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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
dynamischen Auswuchten und zur Messung der dynamischen Unwucht
von werkzeugträgern sowie ein Verfahren zum Auswuchten
derartiger Werkzeugträger.
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Werkzeugträger zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen für
Werkzeugmaschinen und insbesondere für sich drehende Werkzeuge
im Hinblick auf einen Bearbeitungsvorgang wie Lochen, Fräsen,
Bohren etc. müssen korrekt ausgewuchtet sein, um einen guten
Oberflächenzustand des bearbeiteten Werkstückes und eine
präzise Bearbeitung zu ermöglichen. Ist der Werkzeugträger
schlecht ausgewuchtet, so erteilt er dem sich drehenden
Antriebssystem Trägheitskräfte, deren Größe proportional zum
Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit ist. Dies führt zu
Vibrationen der Aufnahmespindel und damit des werkzeugträgers
mit dem Resultat eines schlechten Oberflächenzustandes und
einer mittelmäßigen Bearbeitungsqualität.
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Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine Auswuchtung des
Werkzeugträgers vorgenommen, um die Unwuchtzu beseitigen oder
zu verringern, z. B. durch einen Auswuchtvorgang mit Hilfe von
Materialabtragung (Fräsen, Bohren, Schleifen etc.) oder durch
Hinzufügen von Material (Schweißen, Anbringen von
Wuchtgewichten an geeigneten Stellen etc.).
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Beispielsweise wurde in der französischen Patentanmeldung
2237715 (VALERON) vorgeschlagen, in einen Werkzeugträger eine
bestimmte Anzahl von Gewichten zu integrieren mit geringem
Umfangs- und Radialspiel, um so einen unrunden Lauf aufgrund
von Schwingungen während des Bearbeitungsvorgangs zu
verringern. Diese Anordnung führt jedoch nicht zu einem
vollständigen Auswuchtvorgang. Es ist ferner ein statisches
Auswuchten eines Werkzeugträgers mittels einer Auswuchtmaschine
bekannt, mittels direkter Messung am werkzeugträger, so daß
dessen statische Unwucht bestimmt werden kann.
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Unter Berücksichtigung der Erfordernis, daß die
Bearbeitungszeit soweit wie möglich verkürzt werden muß, wird
es immer dringender erforderlich, komplexe Werkzeugträger
vorzusehen, mit denen die Schneidgeschwindigkeiten erhöht
werden kann, und damit ihre Rotationsgeschwindigkeiten. Dies
erfordert notwendigerweise ein verbessertes Auswuchten der
Werkzeugträger. Ein statisches Auswuchten, welches nur eine
Messung in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des
Werkzeugträgers vorsieht, ist nicht mehr ausreichend.
Erforderlich ist hingegen ein dynamisches präzises Auswuchten,
bei dem eine der Hauptträgheitsachsen des Werkzeugträgers mit
dessen Rotationsachse zusammenfällt. Ein derartiges dynamisches
Auswuchten erfolgt mittels einer Messung gemäß zweier Ebenen
senkrecht zur Rotationsachse des Werkzeugträgers, um dergestalt
die gesamte Unwucht zu verringern oder auszuschalten und damit
die mit den Vibrationen des Drehantriebs des Werkzeugträgers
zusammenhängenden Nachteile.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine spezielle
einfache und ergonomische Vorrichtung zu schaffen, die leicht
an eine dynamische Auswuchtmaschine mit Horizontalschlitten
anbringbar ist, die eine große Steifheit aufweist und die
außerdem leicht modifizierbar ist, als Funktion der
Besonderheiten eines jeden auszuwuchtenden Werkzeugträgers,
insbesondere hinsichtlich der Länge, des Durchmessers und der
Art der Befestigung, mit der er an der Bearbeitungsmaschine
angebracht wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht außerdem zwei
verschiedene Arten von unterschiedlichen Werkzeugträgern
aus zuwuchten.
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Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung die
Unwucht problemlos nicht nur vor dem Auswuchtvorgang, sondern
auch nach dem Auswuchtvorgang zu messen, um so das erhaltende
Ergebnis zu kontrollieren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum dynamischen Auswuchten von
Bearbeitungswerkzeug-Trägern an Werkzeugmaschinen ist dazu
bestimmt, mit einer auszuwuchtenden Maschine zusammenzuwirken.
Die Vorrichtung weist wenigstens zwei langgestreckte, steife
Teile auf, die durch Schrauben mit zwei stirnseitigen
Endflanschen verbunden sind. Zwischen einem der Flansche und
wenigstens einem der langgestreckten Teile sind
Positionieranordnungen vorgesehen zur genauen koaxialen
Ausrichtung der beiden Flansche. Diese Anordnungen konnen aus
Schrauben bestehen, welche wenigstens eines der langgestreckten
Teile des zugehörigen Flansches mehr oder weniger auf Abstand
halten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen
diese Anordnungen aus präzise in ihrer Dicke festgelegten
Zwischenstücken. Diese Zwischenstücke können leicht
ausgewechselt werden, um damit exakt die erforderliche
Koaxialität herzustellen. Der aus den langgestreckten Teilen
und den Flanschen bestehende Aufbau läßt einen offenen Raum
entstehen, der seitlich von außen zugänglich ist und dessen
Abmessung ausreicht zur Aufnahme der Werkzeugträger, die das
eigentliche Ziel des dynamischen Auswuchtens sind. Wenigstens
einer der Flansche ist zur Aufnahme einer Haltevorrichtung für
den Werkzeugträger ausgelegt, der identisch ist zu demjenigen
der Werkzeugmaschine, an der der Werkzeugträger schließlich zur
Bearbeitung eingesetzt werden soll. Jeder Flansch weist
außerdem eine axiale Außenwelle auf, welche mit einer
Halteanordnung der auszuwuchtenden Maschine zusammenwirkt, und
die vorzugsweise einen waagrechten Schlitten aufweist, der die
Rolle einer Traganordnung für die erfindungsgemäß Vorrichtung
spielt sowie eine Anordnung zur Messung und zur Verarbeitung
der Messungen im Hinblick auf das dynamische Auswuchten des
Werkzeugträgers.
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Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
sind zwei Zwischenstücke oder Einstellplatten zwischen einem
der Flansche und wenigstens einem der langgestreckten Träger
eingeklemmt, wobei die beiden Platten senkrecht zueinander
derart angeordnet sind, daß eine genaue Einstellung der Dicke
einer jeder der Platten möglich ist im Hinblick auf eine
Veränderung der Position der Achse des zugehörigen Flansches.
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Bei einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist jeder Flansch zur Aufnahme einer Haltevorrichtung für einen
bestimmten Werkzeugträger ausgestaltet. Auf diese Art
ermöglichen die beiden einander gegenüber angeordneten
Haltevorrichtungen ein Auswuchten zweier Arten von
unterschiedlichen Werkzeugträgern mit der gleichen Vorrichtung.
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Jede Haltevorrichtung muß selbstverständlich vollständig
koaxial zur axialen Außenwelle des zugehörigen Flansches
angeordnet sein.
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Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
weist jeder Flansch eine im allgemeinen viereckige Form auf und
ist mit einem seitlichen Vorsprung versehen, der sich auf einer
der Einstellplatten abstützt Die andere Einstellplatte stützt
sich dabei auf der Seite des viereckigen Flansches ab.
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Jeder Flansch kann vorteilhafterweise zusätzlich eine
Befestigungsanordnung für Auwuchtgewichte für die Vorrichtung
aufweisen und zwar vor der Aufnahme von Werkzeugträgern in die
Haltevorrichtung sowie für Justiergewichte, die dazu dienen,
die Einstellung des Werkzeuges und des Werkzeugträgers in der
Auswuchtmaschine zu verändern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum dynamischen Auswuchten
eignet sich für einen Werkzeugträger, der im Hinblick auf einen
Bearbeitungsvorgang von einer Werkzeugmaschine in Drehungen
versetzt wird. Erfindungsgemäß wird zuerst am Werkzeugträger
eine Haltevorrichtung befestigt, die identisch zu derjenigen
der Werkzeugmaschine ist, welche zur Aufnahme des
Werkzeugträgers dient. Danach wird ein dynamisches Auswuchten
der Vorrichtung durchgeführt und zwar nur einmal. Der
Werkzeugträger wird anschließend in die Vorrichtung eingesetzt.
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Die Vorrichtung mit dem Werkzeugträger wird an der
auszuwuchtenden Maschine befestigt, wonach Messungen in zwei
Ebenen durchgeführt werden. Schließlich erfolgt ein Auswuchten
des Werkzeugträgers als Funktion der erhaltenen Messungen, die
in der auszuwuchtenden Maschine verarbeitet werden, nachdem der
Werkzeugträger von der Vorrichtung abgenommen worden ist.
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Die Erfindung wird besser verstanden mit dem in der Zeichnung
dargestellten und im folgenden in nicht begrenzender Weise
beschriebenen Ausführungsbeispiel; es zeigen
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Figur 1 eine schematische Seitenansicht im Schnitt einer
erfindungsgemäßen dynamischen Auswuchtvorrichtung und
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Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Figur 1.
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Wie Figur 1 zeigt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum
dynamischen Auswuchten zwei langgestreckte steife Teile 2a und
2b auf in Form von metallischen rechteckigen Platten
ausreichender Dicke auf, damit sie die gewünschten
Steifigkeitseigenschaften besitzen. Die beiden Platten 2a und
2b sind in der Nähe ihrer Enden mit zwei stirnseitigen
Endflanschen 3, 4 versehen. Die Befestigung erfolgt mittels
Klemmschrauben 5 und 6, die in Figur 2 sichtbar sind und durch
ihre Achse in Figur 1 angedeutet sind.
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Wie Figur 2 zeigt, weist der Endflansch 4 eine im allgemeinen
quadratische Form auf mit einem seitlichen Vorsprung 7 an einer
seiner Seiten und einem seitlichen Vorsprung 8 an der
gegenüberliegenden Seite, wobei die beiden Vorsprünge 7 und 8
sich diametral gegenüberliegen, d. h. entlang einer Diagonale
des Quadrates. Man erkennt aus Figur 2, daß die beiden Platten
2a und 2b zueinander bezüglich der Drehachse 9 des Endflansches
4 und der Gesamtheit der Vorrichtung 1 verschoben sind.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Zwischenstück
oder eine Einstellplatte 10, deren Dicke mit großer Präzision
festgelegt worden ist, zwischen der Hauptfläche des
langgestreckten Teils 2a und dem Hauptrand gegenüber dem
Flansch 4 derart eingesetzt, daß der Abstand des
langgestreckten Teils 2a bezüglich der Drehachse 9 verändert
wird. Eine zweite Einstellplatte 11 ist im Gegensatz dazu
zwischen dem Seitenrand des langgestreckten Teiles 2a und dem
Vorsprung 7 eingesetzt. Das langgestreckte Teil 2a und die
Einstellplatte 10 werden durch die Schraube 5 in Richtung zum
Flansch 4 hin beaufschlagt, während die Einstellplatte 11
zwischen dem langgestreckten Teil 2a und dem Vorsprung 7 durch
die Schraube 6 eingeklemmt wird, deren Achse senkrecht zu
derjenigen der Schraube 5 verläuft. Ähnliche Einstellplatten
unterschiedlicher Dicke können selbstverständlich anstelle der
Platten 10 und 11 eingesetzt werden als Funktion der
festgestellten Verschiebung zwischen den entsprechenden Achsen
der Flansche 3 und 4.
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Die gleiche Anordnung kann vorgesehen werden hinsichtlich des
langgestreckten Teils 2b, welches zwischen dem Flansch 4 mit
der Anordnung einer nicht dargestellten Einstellplatte mit
Hilfe der Schraube 5 angeordnet werden kann, während eine
zweite nicht dargestellte Einstellplatte zwischen dem Vorsprung
3 mit Hilfe der Schraube 6 angeordnet werden kann. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch das Einklemmen
des Teils 2b ohne Zwischenplatte.
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Die verschiedenen Einstellplatten oder Zwischenstücke 10, 11
werden hinsichtlich ihrer Dicke derart gewählt, wobei diese
Dicke in den Figuren übertrieben dick dargestellt ist, daß sie
mit großer Präzision die Drehachse 9 des Flansches 4
einzustellen vermögen.
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Auf der gegenüberliegenden Seite sind die langgestreckten Teile
2a und 2b im Klemmsitz durch entsprechende Schrauben 5, 6 am
Flansch 3 gehalten, welche die gleiche allgemeine Form
aufweist, wie der Flansch 4. Keine Einstellplatte ist hierbei
zwischen den langgestreckten Teilen 2a und 2b und dem Flansch 3
vorgesehen. Wie man sieht, ist es auf diese Weise möglich, eine
perfekte koaxiale Ausrichtung zwischen Flansch 3 und Flansch 4
einzustellen, indem Platten geeigneter Dicken als Funktion von
Bearbeitungsungenauigkeiten und entsprechenden Toleranzen der
unterschiedlichen Bauteile gewählt werden, aus denen die
Flansche 3 und 4 und die langgestreckten Teile 2a und 2b
bestehen. Selbstverständlich können auch andere Anordnungen
verwendet werden, um diese erwünschte koaxiale Ausrichtung zu
gewährleisten. So können z. B. mittels Schrauben die
langgestreckten Teile 2a mit unterschiedlichen Abständen zum
Flansch 4 angeordnet werden.
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Der aus den Endflanschen 3 und 4 und den beiden langgestreckten
Teilen 2a und 2b bestehende Aufbau bildet, wie aus Figur 1
hervorgeht, eine steife Vorrichtung 1, welche einen auf jeder
Seite offenen Raum 14 umschließt, der seitlich von außen her
zugänglich ist und dessen Abmessungen von der Länge der
langgestreckten Teile 2a und 2b abhängt. Damit ist es möglich,
die Abmessungen des Raumes 14 an diejeniges des Werkzeugträgers
15 anzupassen, welcher ausgewuchtet werden soll.
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Der Endflansch 3 ist derart ausgestaltet, daß er die
Befestigung einer Haltevorrichtung 16 ermöglicht, z. B. mittels
der Schraube 17. Die Haltevorrichtung 16 kann den
Werkzeugträger 15 aufnehmen und ist dabei exakt so aufgebaut
wie die Haltevorrichtung, die an der Bearbeitungsmaschine
vorgesehen ist, an welcher der Werkzeugträger 15 später
befestigt werden soll und zwar nach seiner Auswuchtung. Eine
weitere Haltevorrichtung zur Aufnahme einer anderen Art von
Werkzeugträgern kann am Flansch 4 befestigt werden und zwar an
der mit 16a in Figur 1 bezeichneten Stelle gegenüber der
Haltevorrichtung 16, um in der gleichen Vorrichtung 1 das
Auswuchten zweier unterschiedlicher Arten von Werkzeugträgern
zu ermöglichen.
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Die beiden Endflansche 3 und 4 weisen auf ihrer Außenseite,
d.h. auf der dem Innenraum 14 entgegengesetzten Seite eine
axiale Außenwelle 18, 19 auf, welche mit einer Traganordnung
für eine nicht dargestellte auszuwuchtende Maschine
zusammenwirkt, und die in der Lage ist, der Vorrichtung 1
insgesamt eine Drehbewegung zu erteilen. Die
Haltevorrichtungen, z. B. die Vorrichtung 16, sind dabei
perfekt koaxial zu den Wellen 18, 19 angeordnet.
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Jeder der Endflansche 3, 4 weist außerdem eine
Befestigungsanordnung 20 für Justiergewichte sowie für
Auswuchtschrauben 21 auf, welche senkrecht zueinander
angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in folgender Weise in
einem dynamischen Auswuchtverfahren eines Werkzeugträgers, z.
B. des Werkzeugträgers 15 von Figur 1, eingesetzt.
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Vorab wird die perfekte koaxiale Anordnung der Drehachsen der
beiden Endflansche 3 und 4 hergestellt, indem zwischen den
langgestreckten Teilen 2a und 2b und dem Flansch 14 geeignete
Zwischenplatten 10, 11 eingesetzt werden oder aber auch durch
Verwendung anderer Einstellteile.
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Anschließend wird die Haltevorrichtung 16 mittels der Schraube
17 am Endflansch 3 befestigt und gegebenenfalls eine weitere
Haltevorrichtung am Endflansch 4. Danach wird die derart mit
einer oder zwei Haltevorrichtungen versehene Vorrichtung an der
Auswuchtmaschine angeordnet und es wird mit dem dynamischen
Auswuchten der leeren Vorrichtung, in der also noch kein
Werkzeugträger 15 angeordnet ist, begonnen. Dieser Vorgang wird
nur einmal durchgeführt.
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Anschließend wird der Werkzeugträger 15 in der Haltevorrichtung
16 angeordnet, oder ein anderer Werkzeugträger in der zweiten
Haltevorrichtung, wonach die gesamte Vorrichtung 1 mit dem
Werkzeugträger 15 an der dynamischen Auswuchtmaschine
angeordnet wird. Die verschiedenen Messungen zur Feststellung
der dynamischen Unwucht werden durchgeführt in zwei Ebenen
senkrecht zur Rotationsachse des Werkzeugträgers. Die
Verarbeitung der derart erhaltenen Messungen erfolgt durch eine
herkömmliche Schaltung, die in der Auswuchtmaschine angeordnet
ist und die Berücksichtigung derjenigen von der
Bedienungsperson übermittelten Stellen, an denen später das
Auswuchten des Werkzeugträgers vorgenommen werden soll, ergibt
die erforderlichen Werte für die in den Unwuchtebenen
ermittelten Unwuchten.
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Nach dem Zurückziehen des Werkzeugträgers 15 erfolgt sein
Auswuchten an einer benachbarten Arbeitsstation durch
Materialabtrag oder durch Materialzufuhr. Anschließend kann das
Ergebnis des derart erhaltenen Auswuchtvorgangs überprüft
werden, indem der Werkzeugträger 15 erneut in die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eingesetzt wird und eine
Endkontrolle durchgeführt wird. Die vorgenannten Schritte mit
Ausnahme des ersten, der nur einmal durchgeführt wird, werden
zum Auswuchten anderer Werkzeugträger wiederholt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht also auf einfache
Weise das dynamische Auswuchten eines Werkzeugträgers. Die
Abmessungen der Endflansche, die selbstverständlich eine andere
Gestalt aufweisen können, z. B. eine kreisförmige Gestalt,
sowie die Länge der langgestreckten Teile, welche die Rolle von
Abstandshaltern zwischen den beiden Flanschen übernehmen,
können ohne weiteres als Funktion der Größe des auszuwuchtenden
Werkzeugträgers abgewandelt werden. Es sei insbesondere betont,
daß die erfindungsgemäße Vorrichtung es ermöglicht, die Unwucht
von Werkzeugträgern großer Länge bezüglich ihres Durchmessers
festzustellen, wie z. B. von Bohrstangen oder dgl. Der
besondere Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht
sowohl eine hohe Steifigkeit dieser Vorrichtung als auch einen
perfekten Zugang zum Einbau und Ausbau des Werkzeugträgers.