DE3521710C2 - Vorrichtung an einer Werkzeugmaschine, insbesondere an einer Schleifmaschine, zum Messen des Durchmessers exzentrisch umlaufender Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer Werkzeug­ maschine, insbesondere an einer Schleifmaschine, zum Messen des Durchmessers exzentrisch umlaufender Werkstücke, z. B. des Hubzapfens einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem den zu messenden Durchmesser abtastenden Meßtaster und einem die Stellung des Meßtasters erfassenden und entsprechende Meßsig­ nale abgebenden Meßkopf, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Meßvorrichtung gemäß dem vorstehenden Gattungsbegriff ist aus der GB-PS 1 320 480 bekannt. Da die Meßvorrichtung aber nur quer zum Werkstückstisch bewegbar ist, ist mit ihr eine Inpro­ zeßmessung des Durchmessers eines exzentrisch umlaufenden Werkstückes mangels einer Möglichkeit des Nachführens des Meßkopfes entsprechend der exzentrischen Umlaufbewegung des Werkstückes ausgeschlossen.

Das Messen von Durchmessern rotationssymmetrischer Werkstücke mittels mit Meßtastern versehenen Meßköpfen während der Bear­ beitung ist hingegen allgemein bekannt, beispielsweise aus der US-PS 3 157 971. Die hierin beschriebene Vorrichtung zur Inprozeßmessung eines Durchmessers weist einen Meßkopf auf, der zu seiner ständigen Anlage an dem rotierenden Werkstück mit einem Führungselement versehen ist und der nur quer und längs zum Werkstücktisch bewegbar ist.

Schwierig wird eine Inprozeßmessung des Durchmessers bei exzentrisch umlaufenden Werkstücken, beispielsweise beim Schleifen der Hubzapfen einer Kurbelwelle, die beim Schleifen um die Drehachse der Hauptlager exzentrisch umlaufen. Hier besteht das Problem, die Meßtaster während des gesamten exzentrischen Werkstückumlaufes ständig in ihrer Meßposition zu halten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor­ richtung zum Messen des Durchmessers exzentrisch umlaufender Werkstücke während ihrer Bearbeitung zu schaffen, die dem exzentrischen Bewegungsverlauf des Werkstücks ständig folgen kann und dabei eine sichere Meßposition gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß zur Inprozeß- Durchmessermessung des mit einer Exzentrizität umlaufenden Werkstückes der Meßkopf mit einem an den Werkstückumfang anzulegenden Führungselement versehen ist, welches in Einheit mit dem Meßkopf sowohl etwa radial zum Werkstück verschiebbar, als auch schwenkbar gelagert ist, wobei der Drehpunkt für diese Schwenkbewegung derart angeordnet ist, daß die Meßvorrichtung nahezu trägheitsfrei ist, und daß eine Andrückvorrichtung zum Andrücken des Führungselementes an den Werkstückumfang vorge­ sehen ist.

Gemäß der Erfindung ist das Führungselement zwecks seiner Ver­ schiebbarkeit über eine Kolbenstange mit einem in einem Zylinder geführten Kolben verbunden, und zwecks Schwenkbarkeit des Führungselementes ist der Zylinder schwenkbar gelagert.

Die Andrückvorrichtung für das Führungselement besteht nach der Erfindung aus einer im Zylinder befindlichen vorgespannten Druckfeder, die das Führungselement in ständigem Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück hält.

Zum Zurückziehen des Führungselementes mit Meßkopf vom Werk­ stück, was beispielsweise beim Werkstückwechsel erforderlich ist, ist gemäß der Erfindung der im Zylinder geführte Kolben gegen die Wirkung der Druckfeder mit einem Druckmittel beaufschlagbar.

Die am Werkstückumfang anliegende Seite des Führungselementes kann unterschiedlich gestaltet sein.

So ist sie nach einem Merkmal der Erfindung als Prisma ausge­ bildet. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Anlageseite des Führungselementes an den Werkstückumfang als Schale ausgebildet.

Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, an der Anlageseite des Führungselementes zwei oder mehrere Rollen vorzusehen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Führungselement auf verschiedene Werkstückdurchmesser einstellbar ausgebildet ist.

Dabei besteht das Führungselement erfindungsgemäß aus zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen, die mit­ einander verschieden große Prismen zur Anlage an verschie­ dene Werkstückdurchmesser bilden.

Damit eine Fixierung der gewählten Durchmessereinstellung vorzunehmen ist, sind die beiden verschiebbaren Teile des Führungselementes mit Langlochpaarungen sowie mit Feststellelementen versehen.

Vorteilhaft ist es, nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal, die verschiebbaren Teile des einstellbaren Füh­ rungselementes zur Einstellung des Werkstückdurchmessers mit einer Skala zu versehen.

Zur Halterung der Meßvorrichtung ist erfindungsgemäß ein Halteelement vorgesehen, an dem einerseits der Zylinder schwenkbar gelagert ist und das andererseits an der Maschine befestigt ist.

Der Drehpunkt des Zylinders im Halteelement ist dabei derart angeordnet, daß der Zylinder ein Gegengewicht zum Meßkopf mit seinem Führungselement bildet, so daß die Meßvorrich­ tung nahezu trägheitslos ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Arretier­ einrichtung vorgesehen, die den Meßkopf mit dem Führungs­ element beim Werkstückwechsel in einer definierten Lage hält, so daß das Führungselement das neue ungeschliffene Werkstück,das ebenfalls in einer vorbestimmten Winkellage zur Drehachse positioniert ist, beim Heranfahren an dieses sicher trifft.

Erfindungsgemäß ist diese Arretiereinrichtung als ein Indexbolzen ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann unterschiedlich an der Maschine angeordnet sein. So ist sie nach einem Merkmal der Erfindung mittels des Halteelementes fest am Maschinentisch angeordnet. Eine derartige Anordnung ist nur möglich, wenn nur ein exzentrisch umlaufendes Werkstück zu bearbeiten ist bzw. wenn je Werkstück ein eigener Meßkopf vorgesehen ist.

Eine andere Möglichkeit besteht nach der Erfindung darin, daß die Meßvorrichtung mittels des Halteelementes fest am Maschinenunterbau angeordnet ist. Hierbei ist es möglich, im ausgeschwenkten Zustand der Meßvorrichtung Maschinenaufbauten, z. B. Setzstöcke, vorbeifahren zu lassen. Die Meßvorrichtung ist dabei genau gegenüber der Bearbeitungsstelle angeordnet, so daß verschiedene nacheinander bearbeitete Werkstückexzenter gemessen werden können.

Eine weitere erfindungsgemäße Variante besteht darin, die Meßvorrichtung auf einem relativ zum Maschinentisch verschiebbaren Schlitten anzuordnen. Dadurch ist es mög­ lich, die Meßvorrichtung an verschiedene Meßstellen zu bewegen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Meßvorrichtung ermöglicht ein sicheres Halten des Meßkopfes mit seinen Meßtastern in Meßposition am Werkstückumfang während des gesamten exzentrischen Werkstückumlaufes sowie unterschiedliche Anordnungsvarianten an der Maschine.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit direkter Befestigung auf dem Maschinentisch einer Schleifmaschine,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Befestigung am Maschinenunterbau,

Fig. 3 die schematische Darstellung der auf einer Verschiebeeinrichtung montierten erfindungs­ gemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 bis 6 verschiedene Ausführungen von Führungsele­ menten,

Fig. 7 ein einstellbares Führungselement.

Zum Messen des Durchmessers eines exzentrisch umlaufenden Werkstücks, nach Fig. 1 eines mit einer Exzentrizität e um die Drehachse M umlaufenden Hubzapfens 1 einer Kurbel­ welle 2, während des Schleifens muß gewährleistet sein, daß die Meßtaster 3 des Meßkopfes 4 ständig in Meßposi­ tion gehalten werden.

Hierzu ist ein handelsüblicher Meßkopf 4 (z. B. der Firma Marposs oder Movomatik) mit einem fest mit diesem verbun­ denen Führungselement 6 versehen, welches am Umfang des Hubzapfens 1 anliegt. Damit das Führungselement 6 mit dem Meßkopf 4 und den mit einer Meßschneide 5 versehenen Meßtastern 3 der exzentrischen Bewegung des Hubzapfens 1 folgen kann, ist dieses etwa radial zum Hubzapfen 1 ver­ schiebbar und schwenkbar gelagert. Dazu ist das Führungs­ element 6 über eine Kolbenstange 7 mit in einem Zylinder 8 geführten Kolben 9 verbunden, der durch eine vorge­ spannte Druckfeder 11 belastet ist und somit der Hubbe­ wegung des exzentrisch umlaufenden Hubzapfens 1 folgend das Führungselement 6 ständig an diesen andrückt. Die gleichzeitig erforderliche Schwenkbewegung des Füh­ rungselementes 6 wird erreicht, indem der Zylinder 8 in dem gabelförmigen Ende 12 eines am Maschinentisch 13 einer Schleifmaschine befestigten Halteelementes 14 um Drehzapfen 16 schwenkbar gelagert ist. Dabei ist der Drehpunkt der Schwenkbewegung derart angeordnet, daß der Zylinder 8 als Gegengewicht zum Meßkopf 4 und Führungs­ element 6 bei der Schwenkbewegung dient, damit die Meßvor­ richtung möglichst trägheitsfrei zu machen ist.

Um eine Zurückziehung des Meßkopfes 4 und des Führungs­ elementes 6 zu gewährleisten, was beispielsweise für den Werkstückwechsel unbedingt erforderlich ist, läßt sich der Kolben 9 entgegen der Kraft der Druckfeder 11 durch ein Druckmittel, z. B. Luft oder Öl, beaufschlagen. Hierzu weist der Zylinder 8 einen Stutzen 17 zum gesteuerten Zu- und Abströmen des Druckmittels auf.

Über eine Arretiereinrichtung, beispielsweise einen Indexbol­ zen 18, einen Riegel oder dergl., wird der Meßkopf 4 mit dem Führungselement 6 in der waagerechten bzw. in einem definierten Winkel dazu gehalten, um bei einem Werkstückwechsel das neue, noch ungeschliffene Werkstück, das ebenfalls in einer vorbestimmten Winkellage zur Dreh­ achse M positioniert ist, sicher wieder zu treffen.

Während des Schleifens des exzentrisch umlaufenden Hub­ zapfens 1 befinden sich somit bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Meßtaster 3 ständig in Meßposition am Hubzapfen 1, so daß der Meßkopf 4 ständig die Stellung der Meßtaster 3 erfaßt und bei Erreichen des Fertigmaßes ein entsprechendes Signal an die Maschinensteuerung 19 gibt, so daß die Schleifscheibe 21 vom fertig geschliffe­ nen Hubzapfen 1 abrückt. Die Maschinensteuerung 19 ist in Fig. 1 nur schematisch angedeutet. Es kann hierbei die Steuerung vom Typ S3G der Firma Siemens verwendet werden.

Während die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung fest auf dem Maschinentisch 13 angeordnet ist, was nur möglich ist beim Bearbeiten nur eines Hubzapfens, 1 oder wenn je Hub­ zapfen 1 ein eigener Meßkopf 4 mit Meßtaster 3 und Führungselement 6 vorgesehen ist, zeigt die Fig. 2 eine Variante, bei der die Meßvorrichtung am Maschinenunterbau 22 mittels eines Halteelements 14, 14a derart befestigt ist, daß sie im zurückgezogenen und ausge­ schwenkten Zustand Tischaufbauten, z. B. Setzstöcke 23, vorbeifahren lassen kann. Die Meßvorrichtung ist dabei genau gegenüber der Bearbeitungsstelle angeordnet, so daß verschiedene nacheinander zu bearbeitende Werkstückex­ zenter, hier Hubzapfen 1 der Kurbelwelle 2, gemessen werden können.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der erfindungsgemäßen Meßvor­ richtung auf einem seitenverschieblichen Schlitten 24, welcher relativ zum Maschinentisch 13 beweglich ist, so daß hiermit mehrere Meßstellen A, B an einer zwischen dem Werkstückspindelstock 26 und dem Reitstock 27 einer Schleifmaschine eingespannten Kurbelwelle 2 bedient werden können. Zur Schlittenbewegung ist ein in der Zeichnung nur schematisch angedeuteter Antrieb 28 vorgesehen. Das kann beispielsweise ein elektromotorischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb sein.

Die Anlageseite des Führungselementes an den Werkstückum­ fang, hier an den Umfang des Hubzapfens 1 der Kurbel­ welle 2, kann unterschiedlich ausgebildet sein. Gemäß Fig. 1 und 4 weist sie die Form eines Prismas 29 auf, in Fig. 5 ist sie als Schale 31 gestaltet, und nach Fig. 6 sind an ihr zwei Rollen 32 vorgesehen.

Das Führungselement 6 kann auch auf verschiedene Werk­ stückdurchmesser einstellbar ausgebildet sein. So ist in Fig. 7 ein solches Führungselement 6 gezeigt, welches aus zwei Teilen 6a, 6b besteht, die relativ zueinander verschiebbar sind und dabei unterschiedlich große, dem jeweiligen Werkstückdurchmesser anpaßbare Prismen 29 zur Anlage an den Werkstückumfang bilden. Beide Teile 6a, 6b sind zu ihrer gegenseitigen Verschiebung mit je zwei quer zur Längsachse des Führungselementes 6 angeordneten Langlöcher 33a bzw. 33b versehen, wobei für jede Lang­ lochpaarung 33a, 33b ein Feststellelement 34 vorgesehen ist, mit denen sich die gewählte Einstellung fixieren läßt. Das verstellbare Führungselement 6 ist außerdem mit einer Skala 36 zur Einstellung auf den Werkstückdurch­ messer versehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich außer beim hier beschriebenen Kurbelwellenschleifen auch beim Schlei­ fen anderer exzentrisch umlaufender Werkstücke sowie bei einer andersartigen Bearbeitung exzentrischer Werkstücke, beispielsweise durch Fräsen, verwenden.

Claims (18)

1. Vorrichtung an einer Werkzeugmaschine, insbesondere an einer Schleifmaschine, zum Messen des Durchmessers exzentrisch umlaufender Werkstücke, zum Beispiel des Hubzapfens einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem den zu messenden Durchmesser abtastenden Meßtaster und einem die Stellung des Meßtasters erfassenden und entsprechende Meßsignale abgebenden Meßkopf, dadurch gekennzeichnet, daß zur Inprozeß-Durchmessermessung des mit einer Exzentrizität (e) umlaufenden Werkstückes (1) der Meßkopf (4) mit einem an den Werkstückumfang anzulegenden Führungselement (6) versehen ist, welches in Einheit mit dem Meßkopf (4) sowohl etwa radial zum Werkstück (1) verschiebbar als auch schwenkbar gelagert ist, wobei der Drehpunkt für diese Schwenkbewegung derart angeordnet ist, daß die Meßvorrichtung nahezu trägheitsfrei ist, und daß eine Andrückvorrichtung zum Andrücken des Führungselementes (6) an den Werkstückumfang vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (6) zwecks seiner Verschiebbarkeit über eine Kolbenstange (7) mit einem in einem Zylinder (8) geführten Kolben (9) verbunden ist und zwecks seiner Schwenkbarkeit der Zylinder (8) schwenkbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Andrückvorrichtung für das Führungsele­ ment (6) aus einer im Zylinder (8) befindlichen vorge­ spannten Druckfeder (11) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Zurückziehen des Führungselementes (6) mit Meßkopf (4) vom Werkstück (1) der im Zylinder (8) geführte Kolben (9) gegen die Wirkung der Druckfeder (11) mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlageseite des Führungselementes (6) an den Werkstückumfang als Prisma (29) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlageseite des Führungselementes (6) an den Werkstückumfang als Schale (31) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlageseite des Führungselementes (6) an den Werkstückumfang mit zwei oder mehreren Rollen (32) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (6) auf verschiedene Werkstückdurchmessers einstellbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (6) aus zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen (6a, 6b) besteht, die miteinander verschieden große Prismen (29) zur Anlage an verschiedene Werkstückdurchmesser bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden verschiebbaren Teile (6a, 6b) des Führungselementes (6) mit Langlochpaarungen (33a, 33b) sowie mit Feststellelementen (34) zur Fixierung der gewähl­ ten Einstellung versehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verschiebbaren Teile (6a, 6b) mit einer Skala (36) zur Einstellung des Werkstückdurchmessers ver­ sehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halteelement (14, 14a) vorgesehen ist, an dem einerseits der Zylinder (8) schwenkbar gelagert ist, und das andererseits an der Maschine befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt des Zylinders (8) im Halteelement (14, 14a) derart angeordnet ist, daß der Zylinder (8) ein Gegengewicht zum Meßkopf (4) mit seinem Führungselement (6) bildet.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arretiereinrichtung vorgesehen ist, die den Meßkopf (4) mit dem Führungsele­ ment (6) beim Werkstückwechsel in einer definierten Lage hält.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Arretiereinrichtung ein Indexbolzen (18) vorgese­ hen ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels des Halteelementes (14) fest am Maschinentisch (13) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels des Haltelementes (14a) fest am Maschinenunterbau angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem rela­ tiv zum Maschinentisch (13) verschiebbaren Schlitten (24) angeordnet ist.