hingegen auch für alle diese 'älle vorgesehen sein, in denen
es notwendig ist,
lineare Messungen mit äußerster Präzision und
Genauigkeit auszurihren. So z.B. könnte das Stahlband gemäß der Erfindung in wirkungsvoller
Weise auch bei hotations- Druckmaschinen vewendet werden.
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Fachleute könnte sodann zahlreiche andere Abänderungen und Varianten
vorsehen, die jedoch alle innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden anmeldung
fallen müßten.
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