DE3526712A1

DE3526712A1 - Plan- und ausdrehvorrichtung

Info

Publication number: DE3526712A1
Application number: DE19853526712
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Emil Wohlhaupter GmbH and Co KG
Current assignee: Emil Wohlhaupter GmbH and Co KG
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-01-29
Also published as: JPS6334001A; IT8621014A1; IT8621014A0; IT1196442B; US4741230A

Description

Die Erfindung betrifft eine Plan- und Ausdrehvorrichtung mit einem um eine Drehachse rotierenden Gehäuse, mit wenigstens einem in einer Führung quer zur Drehachse verstellbaren Schieber und mit am Schieber angeordneten Schneidwerkzeugen.

Solche Vorrichtungen dienen in erster Linie dem Plandrehen, d. h. dem Abdrehen ebener Flächen, und zum Ausdrehen, d. h. dem Herstellen von Bohrungen mit bestimmten, insbesondere auch hinterschnittenen Querschnittskonturen mit zwei NC-Achsen.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt die Verstellung der die Schneidwerkzeuge tragenden Schieber, wodurch die Reichweite des Schneidwerkzeuges und insbesondere der Durchmesser einer herzustellenden Bohrung bestimmt ist, durch einen Antrieb, der von der Rotation einer Spindel abgeleitet ist, in welche ihrerseits die Plan- und Ausdrehvorrichtung eingespannt ist. Ferner ist es bekannt, die Schieber durch eine axial bewegliche Druckstange mit Hilfe einer Schrägverzahnung zu verstellen, wobei die Druckstange zur Drehachse der Vorrichtung koaxial verläuft. Auch ist es bekannt, die Schieber durch einen besonderen Elektromotor zu verstellen, der außerhalb des rotierenden Vorrichtungsgehäuses in einem besonderen Gehäuse ortsfest angeordnet ist.

Zu einer möglichst genauen Einstellung der Schieber und der von ihnen getragenen Schneidwerkzeuge ist es erforderlich, den jeweiligen Verschiebeweg der Schieber genau zu messen. Diese Wegmessung erfolgt bei allen bekannten Plan- und Ausdrehvorrichtungen in indirekter Weise, indem beispielsweise die Umdrehung, d. h. der Winkelweg, einer die Schieber antreibenden Welle, gemessen und hieraus auf die von den Schiebern zurückgelegte Wegstrecke geschlossen wird. Dabei können, beispielsweise aufgrund unvermeidlicher Toleranzen, Ungenauigkeiten in der Wegmessung entstehen, welche die Positioniergenauigkeit der Schneidwerkzeuge und die Reproduzierbarkeit der Einstellung nachteilig beeinflussen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Plan- und Ausdrehvorrichtungen besteht darin, daß die außerhalb des rotierenden Vorrichtungsgehäuses angeordneten Antriebseinrichtungen für die Verstellung der Schieber kompliziert und sperrig sind, was sich auf die erreichbare Zerspanungsleistung der Vorrichtung ungünstig auswirkt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Plan- und Ausdrehvorrichtung mit einer direkten Wegmessung auszurüsten und die jeweils eingenommene Position des oder der Schieber im rotierenden Vorrichtungsgehäuse durch unmittelbare Ablesung festzustellen. Weiterhin soll durch die Erfindung auch die Zerspanungsleistung der Plan- und Ausdrehvorrichtung verbessert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

A. ein im rotierenden Gehäuse angeordneter Antriebsmotor zur Verstellung des Schiebers;

B. im Gehäuse vorgesehene Wegmeßeinrichtungen zur direkten Messung der Verstellwege des Schiebers relativ zum Gehäuse;

C. eine außerhalb des rotierenden Gehäuses ortsfest angeordnete Auswerte- und Steuereinheit zur Auswertung der Wegmeßergebnisse und Steuerung des Antriebsmotors;

D. Meß- und Versorgungsleitungen zwischen dem rotierenden Gehäuse und der ortsfesten Auswerte- und Steuereinheit;

E. eine in den Meß- und Versorgungsleitungen angeordnete Übergabeeinrichtung zur Übergabe der Meßsignale und Versorgungsenergie aus den mit dem rotierenden Gehäuse verbundenen Teilen der Meß- und Versorgungsleitungen in die mit der ortsfesten Auswerte- und Steuereinheit verbundenen Teile dieser Leitungen.

Durch die hierdurch erreichte direkte Wegmessung an den Schiebern im rotierenden Gehäuse wird die Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit wesentlich erhöht. Die Positioniergenauigkeit kann so groß sein, daß Bearbeitungen mit einer Genauigkeit im µm-Bereich möglich sind. Da der Antriebsmotor des Schiebers nicht in einem separaten, feststehenden Gehäuse, sondern direkt im rotierenden Gehäuse untergebracht ist, kann die Plan- und Ausdrehvorrichtung als Ganzes in Bohrungen eintauchen, wodurch die Bohrtiefe erhöht ist. Schließlich ergibt sich durch den Einbau des Schiebermotors in das rotierende Gehäuse auch eine kompakte und stabile Bauform, die gegenüber bekannten Vorrichtungen zu einer wesentlich erhöhten Zerspanungsleistung führt.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Plan- und Ausdrehvorrichtung mit direkter Wegmessung;

Fig. 2 eine Schnittansicht im Bereich A der Fig. 1 eines Schiebers mit direkter Wegmessung;

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Übergabeeinrichtung zur Übergabe von Signalen und Versorgungsenergie zwischen rotierenden und ortsfesten Meß- und Versorgungsleitungen und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.

In Fig. 1 ist schematisch eine Plan- und Ausdrehvorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Gehäuse 2, welches mittels eines einstückig am Gehäuse angeordneten, konischen Zapfens 3 in einer rotierend angetriebenen Einspannvorrichtung 4 einer Werkzeugmaschine in an sich bekannter Weise eingespannt werden kann. Auf diese Weise kann das Gehäuse 2 um eine Drehachse 5 in Rotation versetzt werden. Die Kontur der Werkzeugmaschine ist in Fig. 1 durch die Linie 10 schematisch angedeutet.

Im rotierenden Gehäuse 2 sind in Gleit- oder Wälzführungen zwei Schieber 6, 7 senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 verschieblich. An den Schiebern können Schneidwerkzeuge 8 in an sich bekannter Weise befestigt werden, die bei rotierendem Gehäuse 2 dem Plandrehen von ebenen Werkstückflächen oder dem Ausdrehen von Bohrungen dienen, wobei der jeweils erreichbare Bearbeitungsdurchmesser durch die Wegstrecke bestimmt ist, über welche hinweg die Schieber 6, 7 mit Bezug auf eine Null-Stellung verschoben sind.

Die Schieber 6, 7 weisen an ihren einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Zahnstange 9 bzw. 11 auf, die fest mit dem betreffenden Schieber verbunden ist und parallel zur Verschieberichtung der Schieber verläuft. In die Zahnstangen 9, 11 greift ein Ritzel 12 ein, das unter Zwischenschaltung eines Getriebes 13 von einem Antriebsmotor 14 angetrieben wird. Auf diese Weise ist eine gemeinsame Verschiebung der Schieber 6, 7 in zueinander entgegengesetzten Richtungen über eine bestimmte Wegstrecke hinweg gewährleistet. Das Getriebe 13 mit dem Ritzel 12 und der Antriebsmotor 14 sind fest im rotierenden Gehäuse 2 untergebracht.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Schieber 6, 7 die jeweils ein oder mehrere Schneidwerkzeuge 8 tragen können, am rotierenden Gehäuse 2 angeordnet. Grundsätzlich würde es ausreichen, nur einen einzigen, vom Ritzel 12 angetriebenen Schieber mit Schneidwerkzeug vorzusehen. Die mit zwei Schiebern ausgerüstete Vorrichtung kann auch so betrieben werden, daß nur ein Schieber mit einem Schneidwerkzeug 8 bestückt wird.

Der Antriebsmotor 14 ist als Elektromotor ausgebildet.

Die Fig. 2, 3 zeigen Einrichtungen zur direkten Messung der eingestellten Position der Schieber 6, 7 und der von ihnen bei einer Verstellung zurückgelegten Wegstrecke. Wie dargestellt, ist die senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 2 verlaufende Gleitführung des Schieber 6 (für den anderen Schieber 7 gilt Entsprechendes) mit einem Gleitbelag 15 versehen. Geeignet ist beispielsweise ein Belag aus einem Zweikomponenten-Kunstharz auf Epoxidharzbasis. Der Belag dämpft nicht nur Stöße und Vibrationen, sondern ermöglicht insbesondere auch eine ruckfreie Bewegung bei kleinen Verstellwegen.

Mit dem Schieber 6 ist ein Glasmaßstab 16 mit einer Fassung 17dadurch fest verbunden, daß die Fassung 17 durch Schrauben 18, 19 mit dem Schieber 6 verschraubt ist. Der an sich bekannte, inkrementale Glasmaßstab verläuft genau parallel zur Verschieberichtung des Schiebers 6 und weist in an sich bekannter Weise eine sehr fein unterteilte Strichskala auf. Ortsfest im Gehäuse 2 ist der einen Seite des Glasmaßstabs 16 mit kleinem Abstand gegenüberliegend ein Prisma 21 angeordnet, das mit einem Versorgungslichtleiter 22 in Verbindung steht. Durch eine später noch zu beschreibende Lichtquelle kann somit der Glasmaßstab 16 über den Lichtleiter 22 und das Prisma 21 beleuchtet werden.

Auf der dem Prisma 21 gegenüberliegenden Seite des Glasmaßstabes 16 ist ebenfalls ortsfest im Gehäuse 2 eine an sich bekannte Abtasteinrichtung 23 vorgesehen. Die Anordnung 23 umfaßt ein der zugewandten Seite des Glasmaßstabs 16 in geringem Abstand gegenüberliegendes Abtastelement 24, das bei der dargestellten Ausführungsform als sogenannte Strichplatte ausgebildet ist und eine große Anzahl sehr dicht nebeneinander angeordneter Striche aufweist. Am Abtastelemt 24 (Strichplatte) entstehen in bekannter Weise vier Lichtsignale, die in bestimmter Reihenfolge als Sinus-Halbwellen über Prismen 25, 26 und Lichtwellenleiter 27 bis 30 zu einer noch zu beschreibenden Übergabeeinrichtung geführt werden.

In Fig. 2 sind lediglich zwei Meßleitungen (Lichtleiter 27, 28) dargestellt. Insgesamt sind an dem als Strichplatte ausgebildeten Abtastelement sechs Lichtleiter angeordnet, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 27 bis 33 bezeichnet sind und die empfangenen Licht-Halbwellen zu der bereits erwähnten Übergabeeinrichtung führen. Zur Messung der Wegstrecke sind vier Meßleitungen erforderlich. Zwei weitere dienen zur Übertragung eines Referenzimpulses.

Bei der beschriebenen Meßanordnung ist also eine Unmittelbar im rotierenden Gehäuse 2 untergebrachte Lichtquelle vermieden. Desgleichen sind elektro-optische Elemente, welche empfangene Lichtsignale direkt in elektrische Signale verwandeln, im Gehäuse 2 nicht vorhanden. Es wurde gefunden, daß hierdurch die Störempfindlichkeit der Meßanordnung im Gehäuse 2 erheblich herabgesenkt ist. Gleichfalls wird durch die Lichtleiter in noch zu beschreibender Weise vermieden, daß schwache elektrische Meßsignale über rotierende Schleifringe geführt werden müssen. Grundsätzlich könnte jedoch auch eine Lichtquelle im Gehäuse 2 angeordnet sein.

Auf die Ausbildung und Wirkungsweise der hier verwendeten Einrichtung zur direkten optischen Wegmessung braucht im einzelnen nicht weiter eingegangen zu werden, da solche Einrichtungen an sich bekannt sind. Die Auswertung der Meßsignale erfolgt ebenfalls in bekannter Weise.

Die als Lichtleiter ausgebildeten Meßleitungen 27 bis 33 können ebenso wie die Versorgungsleitung 22 als Lichtleit- Faserkabel ausgebildet werden. Bevorzugt werden für die Ausbildung dieser Leitungen Polymerkabel ohne Ummantelung, wodurch auf dem an sich beschränkten Raum Lichtleiter mit maximalem Durchmesser eingesetzt werden können.

Die Fig. 3 zeigt weiterhin noch eine zum Schlitten 6 führende elektrische Versorgungsleitung 34 mit mehreren Adern, welche zu im Gehäuse 2 fest angeordneten Endschaltern 35, 36 führen. Diese Endschalter dienen der automatischen Abschaltung des Antriebsmotors 14, wenn der Schlitten 6 den maximal möglichen Verschiebeweg zurückgelegt hat.

Eine weitere elektrische Versorgungsleitung 37 (Fig. 1) führt - ausgehend von einer noch zu besprechenden Steuereinheit - zu dem im rotierenden Gehäuse 2 angeordneten Antriebsmotor 14. In Fig. 1 ist die Gesamtheit der Lichtmeßleitungen 27 bis 33 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Der Versorgungslichtleiter 22 ist in Fig. 1 durch eine dicke Linie angedeutet. Die Meß- und Versorgungsleitungen 22, 30, 37 führen im Zapfen 3 des Gehäuses 2 zunächst bis zu einer Koppelstelle 38, wo sie beispielsweise in Buchsen enden. Die Einspannvorrichtung 4 (rotierende Spindel der Werkzeugmaschine 10) weist im Bereich der Kopplungsstelle 38 komplementäre Teile auf, beispielsweise Stecker, welche in die Buchsen des Zapfens 3 passen. Die Stecker sind mit Leitungen verbunden, welche entsprechende Fortsetzungen der Meß- und Versorgungsleitungen aus dem Gehäuse 2 darstellen. Somit treten diese Meß- und Versorgungsleitungen 22, 30, 37 schließlich an dem in Fig. 1 links gelegenen Ende der Einspannvorrichtung 4 aus. Die Koppelstelle 38 ermöglicht ein leichtes Auswechseln des Vorrichtungsgehäuses 2 an der Einspannvorrichtung 4.

Die aus der Einspannvorrichtung 4 austretenden, vom Gehäuse 2 her kommenden Meß- und Versorgungsleitungen, die alle bezüglich der Drehachse 5 gemeinsam mit dem Gehäuse 2 rotieren, werden schließlich in eine Übergabevorrichtung 40 eingeführt. Zweck dieser Vorrichtung ist es, elektrische und optische Energie zwischen ortsfesten und rotierenden Leitungen zu übergeben.

Wie dargestellt, verläuft der Versorgungslichtleiter 22 derart zentral, daß seine Achse mit der Drehachse 5 der Vorrichtung zusammenfällt. Infolgedessen genügt zur Einspeisung von Versorgungslichtenergie in diesen Leiter 22 die Anordnung einer ortsfesten Lichtquelle 41 gegenüber dem freien Stirnende des Leiters 22. Dies ist auch in Fig. 4 dargestellt, wo der Lichtleiter 22 in einer starren Hülse 42 verläuft, die ihrerseits in einem Wälzlager 43 drehbar gelagert ist.

Von den Meßlichtleitern 27 bis 33 der Fig. 2 und 3 ist in Fig. 4 nur der Lichtleiter 27 dargestellt. Das im nachfolgenden zu diesem Lichtleiter 27 Ausgeführte gilt entsprechend auch für die übrigen Lichtleiter 28 bis 33. Der Lichtleiter 27 ist mit Hilfe eines Kabelschuhs 44 an der Hülse 42 derart geführt und gehalten, daß er eine Umlenkung um etwa 90° erfährt und die an seinem Ende liegende Stirnfläche 45 praktisch parallel der Innenfläche eines ortsfest in der Übergabeeinrichtung 40 angeordneten Ringes 46 gegenüberliegt. Somit trifft die aus der Stirnfläche 45 des Lichtleiters 27 austretende Lichtenergie auf die Innenfläche des ortsfesten Ringes 46.

Die Innenfläche des Ringes 46 wird von dicht nebeneinander angeordneten Photozellen 47 oder anderen photoelektrischen Elementen gebildet, die parallelgeschaltet und an eine gemeinsame Leitung 48 angeschlossen sind. Die Leitung 48 führt (vergl. Fig. 1) zu einer ortsfesten Auswerte- und Steuereinheit 50, in welcher die Auswertung der empfangenen Lichtsignale in an sich bekannter Weise stattfindet.

Die Auswerte- und Steuereinheit 50 dient weiterhin der Einspeisung der Versorgungsenergie insbesondere für den Antriebsmotor 14 im rotierenden Gehäuse 2. Die Einspeisung erfolgt über Leitungen, die in Fig. 1 insgesamt mit 51 bezeichnet sind.

Die Versorgungsleitungen für den Antriebsmotor 14 werden in an sich bekannter Weise mit ortsfesten Schleifkontakten 52, 53 (Fig. 4) verbunden, die in Gleitkontakt mit Schleifringen 54, 55 stehen. Die Schleifringe 54, 55 sind unter Zwischenschaltung einer elektrisch isolierenden Schicht 56 an der rotierenden Hülse 42 befestigt. Die Schleifringe 54, 55 sind in bekannter Weise mit den Versorgungsleitungen des Antriebsmotors 14 in Verbindung, beispielsweise dadurch, wie in Fig. 4 angedeutet, daß an eine Lötfahne 57 des Schleifrings 55 das Ende der Versorgungsleitung 37 angelötet ist. Entsprechendes gilt für den Schleifring 54. Die Hülse 42 trägt unter Zwischenschaltung der Isolierschicht 56 weitere, mit dieser Hülse rotierende Schleifringe 58, 59, die mit weiteren Schleifkontakten 61, 62 zusammenwirken. Auf diese Weise wird die Verbindung mit der zu den Endschaltern 35, 36 führenden Versorgungsleitung 34 (Fig. 3) hergestellt.

Außer den beschriebenen Versorgungsleitungen 34, 37 können weitere Versorgungsleitungen zwischen Auswerte- und Steuereinheit 50 und rotierendem Gehäuse 2 vorgesehen werden, die beispielsweise dem Anschluß eines im Gehäuse 2 untergebrachten Tachogenerators dienen können, welcher weitere Meßsignale für die Steuerung und Auswertung der Plan- und Ausdrehvorrichtung liefert.

Im Bereich der Einspannvorrichtung 4 (Maschinenspindel) sind die Leitungen 22, 30 und 37 bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer schematisch dargestellten Verbindungs- oder Koppelstange 60 geführt, welche zusammen mit der Einspannvorrichtung 4 um die Drehachse 5 rotiert.

Diese Stange ist als Rohr ausgebildet, sie umschließt und schützt die genannten Leitungen. Die Stange ist in der Einspannvorrichtung 4 axial verschieblich und kann hierdurch zur endgültigen elektrischen Verkopplung der betreffenden Leitungsteile an der Koppelstelle 38 dienen. Die Verbindungs- und Kopplungstange kann auch in einer ebenfalls hohl ausgebildeten Anzugsstange geführt sein, die ihrerseits axial verschieblich und verdrehbar in der Einspannvorrichtung 4 angeordnet ist und der Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem konischen Zapfen 3 und der Einspannvorrichtung 4 dient.

Claims

1. Plan- und Ausdrehvorrichtung mit einem um eine Drehachse rotierenden Gehäuse, mit wenigstens einem in einer Führung quer zur Drehachse verstellbaren Schieber und mit am Schieber angeordneten Schneidwerkzeugen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

A. ein im rotierenden Gehäuse (2) angeordneter Antriebsmotor (14) zur Verstellung des Schiebers (6, 7);

B. im Gehäuse (2) vorgesehene Meßeinrichtungen (16, 23) zur direkten Messung der Verstellwege des Schiebers (6) relativ zum Gehäuse;

C. eine außerhalb des rotierenden Gehäuses (2) ortsfest angeordnete Auswerte- und Steuereinheit (50) zur Auswertung der Wegmeßergebnisse und Steuerung des Antriebmotors (14);

D. Meß- und Versorgungsleitungen (22, 30, 37) zwischen dem rotierenden Gehäuse (2) und der ortsfesten Auswerte- und Steuereinheit (50);

E. eine in den Meß- und Versorgungsleitungen (22, 30, 37) angeordnete Übergabeeinrichtung (40) zur Übergabe der Meßsignale und Versorgungsenergie aus den mit dem rotierenden Gehäuse (2) verbundenen Teilen der Meß- und Versorgungsleitungen in die mit der ortsfesten Auswerte- und Steuereinheit (50) verbundenen Teile dieser Leitungen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antriebsmotor (14) und Schieber (6) ein Getriebe (13) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtungen einen mit dem Schieber (6) fest verbundenen Glasmaßstab (16) sowie wenigstens ein mit dem Gehäuse (2) fest verbundenes Abtastelement (24) umfassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasmaßstab (16) durch eine außerhalb des Gehäuses (2) vorgesehene Lichtquelle (41) über einen ersten oder Versorgungslichtleiter (22) beleuchtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsignale aus dem Glasmaßstab (16) am Abtastelement (24) direkt in weitere oder Meßlichtleiter (27, 28, 29, 31, 32, 33) eingeleitet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (41) in der Übergabeeinrichtung (40) zentral über dem Lichteintrittsende des zum Glasmaßstab (16) führenden Versorgungslichtleiters (22) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabeeinrichtung (40) für jeden Meßlichtleiter (27, 28, 29, 31, 32, 33) einen ortsfesten Ring (46) mit einer photoelektrisch wirksamen Innenfläche (47) aufweist, an der die Lichtaustrittsenden (45) der Meßlichtleiter bei rotierendem Gehäuse (2) vorbeilaufen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Ringes (46) praktisch lückenlos nebeneinander eine Vielzahl einzelner Photoelemente (47) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Versorgungsleitungen (22, 30, 37) von einer rohrförmigen Verbindungsstange (60) umschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Verbindungsstange (60) zentral in der Mitte der Vorrichtung angeordnet ist und eine Koppelstelle (38) aufweist.