DE3701124A1 - Vorrichtung zum drehpositionieren von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehpositionieren von Werkstücken, die in einer metallischen Oberfläche eine Ausnehmung aufweisen, insbesondere in einer Werkstückspindel einer Werkzeugmaschine aufgenommene Werkstücke, die in einer Stirnfläche oder am Umfang eine Bohrung aufweisen, mit einem die Bohrung erfassenden Taster.

In vielen Anwendungsfällen müssen an Werkstücken Bearbeitungen in einer vorgegebenen Winkelstellung des Werkstücks ausgeführt werden. Wenn der Werkstückrohling vor dieser Bearbeitung rotationssymmetrisch ist, kann die Bearbeitung in einer beliebigen Winkelstellung begonnen werden; es ist dann nur erforderlich, für weitere Bearbeitungen ausgehend von dieser ersten Stellung eine Drehpositionierung um einen vorgegebenen Winkelbetrag vorzunehmen. Hierzu sind die Maschinen mit Positionierantrieben für die Werkstückspindel ausgestattet, beispielsweise mit Schrittmotoren.

Wenn jedoch bereits der Werkstückrohling nicht rotationssymmetrisch ist, ist es erforderlich, den Werkstückrohling vor Beginn der Bearbeitung, die kein Rundschleifvorgang ist, in eine vorgegebene Winkellage in bezug auf eine bestimmte Kante am Werkstück auszurichten. Es ist bekannt, hierfür mechanische Taster zu verwenden, beispielsweise mechanische Meßuhrtaster, die in einem am Maschinengestell angesetzten Meßuhrhalter aufgenommen sind. Am Werkstückumfang liegende Kanten, wie beispielsweise Bohrer- oder Fräserschneiden, können auf diese Weise ausreichend genau erfaßt werden; eine Automatisierung des Positioniervorgangs ist auf diese Weise jedoch nicht möglich.

Besondere Schwierigkeiten bereiten Bohrer oder Fräser, bei denen aus einer beispielsweise kegelförmig geschliffenen Stirnfläche des Werkstückrohlings eine Kühlbohrung austritt, die später beim fertiggestellten Bohrer oder Fräser eine genau vorgegebene Lage zu der zu schleifenden stirnseitigen Schneide haben muß. Da diese Bohrungen verhältnismäßig dünn sind, sind die Bohrungskanten mit einem mechanischen Taster nicht ohne weiteres zu erfassen.

Deshalb wurde bisher in die Bohrung ein möglichst genau passender Stift eingeführt, der mit einem mechanischen Taster erfaßt werden konnte. Dieser Vorgang ist verhältnismäßig aufwendig und ungenau, insbesondere ist aber eine Automatisierung des Positioniervorgangs nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß eine rasche und genaue Drehpositionierung derartiger Werkstücke in einem automatisierten Arbeitsablauf ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Taster ein auf die Stirnfläche (8) oder den Umfang gerichteter opto-elektronischer Annäherungsschalter (10) ist, der beim Erfassen der Bohrung einen Schaltimpuls an eine Steuereinrichtung (5) gibt, die einen Positionierantrieb (4) der Werkstückspindel (3) steuert.

Es hat sich gezeigt, daß mit an sich bekannten opto­ elektronischen Annäherungsschaltern, beispielsweise Reflexlichttastern, eine sehr rasche und genaue Erfassung der Bohrungskante ermöglicht wird. Der vom Annäherungsschalter gelieferte elektrische Schaltimpuls kann unmittelbar in der Steuereinrichtung verarbeitet werden, um den Positionierantrieb der Werkstückspindel zu steuern. Dadurch wird ein automatisierter Arbeitsablauf ermöglicht, der die Voraussetzung dafür ist, daß eine derartige Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Werkzeugschleifmaschine, vollautomatisch arbeitet.

Die optische Abtastung des Werkstücks arbeitet berührungsfrei und somit ohne Verschleiß.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Reflexlichttaster an einem beweglichen Tasterträger angeordnet ist, der mittels eines von der Steuereinrichtung gesteuerten Trägerantriebs zwischen einer Taststellung und einer Ruhestellung bewegbar ist. Auf diese Weise wird der Reflexlichttaster selbsttätig in seine Taststellung gebracht, in der sich sein Lichtsender und optischer Empfänger, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, in unmittelbarer Nähe zu der abzutastenden Stirnfläche oder Umfangsfläche befinden.

Um zu verhindern, daß Reste von Kühlflüssigkeit oder sonstige Verunreinigungen, den optischen Tastvorgang stören, kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen sein, daß nahe am Reflexlichttaster eine Blasluftdüse angeordnet ist, die vorzugsweise entweder am Tasterträger oder an einem gesonderten, ebenfalls bewegbaren Düsenträger angebracht ist. Mit dieser Blasluftdüse wird die abzutastende Fläche gereinigt, bevor der optische Tastvorgang beginnt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellungsweise eine Werkzeugschleifmaschine mit einem Reflexlichttaster zur Steuerung des Positionierantriebs und

Fig. 2 in vergrößerter, ebenfalls vereinfachter Darstellung den Reflexlichttaster in seiner Taststellung.

Auf dem in Fig. 1 nur angedeuteten Maschinenbett 1 einer Werkzeugschleifmaschine ist eine Werkstückspindellagerung 2 angeordnet, in der eine Werkstückspindel 3 drehbar gelagert ist. Der Werkstückspindelantrieb ist ein Positionierantrieb 4, der beispielsweise einen Schrittmotor zur winkelgenauen Drehpositionierung der Werkstückspindel 3 enthält. Die Steuerung des Positionierantriebs 4 erfolgt durch eine nur schematisch angedeutete Steuereinrichtung 5.

Anstelle der bei derartigen Werkzeugschleifmaschinen üblichen, in mehreren Achsen beweglichen und gesteuerten Schleifeinrichtung ist in Fig. 1 nur andeutungsweise ein Schleifkopf 6 gezeigt, der aus seiner mit ausgezogenen Linien dargestellten Ausgangsstellung in eine mit strichpunktierten Linien dargestellte Bearbeitungsstellung verfahren werden kann.

In der Werkstückspindel 3 ist als Werkstück 7 ein Bohrerrohling aufgenommen, der eine an seiner kegelförmigen Stirnseite 8 austretende Kühlbohrung 9 aufweist (Fig. 2). Die Schleifbearbeitung des Werkstücks 7 durch den Schleifkopf 6 muß in einer genau vorgegebenen Winkellage zur Mündung der Kühlbohrung 9 in der Stirnfläche 8 erfolgen, da die Kühlbohrung 9 beim fertiggestellten Bohrer in einer genau vorgegebenen Stellung zur Bohrerschneide austreten muß. Es ist deshalb erforderlich, die Schleifbearbeitung in einer Winkelstellung zu beginnen, die durch die Lage der Kühlbohrung 9 genau vorgegeben ist.

Ein als Reflexlichttaster 10 ausgeführter opto­ elektronischer Annäherungsschalter weist einen Lichtsender 11 und einen optischen Empfänger 12 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht sind. Eine elektrische Leitung 14 führt vom Reflexlichttaster 10 zur Steuereinrichtung 5. Ein von dem Lichtsender 11 ausgehender Lichtstrahl, der zur Vermeidung von Fremdlichteinflüssen vorzugsweise aus getaktetem Infrarotlicht besteht, wird von der geschliffenen Oberfläche der Stirnfläche 8 reflektiert und vom optischen Empfänger 12 aufgenommen.

Der Tastpunkt des Reflexlichttasters 10 ist auf den Durchmesser gerichtet, auf dem sich auch die Mündung der Kühlbohrung 9 befindet. Sobald diese Bohrungsmündung in den Bereich des vom Lichtsender 11, beispielsweise einer Leuchtdiode, ausgehenden Lichtstrahls gelangt, wird die Reflexion des Lichtes zum optischen Empfänger 12 unterbrochen, der daraufhin einen ersten Schaltimpuls an die Steuereinrichtung 5 liefert.

Über eine Leitung 15 schaltet die Steuereinrichtung 5 den Positionierantrieb 4 so um, daß er die Werkstückspindel 3 in entgegengesetzter Drehrichtung und mit stark verminderter Drehgeschwindigkeit antreibt. Die Bohrungskante, die den Tastpunkt zunächst überfahren hatte, wird dadurch langsam wieder zum Tastpunkt zurückbewegt. Sobald die Bohrungskante den Tastpunkt erneut erreicht, liefert der Reflexlichttaster 10 einen zweiten Schaltimpuls, durch den der Positionierantrieb 4 über die Steuereinrichtung 5 stillgesetzt wird.

Dadurch ist zwar eine durch die Lage der Kühlbohrung 9 bestimmte Winkellage des Werkstücks 7 genau eingestellt. Diese Winkellage ist in den meisten Fällen jedoch nicht die für den Beginn der Schleifbearbeitung vorgegebene Ausgangswinkellage. Um diese zu erreichen, kann die Steuereinrichtung 5 den Positionierantrieb 4 nach dem Auftreten des zweiten Schaltimpulses und gegebenenfalls dem Stillsetzen um einen vorgegebenen Winkelbetrag betätigen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Reflexlichttaster 10 an einem Schwenkarm 16 angebracht, der einen beweglichen Tasterträger bildet und der in einer gestellfesten Lagerung 17 schwenkbar gelagert ist. Ein beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vereinfacht als druckmittelbetätigter Zylinder 18 dargestellter Trägerantrieb wird über eine Leitung 19 durch die Steuereinrichtung 5 gesteuert, um den Tasterträger 16 aus der in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Taststellung in einem mit strichpunktierten Linien dargestellte Ruhestellung zu schwenken, in der sich der Reflexlichttaster 10 in größerem Abstand zum Werkstück 7 befindet. Der Reflexlichttaster 10, der sich während des Tastvorgangs in unmittelbarer Nähe der Stirnfläche 8 befindet, stört somit während der Schleifbearbeitung nicht.

Am Tasterarm 6 oder an dem daran aufgenommenen Gehäuse 13 des Reflexlichttasters 10 kann eine Blasluftdüse 20 (Fig. 2) angebracht sein, die auf den Spalt zwischen dem Reflexlichttaster 10 und der Stirnfläche 8 gerichtet ist. Stattdessen kann die Blasluftdüse 20 auch an einem gesonderten, zwischen einer Arbeitsstellung nahe am Werkstück 7 und einer entfernten Ruhestellung bewegbaren (nicht dargestellten) Düsenträger angebracht sein.

Die aus der Blasluftdüse 20 austretende Luft reinigt die Stirnfläche 8 vor dem Tastvorgang, so daß störende Einflüsse durch Kühlflüssigkeit, Schleifrückstände oder sonstige Verunreinigungen vermieden werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Drehpositionieren von Werkstücken, die in einer metallischen Oberfläche eine Ausnehmung aufweisen, insbesondere in einer Werkstückspindel einer Werkzeugmaschine aufgenommene Werkstücke, die in einer Stirnfläche oder am Umfang eine Bohrung aufweisen, mit einem die Bohrung erfassenden Taster, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster ein auf die Stirnfläche (8) oder den Umfang gerichteter opto-elektronischer Annäherungsschalter (10) ist, der beim Erfassen der Bohrung einen Schaltimpuls an eine Steuereinrichtung (5) gibt, die einen Positionierantrieb (4) der Werkstückspindel (3) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-elektronische Annäherungsschalter ein Reflexlichttaster (10) mit in einem gemeinsamen Gehäuse (13) angeordneten Lichtsender (11) und optischem Empfänger (12) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexlichttaster (10) an einem beweglichen Tasterträger (16) angeordnet ist, der mittels eines von der Steuereinrichtung (5) gesteuerten Trägerantriebs (18) zwischen einer Taststellung und einer Ruhestellung bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tasterträger ein oberhalb der Werkstückspindel (3) gelagerter Schwenkarm (16) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) beim Auftreten eines ersten Schaltimpulses den Positionierantrieb (4) der Werkstückspindel (3) auf entgegengesetzte Drehrichtung und stark verminderte Drehgeschwindigkeit umschaltet und daß die Steuereinrichtung (5) beim Auftreten eines zweiten Schaltimpulses den Positionierantrieb (4) stillsetzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) den Positionierantrieb (4) nach dem Auftreten des zweiten Schaltimpulses und gegebenenfalls dem Stillsetzen um einen vorgegebenen Winkelbetrag betätigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nahe am Reflexlichttaster (10) eine Blasluftdüse (20) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasluftdüse (20) am Tasterträger (16) angebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasluftdüse (20) an einem gesonderten, zwischen einer Arbeitsstellung nahe am Werkstück (7) und einer entfernten Ruhestellung bewegbaren Düsenträger angebracht ist.