-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Verbinden eines Schaftes, der in dem beweglichen Arm einer
Werkzeugmaschine zurückhaltbar ist, mit einer Sonde, die an dem
beweglichen Arm getragen werden kann, um der Maschine zu
ermöglichen, ein Werkstück oder Modell zu untersuchen.
-
In unserer ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung
Nr. 93 306 645.8, offenbaren wir ein Systetu, in welchem eine
Meß- oder Analogsonde an einer Werkzeugmaschine vorgesehen
ist, um der Maschine zu ermöglichen, die Kontur eines Modells
oder eines anderen Werkstückes nachzuzeichnen oder
abzutasten. Ein besonderes Merkmal dieses Systems ist die
Fähigkeit, die Meßsonde an der Maschine zu installieren, ohne daß
eine signifikante Modifikation an der Maschine notwendig
wird. Die Verbindungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
schafft eine weitere Entwicklung, die die operative
Installation einer Sonde (wie eine Meß oder Analogsonde) an der
Spindel einer Werkzeugmaschine ermöglicht, ohne daß eine
signifikante Modifikation notwendig wird.
-
Insbesondere ermöglicht die Verbindungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung einer Sonde, an der drehbaren Spindel
einer Werkzeugmaschine in einer Weise installiert zu werden,
die eine Rotationsstabilität der Spindel schafft (was im
Falle einer Meßsonde wichtig ist, beispielsweise um
sicherzustellen, daß die Meßachsen der Sonde statisch bleiben), und
die nichtsdestoweniger einen Schutzmechanismus schafft, um
Schaden an der Sonde oder der Maschine im Falle eines
zufälligen Anfahrens der Spindel zu verhindern, während die Sonde
damit verbunden ist.
-
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum
Verbinden eines Schaftes, der in der rotierenden Welle einer
Spindel an einer Werkzeugmaschine zurückhaltbar ist, mit
einer Sonde zum Untersuchen der Position oder Kontur einer
Oberfläche, wobei die Vorrichtung einen an dem Schaft
fixierbaren ersten Teil, einen an der Sonde fixierbaren zweiten
Teil, Mittel zum Schaffen einer Haltekraft, um den ersten und
zweiten Teil in stabilen Eingriff zu drängen und Mittel zum
Zulassen einer relativen Rotation des ersten und zweiten
Teils um eine Achse, die sich in der Richtung der Haltekraft
zwischen den beiden Teilen erstreckt, umfaßt, und wobei ein
Arm an dem zweiten Teil eingreifbar ist mit dem
Spindelgehäuse, relativ zu dem der Schaft drehbar ist, um rotierend
Bewegung auf den zweiten Teil und somit auf die Sonde
zwangsläufig aufzubringen.
-
Der Eingriff des Arms in das Spindelgehäuse verhindert die
Rotation der Sonde an Werkzeugmaschinen, an denen keine
mechanische Spindelverriegelung vorgesehen ist, während die
Fähigkeit des ersten und zweiten Teils der Vorrichtung, relativ
zueinander zu rotieren, Schaden an der Vorrichtung, der Sonde
oder der Maschine im Falle eines zufälligen Spindelanfahrens
verhindert.
-
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in
welchen:
-
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Schaft und eine
Meßsonde zeigt, die durch die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung zusammengehalten werden,
-
Figur 2 eine Draufsicht auf II-II in Figur 1 ist,
-
Figur 3 eine modifizierte Vorrichtung zeigt, und
-
Figur 4 ein Querschnitt bei IV-IV in Figur 3 ist.
-
Nach Fig. 1 besitzt eine Spindel 10 einen drehbaren Schaft
12, der innerhalb eines Gehäuses 14 drehbar gelagert ist. Die
Spindel 10 ist relativ zu einem Tisch der Maschine (nicht
gezeigt) linear beweglich, auf den ein Modell oder ein anderes
Werkstück, dessen Kontur nachgezeichnet wird, gestützt ist.
Ein kegelstumpfförmiger Schaft 16 wird in einem Sockel in der
Welle 12 durch einen Mechanismus gehalten, der einen
zurückziehbaren Stiftbolzen (nicht gezeigt), der auf der Rückseite
des Schaftes vorgesehen ist, hält. Der Schaft 16 trägt eine
Meß oder Analogsonde 18. Dieser besondere Typ einer Meßsonde
ist für die vorliegende Erfindung nicht von Belang und kann
beispielsweise eine Sonde des Typs sein, der in unserer
früher veröffentlichten internationalen Anmeldung Nr. WO90/04149
offenbart ist. Eine Zwischenverbindungsvorrichtung ist
geschaffen zum Verbinden des Schaftes 16 mit der Sonde 18,
wobei diese Vorrichtung Rotation auf die Sonde relativ zum
Spindelgehäuse 14 zwingt, und eine Rotation der Sonde relativ
zur Spindeiwelle 12 im Falle eines zufälligen Anfahrens der
Maschine ermöglicht. Die Zwischenverbindungsvorrichtung
umfaßt einen ersten Teil 20, der an der Welle 16 fixiert sein
kann, und einen zweiten Teil 22, der an der Sonde 18 fixiert
sein kann. Der erste Teil 20 umfaßt eine erste kreisförmige
Platte 24, von der ein zylindrischer Vorsprung 26 in eine
korrespondierende Bohrung 28 vorsteht, die koaxial innerhalb
des Schaftes 16 vorgesehen ist. Der Vorsprung 26 besitzt eine
sich in Umfangsrichtung erstreckende U-förmige Nut 29 in
seiner äußeren Fläche, die durch einen Zurückhaltebolzen 30 in
Eingriff steht, der sich radial in den Körper des Schaftes 16
erstreckt und dessen konische Endfläche 32 mit der Nut 29 in
Eingriff steht, um den ersten Teil 20 axial gegen den Schaft
16 zu drängen. Der zweite Teil 22 der Verbindungsvorrichtung
ist auch als eine zweite im wesentlichen kreisförmige Platte
34 ausgebildet, die einen sich aufwärts erstreckenden Flansch
40 besitzt, der sich rund um den ersten Teil der
Verbindungsvorrichtung erstreckt, wenn das Werkzeug 18 mit dem Schaft 16
verbunden ist. Die zweite kreisförmige Platte 34 stützt ein
Drucklager 42 in der Form eines ringförmigen Polsters. Das
Drucklager 42 wird an der zweiten kreisförmigen Platte 34 in
einer ringförmigen Aussparung 43 gehalten, und ein Stift 44
verhindert die Rotation des Lagers 42. Der zweite Teil 22 ist
mit der Sonde mittels dreier gleichbeabstandeter Bolzen 46
verbunden.
-
Eingriffsmittel sind vorgesehen, um den ersten und zweiten
Teil 20, 22 in Eingriff zu drängen, und in dieser
Ausführungsform ist das Eingriffsmittel in der Form eines
Zurückhaltebolzens 50 vorgesehen, der sich durch das Zentrum eines
zylindrischen Vorsprungs 52 erstreckt, der im Zentrum der
Platte 34 vorgesehen ist. Der Schaft des Bolzens 50 erstreckt
sich durch das Zentrum des zylindrischen Vorsprungs 26, der
an dem ersten Teil 20 vorgesehen ist, und Muttern 54, die an
dem Schaft des Bolzens 50 vorgesehen sind, drücken einen
Stapel 56 von Belville-Beilagscheiben gegen eine innere Leiste
58, die in dem Vorsprung 26 vorgesehen ist. Diese Anordnung
drängt den ersten Teil 20 gegen das Drucklager 42, das an dem
zweiten Teil 22 vorgesehen ist, wobei der Reibungseingriff
zwischen dem Drucklager 42 und dem ersten Teil Rotation im
Normalbetrieb verhindert, und gleichzeitig einen stabilen
Halt der Sonde und des Schaftes ermöglicht.
-
Der zweite Teil 22 besitzt einen sich radial erstreckenden
Arm 60, der ein erstes Glied 60A besitzt, das sich in bezug
auf die Achse A radial erstreckt und ein zweites Glied in der
Form eines Lokalisierungsstiftes 62, der verstellbar an dem
ersten Glied 60A abgestützt ist und sich in bezug auf die
Achse A axial erstreckt. Der Stift 62 wird innerhalb eines
sich radial erstreckenden Schlitzes 64 gehalten, der die
Einstellung der Position des Stiftes 62 zwischen den beiden
Positionen 64A,B , die in Figur 2 gezeigt sind, schafft. Die
Position des Stiftes in dem Schlitz 64 wird durch die
haltende Mutter 66 fixiert. Der Stift 62 besitzt eine Bohrung 70,
die einen federbelasteten Plunger 72 abstützt. Der Plunger 72
besitzt einen zentralen Körper 74, von dessen Enden sich
jeweils ein zylindrischer Vorsprung 76A,B erstreckt. Jeder
Vorsprung 76 A,B stützt einen hexagonalen Zapfen 78A,B, der
angepaßt ist, um mit dem Kopf eines Inbusbolzens in Eingriff zu
stehen. Die Zapfen 78A,B besitzen unterschiedliche
Durchmesser, um den Eingriff von Inbusbolzen unterschiedlicher Größe
durch die Orientierungsumkehr des Plungers 72 innerhalb der
Bohrung 70 zu ermöglichen. Der Plunger 72 wird innerhalb der
Bohrung 70 durch eine Endkappe 80 gehalten, die am Ende des
Stiftes 62 geschaffen ist, der mit dem Körper 74 in Eingriff
steht. Die Kappe 80 besitzt eine zentrale Öffnung, durch die
ein Zapfen 78A,B durch die Einwirkung einer vorspannenden
Feder 82 gedrängt wird.
-
Ein Rotationszwang der Sonde relativ zum Spindelgehäuse 14
wird durch den Eingriff von einem der Zapfen 78A,B in den
Kopf von Inbusbolzen 86 geschaffen, die typischerweise in der
Nase 88 des Spindelgehäuses 14 vorgesehen sind. Wo die
Maschine, an der die Sonde verwendet wird, keine solchen
Inbusbolzen hat, kann eine geeignete Öffnung aus der Spindelnase
ohne große Schwierigkeiten oder Schäden an der Maschine
herausgebohrt werden.
-
Der Arm 60 schafft somit einen Rotationszwang auf die Sonde
relativ zum Spindelgehäuse, und ermöglicht somit die
Verwendung einer Meß- oder Analogsonde an einer Werkzeugmaschine,
die keine mechanische Spindelverriegelung besitzt, ohne daß
eine Modifikation der Maschine notwendig wird, um eine solche
Verriegelung zu schaffen. Sollte überdies die Spindelwelle 12
zufällig in Rotation relativ zum Gehäuse 14 versetzt werden,
während eine Meßsonde damit verbunden ist, wird die Welle 16
innerhalb des Spindelgehäuses 14 und mit dem ersten Teil 20
der Verbindungsvorrichtung rotieren. Jedoch werden der zweite
Teil 22 der Verbindungsvorrichtung und die Sonde durch den
Vorzug des Eingriffes des Armes 60 in das Spindelgehäuse 14
stationär bleiben. Der erste Teil 20 der
Verbindungsvorrichtung wird deshalb relativ zum zweiten Teil der
Verbindungsvorrichtung rotieren, wobei das Drucklager 42 dies
ermöglicht.
-
Während einer zufälligen Rotation zwischen der Sonde und dem
Schaft wird die Reibung am Drucklager hoch sein. Diese
Vorrichtung ist jedoch nur als Sicherheitsvorrichtung
vorgesehen, um Schaden an der Maschine, der Sonde, oder dem Bediener
im Falle eines zufälligen Spindelanlaufens zu verhindern. Für
den Fall, daß dies aufgetreten ist, sollte die Sonde
hinsichtlich ihrer sowohl Translations- als auch
Rotationsposition relativ zum Schaft 16 wieder an ihren Bezugspunkt
geführt werden, und somit wird sich der Schaft 12 als Ergebnis
dieser relativen Rotation signifikant verändert haben. Die
Translation der Sonde kann verursacht werden durch Abnutzung,
Reibungseffekte oder als ein Ergebnis der Hitze, die während
der relativen Rotation erzeugt wird.
-
Ein unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt
eine Werkzeugmaschine mit: einem Tisch zum Stützen eines
Werkstücks, einer Spindel, wobei die Spindel und der Tisch
relativ zueinander linear beweglich sind, die Spindel ein Gehäuse
und einen Schaft innerhalb des Gehäuses besitzt, der Schaft
relativ zum Gehäuse drehbar ist; einer Sonde zum Untersuchen
der Position oder Kontur einer Oberfläche, wobei die Sonde
mit einem Schaft verbunden ist, der an der Welle der Spindel
gehalten wird; einer Verbindungsvorrichtung zum Verbinden der
Sonde und des Schaftes, einschließlich einem am Schaft
fixierbaren ersten Teil, einem an der Sonde fixierbaren zweiten
Teil, Mitteln zum Schaffen einer Haltekraft, um den ersten
und zweiten Teil in stabilen Eingriff zu drängen und Mitteln
zum Zulassen einer relativen Rotation des ersten und zweiten
Teils um eine Achse, die sich in der Richtung der Haltekraft
zwischen den beiden Teilen erstreckt, und wobei ein Arm an
dem zweiten Teil eingreifbar mit dem Spindelgehäuse ist, um
rotierend Bewegung auf den zweiten Teil und somit auf die
Sonde zwangsläufig aufzubringen. Gewöhnlich sind eine
Vielzahl von Bolzen im Gehäuse vorgesehen, von denen jede einen
Kopf umfaßt, der eine Aussparung besitzt. Ein federbelasteter
Plunger ist an dem zweiten Glied an einem bezüglich seiner
Verbindung mit dem ersten Glied distalen Ende davon
geschaffen, das angepaßt ist, um in der Vertiefung eines
Bolzenkopfes zu sitzen.
-
Eine Modifikation wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3
und 4 beschrieben. Wie bei der ersten Ausführungsform umfaßt
die Zwischenverbindungsvorrichtung einen ersten Teil 120, der
an dem Schaft 116 fixiert sein kann, und einen zweiten Teil
122, der an der Sonde 118 fixiert sein kann. Der zweite Teil
122 stützt drei gleichbeabstandete Kugeln 144, von denen zwei
in vertiefungen 146 liegen, die eine Tiefe haben, die
ungefähr gleich der Hälfte des Durchmessers der Kugeln 144 ist,
und von denen eine dritte in einer Vertiefung 147 liegt,
deren Tiefe unbedeutend kleiner ist, als der Durchmesser der
Kugel. Der zweite Teil 122 ist mit der Sonde mittels dreier
gleichbeabstandeter Bolzen 148 verbunden.
-
Ein Zurückhaltebolzen 150, der in einem Vorsprung 152 an den
ersten Teil 120 abgestützt ist und eine Serie von
aufeinandergestapelten Belville-Beilagscheiben 154, die zwischen dem
Bolzen 150 und einer inneren Leiste 156 aufliegen, die
innerhalb des Vorsprunges an dem ersten Teil geschaffen ist,
veranlaßen zwei der Kugeln 144, in einer sich in Umfangsrichtung
erstreckenden V-Nut 155 an dem ersten Teil 120 auf zuliegen,
und die dritte der Kugeln 144, sich gegen eine planare Fläche
156 an dem ersten Teil 120 zu drücken, die sich rund um die
sich in Umfangsrichtung erstreckenden V-Nut 155 erstreckt.
Diese Anordnung schafft eine quasi-kinematische Abstützung
des ersten Teils 120 an dem zweiten Teil 122. Der
verbleibenungezwungene Freiheitsgrad ist die Rotation um die Achse A
der Sonde 118 und des Schaftes 116.
-
Der zweite Teil 122 der Vorrichtung besitzt ein erstes Glied
in der Form eines sich radial erstreckenden Armes 160 und ein
zweites Glied in der Form eines einstellbar gestützten, sich
axial erstreckenden Lokalisierungsstiftes 162. Der Stift 162
wird an dem Arm 160 innerhalb einer Vertiefung 164 mit
ausreichendem Abstand gehalten, um der Position des Stiftes zu
ermöglichen, in einer Richtung radial zur Achse A eingestellt
zu werden. Die Position des Stiftes 162 kann relativ zu dem
Arm 160 durch ein Paar von Zurückhaltebolzen 166 fixiert
werden, wenn die korrekte radiale Einstellung einmal erreicht
ist. Der Stift 162 umfaßt eine Basis 170 und ein Plungerglied
172, das in einer Bohrung 174 gehalten wird, die im oberen
Ende der Basis 170 geschaffen ist. Das Plungerglied umfaßt
einen Plungerstift 176, der durch eine Feder 178 aufwärts
vorgespannt ist, im Eingriff mit einer inneren Vertiefung
eines Inbusbolzens 180, der die Spindelnase 182 mit dem Rest
des Spindelgehäuses fest verbindet. Das Plungergehäuse wird
mittels eines Gewindestiftes 184 in der Basis gehalten.
-
Wie bei der ersten Ausführungsform schafft der Arm einen
Rotationszwang auf die Sonde relativ zum Spindelgehäuse und
ermöglicht somit die Verwendung einer Sonde an einer
Werkzeugmaschine, die keine mechanische Spindelverriegelung besitzt,
ohne daß eine Modifikation der Maschine notwendig wird, um
einen solchen Verschluß zu schaffen. Im Falle eines
zufälligen Spindelstarts wird der erste Teil 120 der
Verbindungsvorrichtung relativ zum zweiten Teil 122 der
Verbindungsvorrichtung rotieren, wobei zwei der Kugeln 144 rund um die V-Nut
155 gleiten, während die dritte Kugel rund um die planare
Fläche 156 gleitet, die die V-Nut 155 umgibt.