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Vorrichtung zum Ausrichten von Werkstücken
Das Ausrichten von Werkstückrohlingen
mit Bearbeitungszugabe geschieht praktisch auch heute noch von Hand, z. B. durch
Abtasten auf der Anreißplatte.
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Soweit besondere Vorrichtungen zur Erleichterung vorgeschlagen worden
sind, handelt es sich nur um Einspann- oder Drehvorrichtungen für das Werkstück,
wie z. 13. für Wellen o. dgl., bestimmte Umlaufmaschinen mit Kreuzverschiebung der
Einspannstelle. Das eigentliche Ausrichten selbst geschieht aber von Hand.
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Durch die Vorrichtung nach der Erfindung wird nun der eigentliche
Ausrichtvorgang, vollkommen mechanisiert, hierdurch nicht nur beschleunigt (die
Zeit zum Ausrichten beträgt nicht wie bei Handausrichten Stunden, sondern nur Minuten),
sondern auch von Zufälligkeiten unabhängig, so daß Ausschuß durch ungenaues Ausrichten
selbst bei geringer Bearbeitungszugabe nicht vorkommen kann.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrieren von Werkstücken,
bei der die Lagerpunkte der Werkstücke durch die Lage der Werkstücke festlegende
Taststifte ferngesteuert werden, so daß das Werkstück in die gewünschte Endlage
hineingeführt wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Auflagerstellen
des Werkstückes jeweils in zwei zueinander senkrechten Richtungen beweglich sind,
daß die Bewegung in den beiden senkrechten Richtungen voneinander unabhängig ist
und durch Umkehrmotoren bewirkt wird und daß die Steuerung der Bewegungen durch
einzelne oder zu Gruppen zusammengefaßte, gegen den zu zentrierenden Körper gerichtete
Tastelemente geschieht. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung beschrieben, bei dem elektrisch gesteuerte Elektromotoren verwendet
sind. An Stelle der Elektromotoren können auch andere Motoren, beispielsweise solche
mit hydraulischem Antrieb, verwendet werden.
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Zum Verständnis der Erfindung sei zunächst an Hand der vereinfachten
Prinzipdarstellungen, Abb. 1 a
und Ib, das zugrunde liegende Abtast-
und Bewegungsprinzip an einem zweidimensionalen Gebilde erläutert.
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Mit a, b, c, d sind die Abtastelemente bezeichnet.
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Es sind Stifte, die paarweise: erstes Paar Stifte a und c, zweites
Paar Stifte b und d, zusammenwirken und nach den Achsen des rechtwinkligen zweidimensionalen
Koordinatensystems X Y angeordnet und in den Ausrichtungen verschieblich sind. Sie
werden nach Abb. 1 a auf die Sollage des auszurichtenden Gebildes, beim Erläuterungsbeispiel
einer runden ScheibeK, eingestellt; Scheibenmittelpunkt im Mittelpunkt des Koordinatensystems.
In dieser Lage sind sie federnd gehalten, und zwar so, daß sie wohl vom Systemmittelpunkt
nach außen zurückweichen können, sich aber nicht selbsttätig, etwa unter dem Einfluß
der Feder, über ihre Einstellung hinaus dem Systemmittelpunkt nähern.
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Bringt man nun die runde Scheibe K in beliebiger Lage, etwa der in
Abb. Ib gezeichneten Istlage Kj, in die Vorrichtung ein, so werden die Abtaststifte
c und d, mit dem Scheibenrand in Berührung bleibend, zurückweichen, während die
Stifte a und b in ihrer eingestellten Stellung stehenbleiben, die Scheibe also nicht
berühren.
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Die Scheibe ist in einem Bewegungssystem, z. B. zwei Kreuzschlitten
0. dgl., eingelagert, welches eine Verschiebung der Scheibe K nach dem Koordinatensystem
der Abtaststifte erlaubt, etwa durch je einen elektrischen Reversiermotor für jede
Koordinatenachse, wobei der für dieX-Achsen-Bewegung bestimmte Motor durch die Abtaststifte
a und c und der für die Y-Achsen-Bewegung bestimmte Motor durch die Abtaststifte
b und d beeinflußt wird.
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Die Steuerung der Bewegung erfolgt nun gemäß der Erfindung durch
die die Scheibe Ki nicht berührenden Abtaststifte, und zwar in der Weise, daß sich
die Scheibe K nach den Richtungen X und Y (Abb. Ib) auf die Abtaststifte zu bewegt,
und zwar so lange, bis die Scheibe an den Abtaststiften a und b anstößt und die
Sollage, erreicht ist. Um dieses zu erreichen, sind die elektrischen Steuergeräte,
z. B. Endschalter, an den Abtaststiften so ausgelegt, daß die Stromkreise der Motoren
einmal überhaupt nur durch in ihrer eingestellten Stellung stehende Abtaststifte
a und b geschlossen sind und zum anderen von jedem Stiftpaar der eine Stift den
Linkslauf, der andere den Rechtslauf des gleichen Motors beeinflußt; jede Abweichung
eines Stiftes aus seiner Einstellung unterbricht den zugehörigen Steuerkreis.
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Diese Steuerung kann mittels bekannter elektrischer Schaltungen,
z. B. unter Verwendung von durch die Abtaststifte betätigten Endschaltern (s. weiter
unten und Abb. 3) oder bei einer Scheibe aus elektrisch leitendem Werkstoff unter
Zwischenschaltung von Nullspannungsrelais durch Berüurungskontaktgabe zwischen Scheibe
und Abtastelement verwirklicht werden.
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An Stelle eines Abtaststiftes je Koordinatenrichtung werden bei der
praktischen Verwendung der Vorrichtung insbesondere zum Ausrichten unregelmäßiger
Gebilde mehrere Abtaststifte vorgesehen (vgl. Abb. 4), die dann gruppenweise elektrisch
parallel geschaltet sind, wobei jede Gruppe die in einem Feld zwischen den strichpunktiert
in Abb. 4 eingetragenen Diagonalen angeordneten Abtaststifte umfaßt.
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Bei dreidimensionalen Gebilden werden, wie in Abb. 2 am Beispiel
eines zylindrischen Körpers gezeigt ist, über die Länge des Zylinders eine Anzahl
der vorbeschriebenen zweidimensional wirksamen Einzelvorrichtungen, später als Stationen
bezeichnet, verteilt angeordnet und nun die Abtaststifte aller links bzw. rechts
von der vertikalen Mittellinie 22 liegenden Einzelvorrichtungen in den durch die
Diagonalen (entsprechend Abb. 4) bestimmten Feldern parallel geschaltet und beeinflussen
die Bewegung der endseitigen Einspannung 2 am linken bzw. rechten Ende des Zylinderkörpers.
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Es ist nicht notwendig, daß die Vorrichtung, wie zuvor beschrieben,
nach einem rechtwinkligen Koordinatensystem arbeitet, sie kann auch nach jedem anderen
System, z.B. nach Polarkoordinaten, ausgelegt sein.
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Zur Vervollständigung der Erläuterung der grundlegenden Arbeitsweise
sei zunächst noch die Einstellvorrichtung der Abtastelemente beschrieben.
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Diese Tastelemente (Abb. 3) bestehen aus einem verstellbaren Träger
II, in dem sich eine Hülse 12 führt. Durch die Feder I3 wird diese Hülse nach dem
Werkstück zu bewegt. Diese Bewegung ist aber dadurch begrenzt, daß der Körper der
Hülse an der Stelle I4 zur Anlage kommt. In der Hülse selbst ist der eigentliche
Taststift I5 verschiebbar angeordnet und mit einer Klemmschraube i6 in der dem Sollkörper
entsprechenden Stellung (vgl. Abb. Ia) feststellbar.
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Es sei nun im folgenden die Anwendung des zuvor behandelten Grundprinzips
der Ausrichtung eines Körpers aus einer beliebigen Istlage in eine Sollage auf die
Ausrichtung und Zentrierung von Rohlingen erläutert, die für die spanabhebende Bearbeitung
vorgesehen sind, also das Ausrichten eines Istkörpers, der in seinen Querschnitten
von den entsprechenden des Sollkörpers um die Bearbeitungszugabe abweicht. Es handelt
sich also darum, den Istkörper in eine solche Lage in bezug auf den nach dem Koordinatensystem
zentrierten Sollkörper zu bringen, daß überall die an den einzelnen Körperstellen
gewünschte, im allgemeinen möglichst klein zu haltende Bearbeitungszugabe vorhanden
ist.
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Die beispielsweise zur Zentrierung eines Wellenrohlings eingerichtete
Vorrichtung besteht (vgl. Abb. 2 und 4) aus einem Grundbett, auf dem an den beiden
äußersten Enden die Zentrierbohrer I angeordnet sind, deren Mitten die eigentliche
festliegende, der Koordinatenachse des Abtastsystems entsprechende Symmetrieachse
der Vorrichtung bilden. Die beiden von Hand zu bedienenden Bohreinrichtungen zum
Bohren der Zentrierkörper sind auf dem Bett je nach Werkstücklänge verschiebbar.
Dazwischen befinden sich die beiden Aufspann- und Ausrichtsysteme 2 für die Aufnahme
des Werkstückes 3, ebenfalls auf dem Bett verschiebbar. Je nach Art des Werkstückes
können diese an dessen beide Enden oder auch mehr zur Mitte gesetzt werden. Jedes
dieser Systeme besteht aus einem senkrecht verstellbaren Schlitten 4, der einen
quer zur Achse verstellbaren Schlitten 5 trägt. Auf letzterem befindet sich die
von Hand zu betätigende Spannzange 6 für das Werkstück.
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Die beiden Schlittenbewegungen werden durch je einen kleinen Reversiermotor
für auf-ab bzw. links
rechts bewirkt. Für das Ausrichten des Rohlings
sind also insgesamt vier Motorenan jedem Ausrichtsystem je zwei, vorhanden, die
gestatten, die Rohlingachse (Istkörperachse) in jede beliebige Lage zur Achse der
Vorrichtung (Sollachse) zu bringen.
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Diese vier Motoren erhalten ihre Impulse von beliebig vielen über
die Länge des Werkstückes verteilten Kontrollstationen 9, die je nach Bedarf zwischen
den beiden Aufspann- und Ausrichtsystemen bzw. auch außerhalb derselben auf dem
Maschinenbett aufgesetzt werden. Ihre Zahl richtet sich nach den gewünschten Kontrollstellen
des Werkstückes. Diese Stationen umfassen das Werkstück ringförmig. Sie sind geteilt
und werden, um das Werkstück einlegen zu können, auseinandergefahren. Das Öffnen
und Schließen erfolgt für alle Stationen über eine gemeinsame Betätigung gleichzeitig
und von Hand.
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Eine größere Anzahl der zuvor beschriebenen Tastelemente 10 ist stirnseitig
angebracht und kann je nach Größe, Form und Lage des zu kontrollierenden Querschnittes
an der Station befestigt werden. Die Einstellung der Tastelemente kann entweder
nach einem in die Zentrierkörper eingespannten Musterstück erfolgen oder aber durch
Ausmessen, zu welchem Zweck an der Vorrichtung besondere Bezugskanten vorgesehen
sein können.
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Denkt man sich Kontrollstationen mit einem Diagonalkreuz I7 versehen,
so sind ohne weiteres alle Tastelemente, die in der oberen Dreiecksfläche liegen,
zusammengehörig. Das gleiche gilt für die in der unteren bzw. linken oder rechten
Dreiecksfläche liegenden Elemente. Die jeweils zusammengehörigen Tastelemente einer
Station wirken nun zunächst auf je eine über die gesamte Breite bzw. Höhe der Kontrollstationen
sich erstreckende Klappe I8, und zwar so, daß die Köpfe der Hülsen Ie die Klappen
im Punkt I9 berühren, wenn durch die Federn I3 eine Anlage an den Stellen vorhanden
ist. Durch Gestängeübertragungen 20, die nur schematisch dargestellt sind, ist jeder
der Klappen I8 ein elektrischer Schaltkontakt 2Ia zugeordnet. Wenn nun die Spitzen
der Taststifte I5 die Sollkontur (strichpunktiert gezeichnet) des Werkstückes berühren,
sollen damit sämtliche Kontakte soeben geschlossen sein. Wird jetzt der Rohling
in die Vorrichtung eingelegt, so wird vermutlich ein größerer Teil der Taststifte
I5 nach außen gedrückt, während es möglich ist, daß andere Taststifte die wirkliche
Oberfläche des Rohlings nicht berühren können, weil sie an der Stelle 14 zur Anlage
kommen, ehe die Spitze des Taststiftes den Rohling berührt. Dies bedeutet, daß an
einzelnen Stellen der Istquerschnitt (stark gezeichnet) über den Sollquerschnitt
(strichpunktiert) hinausragt, während er an anderen Stellen diesen unterschneidet,
also an manchen Stellen zuviel Bearbeitungszugabe, an anderen Stellen ein Untermaß
vorhanden ist.
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Die erwähnten Schaltkontakte 21a bis 21d setzen nun die an den Ausrichtstationen
befindlichen Elektromotoren 7 bzw. 8 in Tätigkeit. Es ist hierbei zu erwähnen, daß,
etwa von der strichpunktierten Linie 22 aus gesehen, jeweils die nach dem linken
Ende des Werkstückes zu angeordneten Kontrollstationen g auch nur die links befindliche
Ausrichtstation 2 beeinflussen, während die rechts angeordneten Kontrollstationen
ebenfalls wieder nur die rechte Ausrichtstation 2 beeinflussen. Betrachtet man jetzt
z. B. eine links befindliche Kontrollstation 9, so wären z. B. alle oben und rechts
gezeichneten Taststifte durch die Istkontur des Rohlings abgehoben (Abb. 4) und
damit die zugehörigen Schaltkontakte 2Ia und 21 geöffnet. Die links bzw. unten dargestellten
Taststifte berühren teilweise den Rohling, teilweise aber auch nicht. Wenn aber
nur ein Taststift einer Gruppe den Rohling nicht berührt, genügt dies allein bereits,
um den zugeordneten Schaltkontakt zu schließen. Dieses wäre also der Fall bei Kontakt
21a und 2Id Jedem dieser zunächst vier Schaltkontakte ist eine Drehrichtung eines
der Motoren 7 bzw. 8 zugeordnet, und zwar so, daß sich das Werkstück bei einer Kontaktgebung
dem Taststift zu nähern versucht, der die Bewegung eingeschaltet hat, um bei Berührung
die eingeschaltete Bewegung wieder abzuschalten. Die Wirkungsweise ist also mit
anderen Worten so, daß der nicht berührende Taststift den Rohling sozusagen ansaugt.
Wenn nun, wie dies praktisch der Fall ist, eine größere Anzahl Kontrollstationen
vorhanden ist, so sind alle Schaltkontakte 2I«, sofern sie von der Mitte 22 nach
links liegen, parallel geschaltet und würden beispielsweise bei ihrem Schließen
das Werkstück irgendwie nach links bewegen. Gleiches gilt sinngemäß für die Kontakte
2Ib, 21c und 21d. Die rechte Seite der Maschine, von der Mitte 22 aus gesehen, ist
absolut genau so beschaffen, arbeitet jedoch wieder vollkommen getrennt von der
linken Seite.
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Wenn der Rohling nun eingelegt ist, wird er also beiderseits so lange
senkrecht bzw. waagerecht verstellt, bis alle Taststifte 15, die sich überhaupt
an der Maschine befinden, den Rohling berühren. Hierbei ist es durchaus möglich,
daß eine Veränderung der Lage des Rohlings auf der linken Seite eine bereits auf
der rechten Seite stattgefundene Ausrichtung so beeinflußt, daß dort einzelne Taststifte
nunmehr das Werkstück nicht mehr berühren, die vorher angelegen hatten. Ein Nachrichten
tritt in diesem Falle dann auf der rechten Seite automatisch wieder ein.
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Der Ausrichtvorgang, der mit verhältnismäßig geringen Verstellgeschwindigkeiten
erfolgt, ist zunächst beendet, wenn alle Taststifte das Werkstück berühren.
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Dies bedeutet, daß der Rohling an allen Stellen die Sollform des Werkstückes
umhüllt, womit die für das Ausrichten wichtige Bedingung gewünschter Bearbeitungszugabe
erfüllt ist.
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Sind nun gegenüberliegende Kontrollstifte nicht zur Anlage gekommen,
wobei es gleichgültig ist, ob diese Stifte an einem Querschnitt angeordnet sind
oder an verschiedenen, wenn sie nur auf der gleichen Seite der Vorrichtung liegen,
so bedeutet das, daß der Rohling an den betreffenden Stellen ein Untermaß besitzt,
das sich überhaupt nicht korrigieren läßt und der Rohling damit Ausschuß ist. Ein
Lampensignal kennzeichnet dann diesen Zustand. War jedoch das Werkstück überhaupt
ausrichtbar, so ist es möglich, daß dann das Übermaß (Bearbeitungszugabe) ungleichmäßig
verteilt ist, also z. B. nahezu die gesamte Bearbeitungszugabe sich, über die Länge
gesehen, rechts oben befindet, während links unten die Istform des Werkstückes die
Sollform soeben tangiert, das nur geringstes Übermaß
besitzt. Mit
anderen Worten, das fertig bearbeitete Werkstück würde gewissermaßen exzentrisch
im Rohling liegen.
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Dieser Zustand ist sowohl aus technologischen als auch aus Bearbeitungsgründen
unerwünscht. Um diesen Nachteil zu beheben, werden nun sämtliche Schaltkontakte,
also sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite der Vorrichtung, um den
gleichen Betrag vom Werkstück entfernt und der Betätigungseinrichtung genähert,
und zwar in langsamer Weise. Die Auswirkung dieser Maßnahme bedeutet praktisch ein
gleichmäßiges, zentrales Aufblähen sämtlicher kontrollierten Sollquerschnitte. Die
Schaltkontakte sitzen auf besonderen Schiebern, und zwar die jeweils vier Schaltkontakte
einer Kontrollstation räumlich nebeneinander, so daß sie durch eine gemeinsame Verschiebeeinrichtung
um den gleichen Betrag gegenüber ihrem Betätigungsmechanismus 20 verstellt werden
können. Wie schon erwähnt, bedeutet eine solche Verstellung die Aufblähung der Sollquerschnitte.
Wenn das Werkstück vorher so ausgerichtet wird, daß alle Kontakte geöffnet sind,
wird nunmehr wieder eine Anzahl Kontakte geschlossen, und der Ausrichtvorgang beginnt
von neuem so lange, bis wieder sämtliche Taststifte die Werkstückoberfläche berührt
haben. Man kann nun diese sog.
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Aufblähung so weit treiben, bis nur je zwei sich gegenüberliegende
Stifte die Oberfläche nicht mehr berühren und die vorher erwähnte Lampe damit aufleuchtet.
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Jetzt ist der Punkt erreicht, wo ein genaueres Ausrichten auch in
bezug auf möglichst gleichmäßiges Übermaß nicht mehr möglich ist. Der Ausrichtvorgang
ist nunmehr endgültig abgeschlossen, und die Anzentrierung mittels Zentrierbohrer
kann jetzt vorgenommen werden. Hierdurch ist die wirklich vorhandene Zugabe über
die ganze Länge bzw. den ganzen Umfang des Werkstückes so gleichmäßig verteilt,
wie dies die Ungenauigkeit des Rohlings äußerst noch gestattet.
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Soll dagegen auf eine möglichst gleichmäßige Zentrierung nur einzelner
Querschnitte Wert gelegt werden, die vielleicht roh bleiben sollen, so werden nur
die diesen Querschnitten zugeordneten Schaltkontakte 21a bis 2Id ihrer Betätigungseinrichtung
genähert und damit nur die Querschnitte an diesen Stellen aufgebläht, während die
anderen bestehenbleiben. Es wird damit erreicht, daß diese Querschnitte genauestens
zentriert werden, während zu deren Lasten die übrigen Querschnitte größere Unregelmäßigkeiten
aufweisen, ohne jedoch Untermaß zu erhalten. Hierdurch wird eine weitere des öfteren
gestellte Bedingung erfüllt, daß an einzelnen Stellen die Zugabe genauestens eingehalten
werden wird zu Lasten der übrigen Werkstückoberfläche, wobei letztere aber die zur
Bearbeitung notwendige Mindestzugabe an allen Stellen aufweist, wie dies z. B. dann
notwendig ist, wenn Teile der Werkstückoberfläche roh bleiben sollen.
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PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zum Ausrichten von Körpern, insbesondere
zum Zentrieren von Rohlingen, die ganz oder teilweise spanabhebend bearbeitet werden
sollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerstellen des Körpers in je zwei Koordinatenrichtungen
beweglich sind, daß die Bewegung in beiden Richtungen unabhängig ist, daß die Bewegungen
durch Umkehrtriebwerke bewirkt werden und daß die Steuerung der Bewegungen durch
einzelne oder zu Gruppen zusammengefaßte, gegen den zu zentrierenden Körper gerichtete
Tastelemente in der Weise erfolgt, daß der Körper auf nicht anliegende Tastelemente
hin bewegt wird.