DE3345525A1

DE3345525A1 - Verfahren zum anreissen von werkstuecken und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3345525A1
Application number: DE19833345525
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. 6601 Schafbrücke Kirsch
Original assignee: Mauser-Werke Oberndorf 7238 Oberndorf GmbH; Mauser Werke Oberndorf GmbH
Current assignee: KIRSCH, HANS-PETER, DIPL.-ING., 6601 SCHAFBRUECKE,
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-06-27
Also published as: SE8405882L; FR2556639A1; US4642897A; SE8405882D0; DE3345525C2

Description

ΠΡ 120
Sö/Hr.

MAUSER-WERKE OBERNDORF GMBH,7238 Oberndorf

Verfahren zum Anreißen von Werkstücken und Einrichtung zur Durchführung

des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anreißen von Werkstücken und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines für Mßmaschinen, insbesondere Mehrkoordinaten-tießmaschinen bestimmten, insbesondere messenden Tastkopfes mit einer Aufnahmevorrichtung für einen oder mehrere Taststifte.

Es sind bereits Anreißmaschinen bekannt, die in ihrem Maschinenaufbau den Drei-Koordinaten-Meßmaschinen ähnlich sind. Solche Anreißmaschinen sind jedoch in ihrem gesamten Aufbau wesentlich einfacher und robuster als die ig genannten Meßmaschinen, weil für das Anreißen grundsätzlich geringere Genauigkeit als für das Messen erforderlich ist.

So kann die Anreißmaschine die beim Anreißen auftretenden Kräfte problemlos aufnehmen, wozu wiederum die Meßmaschine durch ihren mechanischen Auf-L5 bau und ihren Verwendungszweck nicht geeignet ist.

Da sich die anzureißenden Werkstücke oft als Rohteile entsprechend dem jeweiligen Herstellungsverfahren stark voneinander unterscheiden,und der Anreißvorgang nach Soll-Werten erfolgt, besteht bei den Anreißma-2Q schinen nur eine sehr geringe Möglichkeit, NC-gesteuert zu arbeiten. Das Werkzeug, wie bspw. eine Anreißnadel, ist normalerweise mit der Aufnahme und der Gesamtmechanik der Anreißmaschine verbunden. Diese fährt gemäß den vorgegebenen Steuerdaten auf das Werkstück zu.

BAD ORIGINAL

Die eingesetzte Anreißnadel erkennt jedoch nicht die Werkstückkontur und fährt deshalb mit erhöhter Kraft bei Materialanhäufungen.

Die wesentlichen Nachteile der bekannten Anreißmaschinen sind:

- Sie eignen sich ausschließlich zum Anreißen von einfachen, geometrischen Elementen, bspw. Kreise und
gerade Linien;

^q - bedingt durch den Aufbau der Maschine ist nur eine
relativ geringe Genauigkeit gegeben;

- der Verschleiß der Anreißnadel ist relativ groß;

- die anzureißenden Werkstücke müssen mechanisch ausgerichtet werden _h

und

- es ist nur ein eingeschränktes automatisches Anreißen
möglich, da die Maschine nicht durch das Werstück ge-

steuert wird.

Die von ihrer Präzision her an sich auch für das Anreißen geeigneten '^ Drei-Koordinaten-Meßmaschinen sind jedoch deshalb nicht einsetzbar, weil sie keine Möglichkeit der Kraftaufnahme bieten und durch das vorhandene Meßwertübernahmesystem nur geringe Werkzeuggewichte aufnehmen können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile bei herkömmlichen Anreißmaschinen ein Verfahren zum Anreißen von Werkstücken zu schaffen, das einfach durchführbar ist und das Anreißen von beliebigen Konfigurationen bei großer Genauigkeit erlaubt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die technisch einfach im Aufbau ist.

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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anreißspitze mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird und bei fahrender Bewegung über der Werkstückoberfläche durch Ausbrennen mittels Spannungsüberschlag und Stromfluß zwischen der Anreißspitze und der Werkstückoberfläche auf dieser eine Linie zieht. Die Anreißspitze kann dabei in einen messenden Tastkopf einer Mehrkoordinaten-Meßmaschine unter Zwischenfügung einer elektrischen Isolierung zum Tastkopf eingesetzt werden.

Der Vorteil dieses Anreißverfahrens ist das berührungslose, kraftarme Anreißen von Linien auf Werkstückoberflächen. Dabei kann wahlweise eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung an die Anreißspitze angelegt werden. Die auftretende Strichstärke ist im wesentlichen eine Funktion des eingestellten Stromes, der Qualität der Anreißspitze und der Lage der Anreißspitze zur Flächennormalen. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines für Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten Tastkopfes sieht erfindungsgemäß vor, daß in den Tastkopf ein Stift eingesetzt ist, dessen zum Tastkopf elektrisch isolierte Anreißspitze mit einer elektrischen Spannungsquelle derart verbunden ist, daß an der Anreißspitze ein ,fotentail anliegt und zwischen Anreißspitze und Werkstückoberfläche eine elektrische Spannung vorliegt. Dabei kann die Anreißspitze mit einer durch Wechselstrom gespeisten Spannungsquelle verbunden sein, die durch einen Schalter zu- und abschaltbar ist. Die Anreißspitze kann ferner mit einer durch Gleichstrom gespeisten Spannungsquelle verbunden sein, die wiederum durch einen Schalter zu- und abschaltbar sein kann. Vorteilhafterweise befindet sich zwischen der Anreißspitze und der zugewandten Werkstückoberfläche ein ständiger Luftspalt von 0,1 mm bis 0,5 mm.

Diese erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht in technisch einfacher Weise das berührungslose Anreißen. Da die Anreißspitze mit einer Spannungsquelle

verbunden ist, wird bei angelegter Spannung zwischen der Anreißspitze und 30

der Werkstückoberfläche des anzureißenden Teiles ein feiner Lichtbogen gezogen, der einen dünnen, dem mechanischen Anriß gleichkommenden Strich bewirkt. Die dem Tastkopf der Drei-Koordinaten-Meßmaschine eigene Charakteristik erlaubt auch bei Oberflächenabweichungen durch das Nachregelver-

halten den Kontakt der Anreißspitze zum Werkstück. Die insofern als An-35

reißmaschine verwendete Drei-Koordinaten-Meßmaschine steuert hierbei mit den ihr bekannten Koordinaten die Nadelspitze. Die Definition der Spitze erfolgt über die bekannte Eichung mittels einer

-Pr _

vorbereiteten Eichhilfskugel oder dem Einmeßvorgang der Spitze mittels eines Eichwürfels mit Bohrungen. Die auftretende Strichstärke ist im wesentlichen eine Funktion des eingestellten Stromes, der Qualität der Anreißspitze und der Lage der Spitze zur Flächennormalen. Die Qualität der Oberfläche sowie der anzureißende Werkstoff spielen ebenfalls eine Rolle bei der Haltbarkeit der Anreißspitze. Dies bedeutet, daß Werkstücke mit schlechten Oberflächen, bspw. Walzwerk-Oberflächen, Hammerschlag usw., hohe Anreißströme benötigen. Bei langen Anrissen ergibt sich unter diesen Bedingungen fernerhin ein erhöhter Abbrand der An- IQ reißspitze, der dann automatisch zu einer Strichverbreiterung führt.

Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken und gleichzeitig eine gute Möglichkeit des schnellen Wechselns der Anreißspitze zu ermöglichen, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Anreißspitze aus Metall, vorzugsweise aus Wolfram gebildet sein und in einer Axialbohrung im Stift durch einen Querstift oder eine Querschraube gehalten sein.

Der Stift kann in seinem den Tastkopf zugewandten Bereich getrennt sein und beide einander koaxial zugekehrten Enden können durch ein zwischengesetztes Paßstück aus elektrisch isolierendem Material miteinander verbunden sein. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß der Tastkopf und die Anreißmaschine von der Anreißspitze elektrisch isoliert sind, wodurch insbesondere Personenschäden durch elektrischen Stromschlag grundsätzlich vermieden werden.

In anderer Ausbildung der Erfindung kann die Anreißspitze axial beweglich innerhalb einer Spule angeordnet sein, die an eine durch einen Transformator auf Niederspannung herabgesetzte Spannungsquelle angeschlossen ist, wobei die Anreißspitze durch die Wirkung einer Druckfeder auf der Werkstückoberfläche mit einer eingeprägten Frequenz arbeitet. Diese Ausbildung hat einmal den Vorteil, daß an die Anreißspitze nur noch eine Niederspannung gelangt, was Personenschäden auch bei unbeabsichtigtem Berühren der Anreißnadel ausschließt. Bei angelegter Spannung folgt nun ein Stromübergang von der Anreißspitze auf

die Werkstückoberfläche. Gleichzeitig erzeugt die Spule ein elektrisches Feld, durch welches die Anreißspitze senkrecht von der Werkstückoberfläche gegen den Druck der Feder abgehoben wird. Beim Anreißen des Lichtbogens kehrt sich die Bewegung der Anreißspitze sogleich wieder um. Diese Bewegung der Anreißspitze erfolgt mit einer eingeprägten Frequenz. Dieser so dargestellte mechanische Schwingkreis bewirkt, daß bei einem Verfahren des Tastkopfes über eine Werkstückoberfläche auf dieser Oberfläche eine aus Punkten zusammengesetzte Linie gezogen wird. Bei entsprechend hoher Frequenz von 50 Hz bis etwa 200 Hz erscheint auch eine jQ durchgezogene Anreißlinie.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Anreißspitze aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein und eine Axialbohrung aufweisen, in die ein dünner Draht aus der Spitze austretend eingeführt ist, welcher an eine Spannungsquelle derart angeschlossen ist, daß an dem Drahtende ein Potential anliegt urid zwischen dem Drahtende und der im Abstand angeordneten Werkstückoberfläche Spannung herrscht. Der Draht kann automatisch entsprechend seinem Abbrand nachgefördert werden. Bei dieser erfinderischen Ausführung steht eine elektrisch-isolierende Keramikspitze zur Verfügung, die in einem Abstand zur Werkstückoberfläche gehalten wird. Auf der Werkstückoberfläche wird eine Linie gezogen durch das Abbrennen des eingeführten Drahtes, an dessen Ende Potential anliegt, was zu einem Stromüberschlag bei der angelegten Spannung zwischen Draht und Werkstückoberfläche führt.

In allen Fällen des Anreißens erfolgt ein Ausbrennen der Oberfläche mit sehr geringer Tiefe.

In der Zeichnung sind Beispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anreißnadel in einem Tastkopf teilweise im Schnitt;

BAD ORiGSNAL

- Qf-

Λ.

Fig. 2 die in einer Spule axialbeweglich angeordnete Anreißspitze

und

Fig. 3 eine Keramikspitze anderer Bauart mit eingeführtem Draht.

In Fig. 1 ist der untere Teil eines messenden Tastkopfes 1 dargestellt, wie er üblicherweise in Drei-Koordinaten-Meßmaschinen eingesetzt wird. In die Aufnahme 2 des Tastkopfes 1 ist ein Stift 3 in koaxialer Verlängerung des Tastkopfes eingespannt. Der Stift 3 ist in seinem oberen Bereich getrennt und besteht demzufolge aus zwei Teilen. Zwischen die beiden Teile des Stiftes 3 ist ein Paßstück 4 aus elektrisch isolierendem Material eingefügt. In dem unteren Teil des Stiftes 3 ist eine Axialbohrung 5 eingebracht, in die von unten die Anreißspitze 6, bsp\y. aus Wolfram, eingeführt ist. Die Anreißspitze 6 wird in ihrer Lage durch eine quer eingesetzte Schraube 7 gehalten. Der Stift 3 ist über sein mittleres Teil 8 an eine Spannungsquelle 9 angeschlossen. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Gleichstrom-Spannungsquelle 9 dargestellt. Ferner ist ein Schalter 10 vorgesehen, durch den die Spannung zu- und abgeschaltet werden kann. Bei geschlossenem Schalter 10 liegt an der Nadelspitze 6 ein Potential an. Da die Werkstückoberfläche ebenfalls mit der Spannungsquelle verbunden ist, herrscht zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 eine Spannung. Die Anreißspitze 6 befindet sich ständig in einem definierten Abstand von der Werkstückoberflache 11, wodurch zwischen Anreißspitze 6 und Werkstückoberfläche 11 ein Luftspalt 12 vorhanden ist. Zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 findet nun ein Stromüberschlag statt, was zu einem Ausbrennen der Werkstückoberflache in geringer Tiefe führt. Bei einer gleichzeitigen Querverschiebung des Tastkopfes 1 erfolgt auf der Werkstückoberfläche 11 eine dünne Anreißlinie nach entsprechend vorgegebenen Maschinendaten.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine Lösung mit einer Niederspannung von etwa 10 Volt bis 12 Volt. Dies wird erreicht bei einer Wechselstromquelle durch Zwischenschalten eines Transformators. Das Unterteil 13 eines Stiftes 3, bzw. dessen Mittelteil 8, ist axial bev/eglich im Zentrum einer Spule 14 angeordnet. In das Unterteil ist wiederum in einer Axialbohrung 5 die Anreißspitze 6 eingesetzt. Das Unterteil des Stiftes 3 wird oben durch eine Druckfeder 15 beaufschlagt, die sich am oberen Teil 16 des Stiftes abstützt. Die Druckfeder 15 bewirkt, daß die Anreißspitze 6 auf der Werkstückoberfläche 11 aufsteht. Die Spule 14 ist nun einerseits mit der Wechselstrom-Spannungsquelle 17 und andererseits mit dem Unterteil 13 des Stiftes 3 verbunden. Durch den gleichzeitigen elektrischen Anschluß der Werkstückoberfläche 11 an die Spannungsquelle 17 liegt im Betriebszustand zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 eine Spannung an.

Wird nun die Anreißspitze 6 auf die Werkstückoberfläche 11 aufgesetzt, bricht die Spannung an der Anreißspitze 6 zusammen und die an der Spule 14 angelegte Spannung bewirkt mit dem durchfließenden Strom in bekannter Weise ein magnetisches Feld mit der Folge, daß das Unterteil des Stiftes 3 sich gegen die Wirkung der Druckfeder 15 nach oben bewegt und damit die Anreißspitze 6 von der Werkstückoberfläche 11 abhebt. Dadurch reißt der Stromfluß zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 ab mit der Folge, daß das Unterteil 13 des Stiftes 3 zusammen mit der Anreißspitze 6 wieder zurück auf die Werkstückoberfläche 11 durch die Druckfeder 15 gedrückt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bei angelegter Spannung mit einer eingeprägten Frequenz, die zwischen 50 Hz und 200 Hz betragen kann. Wird nun der Tastkopf zusammen mit dem Stift 3 und der Anreißspitze 6 quer über eine Werkstückoberfläche 11 bewegt, so entsteht auf dieser eine Anreißlinie. Die Spule 14 in Fig. 2 ist durch einen Bügel 25 mit dem Stift 3 mechanisch verbunden. Um eine koaxiale Bewegung des Stiftunterteiles 13 zum Stift 3 zu erzielen, ist an dem Stift 3 ein Bolzen 24 axial angesetzt, der zentrisch durch die Feder 15 in eine Ausnehmung 23 der Stirnseite des Stiftunterteiles 13 eintaucht.

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In Fig. 3 ist die-Anreißspitze 18 als eine Führungsspitze aus einem keramischen Werkstoff gestaltet, in die eine Axialbohrung 19 mit seitlichem Ausgang eingebracht ist. In die Bohrung wird ein sehr dünner Draht mit einem Durchmesser von etvi/a 2 bis 3 Einhundertstel Millimeter 5, eingeführt. Der Draht 20 mündet etwa bündig mit der Führungsspitze 18, die in einem kleinen Abstand oberhalb der Werkstückoberfläche 11 endet. An dem dünnen Draht 20 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wieder eine Spannung angelegt, so daß zwischen dem Drahtende 20 und der Werkstückoberfläche 11 eine Spannung herrscht. Durch einen Schalter 10 ist die Spannungsquelle 17 zu- und abschaltbar. Da im Betriebszustand der dünne Draht an der Führungsspitze 19 abbrennt, wird der Draht 20 bspw. von einer Rolle 21 durch einen Motor 22 automatisch nachgefördert.

Bezugszeichenliste

1 Tastkopf

2 Aufnahme

3 Stift

4 Paßstück

5 Axialbohrung

6 Anreißspitze

7 Schraube

8 Mittelteil

9 Spannungsquelle Gleichstrom

10 Schalter

11 Werkstückoberfläche

12 Luftspalt

13 Unterteil Stift

14 Spule

15 Druckfeder

16 Oberteil Stift

17 Spannungsquelle Wechselstrom 10 Anreißspitze

19 Bohrung

20 Draht

21 Drahtrolle

22 Motor

23 Ausnehmung

24 Bolzen

25 Bügel

Claims

MP 120 Sö/Hr. Patentansprüche

1. Verfahren zum Anreißen von Werkstücken,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Anreißspitze (6,18) mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird und bei fahrender Bewegung über der Werkstückoberfläche (11) durch Ausbrennen mittels Spannungsüberschlag und Stromfluß zwischen der Anreißspitze (6,18) und der Werkstückoberfläche (11) auf dieser eine Linie zieht.

2. V/erfahren zum Anreißen nach Anspruch 1,
2Q dadurch gekennzeichnet,

daß die Anreißspitze (6,Iß) in einen messenden Tastkopf (1) einer Mehrkoordinaten-Meßmaschine unter Z\i/ischenfügung einer elektrischen Isolierung (4) zum Tastkopf (1) eingesetzt \i/ird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Anreißen von Werk-

· stücken unter Verwendung eines für Meßmaschinen, insbesondere Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten, insbesondere messenden Tastkopfes mit einer Aufnahmevorrichtung für die Taststifte, dadurch gekennzeichnet,

daß in den Tastkopf (1) ein Stift (3) eingesetzt ist, dessen zum Tastkopf (1) elektrisch isolierte Anreißspitze (6,18) mit einer elektrischen Spannungsquelle (9,17) derart verbunden ist, daß an der Anreißspitze (6,18) ein Potential anliegt und zwischen Anreißspitze (6,18) und Werkstückoberfläche (11) eine elektrische Spannung herrscht.

...10

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Ί.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze (6,18) mit einer durch Wechselstrom gespeisten Spannungsquelle (9) verbunden ist, die durch einen Schalter (10) zu- und abschaltbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anreißspitze (6) mit einer durch Gleichstrom gespeisten jg Spannungsquelle (17) verbunden ist, die durch einen Schalter (10) zu- und abschaltbar ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anreißspitze (6) und der zugewandten Werkstückoberfläche (11) ein ständiger Luftspalt (12) von 0,1 mm bis 0,5 mm vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, 2Q dadurch gekennzeichnet,

daß die Anreißspitze (6) aus Metall, vorzugsweise aus Wolfram gebildet ist und in einer Axialbohrung (5) im Stift (3) durch eine quer zum Stift angeordnete Schraube, einen Bolzen (7) oder dergleichen „ gehalten ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Stift (3) in seinem dem Tastkopf (1) zugewandten Bereich getrennt ist und beide einander koaxial zugekehrten Enden durch ein 3Q zwischengesetztes Paßstück (4) aus elektrisch isolierendem Haterial verbunden sind.

...

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anreißspitze (6) axialbeweglich in einer Spule (14) angeordnet ist, die an eine durch eine auf Niederspannung herabgesetzte Spannungsquelle (17) angeschlossen ist, wobei die Anreißspitze (6) durch die Wirkung einer Druckfeder (15) auf der Werkstückober fläche (11) mit einer eingeprägten Frequenz von zumindest 50 Hz bei angelegter Spannung arbeitet.

10. Einrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anreißspitze (18) aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist und eine Axialbohrung (19) aufweist, in die ein dünner Draht (20) aus der Spitze austretend eingeführt ist, welcher an eine Spannungsquelle (17) derart angeschlossen ist, daß an dem Drahtende ein Potential anliegt und zwischen dem Drahtende und der im Abstand angeordneten Werkstückoberfläche (11) Spannung vorliegt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Draht (20) entsprechend seinem Abbrand automatisch durch einen Motor (22) nachgefördert wird.

... BAD GR1G5NAL