DE571924C - Vorrichtung zur Bestimmung der Schneidkraft von Werkzeugen - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Schneidkraft von Werkzeugen

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DE571924C
DE571924C DEZ16555D DEZ0016555D DE571924C DE 571924 C DE571924 C DE 571924C DE Z16555 D DEZ16555 D DE Z16555D DE Z0016555 D DEZ0016555 D DE Z0016555D DE 571924 C DE571924 C DE 571924C
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor

Description

  • Vorrichtung zur Bestimmung der Schneidkraft von Werkzeugen Es ist bekannt, z. B. Drehstähle in einem als mechanische Meßvorrichtung ausgebildeten Drehbanksupport so zu lagern, daß zwei oder drei Komponenten, wie Axialdruck, 'Schnittdruck und Radialdruck, gemessen werden.
  • Man hat auch vorgeschlagen, eine oder mehrere Komponenten der Schneidkraft von Werkzeugen, wie z. B. von Dreh-, Fräs- und Bohrwerkzeugen, auf elektrischem Wege zu messen, und zwar hat man sich hierzu der Kapazitätsänderung eines Kondensators bedient, wobei die Kraft auf ein Diaphragma übertragen wird, dessen Lageänderung bei Federung die Kapazitätsänderung des Kondensators bewirkt. Zur Messung der Kapazitätsänderung des Kondensators wird eine umfangreiche Verstärkerapparatur mit Hochfrequenzgeneratoren benutzt, mit der durch die Kapazitätsänderungen die Abstimmung zwischen dem Hochfrequenzstrom und einem Schwingungskreise geändert wird.
  • Ganz abgesehen von dieser umfangreichen Apparatur mit einem Hochfrequenzstromkreis, Gleichrichtern u. dgl. ist hierbei nachteilig, daß Verstellungen der Schneidkante des Werkzeugs je nach Stärke und Richtung der Schneidkraft unvermeidlich sind, die das Diaphragma zwecks Kapazitätsänderung des Kondensators federnd beeinflussen müssen. Diese verhältnismäßig geringen Lageänderungen der Werkzeugschneidkante sind jedoch noch zu groß, um ein sehr genaues Meßergebnis der tatsächlich vorhandenen Schneidkräfte erzielen zu lassen. Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Bestimmung der Schneidkraft von Werkzeugen, bei der eine oder mehrere Komponenten der Schneidkraft auf elektrischem Wege gemessen werden, indem zur Druckmessung ein oder mehrere Piezokristalle entsprechend angeordnet sind.
  • An sich ist die piezoelektrische Druckmessung z. B. zur Messung von Beschleunigungsdrücken bekannt, wobei die durch die Piezokriställe erzeugte Elektrizität als unmittelbares Maß für Schwingungen -dient.
  • Die erfindungsgemäße Benutzung eines zur Druckmessung an sich bekannten Piezoelementes für die elektrische Messung einer oder mehrerer Komponenten der Schneidkraft von z. B. Dreh-, Fräs- und Bohrwerkzeugen läßt mit einfacheren und billigeren Mitteln eine größere Genauigkeit des Meßergebnisses erzielen, als das bisher mit der eingangs genannten Vorrichtung zur elektrischen Schneidkraftmessung möglich ist, da einerseits die Piezoelektrizität unmittelbar ohne Benutzung eines Hochfrequenzstromkreises mit einer umfarigreichen Röhrenapparatur gemessen werden kann und andererseits keine nennenswerten Verschiebungen bzw. Lageänderungen der Schneidkante des Werkzeugs, die die Meßgenauigkeiten beeinträchtigen, auftreten, wie das bei einem federnden Kondensatorsystem der Fall ist.
  • In den Abb. i bis 6 sind einige Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar ist Abb. i ein senkrechter Schnitt, Abb. 2 ein waagerechter Schnitt für eine Vorrichtung zum Messen des Torsionsmomentes eines Bohrers.
  • Abb. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführung für Drehbänke, und zwar Abb. 3 einen senkrechten Schnitt, Abb. 4 einen waagerechten Schnitt der Vorrichtung zum Messen von drei Komponenten der Schneidkraft.
  • Abb. 5 und 6 sind ein senkrechter Schnitt und eine Draufsicht auf eine dritte Ausführung für Fräsmaschinen.
  • Bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Abb. i und 2) sind i und 2 Klemmbacken zum Einklemmen eines Werkstückes in die Meßvorrichtung, wobei das Werkstück in einen waagerechten Schlitz 3 eingesetzt wird. Nachdem das Werkstück in Stellung gebracht ist, werden die Teile i und 2 durch . Schrauben 4 und 5 festgezogen. Der Teil i besitzt eine Öffnung 6, so daß ein Bohrer in das Werkstück hineingebohrt werden kann.
  • Eine Welle 8 am Teil 2 ist senkrecht in einem Kugellager io einer Büchse 9 gelagert. Am Ende der Welle ist eine Platte i2 durch eine Mutter 13 befestigt, die einen kugelförmigen Vorsprung besitzt. Durch Bolzen 14 und 15 ist die Platte 12 mit einer zweiten Platte 16 verbunden und zwischen ihnen ein Quarzblock 18 eingepreßt. Die Platte 16 wird durch einen Stift oder einen kegelförmigen Ansatz ii getragen. Es ist- also die Vorrichtung zum Festpressen des Quarzblockes sowie die Klemmvorrichtung i, 2 senkrecht- unterstützt.
  • Beginnt der Bohrer mit dem Bohren, so wird die Welle 8 nach unten gedrückt, so daß die Teile 8, 12 und 13 den Quarzblock i8 gegen die Platte 16 drücken. Es kann dann diese axiale Schneidkraft leicht gemessen werden, indem die Menge der durch den Druck in dem Quarzblock 18 erzeugten Elektrizität gemessen wird.
  • Zum Messen der Torsionskraft des Bohrers ist ein Arm 23 an der Welle 8 befestigt, und am Ende dieses Armes ist ein gehärtetes Eisenstück 24 (Abb. 2) angeordnet. Wenn eine Torsionskraft in Richtung des Pfeiles x wirkt, so wird das Stück 24 gegen einen Quarzblock 28 und dieser gegen einen ihn tragenden Ständer 29 gedrückt. Da der Ständer 29 fest an der Maschinenplatte durch Bolzen und Muttern 30, 31 befestigt ist, so kann die Torsionskraft durch Messen der in dem Quarzblock 28 erzeugten Elektrizität bestimmt werden.
  • Die in den Quarzblöcken 18 und 28 erzeugte Elektrizität wird zu Klemmen 41 und 42, die an dem Gehäuse 4o der Maschine befestigt sind, durch Leitungen 38 und 39 geleitet, von denen sie zum elektrischen Meßgerät abgeführt wird.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (Abb. 3 und 4) ist der Stahl i einer Drehbank am Werkzeughalter 3 mittels Druckschrauben 2 befestigt. Hier kann der auf die Schneidkante des Werkzeugs ausgeübte Druck in drei Komponenten zerlegt werden, nämlich in eine senkrechte und zwei waagerechte Komponenten, von denen die eine den Oberflächendruck senkrecht zur Mittellinie des Werkzeugs angibt und die zweite dem hindurchziehenden Druck parallel zu der Mittellinie des Werkzeugs entspricht.
  • Um die waagerechte Komponente senkrecht zu der Mittellinie des Werkzeugs, d. h. den Oberflächendruck, zu messen, dst ein Quarzblock 4 am hinteren Ende des Werkzeughalters 3 angeordnet. Dieser Quarzblock, eine Eisenplatte 5 und eine Stahlkugel 6 sind zwischen einer Eisenplatte 8, die am Ende des Halters mittels Bolzen und Mutter 7 befestigt ist, und einer zweiten Eisenplatte 9 vorgesehen und sind mit dem hinteren Ende des Halters durch drei Bolzen io verbunden. Infolgedessen können der Halter 3 und der Quarzblock 4 als aus einem Stück bestehend angesehen werden. Das vordere Ende des Halters wird frei von einer Stahlkugel ii getragen, während sein hinteres Ende durch die kugelförmige Spifze einer Schraube n gehalten wird, gegen die er leicht durch Spiralfedern i3 gezogen wird. Wenn die Schneidkante des Werkzeugs gegen ein Werkstück arbeitet, so wird der dabei entstehende Oberflächendruck den Quarzblock 4 gegen die Eisenplatte 9 durch den Werkzeughalter 3, die Eisenplatte 8, Mutter 7, Stahlkugel 6 und Eisenplatte 5 drücken. Infolgedessen kann durch Messung der in dem Block 4 erzeugten Elektrizität dieser Oberflächendruck leicht bestimmt werden.
  • Um den senkrechten Druck zu messen, ist ein zweiter Quarzblock 14 unter der Stahlkugel ii angeordnet. Der Block 14 liegt auf einer Eisenplatte 15 und wird gegen die Maschinenplatte durch eine zweite Eisenplatte gedrückt. Wenn die Schneidkante arbeitet, so hat das Werkzeug die Neigung, nach unten um den Stützpunkt an der Spitze der Schraube 12 zu gleiten. Infolgedessen wird diese senkrechte Komponente auf den Quarzblock 14 durch die Stahlkugel ii und die Eisenplatte 16 übertragen und dadurch gegen die Maschinenplatte gedrückt, so daß der Quarzblock Elektrizität entsprechend dem auf ihn ausgeübten senkrechten Druck erzeugt. Zweckmäßig wird durch Federn i8 ein Zug nach unten auf den Werkzeughalter 3 ausgeübt.
  • Um den hindurchgehenden Druck parallel zur Mittellinie des Werkzeugs zu messen, ist ein Quarzblock i9 an einer Seite des Werkzeughalters vorgesehen. Dieser Quarzblock liegt gegen eine feste Eisenplatte 2o unter Vermittlung einer Platte 2x und Bolzen 22 an. Eine Eisenplatte 24 ist auf der oberen Seite des Werkzeughalters mittels einer Schraube 23 befestigt und zwischen ihr und der Eisenplatte 21 eine Stahlkugel 25 eingeschaltet. Das Eisenstück 24, die Stahlkugel 25 und die Eisenplatte 21 werden miteinander durch Schraubenfedern 26 in Berührung gehalten, die mit dem Halter 3 und mit der Platte 2o verbunden sind. Der Teil 24 ist derart angeordnet, daß er auf der Oberfläche des Halters senkrecht zu ihm etwas gleiten kann. Er ist durch die Schraube 23 an den Halter derart einstellbar festgeklemmt, daß, wenn der Halter genau auf der Stahlkugel ii aufliegt, der Teil 24 die Stahlkugel 25 gerade berührt. Eine Anschlagschraube 27 soll Erschütterungen des Stahlhalters verhüten. Zwischen der Schraube 2,7 und dem Halter 3 ist ferner eine Stahlkugel 28 vorgesehen.
  • Beim Arbeiten der Schneidkante des Werkzeugs hat dieses die Neigung, sich zusammen mit dem Halter in einer waagerechten Ebene um den Stützpunkt an der Spitze der Schraube 12 zu drehen, und zwar infolge des Druckes, der parallel zur Mittellinie des Werkzeugs durch dasselbe hindurchgeht. Infolgedessen wird dieser Druck auf den Quarzteil i9 durch die Stahlkugel 25 und die Eisenplatte 21 derart übertragen, daß der Block i9 gegen die Haltescheibe 2o gedrückt wird. Wenn man nun die hierdurch in dem Quarzblock erzeugte Elektrizität mißt, so kann der parallel zur Mittellinie des Werkzeugs hindurchgehende Druck leicht gemessen werden.
  • Bei dieser Vorrichtung findet die Berührung zwischen dem Werkzeughalter und den übrigen Teilen nur in vier Punkten statt, nämlich durch die Kugeln 1i, 25, 28 und 12. Der Werkzeughalter wird durch die drei Federn 13, 18 und 26 gehalten. Infolgedessen wird die Bewegung des Werkzeughalters in einer dieser drei Richtungen infolge der beim Arbeiten an der Schneidkante des Werkzeugs auftretenden Schneidkraft durch keine Widerstände bei der Bewegung in den anderen beiden Richtungen beeinflußt und infolgedessen kann jede der drei Komponenten genau gemessen werden.
  • Bei der dritten Ausführungsform nach Abb. 5 und 6 zum Messen des Druckes bei einer Fräsmaschine ist das Werkstück 41 an einem Halter 42 befestigt, der an einer rechtwinkligen Eisenscheibe 43 festsitzt. Diese Scheibe wird von einer Eisenplatte 44 mittels vier zwischengelegter Kugeln waagerecht gehalten. Unter der Platte 44 sind eine Stahlkugel 45, eine Eisenplatte 46 und ein Quarzblock 47 angeordnet. Dieser ist von vornherein durch Einstellung von Schraubenbolzen 48 festgepreßt. Wirkt nun auf das Werkstück eine Kraft von oben, so wird diese durch die Teile 42 bis 46 auf den Quarzblock übertragen. Infolgedessen kann die senkrechte, auf das Werkstück wirkende Komponente der Kraft durch Messung der in dem Quarzblock 47 erzeugten Elektrizität gemessen werden. Um die Scheibe 43 von vornherein nach unten zu ziehen, sind vier Schraubenfedern 49 vorgesehen.
  • Eine waagerechte Komponente der Schneidkraft senkrecht zur Achse des Werkzeugs wird durch einen Quarzblock 50 gemessen. Da die Eisenplatte 43 mittels vier Kugeln von der Eisenplatte 44 getragen wird, kann die Scheibe 43 frei nach vorn und zurück und nach links und rechts bewegt werden. Ein Arm 51, der an der Scheibe an der linken Seite befestigt ist und nach unten vorragt, wird durch die Flächenkomponente nach links gedrückt und dieser Druck wird mittels einer Stahlkugel 52 auf den Quarzblock 50 übertragen und dieser gegen einen Halter 54 dieses Blockes gedrückt. Durch Messung der in dem Block 5o erzeugten Elektrizität kann die Oberflächenkomponente der Schneidkraft senkrecht zur Achse des Werkzeugs leicht gemessen werden. Der Quarzblock wird von vornherein durch Schraubenbolzen 55 unter Druck gehalten, während die Eisenplatte 43 etwas nach links durch Federn 56 gezogen wird.
  • Der hindurchgehende Druck, d. h. die waagerechte Komponente parallel zur Achse des Werkzeugs, ist nur dann vorhanden, wenn die Schneidkante des Werkzeugs nicht parallel zu seiner Achse, sondern im Winkel zu derselben steht. Um diese Komponente zu messen, ist ein Quarzblock 57 vorgesehen, der gegen die Tragplatte 58 durch eine Platte 59 und Schraubenbolzen 6o gedrückt wird. Zwischen der Platte 59 und einem an der Eisenplatte 43 sitzenden Arm 61 ist eine Kugel 62 vorgesehen. Da die Scheibe 43 sich beliebig in waagerechter Richtung verstellen kann, so wird der Druck parallel zur Achse des Werkzeugs auf den Quarzblock 57 übertragen, so daß diese Komponente, falls sie entstehen sollte, dur ch die in diesem Block erzeugte Elektrizität gemessen werden kann. Die Scheibe muß etwas nach der Tragscheibe 58 des Blockes 57 durch Federn 63 gezogen werden. 64 und 65 sind als Anschlag dienende Schrauben, die ein Schwingen der Scheibe 43 aufhalten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Bestimmung der Schneidkraft von Werkzeugen, wie z. B. von Dreh-, Fräs- und Bohrwerkzeugen, bei der eine oder mehrere Komponenten der Schneidkraft auf elektrischem Wege gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zur Druckmessung an sich bekannte Piezokristalle entsprechend angeordnet sind.
DEZ16555D 1927-01-21 1927-01-21 Vorrichtung zur Bestimmung der Schneidkraft von Werkzeugen Expired DE571924C (de)

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