DE102016104066A1

DE102016104066A1 - Verstelleinheit sowie Verfahren zum Erfassen und zur Korrektur des Rundlauffehlers eines in einem Spannfutter eingespannten Werkstücks

Info

Publication number: DE102016104066A1
Application number: DE102016104066.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Neubauer
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinheit mit einem koaxial an einer Maschinenspindel (1) befestigbaren Grundkörper (6). An der der Maschinenspindel (1) abgewandten Seite des Grundkörpers (6) ist ein separat vom Grundkörper (6) ausgebildeter Futterflansch (7) angeordnet, der eine zentrale Aufnahme (8) für ein im Grundkörper (6) radial verschiebbar gelagertes und axial verstellbares Zentrierstück (9) aufweist. Es ist eine erste Exzenterscheibe (10) mit einer zentralen Öffnung und eine zweite Exzenterscheibe (11) mit einer zentralen Öffnung vorgesehen, wobei in den zentralen Öffnungen das Zentrierstück (9) eingesetzt ist. Es ist mindestens ein Verstellmotor (12) zur Verdrehung der ersten Exzenterscheibe (10) und/oder der zweiten Exzenterscheibe (12) vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erfassen und zur Korrektur des Rundlauffehlers eines in einem Spannfutter (3) eingespannten Werkstücks mittels einer Verstelleinheit (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinheit mit einem koaxial an einer Maschinenspindel befestigbaren Grundkörper. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Erfassen und zur Korrektur des Rundlauffehlers eines in einem Spannfutter eingespannten Werkstücks.
In der Praxis liegen Anwendungsfälle vor, bei denen das einzuspannende Werkstück oder die an dem Werkstück zum Einspannen vorgesehenen Wellenzapfen nicht koaxial zu der Achse der Maschinenspindel liegen, so dass sich beim Einspannen ein Rundlauffehler ergibt. Zur Korrektur dieses Rundlauffehlers werden Verstelleinheiten eingesetzt, bei denen aufwendig manuell die Spannachse eingestellt werden muss, so dass der Wechsel eines Werkstücks hohe Rüstzeiten erfordert. Beispielhaft für einen Anwendungsfall kann auf eine mit Wellenzapfen versehene Druckwalze verwiesen werden, bei der die mit den Drucksymbolen markierte Oberfläche für eine erneute Verwendung der Druckwalze nach dem Druckvorgang spanend bearbeitet wird, um wieder eine zu kennzeichnende Oberfläche bereitzustellen. Bei diesem Vorgang ergibt sich in der Regel, dass die Wellenzapfen nicht exakt mittig angeordnet sind und somit beim Spannen eine Korrektur erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinheit der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Korrektur des Rundlauffehlers vereinfacht ist. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren anzugeben, mit dem systematisch und reproduzierbar der Rundlauffehler korrigiert werden kann.
Der die Verstelleinheit betreffende Teil der Aufgabe wird bei einer Verstelleinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an der der Maschinenspindel abgewandten Seite des Grundkörpers ein separat vom Grundkörper ausgebildeter Futterflansch angeordnet ist, der eine zentrale Aufnahme für ein im Grundkörper radial verschiebbar gelagertes und axial verstellbares Zentrierstück aufweist, dass eine erste Exzenterscheibe mit einer zentralen Öffnung vorgesehen ist, dass eine zweite Exzenterscheibe mit einer zentralen Öffnung vorgesehen ist, dass in den zentralen Öffnungen das Zentrierstück eingesetzt ist und dass mindestens ein Verstellmotor zur Verdrehung der ersten Exzenterscheibe und/oder der zweiten Exzenterscheibe vorgesehen ist.
Diese erfindungsgemäße Verstelleinheit zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Überlagerung der Verdrehungen der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe die Achse des Zentrierstücks radial verschoben werden kann, wobei Ausmaß und Richtung der radialen Verschiebung durch die relative Ausrichtung der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe zueinander eingestellt werden können. Durch das Zusammenwirken des Zentrierstückes mit der zentralen Aufnahme des Futterflansches wird eine Anpassung der Lage des Futterflansches an die durch die erste Exzenterscheibe und die zweite Exzenterscheibe bestimmte Lage des Zentrierstückes erzwungen. Je nach Betrag und Richtung des Rundlauffehlers kann es dabei auch erforderlich sein, nur die erste Exzenterscheibe oder nur die zweite Exzenterscheibe oder beide Exzenterscheiben zu verstellen, wobei selbstverständlich sowohl der ersten Exzenterscheibe als auch der zweiten Exzenterscheibe ein eigener Verstellmotor zugeordnet sein kann, der beispielsweise als Schrittmotor ausgeführt ist. Im Rahmen der Erfindung ist es grundsätzlich denkbar, dass der Futterflansch zur Anpassung an die neue, durch die Achse des Zentrierstückes vorgegebene Lage elastisch deformiert wird. Dies erfordert aber den Einsatz großer Kräfte, so dass es im Rahmen der Erfindung bevorzugt ist, wenn der getrennt vom Grundkörper ausgebildete Futterflansch lösbar dem Grundkörper zugeordnet ist, so dass der Futterflansch als solcher verstellt werden kann und somit geringere Kräfte erforderlich sind, die durch den Verstellmotor bereit gestellt werden müssen. Auch besteht die Möglichkeit, Abstimmscheiben innerhalb des Futterflansches zu positionieren, um eine axiale Vorspannkraft zwischen Futterflansch und Zentrierstück zu variieren oder zu erzeugen.
Ganz besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist es, wenn koaxial im Grundkörper ein axial verstellbarer, zur Anlage an den Futterflansch vorgesehener Lösebolzen angeordnet ist. Durch diesen Lösebolzen ergibt sich der große Vorteil, dass auf den Futterflansch eine in Axialrichtung wirkende Kraft ausgeübt werden kann, die dazu führt, dass die erwähnte Vorspannkraft reduziert oder gar aufgehoben wird. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Kräfte, die von dem Verstellmotor bei der Verstellung des Zentrierstückes ausgeübt werden müssen, so dass der Einsatz entsprechend kleinerer Verstellmotoren ausreichend ist.
Als vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn der Lösebolzen auf der dem Futterflansch zugewandten Seite einen Konuskopf aufweist zum Zusammenwirken mit einer im Futterflansch ausgebildeten Konusaufnahme, da so in einfacher Weise bei einem koaxial zur Maschinenspindel angeordneten Lösebolzen eine Zentrierung des Futterflansches erzielt wird. Diese Zentrierung kann insbesondere ausgenutzt werden, um eine definierte Ausgangsposition zur Verfügung zu stellen.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die erste Exzenterscheibe radial an einer Innenwandung des Grundkörpers abgestützt ist, dass am Grundkörper ein Zwischenring als Träger für die zweite Exzenterscheibe angeordnet ist, die in der zentralen Öffnung der ersten Exzenterscheibe liegt, und dass der Wandung der zentralen Öffnung der zweiten Exzenterscheibe das Zentrierstück anliegt. Bei dieser Anordnung liegen die beiden Exzenterscheiben in einer gemeinsamen radialen Ebene und die für das Zentrierstück bewirkte Lageveränderung ergibt sich unmittelbar durch die Überlagerung der Drehlagen der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe.
Um eine Verstellung der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe mit möglichst geringen Kräften bewirken zu können, ist im Rahmen der Erfindung weiterhin vorgesehen, dass in der radialen Abfolge von der Innenwandung des Grundkörpers, der ersten Exzenterscheibe, dem Zwischenring, der zweiten Exzenterscheibe und dem Zentrierstück Wälzlager zwischen benachbarten Bauteilen angeordnet sind wie Rollen-Käfigbänder oder wie z. B. Schrägkugellager.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass von der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe der einen ein Mitnahmestift und der anderen eine Stiftaufnahme mit zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Anschlägen zugeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung ist die Verdrehung der beiden Exzenterscheiben in nicht vollständig unabhängig voneinander möglich, sondern die zweite Exzenterscheibe kann nur für einen Winkel relativ zu der ersten Exzenterscheibe verdreht werden, der durch den Abstand der beiden Anschläge zueinander bestimmt ist. Die Größe dieses Winkels kann dabei gewählt werden in Abhängigkeit des maximal erwarteten Rundlauffehlers und der dabei gewünschten Genauigkeit.
Insbesondere ergibt sich dabei auch die Möglichkeit, dass in einer Zentrierlage, bei der der Mitnahmestift einem der Anschläge anliegt, die erste Exzenterscheibe und die zweite Exzenterscheibe sich zu einem zentrischen Scheibenverbund ergänzen. In dieser Konstellation ist sichergestellt, dass das Zentrierstück zentrisch positioniert ist.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn in der ersten Exzenterscheibe ein Stift angeordnet ist, der in einer Nulllage der Beaufschlagung eines im Grundkörper gelagerten Anzeigestiftes dient. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, auch die Drehlage der Verstelleinheit zu kontrollieren, so dass die Voraussetzung geschaffen ist, reproduzierbare Ausgangsbedingungen für das Einspannen eines Werkstücks bereitzustellen. Dazu muss dann lediglich die erste Exzenterscheibe verdreht werden, so dass der Mitnahmestift an dem einen Anschlag der Stiftaufnahme zur Anlage kommt, wobei eine weitere Verdrehung dazu führt, dass der der ersten Exzenterscheibe zugeordnete Stift durch Zusammenwirken mit dem Anzeigestift das Erreichen der Nulllage signalisiert.
Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, dass zwei Verstellmotoren vorgesehen sind, von denen der der ersten Exzenterscheibe zugeordnete Verstellmotor am Grundkörper und der zweiten Exzenterscheibe zugeordnete Verstellmotor am Zwischenring gelagert ist. Die Verstellmotoren tragen dabei auf ihrer Antriebswelle Antriebsritzel, die in einer Verzahnung der Exzenterscheiben kämmen und so eine Übersetzung bereit gestellt ist.
Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn die zentrale Aufnahme in dem Futterflansch konusartig gestaltet ist, wenn das Zentrierstück einen in die zentrale Aufnahme eingesetzten Konusring aufweist, und wenn das Zentrierstück aus einem den Konusring tragenden Ringträger und einem Federlager gebildet ist, das eine Feder trägt, die auf den Ringträger eine die Anlage an der zentralen Aufnahme bewirkende Kraft ausübt. Durch diese Gestaltung ist sichergestellt, dass durch eine axiale Verstellung des Ringträgers mit dem Konusring eine Kraft auf den Futterflansch ausgeübt wird, die dessen radiale Lage an die Lage des Zentrierstücks anpasst, so dass auf diese Weise die bezüglich des Zentrierstücks erfolgte Einstellung der Achslage auf den Futterflansch übertragen werden kann. Durch die Feder ist dabei sichergestellt, dass auf dem Konusring eine Kraft ausgeübt wird, die diesen gegen die zentrale Aufnahme presst, also deren Positionierung während des Betriebs dauerhaft aufrechterhalten wird.
Um eine Drehsteifigkeit gewährleisten zu können, ist vorgesehen, dass das Zentrierstück mittels eines Kreuzgelenks im Grundkörper gelagert ist. Die gewünschte axiale Verstellung sowohl des Ringträgers als auch des Lösebolzens lässt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, dass an dem Ringträger und dem Lösebolzen Kolbenflächen ausgebildet sind, die in mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbenräumen angeordnet sind.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Konuskopf sich in der zum Futterflansch weisenden Richtung verjüngt und die Konusaufnahme korrespondierend geneigt ist, und dass der Konusring mit der korrespondierenden zentralen Aufnahme entgegengesetzt geneigte Oberfläche aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung weiterhin vorgesehen ist, dass der Futterflansch mittels Dehnschrauben lösbar am Grundkörper befestigt ist. Durch Verwendung dieser Dehnschrauben ist es zum einen möglich, die Anpresskraft des Futterflansches gegenüber dem Grundkörper einzustellen, zum anderen besteht die Möglichkeit, den Futterflansch radial zu verschieben und dabei die Dehnschrauben elastisch zu deformieren, um so eine Deformation des Futterflansches zu vermeiden und zugleich dessen Rückstellung bei einem Wechsel der radialen Verstellung zu erleichtern.
Im Rahmen der Erfindung weiterhin besonders bevorzugt ist es, wenn eine zugeordnete Steuereinheit ein Speichermedium für eine Datenbank aufweist, in der Wertepaare für die Drehlagen der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe den Korrekturlagen des Zentrierstückes zugeordnet sind, dabei sind die Drehlagen der Exzenterscheiben über die Anzahl der einzelnen Motorschritte definiert sind. Bei dieser Ausführungsform bietet sich der große Vorteil, dass durch die Messung des Rundlauffehlers eine Korrekturlage bestimmt werden kann, also in Polarkoordinaten oder kartesischen Koordinaten angegeben wird, in welche Richtung und um welchen Betrag die Achse verstellt werden muss. Dieser Korrekturlage ist eindeutig ein Wertepaar für die Drehlage der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe zugeordnet, so dass bei Kenntnis der Korrekturlage ohne Bedarf an Rechenkapazität und Rechenzeit einfach durch Entnahme des Wertepaares aus der Datenbank über die Steuereinheit die erste Exzenterscheibe und die zweite Exzenterscheibe verdreht werden kann.
Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen und zur Korrektur des Rundlauffehlers eines von einem Spannfutter eingespannten Werkstücks, bei dem in einem von der Verstelleinheit getragenen Spannfutter das Werkstück gespannt und durch Messung des Rundlauffehlers die erforderliche Korrektur ermittelt wird, bei dem durch Verstellung des Lösebolzens gegen den Futterflansch und Lösen des Konusringes von der zentralen Aufnahme eine Entlastung bewirkt wird und sodann die erste Exzenterscheibe und/oder die zweite Exzenterscheibe verstellt wird, bis deren Drehlage die zur Korrektur erforderliche Verstellung des Zentrierstücks bewirkt und bei dem sodann der Lösebolzen vom Futterflansch abgezogen und der Futterflansch mit dem Konusring verspannt wird.
Dieses Verfahren mit der Abfolge der Verfahrensschritte bietet den großen Vorteil, dass durch die Verstellung des Lösebolzens gegen den Futterflansch der Futterflansch zentriert und dabei die Vorspannkraft zwischen Futterflansch und Zentrierstück reduziert oder sogar aufgehoben wird, so dass die resultierenden Reibungskräfte einer Verstellung des Futterflansches nicht entgegenwirken. Da weiterhin auch der Konusring von der zentralen Aufnahme gelöst wird, ist eine Verstellung des Zentierstückes unabhängig von dem Futterflansch in einfacher Weise möglich. Diese Verstellung des Zentrierstückes erfolgt durch die Einnahme der gewünschten Drehlage von der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe, so dass das Zentrierstück in die gewünschte radiale Position verstellt wird. Diese korrekte Position des Zentrierstückes wird auf den Futterflansch übertragen, indem der Lösebolzen vom Futterflansch abgezogen und der Konusring in der zentralen Aufnahme gegen den Futterflansch gedrückt wird, wobei infolge dieser Kraftausübung die Reibung zwischen Futterflansch und Zentrierstück soweit erhöht wird, dass die Lage des Futterflansches dauerhaft gesichert ist.
Für eine bessere Reproduzierbarkeit des Spannergebnisses und einer genaueren Bestimmung des Rundlauffehlers hat es sich als zweckmäßig gezeigt, wenn vorbereitend vor dem Einspannen des Werkstück die Verstelleinheit zentrisch gestellt wird durch Verstellung des Lösebolzens gegen den Futterflansch und Lösen des Konusringes von der zentralen Aufnahme, durch Verdrehen der ersten Exzenterscheibe gegenüber der zweiten Exzenterscheibe bis der Mitnahmestift in der Zentrischlage an dem Anschlag anliegt, durch Verdrehen des Scheibenverbundes bis in der Nulllage der der ersten Exzenterscheibe zugeordnete Stift den Anzeigestift beaufschlagt, wenn der Lösebolzen von dem Futterflansch getrennt und in der zentralen Aufnahme das Zentrierstück gegen den Konusring gepresst wird. Bei diesen vorbereitenden Verfahrensschritten wird vorteilhaft wiederum die Präsenz sowohl des Lösebolzens als auch des Zentrierstücks ausgenutzt, um eine definierte Ausgangsposition der Verstelleinheit zu erreichen und den Futterflansch zentrisch zu positionieren, wobei wiederum ausgenutzt wird, dass durch den gezielten Einsatz sowohl des Lösebolzens als auch des Zentrierstückes nur geringe Kräfte erforderlich sind, um die Verstellung zu bewirken.
Im Folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung mit einer zwischen einem Spannfutter und einer Maschinenspindel angeordneten Verstelleinheit,
2 eine Draufsicht auf das ein Werkstück spannende Spannfutter,
3 den Schnitt III-III aus 2
4 eine Draufsicht auf die isolierte Verstelleinheit in der Nulllage,
5 den Schnitt V-V aus 4
6 den Schnitt VI-VI aus 4,
7 den Schnitt VII-VII aus 4,
8 den Schnitt VIII-VIII aus 6 mit der durch Kreuze symbolisierten Achslage vom Futterflansch (oben) und erster Exzentrischscheibe,
9 den Schnitt IX-IX aus 5,
10 einen Querschnitt durch die Verstelleinheit, mit dem vom Futterflansch zurückgezogenen Lösebolzen und dem in der zentralen Aufnahme liegenden Konusring des Zentrierstücks,
11 eine der 10 entsprechende Darstellung mit dem in den Futterflansch gepressten Lösebolzen,
12 eine der 9 entsprechende Darstellung in einer Korrekturlage der ersten Exzenterscheibe und der zweiten Exzenterscheibe,
13 den zu einer Korrekturlage gehörenden Messwert bei der Bestimmung des Rundlauffehlers,
14 die sich ergebenden Korrekturlagen bei einem vorgegebenen Drehwinkel der ersten Exzenterscheibe und Variation der Drehlagen der zweiten Exzenterscheibe,
15 eine der 10 entsprechende Darstellung mit dem in der Korrekturlage fixierten Futterflansch,
16 eine der 8 entsprechende Darstellung in der Korrekturlage, und
17 ein Flussdiagramm zur Abfolge der Verfahrensschritte bei der Korrektur des Rundlauffehlers.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Verstelleinheit 2 gezeigt in ihrer Anordnung zwischen dem Flansch der Maschinenspindel 1 einer Werkzeugmaschine und einem Spannfutter 3, das bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mittels dreier Spannbacken 4 ein Werkstück bzw. dessen Wellenzapfen 5 spannt. Für den Fall, dass dieses Werkstück nicht exakt rotationssymmetrisch ist und die Werkstückachse nicht koaxial zur Drehachse der Maschinenspindel liegt, tritt ein Rundlauffehler auf, der durch die erfindungsgemäße Verstelleinheit 2 korrigiert werden kann.
Die in der 5 in einem Querschnitt in einer Ausgangskonfiguration dargestellte Verstelleinheit 2 besitzt einen koaxial an der Maschinenspindel 1 befestigbaren Grundkörper 6, der auf der der Maschinenspindel 1 abgewandten Seite einen Futterflansch 7 aufweist, der separat vom Grundkörper 6 ausgebildet ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Futterflansch 7 lösbar mit dem Grundkörper 6 verbunden, und zwar über Dehnschrauben 34, die den Futterflansch 7 mit einer vorgegebenen Kraft gegen den Grundkörper 6 drücken. In dem Futterflansch 7 ist eine zentrale Aufnahme 8 ausgebildet, in die ein Zentrierstück 9 eingreift, das im Grundkörper 6 mittels eines Kreuzgelenks 30 radial verschiebbar gelagert ist. Innerhalb des Zentrierstücks 9 befindet sich ein axial verschiebbarer Ringträger 27. Weiterhin sind im Grundkörper 6 eine erste Exzenterscheibe 10 mit einer zentralen Öffnung und eine zweite Exzenterscheibe 11 mit einer zentralen Öffnung angeordnet, wobei bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel die erste Exzenterscheibe 10 radial an einer Innenwandung 16 des Grundkörpers 6 abgestützt ist. Am Grundkörper 6 ist weiterhin ein Zwischenring 17 als Träger für die zweite Exzenterscheibe 11 angeordnet, die in der zentralen Öffnung der ersten Exzenterscheibe 10 liegt. Des Weiteren liegt die Wandung 18 der zentralen Öffnung der zweiten Exzenterscheibe 11 dem Zentrierstück 9 an, so dass im Ergebnis das Zentrierstück 9 in die zentralen Öffnungen der beiden in einer radialen Ebene liegenden Exzenterscheiben 10, 11 eingesetzt ist.
Wälzlager, nämlich Nadelrollen-Käfigbänder sind in der radialen Abfolge von der Innenwandung 16 des Grundkörpers 6, der ersten Exzenterscheibe 10, dem Zwischenring 17, der zweiten Exzenterscheibe 11 und dem Zentrierstück 9 angeordnet, um deren leichte Verstellung relativ gegeneinander zu ermöglichen. Sowohl der ersten Exzenterscheibe 10 als auch der zweiten Exzenterscheibe 11 ist jeweils ein Verstellmotor 12 zugeordnet, wobei der der ersten Exzenterscheibe 10 zugeordnete Verstellmotor 12 am Grundkörper 6 und der der zweiten Exzenterscheibe 11 zugeordnete Verstellmotor 12 am Zwischenring 17 gelagert ist. Der Zwischenring ist über Zylinderstifte verdrehgesichert.
Der 5 ist weiterhin zu entnehmen, dass koaxial im Grundkörper 6 ein axial verstellbarer, zur Anlage an den Futterflansch 7 vorgesehener Lösebolzen 13 angeordnet ist, der auf der dem Futterflansch 7 zugewandten Seite einen Konuskopf 14 aufweist zum Zusammenwirken mit einer am Futterflansch 7 ausgebildeten Konusaufnahme 15. Der Lösebolzen 13 ist von dem Zentrierstück 9 aufgenommen, wobei zwischen den beiden ein Spiel bereit gestellt ist, das die radiale Verstellung des Zentrierstückes auch gegenüber dem Lösebolzen 13 ermöglicht.
Die 5 lässt in Zusammenschau mit der 10 erkennen, dass die zentrale Aufnahme 8 des Futterflansches 7 konusartig gestaltet ist und das Zentrierstück 9 einen in die zentrale Aufnahme 8 eingesetzten Konusring 26 aufweist. Weiterhin ist das Zentrierstück 9 aus einem den Konusring 26 tragenden Ringträger 27 und einem Federlager 28 gebildet, das eine Feder 29 trägt, die auf den Ringträger 27 eine die Anlage an der zentralen Aufnahme 8 bewirkende Kraft ausübt.
An dem Ringträger 27 und dem Lösebolzen 13 sind jeweils zwei Kolbenflächen 31 ausgebildet, die in mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbenräumen 32 angeordnet sind, wobei Druckmittelleitungen 33 benutzt werden, um die Kolbenräume 32 mit Druckmittel zu versorgen. Zu beachten ist dabei, dass der Konuskopf 14 sich in der zum Futterflansch 7 weisenden Richtung verjüngt und die Konusaufnahme 15 korrespondierend geneigt ist, und dass der Konusring 26 mit der korrespondierenden zentralen Aufnahme 8 entgegengesetzt geneigt sind. Durch diese Gestaltung ist ermöglicht, dass in beide axiale Richtungen Kräfte auf den Futterflansch 7 ausgeübt werden können, die eine zentrierende Wirkung ausüben und insbesondere durch den Lösebolzen 13 der Futterflansch 7 zentrisch positioniert werden kann und ausgehend von dieser vorbestimmten Position über das Zentrierstück 9 gezielt die radiale Verstellung des Futterflansches 7 möglich ist.
Unter Verweis auf die 5 wird betont, dass der konstruktive Aufbau eine leichte Montierarbeit von der Vorderseite des Grundkörpers 6 ermöglicht.
Von der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11 ist der einen ein Mitnahmestift 20 und der anderen eine Stiftaufnahme 21 mit zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Anschlägen 22 zugeordnet. Bei dem in der 9 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Mitnahmestift 20 auf der ersten Exzenterscheibe 10 und greift in die der zweiten Exzenterscheibe 11 zugeordnete Stiftaufnahme 21 ein. Die Gestaltung der beiden Exzenterscheiben 10, 11 ist bei dem in der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiel nicht völlig unabhängig voneinander, sondern so gewählt, dass in einer Zentrischlage, bei der der Mitnahmestift 20 einem der Anschläge 22 anliegt, die erste Exzenterscheibe 10 und die zweite Exzenterscheibe 11 sich zu einem zentrischen Scheibenverbund ergänzen, sich also die Exzentrizität der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11 gegenseitig kompensiert und die Möglichkeit besteht, in der Zentrischlage das Zentrierstück 9 so zu positionieren, dass dieses koaxial zur Achse der Maschinenspindel 1 angeordnet ist. Daraus ergeben sich zwei Vorteile. Zum einen können beide Stellmotoren 12 mit lediglich einer Drehrichtung betrieben werden. Zum anderen kann jederzeit ohne Kenntnis der der aktuellen Korrekturstellung die zentrische Stellung dadurch eingestellt werden, dass die erste Exzenterscheibe 10 solange gedreht wird, bis die Mitnahme der zweiten Exzenterscheibe 11 erfolgt ist.
Die 4 und 7 lassen erkennen, dass in der ersten Exzenterscheibe 10 ein Stift 23 angeordnet ist, der in einer Nulllage der Beaufschlagung eines im Grundkörper 6 gelagerten Anzeigestiftes 24 dient, der wiederum einen, in der Regel der Werkzeugmaschine zugeordneten, Abstandssensor 25 beaufschlagt, so dass durch das Zusammenwirken mit dem Stift 23, dem Anzeigestift 24 und dem Abstandssensor 25 die Drehlage der ersten Exzenterscheibe 10 sowie der Verstelleinheit 2 insgesamt kontrolliert und reproduzierbar eingestellt werden kann. Soll aus einer unbekannten Lage heraus eine zentrische Stellung in der Nullstellung prozesssicher eingestellt werden, so muss die erste Exzenterscheibe 10 solange gedreht werden, bis der Anzeigestift 24 zum zweiten Mal die Nulllage anzeigt.
Im Folgenden wird die Funktionsweise und die Verwendung der erfindungsgemäßen Verstelleinheit 2 erläutert. Diese Verstelleinheit 2 befindet sich in der in der 1 dargestellten Position zwischen der Maschinenspindel 1 und dem Spannfutter 3. Ausgangspunkt für das Erfassen und die Korrektur des Rundlauffehlers eines in einem Spannfutter 3 eingespannten Werkstücks 5 ist die aus den 5 bis 7 ersichtliche Konfiguration, bei der der Lösebolzen 13 mit seinem Konuskopf 14 in die Konusaufnahme 15 eingesetzt ist und der Ringträger 27 mit seinem Konusring 26 von der zentralen Aufnahme 8 beabstandet ist. Diese Konfiguration der entlasteten Zentrisch-Stellung wird erreicht, indem die beiden Kolbenräume zur Beaufschlagung sowohl des Lösebolzens 13 als auch des Ringträgers 27 mit dem Druckmittel gefüllt sind und sowohl der Lösebolzen 13 als auch das der Ringträger 27 von der Maschinenspindel 1 axial in Richtung Spannfutter 3 verstellt sind. Der Lösebolzen 13 übt somit auf den Futterflansch 7 eine Kraft aus, die die Reibung des Futterflansches 7 gegenüber dem Grundkörper 6 und dem Zentrierstück 9 reduziert und zugleich, bei dem in der Zeichnung dargestellten Typus des Futterflansches als Membran, dessen elastische Deformation in axialer Richtung bewirkt. Das Zentrierstück 9 ist vom Futterflansch 7 getrennt. Als Ergebnis wird der Futterflansch 7 in die zentrische Stellung geschoben bzw. die zentrische Stellung gehalten und die innenliegende Verstellmechanik mit der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11 entlastet. Es ist damit in einfacher Weise möglich, über den Verstellmotor 12 die erste Exzenterscheibe 10 zu verdrehen, so dass über den an einem der Anschläge 22 der Stiftaufnahme 21 zur Anlage kommenden Mitnahmestift 20 sich die Zentrischlage einstellt, in der die erste Exzenterscheibe 10 und die zweite Exzenterscheibe 11 zu einem zentrischen Scheibenverbund ergänzt sind (9). Dies bewirkt gleichfalls die zentrische Ausrichtung des Zentrierstückes 9. Die erste Exzenterscheibe 10 und damit der zentrische Scheibenverbund wird durch den Verstellmotor 12 weitergedreht, bis über den Stift 23 der Anzeigestift 24 mittels des Abstandssensors 25 die Drehlage des Spannfutters 3 und des zentrischen Scheibenverbundes anzeigt (4).
Die Verstelleinheit 2 befindet sich somit in einer zentrischen Nulllage und die Kolbenräume 32 des Lösebolzens 13 und des Zentrierstücks 9 werden drucklos geschaltet, so dass die Feder 29 den Ringträger 27 zusammen mit dem Konusring 26 gegen die zentrale Aufnahme 8 drückt und somit die Lage des Futterflansches 7 gegenüber dem Grundkörper 6 dauerhaft sichert (10). Es wird darauf hingewiesen, dass durch die Feder 29 die dauerhafte Sicherung gewährleistet ist, also während des Betriebs des Spannfutters 3 zur Bearbeitung des Werkstücks eine Beaufschlagung der Kolbenfläche 32 des Zentrierstücks nicht erforderlich ist.
Ergänzend ist es auch möglich, die die Verstellung des Ringträgers 27 und des Lösebolzens 13 in Richtung der Maschinenspindel 1 bewirkenden Kolbenräume 32 kurzzeitig mit Druck zu beaufschlagen, um eine evtl. Verklemmung des Lösebolzens 13 zu lösen und den Zentriereffekt des Zentrierstücks 9 durch Nachspannen des Konusrings 26 zu verstärken.
In dieser Konfiguration der verspannten Zentrisch-Stellung ist die innenliegende Verstellmechanik verspannt und eine unbeabsichtigte Verstellung verhindert. In dieser Konfiguration kann nunmehr das Werkstück mit dem Spannfutter 3, gespannt werden, um sodann die Rundlaufmessung vorzunehmen. Diese Rundlaufmessung erfolgt in der Regel durch einen der Werkzeugmaschine stationär zugeordneten Laser, der einen Messwert ergibt für die in der 13 dargestellte, mit symbolisierte Korrekturlage 35, so dass in kartesischen Koordinaten oder Polarkoordinaten festgelegt ist, in welche radiale Richtung und um welchen Betrag die Achse des Zentrierstücks 9 verstellt werden muss. Dazu kann dann eine in der Regel der Werkzeugmaschine zugeordnete Steuereinheit ausgenutzt werden, die ein Speichermedium für eine Datenbank aufweist, in der Wertepaare für die Drehlagen der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11 den Korrekturlagen 35 des Zentrierstücks 9 zugeordnet sind, so dass bei einer vorgegebenen Korrekturlage 35 das Wertepaar zur Verfügung steht, das über eine definierte Ansteuerung der beiden Verstellmotoren 12 die Verdrehung der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11 angibt. In 14 ist das Zusammenwirken der beiden Exzenterscheiben zueinander verdeutlicht. Darin wird ein Koordinatensystem gezeigt mit einem radialen Verstellbereich von r = 0,5 mm. Die abgebildeten acht Kurven unterscheiden sich hinsichtlich des Drehwinkels der ersten Exzenterscheibe 10, wie in der Legende angegeben ist. Bei der durch die Quadrate symbolisierten Kurve wurde die erste Exzenterscheibe 10 in der Nullstellung belassen, also durch den Verstellmotor 12 überhaupt nicht verdreht, während die Quadrate die Korrekturlage angeben, wenn die zweite Exzenterscheibe 11 jeweils um 10° verstellt wird. Am äußersten Punkt der ersten Kurve wurde somit die zweite Exzenterscheibe 11 um 60° gedreht.
Bei der zweiten Kurve wurde die erste Exzenterscheibe 10 um 30° gedreht. Diesbezüglich ist zu beachten, dass dabei auch die zweite Exzenterscheibe 11 um 30° gedreht wird, da der Mitnahmestift 20 dem Anschlag 22 unverändert noch anliegt. Ausgehend von dieser Position wird dann die zweite Exzenterscheibe 11 jeweils in 10°-Schritten bis in die 60°-Endposition gedreht.
Die weiteren Kurven bezüglich der anderen Symbole ergeben sich sinngemäß durch die Drehung der ersten Exzenterscheibe 10 mit der zweiten Exzenterscheibe 11 um den dem Symbol zugeordneten Drehwinkel und daran anschließend die Verdrehung der zweiten Exzenterscheibe 11 um jeweils 10°.
Wenn anhand der Messung der Rundlaufkorrektur und der Festlegung der Korrekturlage 35 durch die Drehwinkel der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11 die Voraussetzungen für die Durchführung der Korrektur gegeben sind, wird die Verstelleinheit 2 wieder in die entlastete Zentrisch-Stellung gebracht, bei dem sowohl der Lösebolzen 13 als auch das Zentrierstück 9 in den Kolbenräumen 32 mit Druckmittel beaufschlagt werden, um in Richtung des Spannfutters 3 verstellt zu werden. Der Lösebolzen 13 übt damit wieder auf den Futterflansch 7 eine Kraft aus, die dessen Deformation unter Verminderung der Reibung gegenüber dem Grundkörper 6 und dem Zentrierstück 9 bewirkt, während das Zentrierstück 9 in der zentralen Aufnahme 8 Spiel zur Verfügung hat. In dieser Konfiguration erfolgt über die Verstellmotoren 12 die Verdrehung der ersten Exzenterscheibe 10 und der zweiten Exzenterscheibe 11, bis das Zentrierstück 9 die Korrekturlage 35 angenommen hat (11). In dieser Position werden der Lösebolzen 13 und das Zentrierstück 9 entlastet, indem die Kolbenräume 32 drucklos geschaltet werden. Die Feder 29 bewirkt die Ausrichtung der zentralen Aufnahme 8 des Futterflansches 7 und folglich des Futterflansches 7 insgesamt auf die radiale Lage des Zentrierstücks 9, so dass sich die aus der 15 ersichtliche Konfiguration der verspannten Korrektur-Stellung ergibt, in der die Verstellmechanik insgesamt wieder verspannt ist und so einer Verschiebung des Futterflansches 7 entgegenwirkt. Es wird darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung die Verstellungen bzw. Deformationen nicht maßstabsgerecht, sondern übertrieben dargestellt sind, um das Prinzip leichter erkennbar werden zu lassen.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenspindel
2: Verstelleinheit
3: Spannfutter
4: Spannbacken
5: Wellenzapfen
6: Grundkörper
7: Futterflansch
8: zentrale Aufnahme
9: Zentrierstück
10: erste Exzenterscheibe
11: zweite Exzenterscheibe
12: Verstellmotor
13: Lösebolzen
14: Konuskopf
15: Konusaufnahme
16: Innenwandung
17: Zwischenring
18: Wandung
19: Nadelrollen-Käfigbänder
20: Mitnahmestift
21: Stiftaufnahme
22: Anschlag
23: Stift
24: Anzeigestift
25: Abstandssensor
26: Konusring
27: Ringträger
28: Federlager
29: Feder
30: Kreuzgelenk
31: Kolbenflächen
32: Kolbenraum
33: Druckmittelleitung
34: Dehnschrauben
35: Korrekturlage

Claims

Verstelleinheit mit einem koaxial an einer Maschinenspindel (1) befestigbaren Grundkörper (6), dadurch gekennzeichnet, dass an der der Maschinenspindel (1) abgewandten Seite des Grundkörpers (6) ein separat vom Grundkörper (6) ausgebildeter Futterflansch (7) angeordnet ist, der eine zentrale Aufnahme (8) für ein im Grundkörper (6) radial verschiebbar gelagertes und axial verstellbares Zentrierstück (9) aufweist, dass eine erste Exzenterscheibe (10) mit einer zentralen Öffnung vorgesehen ist, dass eine zweite Exzenterscheibe (11) mit einer zentralen Öffnung vorgesehen ist, dass in den zentralen Öffnungen das Zentrierstück (9) eingesetzt ist und dass mindestens ein Verstellmotor (12) zur Verdrehung der ersten Exzenterscheibe (10) und/oder der zweiten Exzenterscheibe (12) vorgesehen ist.
Verstelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial im Grundkörper (6) ein axial verstellbarer, zur Anlage an den Futterflansch (7) vorgesehener Lösebolzen (13) angeordnet ist.
Verstelleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösebolzen (13) auf der dem als Membran zur elastischen Verformung während der Montage und Erzeugung einer Vorspannkraft gegen das Zentrierstück (9) ausgebildeten Futterflansch (7) zugewandten Seite einen Konuskopf (14) aufweist zum Zusammenwirken mit einer im Futterflansch (7) ausgebildeten Konusaufnahme (15).
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Exzenterscheibe (10) radial an einer Innenwandung (16) des Grundkörpers (6) abgestützt ist, dass am Grundkörper (6) ein Zwischenring (17) als Träger für die zweite Exzenterscheibe (11) angeordnet ist, die in der zentralen Öffnung der ersten Exzenterscheibe (10) liegt, und dass der Wandung (18) der zentralen Öffnung der zweiten Exzenterscheibe (11) das Zentrierstück (9) anliegt.
Verstelleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der radialen Abfolge von der Innenwandung (16) des Grundkörpers (6), der ersten Exzenterscheibe (10), dem Zwischenring (17), der zweiten Exzenterscheibe (11) und dem Zentrierstück (9), Wälzlager, Nadelrollen-Käfigbänder zwischen benachbarten Bauteilen angeordnet sind.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Exzenterscheibe (10) und der zweiten Exzenterscheibe (11) der einen ein Mitnahmestift (20) und der anderen eine Stiftaufnahme (21) mit zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Anschlägen (22) zugeordnet ist.
Verstelleinheit nach einem der Anspruch (6), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zentrischlage, bei der der Mitnahmestift (20) einem der Anschläge (22) anliegt, die erste Exzenterscheibe (10) und die zweite Exzenterscheibe (11) sich zu einem zentrischen Scheibenverbund ergänzen.
Verstelleinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Exzenterscheibe (10) ein Stift (23) angeordnet ist, der in einer Nulllage der Beaufschlagung eines im Grundkörper (6) gelagerten Anzeigestiftes (24) dient.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verstellmotore (12) vorgesehen sind, von denen der der ersten Exzenterscheibe (10) zugeordnete Verstellmotor (12) am Grundkörper (6) und der der zweiten Exzenterscheibe (11) zugeordnete Verstellmotor (12) am Zwischenring (17) gelagert ist.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Aufnahme (8) in dem Futterflansch (7) konusartig gestaltet ist, dass das Zentrierstück (9) einen in die zentrale Aufnahme (8) eingesetzten Konusring (26) aufweist, und dass das Zentrierstück (9) aus einem den Konusring (26) tragenden Ringträger (27) und einem Federlager (28) gebildet ist, das eine Feder (29) trägt, die auf den Ringträger (27) eine die Anlage an der zentralen Aufnahme (8) bewirkende Kraft ausübt.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierstück (9) mittels eines Kreuzgelenks (30) im Grundkörper (6) gelagert ist.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zentrierstück (9) und dem Lösebolzen (13) Kolbenflächen (31) ausgebildet sind, die in mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbenräumen (32) angeordnet sind.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuskopf (14) sich in der zum Futterflansch (7) weisenden Richtung verjüngt und die Konusaufnahme (15) korrespondierend geneigt ist, und dass der Konusring (26) mit der korrespondierenden zentralen Aufnahmen (8) entgegen gesetzt geneigte Oberflächen aufweisen.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Futterflansch (7) mittels Dehnschrauben (34) lösbar am Grundkörper (6) befestigt ist.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine zugeordnete Steuereinheit ein Speichermedium für eine Datenbank aufweist, in der Wertepaare für die Ansteuerung der Verstellmotoren und dadurch die Drehlagen der ersten Exzenterscheibe (10) und der zweiten Exzenterscheibe (11) den Korrekturlagen (35) des Zentrierstückes (9) zugeordnet sind.
Verfahren zum Erfassen und zur Korrektur des Rundlauffehlers eines in einem Spannfutter (3) eingespannten Werkstücks, bei dem in einem von der Verstelleinheit (2) getragenen Spannfutter (3) das Werkstück gespannt und durch Messung des Rundlauffehlers die erforderliche Korrektur ermittelt wird, bei dem durch Verstellung des Lösebolzens (13) gegen den Futterflansch (7) und Lösen des Konusringes (26) von der zentralen Aufnahme (8) eine Entlastung bewirkt wird und sodann die erste Exzenterscheibe (10) und/oder die zweite Exzenterscheibe (11) verstellt wird, bis deren Drehlage die zur Korrektur erforderliche Verstellung des Zentrierstücks (9) bewirkt, und bei dem sodann der Lösebolzen (13) vom Futterflansch (7) abgezogen und der Futterflansch (7) mit dem Konusring (26) verspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vorbereitend vor dem Einspannen des Werkstücks die Verstelleinheit (2) zentrisch gestellt wird durch Verstellung des Lösebolzens (13) gegen den Futterflansch (7) und Lösen des Konusringes (26) von der zentralen Aufnahme (8), durch Verdrehen der ersten Exzenterscheibe (10) gegenüber der zweiten Exzenterscheibe (11) bis der Mitnahmestift in der Zentrischlage dem Anschlag (22) anliegt, durch Verdrehen des Scheibenverbundes bis in der Nulllage der der ersten Exzenterscheibe (10) zugeordnete Stift den Anzeigestift (24) beaufschlagt, bei dem der Lösebolzen (13) von dem Futterflansch (7) getrennt und in der zentralen Aufnahme (8) das Zentrierstück (9) gegen den Konusring (26) gepresst wird.