WO2006050618A1 - Centering device - Google Patents

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WO2006050618A1
WO2006050618A1 PCT/CH2005/000143 CH2005000143W WO2006050618A1 WO 2006050618 A1 WO2006050618 A1 WO 2006050618A1 CH 2005000143 W CH2005000143 W CH 2005000143W WO 2006050618 A1 WO2006050618 A1 WO 2006050618A1
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WO
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workpiece
center
rotating
marking
centering device
Prior art date
Application number
PCT/CH2005/000143
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alfred Mueller
Franz Knecht
Kurt Berchtold
Original Assignee
Abb Turbo Systems Ag
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Publication date
Application filed by Abb Turbo Systems Ag filed Critical Abb Turbo Systems Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/14—Determining unbalance
    • G01M1/16—Determining unbalance by oscillating or rotating the body to be tested
    • G01M1/26—Determining unbalance by oscillating or rotating the body to be tested with special adaptations for marking, e.g. by drilling

Definitions

  • the invention relates to the field of workpiece centering, it relates to the manufacture of a center at the exact geometric location.
  • the geometrically defined location of the center of the workpiece must be determined and marked as accurately as possible beforehand.
  • marking is understood to mean the attachment of a center mark in the form of a hole, such as drilling, grinding or milling by means of a corresponding machine.
  • the locus In balance centering, the locus is searched for using two independent machines, a vertical balancing machine, and the center is machined on a center grinder.
  • the workpiece has to be re-clamped, which can lead to relatively large clamping and position errors.
  • the geometric location of the grinding head axis of the center grinding machine is not clear. It must therefore be randomly checked a finished center on a workpiece in a complex measurement method using a measuring machine. This review and a vulnerable correction is very labor and time consuming.
  • Absolute security whether the center is in the right place, does not exist until the workpiece is finished. The operator of the machines thus has no possibility to control the accuracy during work.
  • the reject and repair costs associated with balance centering are high.
  • the object of the invention is to provide a centering device for determining and marking the center of a workpiece, which allows an accurate and clearly reproducible centering of a workpiece.
  • Next is to be created a centering for centering a workpiece with such a centering device.
  • the centering device is based on a balancing machine for measuring an imbalance of a workpiece and comprises turning means for rotating the workpiece resting on the rotating means and measuring means for measuring an imbalance of the rotating workpiece. Furthermore, the centering device according to the invention comprises fastening means for holding the workpiece resting arbitrarily on the rotating means, displacement means for displacing the workpiece resting on the rotating means when the fastening means are loosened on the rotating means and marking means for marking the center of the workpiece.
  • the centering device according to the invention can be used for exact marking of a center of rotation on workpieces with complex shapes by producing an exact centering bore or by specifying a prefabricated, coarse alignment centering bore in the center of rotation.
  • the marking or processing is done by drilling, milling or grinding.
  • workpieces may be, for example, turbine wheels made by precision casting for exhaust gas turbochargers or other rotating precision castings.
  • the centering device makes it possible to find the geometrically defined location of the center of the complicated workpiece with great accuracy and to produce a center marking (bore), to control it and to record it in the form of residual imbalance.
  • the centering device according to the invention for determining and marking the center of a workpiece and the centering method according to the invention for centering a workpiece with a centering device will be explained in greater detail below with reference to the drawings. This shows
  • Fig. 1 is a schematic top view of a centering device with a workpiece to be centered
  • FIG. 2 is a schematic front view of the centering device of FIG. 1.
  • FIG. 1 The two figures show schematically an embodiment of the inventive centering device, wherein in Fig. 1, the centering device from above with a view of the workpiece to be centered and in Fig. 2, the centering device is shown in a side view from the front.
  • the centering device comprises a balancing table 10 with a rotatable part, the balancing spindle 11, which is driven for example by an electric motor via a belt and is rotatable about the center of rotation 12, or in side view about the axis passing through the center of rotation.
  • the balancing spindle 11 serves to receive a workpiece 60 to be centered.
  • a vacuum pump 13 is provided with which the workpiece of the balancing spindle 11 is firmly sucked by way of air ducts shown schematically in FIG.
  • the workpiece is fastened to the balancing spindle by means of a vacuum which can be switched on and off.
  • a simple adapter can be provided between the balancing spindle and the workpiece adapted to the workpiece.
  • the imbalance measuring unit comprises a mechanical sensor and electronics connected to the sensor, which in turn is connected to a computer to display the measured imbalance store or approximately in one of the eccentricity of a arranged on the balancing spindle workpiece with respect to the center of rotation corresponding length specification to convert.
  • the centering device further comprises a displacement means 30 with which can be moved on the balancing spindle 11 in a certain direction.
  • the displacement means is designed as a force arm 30, which can be moved in the direction of the x-axis in the indicated coordinate system. With the power arm thus the workpiece 60 can be moved on the balancing spindle in the direction of the x-axis.
  • a dial gauge 20 is provided with which the exact position of the workpiece on the balancing spindle can be measured.
  • the dial gauge is used to determine the position before and after but especially during the movement of the workpiece by the power arm.
  • the centering device further comprises a marking device with a milling or grinding head 41, with which the workpiece rotating on the spindle can be provided with a center bore or bevel (funnel-shaped bevelled edge).
  • a marking device with a milling or grinding head 41, with which the workpiece rotating on the spindle can be provided with a center bore or bevel (funnel-shaped bevelled edge).
  • a support 40 milling or grinding head 41 on the one hand from the outside to move over the workpiece, and on the other hand, depending on the workpiece from above down to a desired machining depth.
  • other tools may be provided, such as to edit the workpiece after centering, for example by grinding or milling.
  • the centering device further comprises a cover or guard 50, which prevents the throwing away of the workpiece during the balancing run by being placed over the workpiece to protect man and machine.
  • the workpiece to be centered is placed on the working surface of the centering device.
  • the workpiece depending on the size and weight, by hand or by means of a crane placed on the balancing table.
  • the first alignment of the workpiece with respect to the center of rotation of the balancing spindle 11 takes place manually, or, for example, if a crane is used to move the workpiece only approximately and without more precise control.
  • the crane may be provided with a vacuum bell or gripping device.
  • the workpiece can be pushed against a 2-point stop 31, for example.
  • the stop may for example consist of two butt-jointed legs (prism), which can be moved via an arm to a predefined location in the region of the center of rotation of the balancing spindle 11.
  • the second step a first balancing run.
  • the workpiece is firmly connected to the balancing spindle.
  • a vacuum connection in which with the vacuum pump 13 through openings in the balancing spindle 11 air is sucked away between the workpiece and the balancing table, creating a negative pressure, thanks to which the workpiece is firmly sucked on balancing table.
  • the workpiece can be fixed by non-positive or ferromagnetic workpieces by magnetic connection on the balancing spindle.
  • a protective cover 50 can be placed over the workpiece 60 before each balancing run.
  • the balancing spindle runs at a low balancing speed of, for example, 400 revolutions per minute (RPM).
  • RPM revolutions per minute
  • an unbalance measuring device of the centering device measures the imbalance of the rotating workpiece.
  • a computer connected to the dial gauge calculates from the measured imbalance and the mass of the workpiece the eccentricity (E) of the workpiece with respect to the axis of rotation of the balancing spindle. After the measurement has been completed, the rotation is stopped and the possibly existing protective cover is opened.
  • the workpiece is displaced by means of a force arm 30 on the balancing table in accordance with the measured unbalance and the eccentricity calculated therefrom.
  • the workpiece 60 is aligned by means of the balancing spindle such that the position of the largest imbalance with the direction of displacement of the power arm 30 is congruent.
  • a two-dimensional coordinate system with XY axes arranged at right angles to one another is introduced on the surface of the balancing table, and if the force arm can be moved in the direction of the X axis, for example, the workpiece with the side with the greatest imbalance becomes in the direction of the X axis turned to the power arm.
  • the force arm is formed in the contact point to the workpiece so that it can move the workpiece in a defined direction.
  • connection between the workpiece and the balancing spindle is released in order then to be able to displace the workpiece by the value of the eccentricity with the force arm 30 in order to eliminate the imbalance.
  • the position of the workpiece 60 on the balancing table can be checked by means of a dial gauge 20 before and after the displacement.
  • the dial gauge can be automatically guided to the workpiece. If the dial gauge, as shown in the figures, mounted opposite to the direction of displacement of the power arm 30 on the opposite side of the workpiece 60, the sliding operation can be controlled directly during the activity of the power arm. This allows a fast and precise alignment of the workpiece.
  • the elastic influences of the arrangement (such as the rigidity of the balancing spindle) under the force application by means of force arm, can be observed continuously by means of the dial gauge and taken into account in the displacement.
  • the second and optionally further balancing runs of the rotating part of the balancing table is turned up with the workpiece to a higher balancing speed than the first balancing run.
  • balancing speeds of about 1200 rpm can be driven.
  • the imbalance is measured and the possibly existing eccentricity is calculated.
  • the workpiece is moved in accordance with the third step described above on the balancing counter to the direction of the largest imbalance and then balanced again and measured. This is iteratively repeated as long as the Imbalance or the calculated eccentricity is above a tolerance specification.
  • the residual imbalance values can be stored in a buffer for later evaluations or printed out on a piece of paper, for example.
  • the fourth step of the centering process the marking or processing of the rotation center of the workpiece, can be continued.
  • a central bore is introduced into the workpiece by means of a milling or grinding device arranged above the axis of rotation of the balancing table. If the workpiece is already provided with a prefabricated central bore, this is specified by milling or grinding, for example by grinding a center bevel at the transition from the flat surface in the area around the center bore to the center hole.
  • the milling device which can be brought, for example, on a horizontal support 40 from the outside over the balancing table comprises a vertically displaceable to the balancing table milling head 41 with a grinding or milling spindle, which when marking the workpiece to a certain depth with a relatively low speed machined by maybe about 10-20 rpm rotating workpiece.
  • the grinding wheel or cutter axis is set obliquely to the axis of rotation of the balancing spindle.
  • tangential starting of the grinding or milling spindle and by continuous delivery of the grinding or milling spindle to the axis of rotation of the balancing spindle is generated by rolling a rounded center hole. It is achieved with the rounded center bore, that the bore shroud and plane surfaces adjoining the center bore need not be machined with additional steps. With a normal, conical center hole, this would be necessary for a precision center.
  • the feed of the milling / grinding device is stopped.
  • the milling device can be retracted a few millimeters to then, depending on the appearance of the bore, if necessary, to create a slightly deeper hole.
  • the visual Control can also be done during processing via a mirror or directly.
  • the inventive method ensures with the production of the center hole in a clamping with the last balancing run for the greatest possible accuracy. To check this, it can be determined with an unbalance measurement in a control balancing run that during the machining at the center of the workpiece no change in position of the workpiece has taken place on the balancing table.
  • the workpiece After completion of the machining process and verification, the workpiece is released from the balancing spindle and removed by hand or by means of a crane from the balancing table.

Abstract

The centering device for determining and marking the center of a workpiece (60) comprises: rotating means (11) for rotating the workpiece resting on the rotating means; fastening means (13) for fastening the workpiece, which is resting in any manner on the rotating means, to these rotating means, and; measuring means for measuring an out-of-balance of the rotating workpiece. The centering device also comprises displacing means (30) for displacing, when the fastening means are released, the workpiece, which is resting on the rotating means, on the rotating means, and comprises marking means (41) for marking the center of the workpiece. The centering device can be used for precisely marking a center of rotation on workpieces having complex shapes or for making an exact borehole in the center of rotation by milling or grinding.

Description

Zentriervorrichtung centering
B E S C H R E I B U N GDESCRIPTION
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstückzentrierung, sie betrifft die Herstellung eines Zentrums am genauen geometrischen Ort.The invention relates to the field of workpiece centering, it relates to the manufacture of a center at the exact geometric location.
Um komplex geformte Werkstücke zur weiteren Bearbeitung auf einer Werkzeugmaschine spannen zu können, muss vorgängig der geometrisch definierten Ort des Zentrums des Werkstücks möglichst genau bestimmt und markiert werden. Unter Markieren wird dabei das Anbringen einer Zentrumsmarkierung in Form einer Bohrung verstanden, etwa durch Bohren, Schleifen oder Fräsen mittels einer entsprechenden Maschine.In order to clamp complex-shaped workpieces for further processing on a machine tool, the geometrically defined location of the center of the workpiece must be determined and marked as accurately as possible beforehand. Under marking is understood to mean the attachment of a center mark in the form of a hole, such as drilling, grinding or milling by means of a corresponding machine.
Stand der TechnikState of the art
Beim Wuchtzentrieren wird mit zwei unabhängigen Maschinen, einer vertikalen Wuchtmaschine der geometrisch Ort gesucht und auf einer Zentrumsschleifmaschine das Zentrum bearbeitet. Dabei muss das Werkstück umgespannt werden, was zu relativ grossen Spann- und Lagefehlern führen kann. Der geometrische Ort der Schleifkopfachse der Zentrumsschleifmaschine ist nicht klar auszumachen. Er muss deshalb stichprobenweise ein gefertigtes Zentrum an einem Werkstück in einem aufwendigen Messverfahren mittels einer Messmaschine überprüft werden. Diese Überprüfung und eine anfällige Korrektur ist sehr arbeits- und zeitintensiv. Eine absolute Sicherheit, ob sich das Zentrum am richtigen Ort befindet gibt es bis zur Fertigstellung des Werkstückes nicht. Der Bediener der Maschinen hat also keine Möglichkeit während der Arbeit die Genauigkeit zu kontrollieren. Die mit dem Wuchtzentrieren verbundenen Ausschuss- und Reparaturkosten sind hoch. Kurze Darstellung der ErfindungIn balance centering, the locus is searched for using two independent machines, a vertical balancing machine, and the center is machined on a center grinder. The workpiece has to be re-clamped, which can lead to relatively large clamping and position errors. The geometric location of the grinding head axis of the center grinding machine is not clear. It must therefore be randomly checked a finished center on a workpiece in a complex measurement method using a measuring machine. This review and a vulnerable correction is very labor and time consuming. Absolute security, whether the center is in the right place, does not exist until the workpiece is finished. The operator of the machines thus has no possibility to control the accuracy during work. The reject and repair costs associated with balance centering are high. Brief description of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zentriervorrichtung zum Bestimmen und Markieren des Zentrums eines Werkstücks zu schaffen, welche ein genaues und eindeutig reproduzierbares Zentrieren eines Werkstücks erlaubt. Weiter soll ein Zentrierverfahren zum Zentrieren eines Werkstücks mit einer solchen Zentriervorrichtung geschaffen werden.The object of the invention is to provide a centering device for determining and marking the center of a workpiece, which allows an accurate and clearly reproducible centering of a workpiece. Next is to be created a centering for centering a workpiece with such a centering device.
Die Aufgabe wird mit einer Zentriervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.The object is achieved with a centering device with the features of the independent claim.
Die erfindungsgemässe Zentrierungsvorrichtung basiert auf einer Balanciermaschine zum Messern einer Unwucht eines Werkstücks und umfasst Drehmittel zum Rotieren des auf den Drehmitteln aufliegenden Werkstücks sowie Messmittel zum Messen einer Unwucht des rotierenden Werkstücks. Weiter umfasst die erfindungsgemässe Zentriervorrichtung Befestigungsmittel zum Festhalten des beliebig auf den Drehmitteln aufliegenden Werkstücks, Verschiebemittel zum Verschieben des bei gelösten Befestigungsmitteln auf den Drehmitteln aufliegenden Werkstücks auf den Drehmitteln sowie Markierungsmittel zum Markieren des Zentrums des Werkstücks.The centering device according to the invention is based on a balancing machine for measuring an imbalance of a workpiece and comprises turning means for rotating the workpiece resting on the rotating means and measuring means for measuring an imbalance of the rotating workpiece. Furthermore, the centering device according to the invention comprises fastening means for holding the workpiece resting arbitrarily on the rotating means, displacement means for displacing the workpiece resting on the rotating means when the fastening means are loosened on the rotating means and marking means for marking the center of the workpiece.
Die erfindungsgemässe Zentrierungsvorrichtung kann zum exakten Markieren eines Rotationszentrums an Werkstücken mit komplexen Formen durch Erzeugen einer exakten Zentrierungsbohrung oder durch Präzisierung einer vorgefertigten, grob ausgerichteten Zentrierungsbohrung im Rotationszentrum verwendet werden. Die Markierung bzw. Bearbeitung erfolgt durch Bohren, Fräsen oder Schleifen. Solche Werkstücke können beispielsweise im Feingiessverfahren hergestellte Turbinenräder für Abgasturbolader oder andere rotierende Präzisionsgussteile sein.The centering device according to the invention can be used for exact marking of a center of rotation on workpieces with complex shapes by producing an exact centering bore or by specifying a prefabricated, coarse alignment centering bore in the center of rotation. The marking or processing is done by drilling, milling or grinding. Such workpieces may be, for example, turbine wheels made by precision casting for exhaust gas turbochargers or other rotating precision castings.
Die erfindungsgemässe Zentrierungsvorrichtung ermöglicht, den geometrisch definierten Ort des Zentrums des komplizierten Werkstücks mit grosser Genauigkeit zu finden und eine Zentrumsmarkierung (Bohrung) zu erzeugen, diese zu kontrollieren und in Form der Restunwucht zu protokollieren.The centering device according to the invention makes it possible to find the geometrically defined location of the center of the complicated workpiece with great accuracy and to produce a center marking (bore), to control it and to record it in the form of residual imbalance.
Die Befestigung des Werkstücks auf den Drehmitteln erfolgt über zu- und abschaltbares Vakuum. Dadurch wirken keine variablen, spannprozessbedingten Massenverschiebungen auf die Drehmittel, welche auftreten, wenn zum Festhalten des Werkstücks auf den Drehmitteln beispielsweise Spannbacken verwendet werden. Kurze Beschreibung der ZeichnungenThe attachment of the workpiece on the rotating means via on and off switchable vacuum. As a result, no variable, tension-related mass shifts act on the rotating means, which occur when, for example, clamping jaws are used to hold the workpiece on the rotating means. Brief description of the drawings
Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen die erfindungsgemässe Zentriervorrichtung zum Bestimmen und Markieren des Zentrums eines Werkstücks und das erfindungsgemässe Zentrierverfahren zum Zentrieren eines Werkstücks mit einer Zentriervorrichtung genauer erläutert. Hierbei zeigtThe centering device according to the invention for determining and marking the center of a workpiece and the centering method according to the invention for centering a workpiece with a centering device will be explained in greater detail below with reference to the drawings. This shows
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ansicht von oben auf eine Zentriervorrichtung mit einem zu zentrierenden Werkstück, undFig. 1 is a schematic top view of a centering device with a workpiece to be centered, and
Fig. 2 eine schematische dargestellte Ansicht von vorne auf die Zentriervorrichtung nach Fig. 1.2 is a schematic front view of the centering device of FIG. 1.
Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention
Die beiden Figuren zeigen schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Zentriervorrichtung, wobei in Fig. 1 die Zentriervorrichtung von oben mit Blick auf das zu zentrierende Werkstück und in Fig. 2 die Zentriervorrichtung in einer Seitenansicht von vorne dargestellt ist.The two figures show schematically an embodiment of the inventive centering device, wherein in Fig. 1, the centering device from above with a view of the workpiece to be centered and in Fig. 2, the centering device is shown in a side view from the front.
Die Zentriervorrichtung umfasst einen Wuchttisch 10 mit einem drehbaren Teil, der Wuchtspindel 11 , welche beispielsweise von einem Elektromotor über einen Riemen angetrieben wird und um das Rotationszentrum 12, bzw. in der Seitenansicht um die durch das Rotationszentrum führende Achse drehbar ist. Die Wuchtspindel 11 dient der Aufnahme eines zu zentrierenden Werkstücks 60. Zur Befestigung des Werkstücks auf der Wuchtspindel 11 ist eine Vakuumpumpe 13 vorgesehen, mit welcher über in Fig. 2 schematisch dargestellten Luftleitungen das Werkstück der Wuchtspindel 11 festgesaugt wird. Die Befestigung des Werkstücks auf der Wuchtspindel erfolgt über zu- und abschaltbares Vakuum. Zur Vereinfachung der Befestigung kann zwischen der Wuchtspindel und dem Werkstück ein auf das Werkstück angepasster, einfacher Adapter vorgesehen sein. Beim Verschieben des Werkstücks auf der Wuchtspindel kann das Werkstück zusammen mit dem Adapter verschoben werden.The centering device comprises a balancing table 10 with a rotatable part, the balancing spindle 11, which is driven for example by an electric motor via a belt and is rotatable about the center of rotation 12, or in side view about the axis passing through the center of rotation. The balancing spindle 11 serves to receive a workpiece 60 to be centered. For fastening the workpiece to the balancing spindle 11, a vacuum pump 13 is provided with which the workpiece of the balancing spindle 11 is firmly sucked by way of air ducts shown schematically in FIG. The workpiece is fastened to the balancing spindle by means of a vacuum which can be switched on and off. To simplify the attachment can be provided between the balancing spindle and the workpiece adapted to the workpiece, a simple adapter. When moving the workpiece on the balancing spindle, the workpiece can be moved together with the adapter.
Mit der Wuchtspindel 11 verbunden ist eine Unwuchtmesseinheit, welche in den Figuren nicht dargestellt ist, und welche zum Messen einer Unwucht während dem Rotieren der Wuchtspindel 11 dient. Die Unwuchtmesseinheit umfasst einen mechanischen Sensor und mit dem Sensor verbundene Elektronik, welche wiederum mit einem Computer verbunden ist, um die gemessene Unwucht darzustellen, zu speichern oder etwa in eine der Exzentrizität eines auf der Wuchtspindel angeordneten Werkstücks bezüglich dem Rotationszentrum entsprechende Längenangabe umzuwandeln.Connected to the balancing spindle 11 is an unbalance measuring unit, which is not shown in the figures, and which serves for measuring an imbalance during the rotation of the balancing spindle 11. The imbalance measuring unit comprises a mechanical sensor and electronics connected to the sensor, which in turn is connected to a computer to display the measured imbalance store or approximately in one of the eccentricity of a arranged on the balancing spindle workpiece with respect to the center of rotation corresponding length specification to convert.
Die Zentriervorrichtung umfasst weiter ein Verschiebemittel 30 mit welchem das auf der Wuchtspindel 11 in eine bestimmte Richtung verschoben werden kann. In der dargestellten Ausführungsform der Zentriervorrichtung ist das Verschiebemittel als ein Kraftarm 30 ausgebildet, welcher sich im angedeuteten Koordinatensystem in Richtung der x-Achse bewegen lässt. Mit dem Kraftarm kann somit das Werkstück 60 auf der Wuchtspindel in Richtung der x-Achse verschoben werden.The centering device further comprises a displacement means 30 with which can be moved on the balancing spindle 11 in a certain direction. In the illustrated embodiment of the centering device, the displacement means is designed as a force arm 30, which can be moved in the direction of the x-axis in the indicated coordinate system. With the power arm thus the workpiece 60 can be moved on the balancing spindle in the direction of the x-axis.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Wuchtspindel ist eine Messuhr 20 vorgesehen, mit welcher die genaue Lage des Werkstücks auf der Wuchtspindel gemessen werden kann. Die Messuhr dient der Lagebestimmung vor und nach aber insbesondere auch während dem Verschieben des Werkstücks durch den Kraftarm.On the opposite side of the balancing spindle, a dial gauge 20 is provided with which the exact position of the workpiece on the balancing spindle can be measured. The dial gauge is used to determine the position before and after but especially during the movement of the workpiece by the power arm.
Die Zentriervorrichtung umfasst weiter eine Markierungsvorrichtung mit einem Fräs¬ oder Schleifkopf 41 , mit welchem das auf der Spindel rotierende Werkstück mit einer Zentrumsbohrung oder -fase (trichterförmig abgeschrägte Kante) versehen werden kann. Hierfür lässt sich der an einem Träger 40 befestigte Fräs- bzw. Schleifkopf 41 einerseits von aussen her über das Werkstück bewegen, und andererseits in Abhängigkeit vom Werkstück von oben herab auf eine gewünschte Bearbeitungstiefe senken.The centering device further comprises a marking device with a milling or grinding head 41, with which the workpiece rotating on the spindle can be provided with a center bore or bevel (funnel-shaped bevelled edge). For this purpose, attached to a support 40 milling or grinding head 41 on the one hand from the outside to move over the workpiece, and on the other hand, depending on the workpiece from above down to a desired machining depth.
Am Träger 40, oder an einem separaten Träger, können auch weitere Werkzeuge vorgesehen sein, etwa um das Werkstück nach erfolgter Zentrierung zu bearbeiten, beispielsweise durch Schleifen oder Fräsen.On the carrier 40, or on a separate carrier, other tools may be provided, such as to edit the workpiece after centering, for example by grinding or milling.
Die Zentriervorrichtung umfasst weiter eine Abdeck- oder Schutzhaube 50, welche zum Schutz von Mensch und Maschine das Wegschleudern des Werkstücks während des Wuchtlaufes verhindert, indem sie über dem Werkstück platziert werden kann.The centering device further comprises a cover or guard 50, which prevents the throwing away of the workpiece during the balancing run by being placed over the workpiece to protect man and machine.
In der Folge ist beispielhaft ein Zentriervorgang mittels der erfindungsgemässen Zentriervorrichtung beschrieben.As a result, a centering operation by means of the centering device according to the invention is described by way of example.
In einem ersten Schritt wird das zu zentrierende Werkstück auf der Arbeitsfläche der Zentriervorrichtung platziert. Hierfür wird das Werkstück, je nach Grosse und Gewicht, von Hand oder mittels einem Kran auf den Wuchttisch gelegt. Das erste Ausrichten des Werkstücks bezüglich dem Rotationszentrum der Wuchtspindel 11 erfolgt manuell, oder, falls beispielsweise ein Kran zum Bewegen des Werkstücks verwendet wird nur annäherungsweise und ohne genauere Kontrolle. Um das Werkstück ergreifen zu können, kann der Kran mit einer Vakuumglocke oder einer Greifvorrichtung versehen sein. Um eine über das Plazieren in grober Annäherung hinausgehende Vorzentrierung des Werkstücks im Rotationszentrum der Wuchtspindel zu erzielen, kann das Werkstück beispielsweise gegen einen 2-Punkt-Anschlag 31 geschoben werden. Der Anschlag kann beispielsweise aus zwei stumpfwinklig miteinander verbundenen Schenkeln bestehen (Prisma), welche über einen Arm an einen vordefinierten Ort im Bereich des Rotationszentrums der Wuchtspindel 11 bewegt werden können.In a first step, the workpiece to be centered is placed on the working surface of the centering device. For this purpose, the workpiece, depending on the size and weight, by hand or by means of a crane placed on the balancing table. The first alignment of the workpiece with respect to the center of rotation of the balancing spindle 11 takes place manually, or, for example, if a crane is used to move the workpiece only approximately and without more precise control. In order to grip the workpiece, the crane may be provided with a vacuum bell or gripping device. In order to achieve pre-centering of the workpiece in the center of rotation of the balancing spindle beyond the placement in rough approximation, the workpiece can be pushed against a 2-point stop 31, for example. The stop may for example consist of two butt-jointed legs (prism), which can be moved via an arm to a predefined location in the region of the center of rotation of the balancing spindle 11.
Nach erfolgter Platzierung des Werkstücks mehr oder weniger genau konzentrisch zur Wuchtspindel 11 , erfolgt der zweite Schritt, ein erster Wuchtlauf. Hierfür wird das Werkstück fest mit der Wuchtspindel verbunden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Unterdruckverbindung, bei welcher mit der Vakuumpumpe 13 durch Öffnungen in der Wuchtspindel 11 Luft zwischen dem Werkstück und dem Wuchttisch wegsaugt wird, wodurch ein Unterdruck entsteht, dank welchem das Werkstück am Wuchttisches festgesaugt wird. Alternativ kann das Werkstück durch kraftschlüssige oder bei ferromagnetischen Werkstücken durch magnetische Verbindung auf der Wuchtspindel befestigt werden.After the placement of the workpiece more or less exactly concentric with the balancing spindle 11, the second step, a first balancing run. For this purpose, the workpiece is firmly connected to the balancing spindle. Particularly advantageous is a vacuum connection, in which with the vacuum pump 13 through openings in the balancing spindle 11 air is sucked away between the workpiece and the balancing table, creating a negative pressure, thanks to which the workpiece is firmly sucked on balancing table. Alternatively, the workpiece can be fixed by non-positive or ferromagnetic workpieces by magnetic connection on the balancing spindle.
Sicherheitshalber kann vor jedem Wuchtlauf eine Schutzhaube 50 über dem Werkstück 60 platziert werden.To be on the safe side, a protective cover 50 can be placed over the workpiece 60 before each balancing run.
Beim ersten Wuchtlauf läuft die Wuchtspindel mit einer kleinen Wuchtdrehzahl von beispielsweise 400 Umdrehungen pro Minute (UPM). Während dem Wuchtlauf misst ein Unwuchtmessgerät der Zentriervorrichtung die Unwucht des rotierenden Werkstücks. Ein mit der Messuhr verbundener Computer errechnet aus der gemessenen Unwucht und der Masse des Werkstücks die Exzentrizität (E) des Werkstücks bezüglich der Rotationsachse der Wuchtspindel. Nach erfolgter Messung wird die Rotation gestoppt und die allenfalls vorhanden Schutzhaube geöffnet.During the first balancing run, the balancing spindle runs at a low balancing speed of, for example, 400 revolutions per minute (RPM). During balancing, an unbalance measuring device of the centering device measures the imbalance of the rotating workpiece. A computer connected to the dial gauge calculates from the measured imbalance and the mass of the workpiece the eccentricity (E) of the workpiece with respect to the axis of rotation of the balancing spindle. After the measurement has been completed, the rotation is stopped and the possibly existing protective cover is opened.
Anschliessend wird in einem dritten Schritt das Werkstück mittels einem Kraftarm 30 auf dem Wuchttisch entsprechend der gemessenen Unwucht und der daraus berechneten Exzentrizität verschoben.Subsequently, in a third step, the workpiece is displaced by means of a force arm 30 on the balancing table in accordance with the measured unbalance and the eccentricity calculated therefrom.
Hierfür wird das Werkstück 60 mittels der Wuchtspindel derart ausgerichtet, dass die Lage der grössten Unwucht mit der Verschieberichtung des Kraftarms 30 kongruent ist. Dies bedeutet, dass das Werkstück 60 mit der Seite gegen den Kraftarm 30 ausgerichtet ist, welche die grösste Unwucht aufweist, so dass der Kraftarm das Werkstück entgegen der Richtung der grössten Unwucht verschieben kann. Ist also beispielsweise auf der Oberfläche des Wuchttisches ein zweidimensionales Koordinatensystem mit rechtwinklig zueinander angeordneten X-Y Achsen eingeführt, und lässt sich der Kraftarm beispielsweise in Richtung der X-Achse bewegen, so wird das Werkstück mit der Seite mit der grössten Unwucht in Richtung der X-Achse zum Kraftarm hin gedreht. Der Kraftarm ist im Kontaktierungspunkt zum Werkstück derart ausgebildet, dass er das Werkstück in definierter Richtung bewegen kann.For this purpose, the workpiece 60 is aligned by means of the balancing spindle such that the position of the largest imbalance with the direction of displacement of the power arm 30 is congruent. This means that the workpiece 60 is aligned with the side against the force arm 30, which has the largest imbalance, so that the power arm can move the workpiece against the direction of the largest imbalance. Thus, for example, if a two-dimensional coordinate system with XY axes arranged at right angles to one another is introduced on the surface of the balancing table, and if the force arm can be moved in the direction of the X axis, for example, the workpiece with the side with the greatest imbalance becomes in the direction of the X axis turned to the power arm. The force arm is formed in the contact point to the workpiece so that it can move the workpiece in a defined direction.
Anschliessend wird zuerst die Verbindung zwischen dem Werkstück und der Wuchtspindel gelöst um dann mit dem Kraftarm 30 zum Eliminieren der Unwucht das Werkstück um den Wert der Exzentrizität verschieben zu können.Subsequently, first the connection between the workpiece and the balancing spindle is released in order then to be able to displace the workpiece by the value of the eccentricity with the force arm 30 in order to eliminate the imbalance.
Die Lage des Werkstücks 60 auf dem Wuchttisch kann mittels einer Messuhr 20 vor und nach dem Verschieben kontrolliert werden. Die Messuhr kann dabei automatisch an das Werkstück geführt werden. Wird die Messuhr, wie in den Figuren dargestellt, entgegen der Verschieberichtung des Kraftarms 30 auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 60 angebracht, kann der Verschiebevorgang direkt während der Aktivität des Kraftarms geregelt werden. Dies ermöglicht eine schnelle und präzise Ausrichtung des Werkstücks. Die elastischen Beeinflussungen der Anordnung (etwa die Steifigkeit der Wuchtspindel) unter der Kraftaufbringung mittels Kraftarm, können mittels der Messuhr laufend beobachtet und bei der Verschiebung berücksichtigt werden.The position of the workpiece 60 on the balancing table can be checked by means of a dial gauge 20 before and after the displacement. The dial gauge can be automatically guided to the workpiece. If the dial gauge, as shown in the figures, mounted opposite to the direction of displacement of the power arm 30 on the opposite side of the workpiece 60, the sliding operation can be controlled directly during the activity of the power arm. This allows a fast and precise alignment of the workpiece. The elastic influences of the arrangement (such as the rigidity of the balancing spindle) under the force application by means of force arm, can be observed continuously by means of the dial gauge and taken into account in the displacement.
Nach dem Verschieben des Werkstücks werden Kraftarm 30 und Messuhr 20 wieder vom Werkstück entfernt und in ihre ursprünglichen Positionen zurückgefahren. Die Verbindung zwischen dem Werkstück und der Wuchtspindel wird wieder aktiviert, die Schutzhaube 50 wird geschlossen, und es erfolgt ein weiterer Wuchtlauf.After moving the workpiece force arm 30 and dial gauge 20 are removed again from the workpiece and moved back to their original positions. The connection between the workpiece and the balancing spindle is reactivated, the protective cover 50 is closed, and there is another balancing run.
Beim zweiten und bei gegebenenfalls weiteren Wuchtläufen wird der rotierende Teil des Wuchttisches mit dem Werkstück auf eine höhere Wuchtdrehzahl als beim ersten Wuchtlauf hochgedreht. Je nach Grosse des Werkstücks können Wuchtdrehzahlen von etwa 1200 UPM gefahren werden. Wiederum wird während dem Wuchtlauf die Unwucht gemessen und die gegebenenfalls noch vorhandene Exzentrizität berechnet. Anschliessend wird das Werkstück entsprechend dem oben beschriebenen dritten Schritt auf dem Wuchttisch entgegen der Richtung der grössten Unwucht verschoben und dann wieder gewuchtet und gemessen. Dies wird iterativ wiederholt, solange die Unwucht bzw. die daraus berechnete Exzentrizität über einer Toleranzvorgabe liegt. Die Restunwuchtwerte können für spätere Auswertungen in einem Zwischenspeicher abgelegt werden oder etwa auf einen Papierstreifen ausgedruckt werden.In the second and optionally further balancing runs of the rotating part of the balancing table is turned up with the workpiece to a higher balancing speed than the first balancing run. Depending on the size of the workpiece balancing speeds of about 1200 rpm can be driven. Again, during the balancing run, the imbalance is measured and the possibly existing eccentricity is calculated. Subsequently, the workpiece is moved in accordance with the third step described above on the balancing counter to the direction of the largest imbalance and then balanced again and measured. This is iteratively repeated as long as the Imbalance or the calculated eccentricity is above a tolerance specification. The residual imbalance values can be stored in a buffer for later evaluations or printed out on a piece of paper, for example.
Ergibt die Messung der Unwucht des Werkstücks während einem Wuchtlauf einen genügend kleinen Wert, kann mit dem vierten Schritt des Zentrierverfahrens, dem Markieren bzw. Bearbeiten des Rotationszentrums des Werkstücks, fortgefahren werden.If the measurement of the imbalance of the workpiece during a balancing run results in a sufficiently small value, the fourth step of the centering process, the marking or processing of the rotation center of the workpiece, can be continued.
Dabei wird, ohne die Verbindung zwischen dem Werkstück und der Wuchtspindel zu lösen, mittels einer über der Rotationsachse des Wuchttisches angeordneten Fräs- oder Schleifeinrichtung eine Zentralbohrung in das Werkstück eingebracht. Falls das Werkstück bereits mit einer vorgefertigten Zentralbohrung versehen ist, wird diese durch Fräsen oder Schleifen präzisiert, beispielsweise durch Anschleifen einer Zentrumsfase am Übergang von der planen Oberfläche im Bereich um die Zentrumsbohrung zur Zentrumsbohrung.In this case, without releasing the connection between the workpiece and the balancing spindle, a central bore is introduced into the workpiece by means of a milling or grinding device arranged above the axis of rotation of the balancing table. If the workpiece is already provided with a prefabricated central bore, this is specified by milling or grinding, for example by grinding a center bevel at the transition from the flat surface in the area around the center bore to the center hole.
Die Fräseinrichtung, welche beispielsweise an einem horizontalen Träger 40 von Aussen über den Wuchttisch gebracht werden kann, umfasst einen senkrecht zum Wuchttisch verschiebbaren Fräskopf 41 mit einer Schleif- oder Frässpindel, welche beim Markieren des Werkstücks bis auf eine bestimmte Tiefe das mit einer relativ tiefen Drehzahl von vielleicht etwa 10-20 UPM rotierende Werkstück bearbeitet.The milling device, which can be brought, for example, on a horizontal support 40 from the outside over the balancing table comprises a vertically displaceable to the balancing table milling head 41 with a grinding or milling spindle, which when marking the workpiece to a certain depth with a relatively low speed machined by maybe about 10-20 rpm rotating workpiece.
Zum Erzeugen einer abgerundeten Zentrumsbohrung, bzw. der oben beschriebenen Zentrumsfase wird die Schleifscheiben- bzw. Fräserachse schräg zur Drehachse der Wuchtspindel gestellt. Durch tangentiales Anfahren der Schleif- oder Frässpindel und durch stetiges Zustellen der Schleif- oder Frässpindel zur Drehachse der Wuchtspindel wird durch Abwälzen eine abgerundete Zentrumsbohrung erzeugt. Man erreicht mit der abgerundeten Zentrumsbohrung, dass die an die Zentrumsbohrung anschliessenden Bohrungsmantel- und Planflächen nicht mit zusätzlichen Schritten bearbeit werden müssen. Bei einer normalen, kegelförmigen Zentrumsbohrung wäre dies für ein Präzisionszentrum notwendig.To produce a rounded center bore, or the center bevel described above, the grinding wheel or cutter axis is set obliquely to the axis of rotation of the balancing spindle. By tangential starting of the grinding or milling spindle and by continuous delivery of the grinding or milling spindle to the axis of rotation of the balancing spindle is generated by rolling a rounded center hole. It is achieved with the rounded center bore, that the bore shroud and plane surfaces adjoining the center bore need not be machined with additional steps. With a normal, conical center hole, this would be necessary for a precision center.
Nachdem die vorprogrammierte Zentrumstiefe erreicht ist, wird der Vorschub der Fräs-/ Schleifeinrichtung gestoppt. Zur visuellen Kontrolle kann die Fräseinrichtung ein paar Millimeter zurückgefahren werden um dann, je nach Aussehen der Bohrung, gegebenenfalls noch eine geringfügig tiefere Bohrung zu erzeugen. Die visuelle Kontrolle kann auch bereits während der Bearbeitung über einen Spiegel oder direkt erfolgen.After the pre-programmed center depth is reached, the feed of the milling / grinding device is stopped. For visual inspection, the milling device can be retracted a few millimeters to then, depending on the appearance of the bore, if necessary, to create a slightly deeper hole. The visual Control can also be done during processing via a mirror or directly.
Das erfindungsgemässe Verfahren sorgt mit dem Erzeugen der Zentrumsbohrung in einer Aufspannung mit dem letzten Wuchtlauf für eine grösstmögliche Genauigkeit. Um dies zu überprüfen, kann mit einer Unwuchtmessung in einem Kontroll-Wuchtlauf festgestellt werden, dass bei der spanabhebenden Bearbeitung am Zentrum des Werkstücks keine Lageveränderung des Werkstücks auf dem Wuchttisch stattgefunden hat.The inventive method ensures with the production of the center hole in a clamping with the last balancing run for the greatest possible accuracy. To check this, it can be determined with an unbalance measurement in a control balancing run that during the machining at the center of the workpiece no change in position of the workpiece has taken place on the balancing table.
Nach Abschluss des Bearbeitungsvorgangs und erfolgter Überprüfung wird das Werkstück von der Wuchtspindel gelöst und von Hand oder mittels einem Kran vom Wuchttisch entfernt. After completion of the machining process and verification, the workpiece is released from the balancing spindle and removed by hand or by means of a crane from the balancing table.
Bezugszeichenliste Wuchttisch Drehbarer Teil des Wuchttisches, Wuchtspindel Rotationszentrum der Wuchtspindel Vakuumpumpe Messuhr Verschiebemittel, Kraftarm Vorzentrierungsmittel, 2-Punkt Anschlag Träger für Fräseeinrichtung Markierungsmittel, Fräskopf Schutzhaube Werkstück List of components Balancing table Rotating part of the balancing table, balancing spindle Rotating center of the balancing spindle Vacuum pump Dial gauge Shifting device, low-force pre-centering device, 2-point stop Carrier for milling device Marking device, milling head Protective cover Workpiece

Claims

P AT E NTA N S P R Ü C H E P AT E NTA NSPR O CHE
1. Zentriervorrichtung zum Bestimmen und Markieren des Zentrums eines Werkstücks (60), umfassendA centering device for determining and marking the center of a workpiece (60)
Drehmittel (11) zum Rotieren des auf den Drehmitteln aufliegenden Werkstücks,Rotating means (11) for rotating the workpiece resting on the rotating means,
Befestigungsmitte! (13) zum Festhalten des Werkstücks auf den Drehmitteln, sowieFixing middle! (13) for holding the workpiece on the rotating means, as well
Messmittel zum Messen einer Unwucht des rotierenden Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (13) zum Festhalten des beliebig auf den Drehmitteln aufliegenden Werkstücks ausgebildet sind, und die Zentriervorrichtung Verschiebemittel (30) zum Verschieben des bei gelöstenMeasuring means for measuring an imbalance of the rotating workpiece, characterized in that the fastening means (13) for holding the arbitrarily resting on the rotating means workpiece are formed, and the centering device displacement means (30) for displacing the in dissolved
Befestigungsmitteln auf den Drehmitteln aufliegenden Werkstücks auf denFasteners on the rotating means resting workpiece on the
Drehmitteln sowie Markierungsmittel (41 ) zum Markieren des Zentrums desTurning means and marking means (41) for marking the center of the
Werkstücks umfasst.Workpiece includes.
2. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Festhalten des Werkstücks (60) auf den Drehmitteln (11) eine Vakuumpumpe (13) vorgesehen ist.2. Centering device according to claim 1, characterized in that for holding the workpiece (60) on the rotating means (11), a vacuum pump (13) is provided.
3. Zentriervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (60) lösbar auf den Drehmitteln (11) festhaltbar ist, und dass die Verschiebemittel (30) zum Verschieben des von den Drehmitteln gelösten Werkstücks vorgesehen sind.3. Centering device according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (60) releasably on the rotating means (11) is firmly held, and that the displacement means (30) are provided for displacing the workpiece dissolved by the rotating means.
4. Zentriervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsmittel Fräsemittel (41) umfassen, welche zum Fräsen einer Zentrumsmarkierung in das Werkstück (60) vorgesehen sind. 4. Centering device according to one of the preceding claims, characterized in that the marking means comprise milling means (41) which are provided for milling a center mark in the workpiece (60).
5. Zentrierverfahren zum Zentrieren eines Werkstücks mit einer Zentriervorrichtung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem Verfahren die folgenden Schritte einmal oder wiederholt durchgeführt werden:5. Centering method for centering a workpiece with a centering device according to one of the preceding claims, in which method the following steps are carried out once or repeatedly:
- das Werkstück (60) wird durch die Befestigungsmittel (13) auf den Drehmitteln (11) der Zentriervorrichtung befestigt,- The workpiece (60) is fastened by the fastening means (13) on the rotating means (11) of the centering device,
- das Werkstück (60) wird mit den Drehmitteln rotiert,the workpiece (60) is rotated with the rotating means,
- mit den Messmitteln wird die Unwucht von dem Werkstück gemessen,- With the measuring means the imbalance of the workpiece is measured,
- aufgrund der gemessenen Unwucht wird die Exzentrizität des Werkstücks berechnet,- due to the measured imbalance, the eccentricity of the workpiece is calculated,
- die Befestigungsmittel (13) werden gelöst, und- The fastening means (13) are released, and
- das Werkstück (60) wird von dem Verschiebemittel (30) entsprechend der berechneten Exzentrizität auf den Drehmitteln (11) verschoben, und bei welchem Verfahren das zentrierte Werkstück (60) durch die Befestigungsmittel (13) auf den Drehmitteln der Zentriervorrichtung festgehalten und mit den Markierungsmitteln (41) im Rotationszentrum markiert wird.- The workpiece (60) is displaced by the displacement means (30) corresponding to the calculated eccentricity on the rotating means (11), and in which method the centered workpiece (60) held by the fastening means (13) on the rotating means of the centering device and with the Marking means (41) is marked in the center of rotation.
6. Zentrierverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem das Werkstück (60) zum Markieren des Rotationszentrums durch die Befestigungsmittel auf den Drehmitteln (11) der Zentriervorrichtung befestigt worden ist und bevor das Rotationszentrum mittels den Markierungsmitteln (41) markiert wird, das Werkstück mit den Drehmitteln rotiert, mit den Messmitteln die Unwucht von dem Werkstück gemessen und anhand der gemessenen Unwucht die Konzentrizität des Werkstücks kontrolliert wird.6. centering method according to claim 5, characterized in that after the workpiece (60) has been fixed for marking the center of rotation by the fastening means on the rotating means (11) of the centering device and before the center of rotation by means of the marking means (41) is marked, the workpiece rotated with the rotating means, measured with the measuring means the imbalance of the workpiece and based on the measured imbalance, the concentricity of the workpiece is controlled.
7. Zentrierverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Markieren des Rotationszentrums des Werkstücks mit den Markierungsmitteln (41) eine Zentralbohrung in das Werkstück (60) eingebracht wird. 7. centering method according to claim 5 or 6, characterized in that for marking the center of rotation of the workpiece with the marking means (41) a central bore in the workpiece (60) is introduced.
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