DE3723340A1 - Verfahren und vorrichtung zum spanabhebenden herstellen von innenprofilen in werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum spanabhebenden Herstellen von Innenprofilen in einem Werkstück mit einem hin- und herbewegbaren und mit einer Zustelleinrich­ tung versehenen Werkzeug. Ein besonders markantes Beispiel für derartige Arbeitsverfahren findet sich beim spanenden Profilie­ rungsvorgang auf Nutenziehmaschinen. Um den Arbeitsvorgang einwandfrei zu steuern, was zur Einhaltung geringer Toleranzen erforderlich ist, wird üblicherweise die Nuttiefe durch ein taktiles Verfahren vermessen. Dies setzt allerdings voraus, daß das Werkzeug zuvor aus dem Werkstück verfahren und das Meßgerä­ te in dieses hineingeführt werden muß. Selbst wenn nicht jedes einzelne Werkstück vermessen wird, erfordert diese Handhabung doch einen erheblichen zeitlichen und apparativen Aufwand. Gleichwohl ist der Genauigkeitsgrad solcher rein mechanischen Meßverfahren begrenzt. Das Bestreben richtet sich deshalb dar­ auf, Möglichkeiten zur Rationalisierung auch solcher Fertigungs­ verfahren zu suchen, die sich bisher der Anwendung zeit- und kostensparender Arbeitsverfahren widersetzt haben, wie dies auf Verfahren der eingangs bezeichneten Art zutrifft. Die Erfindung nimmt sich dieses Problems an und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß zur Steuerung des Arbeitsvorgangs der Ist-Wert der Wanddicke im Bearbeitungsbereich berührungsfrei gemessen und mit dem vorgegebenen Soll-Wert der Wanddicke des Werkstücks kontinuierlich verglichen und das Ergebnis in die Steuerung eingegeben wird. Die berührungsfreie Messung erfaßt somit die Ausgangs-Wanddicke des Werkstücks und vergleicht diese mit der Wanddicke im Bereich der zu fertigenden Nut. Vor Beginn der spanenden Arbeit ist die Differenz = 0. Sie vergrößert sich mit dem Arbeitsfortschritt des spanabhebenden Werkzeugs zunehmend, und sobald die Differenz zwischen der ursprünglichen vollen Wanddicke und der in der Nut verminderten Wanddicke den ge­ wünschten vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Arbeitsvor­ gang automatisch unterbrochen, indem das in die zugehörige Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine eingegebene Meßergebnis dort das notwendige Steuersignal auslöst. Es liegt auf der Hand, daß eine solche Messung praktisch ohne jegliche Störung des Arbeitsvorgangs und infolgedessen auch bei jedem einzelnen Werkstück erfolgen kann. Dadurch wird die Qualität des Arbeits­ ergebnisses wesentlich erhöht bzw. vermindern sich die Toleranz­ grenzen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, zur Messung der Wanddicke Ultraschall zu verwenden. Das Ultraschallsignal wird zum einen auf der Außenwand des rohrförmigen Werkstücks, zum anderen auf dessen Innenwand reflektiert. Die Differenz beider reflektierten Signale definiert die jeweils erreichte Profiltie­ fe. Sobald der vorgegebene Wert erreicht ist, wird ein Steuerim­ puls ausgelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielswei­ se zur Steuerung der Zustellung des Werkzeugs nutzbar gemacht werden. Es liegt darüber hinaus im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße berührungsfreie Meßverfahren zusätzlich zur Steuerung vorprogrammierter Handling-Geräte beispielsweise zur Versorgung und Entsorgung der Arbeitsmaschine zu verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich schließlich dafür an, den ganzen Arbeitsvorgang einschließlich Beschickung der Ar­ beitsmaschine mit Werkstücken und Entnahme der fertig bearbeite­ ten Werkstücke zu automatisieren und den Bearbeitungsprozeß von der eigentlichen spanenden Arbeit her zu steuern.

Darüber hinaus sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, und zwar in der Weise, daß an der Außenwand des Werkstücks gegenüber dem Bearbeitungsbereich ein Ultraschall-Prüfkopf angeordnet und im Zwischenraum zwi­ schen Prüfkopf und Außenwand des Werkstücks sich ein Spülmedium befindet. Zweckmäßig dient das beim Arbeitsvorgang ohnehin vorhandene Schneidöl zugleich als Spülmedium.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung erge­ ben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Bearbeitungsvorgangs im Längsschnitt und

Fig. 2 im Querschnitt etwa nach Linie II-II in Fig. 1 sowie Fig. 3 einen das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise wiedergebenden Regelkreis.

In den Fig. 1 und 2 wird vereinfacht und auf die wesentlichen Elemente beschränkt die Innenbearbeitung eines rohrförmigen Werstücks 1 von der Ausgangs-Wanddicke 2 dargestellt. Dieses Werkstück 1 ist zwischen zwei Halter 3 und 4 axial eingespannt. In die Innenwand 5 des Werkstücks 1 ist eine Nut 6 einzuarbei­ ten. Hierzu dient eine Messerstange 7, das axial in die Innen­ bohrung 8 des Werkstücks 1 eingefahren wird und mit einem Zieh­ messer 9 bestückt ist. Diese Messerstange 7 wird von einem nicht dargestellten Schlitten auf- und ab- bzw. hin- und herbe­ wegt, was an sich bekannt ist. Diese Messerstange stützt sich mit seinem Rücken 10 auf einem Keil 11 ab, der sich wiederum an einer Führungsstange 12 abstützt. Nach jedem Hub der Messerstan­ ge 7 erfolgt eine axiale Verstellung des Vorschubkeils 11. Die­ ser Vorgang bewirkt die jeweilige Zustellung des Ziehmessers 9 gegenüber dem Werkstück 1. Das Maß der Zustellung bestimmt sich nach der jeweils gewünschten Spandicke. Vor der Aufwärtsbewe­ gung der Messerstange 7 wird dieses automatisch abgehoben, was jedoch, da wiederum an sich bekannt, im einzelnen ebensowenig dargestellt ist wie die im allgemeinen hydraulische Betätigung der Messerstange 7 und des Vorschubkeils 11.

Seitlich des Werkstücks 1 ist ein Prüfkopf 13 eines Ultra­ schall-Meßgeräts angeordnet. Zwischen der Stirnwand 14 und der Außenwand 15 des Werkstücks 1 befindet sich ein flüssiges Medium 17, im allgemeinen die Spülflüssigkeit für die Messerstange 7. Das Signal dieses Prüfkopfs 13 wird einmal von der Außenwand 15 des Werkstücks 1, zum anderen von der Innenwand 5 reflektiert. Beide Werte oder zumindest die Differenz beider Werte wird als Regelgröße, die dem jeweiligen Ist-Wert X der Tiefe der Nut 6 entspricht, dem Regler 18 eingegeben. Dieser vergleicht den Wert mit einem ihm vorgegebenen Soll-Wert Y der gewünschten Nuttiefe. Mit Hilfe eines Rechners kann dann aus der Nuttiefe und dem konstanten Profil des Werkzeugs 9 der Querschnitt der Nut 6 ermittelt werden. Der Regler 18 vermittelt aus dem Ver­ gleich von Ist-Wert X und vorgegebenen Soll-Wert Y der Nuttiefe eine Stellgröße, die während des Arbeitsvorgangs die Nachstel­ lung des Ziehmessers 9 um den Bearbeitungswert Z bewirkt und auf die Regelstrecke 19 einwirkt.

Die Stellgröße kann außerdem ein Signal für die Freigabe der Maschinenfunktion zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks 1 enthalten oder auch ein Signal zur Sperrung der Maschinenfunkti­ on oder zum Stop der Maschine sowie schließlich ein Signal zum Auslösen von Handling-Geräten zum Entsorgen oder Versorgen der Vorrichtung.

Claims (4)

1. Verfahren zum spanabhebenden Herstellen von Innenprofilen in Werkstücken mit einem hin- und herbewegbaren und mit einer Zustelleinrichtung versehenen Werkzeug, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch Steuerung des Arbeitsvorgangs der Ist-Wert (X) der Wanddicke (2) des Werkstücks (1) im Bear­ beitungsbereich berührungsfrei gemessen und mit dem vorgege­ benen Soll-Wert (Y) der Wanddicke (2) kontinuierlich vergli­ chen und das Ergebnis in die Steuereinrichtung (Regler 18) eingegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke (2) mittels Ultraschall gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßverfahren zusätzlich zur Steuerung vorprogram­ mierter Handling-Geräte, z.B. zur Versorgung oder Entsor­ gung der Arbeitsmaschine verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außen­ wand 15 des Werkstücks 1 gegenüber dem Bearbeitungsbereich ein Ultraschallprüfkopf (13) angeordnet und im Zwischenraum zwischen Prüfkopf 13 und Außenwand (15) des Werkstücks (1) sich ein Spülmedium (17) befindet.