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I.ief3- und Zentriervorriohtung zur Bestimmung von Lage-und Laßabweichungen.
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Die Erfindung betrifft eine Meß- und Zentriervorrichtung zur Bestimmung
von ,age- und Liaßabweichungen an Jerkstücken auf Bearbeitungsmaschinen, vorzugsweise
;oordinatenbohrmaschinen, deren Verstellbewegungen definiert und nach Maßstäben
erfolgt.
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Es sind Meßmaschinen bekannt, bei denen das auszumessende Werkstück
auf einem feststehenden Tisch aufgespannt wird, und kegelige Meßsonden in aus zunehmende
Bohrungen eingeführt oder Planflächen an Flächen angelegt werden. Die Meßsonden
sind dabei entsprechend den jeweiligen Koordinatansystamen an der Maschine verschiebbar
angeordnet. Die Ist-Stellung der Meßsonde, die gleichbedeutend dem Istmaß ist, wird
dabei durch Maßstäbe ermittalt.
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Weiterhin kann die irbvJeichung vom entsprechenden Istmaß auch durch
das Anvisieren mittels spezieller Miloroskope, die statt der Meßsonden im Meßarm
oder der Spindel von koordinatenbohrmasohinen aufgenommen werden, bestimmt werden.
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:ß besteht weiterhin die Möglichkeit an stelle der bisher genannten
Meßelenente Feinzeiger zu verwenden. Wird dabei der Feinzeiger als Nullindikator
eingestellt, so wird mittels der Maschinenmaßstäbe das Istmaß bestimmt. Wird jedoch
das Werkstück durch die maschine gegenüber dem Feinzeiger in eine entsprechende
Nennlage gebracht, so wird die Abweichung vom Sollwert ermittelt.
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Lle diese Verfahren können jedoch nur manuell durchgelührt werden.
Eine Automatisierung ist bei der Verwendung von Visiermikroskopen oder Feinzeigern
nicht möglich.
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Die Verwendung der Meßsonden kann nur automatisiert werden, wenn die
zur Durchführung der Messung zu verschiebenden Teile wie Tisch, Schlitten oder Pinole
vom antriebselement, beispielswaise der Laitspindel, nach der Erreichung des Sollwerte.;
getrennt werden. Die Ausrichtung auf das Istmaß geschieht durch das Einführen einer
kegeligen Sonde dann
selbständig.
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Das zeitweilige Trennen des Tisches, der Schlitten oder der Pinole
vom maßbestimmenden antriebselement führt bsonders für die nachfolgenden Meßoperationen
zu erheblichen Meßfehlern. Zusätzlich entstehen Fehler beim @ usrichten des zu messenden
Werkstückes von der ooll- auf die Istkoordinatc durch das Winfilhren der Meßsonde,
da hierbei beachtliche Massen, wie Werkstück und Maschinentisch bzw. die Maßeinrichtung
mit Befestigungsschlitten, um kleine Wege zu verschieben sind.
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Die fortschreitende Automatisierung der Werkzeugmaschinen stellt an
das Meßwesen erhöhte Forderungen betreffs der Genauigkeit und insbesondere der Verkürzung
der meßzeiten.
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Die Erfindung bezweckt die angeführten Nachteile zu beseitigen, und
dadurch das Ausmessen von Werkstücken den Bedingungen der Automatisierung anzupassen
und dadurch vor allem ökonomischer zu gestalten.
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Der ERfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meß- und Zentriereinrichtung
zur Bestimmung von Lage- und Maßabweichungen an Werkstücken auf Bearbeitungsmaschinen,
vorzugsweise Koordinatenbohrmaschinen, deren Verstellbewegungen definiert und nach
Maßstäben und die Bestimmung des Istmaßes durch kegelige, zylindrische oder ebene
Sonden erfolgt, zu schaffen, die es gestattet, den Meßvorgang nicht nur auf speziellen
Meßmaschinen, sondern beispielsweise auch auf Koordinatenbohrmaschinen zu automatisieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an Gtelle eines
Werkzeuges eine Meßeinrichtung mit der Bohrspindel fest verbunden oder diese Zinrichtung
an anderer definierter Stelle zum Meßsystem der Maschine angeordnet ist. Die tbweichungen
vom Sollwert werden dadurch ermittelt, daß ein zur Befestigung von Meßsonden dienender
Körper oder die Meßsonde selbst beweglich gegenüber einem Grundkörper mittels Führungen
Federgelenken oder Luftlagern angeordnet ist.
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Diese relativen Verschiebungen sind im Komponenten der Koordinatenachsen
der Maschinen zerlegbar, und ar dadurch, dC
Meßelemente, wie kapazitive,
ohrnsche, induktive oder pneumetische Weggeber, in durch die Koordinaten bestimmten
Richtungen angeordnet sind.
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Diese radiale Verschiebung ist auch dadurch zerlegbar, daß die Meßsonde
nur in bestimmten Richtungen, die beispielsweise durch entsprechende Führungen oder
Federgelenke bestimmt sind, bewegbar ist. Außerdem sind Schalter oder lleßeinrichtungen,
die Schaltfunktionen einleiten, angeordnet, die bein Erreichen einer bestimmten
Anpreßkraft der Meßsonde an den Prüfling die Einfahrgeschwindigkeit verändern bzw.
bei erreichter maximaler Anpreßkraft den Maschinenvorschub in Zustellrichtung der
Meßeinrichtung stillsetzen.
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Weiterkin ist die richtung so gestaltet, daß einmal die Me@sonden
im Aufnahmekörper zentriert und mittels mechanischer, elektromagnetischer oder anderer,
beispielsweise pneumatischer oder hydräulischer Spannmittel befestigt sind.
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Für den kufnahmekörper, bzw. spezielle Meßsonden selbst, ist zwecks
Abgleichung der Meßeinrichtung eine Zentriervorrichtung, beispielsweise ein axial
verschiebbarer Bolzen, versugsweise in der Aufnahmeachse vorgesehen.
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D@urch sind die beweglich angeordneten Aufnahmekörper, oder die Meßsonden
selbst, zum Grundkörper zentriert, und eine Ausgangsbasis für den Meßvorgang selbst
vorhanden.
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Außerdem gestattet der Aufbau, daß sowohl. dis gesamte Meßeinrichtung
als auch die einzelnen Meßsonden für sich, durch eine Wechseleinrichtung auswechselbar
sind. Die erforderlichen Steckverbindungen, beispielsweise elektrische oder pne@@tische
Verbindungen sind in diesem Wechsel einbezogen.
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Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der erfindungsgemäßen Lösung
bestehen darin, daß mittels diser Einrichtungen die manuellen Meßvorgänge in d3n
automatisierten Arbeitsablauf einbezogen werden können, wodurch die Nebenzeiten
erheblich gesenkt werden können.
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Durch diese Lösung lassen sich vor allem für koerdinatenbohrmaschinen
Zusatzeinrichtungen schaffen, die ohne großen wuC-wand don Einsatz dieser Maschinen
als Meßmaschinen ermögliehen.
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Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1: eine Meßeinrichtung mit paralleler
Führung der Meßsonde durch Federelemente und Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten
Lleßkraft, Fig. 2: eine Meßeiiirichtung für an sich gleiche Aufgaben, jedoch vorzugsweise
größeren Bohrungen, mit EläLzführung und Einrichtung zum automatischen Wechsel der
Meßsonden, Eig. D: eine Vorrichtung zur Zentrierung der Meßsonde zum Grundkörper.
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An einem Kegel 1 (Fig.1) ist eine Hülse 2 fest angeordnet.
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In dieser Hülse 2 ist in einer spielfreien Lagern: 3 die eigentliche
Meßeinrichtung befestigt. Diese besteht aus einem Grundkörper 4 mit Meßelementen
5 und einer kegeligen Meßsonde 6, die an einem Befestigungskörper 7 auswechselbar
angeordnet ist.
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Der Befestigungsk.örper 7 ist über vier Federelemente 8 mit dem Grundkörper
4 verbunden.
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Zwischen dem Grundkörper 4 und der Hülse 2 ist eine Feder 9-und an
der Hülse 2 sind Endschalter 10; 11 angeordnet.
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Die Wirkung dieser in Fig. 1 dargestellten %inrichtung ist: Wird in
eine auszumessende Bohrung, die mit ihrer Sollage unter die Bezugsachse gebracht
wurde, eine nach allen Seiten um kleine Wege, die den zu erwartenden Abweichungen
entsprechen, radial verschiebbare kegelige Meßsonde 6 eingeführt, so wird diese
Meßsonde bei vorhandener Lageahweichung zur Achse der Bohrspindel und damit zur
Bezugsachse der ifleßeinrichtung verschoben Diese relative Verschiebung wird durch
die Meßelemente 5 ermittelt. Dadurch, daß der Befestigungskörper 7 über vier Federelemente
8 mit dem Grundkörper 4 verbunden ist, wird diese Verschiebung ermöglicht und durch
die Anordnung der Meßelemente 5 in den Kccrdinatenrichtungen X und Y wird die anteilige
Verschiebung der Meßsonde 6 in diesen Koordinatenrichtungen ermittelt.
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Eine zwischen dem Grundkörper 4 und der Hülse 2 angeordnete Feder
9 erzeugt die erforderliche Meßkraft. Beim ?infahren
in eine Bohrung
werden die'Endschalter 10;11 nacheinander durch den Grundkörper 4 betätigt, und
zwar wird über den Schalter 10 die ?<.infahrgeschwindipkeit herabgesetzt und
nach Erreichen einer maximalen Anpreßkraft über den Schalter 11 die Einfahrbewegung
gestoppt.
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Am Grundkörper 12 (Fig.2) ist ein Gehause 13 mittels einer ri-ngförmigen
Verstärkung des Grundkörpers spielfrei gelagert, dh. es sind zwischen planparallelen
Flächen 14 Wälzkörper 15 angeordnet. Den Abschluß des Gehäuses 13 bildet ein Deckel
16, der mittels Federn 17, die unter den Köpfen der Befestigungsschrauben angeordnet
sind, befestigt ist.
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An dem Gehäuse 13 ist ein Zwischenstück 18 mit einer kegeligen Aufnahmebohrung
19 und einem zentrisch um die Aufnahmebohrung 19 angeordneten Elektromagneten 20
befestigt.
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Eine Meßsonde 21 ist mittels eines Kegels 22 in der Bohrung 19 zentriert
und durch den Elektromagneten20 mit dem Zwischenstück 18 fest verbunden. An der
Meßsonde 21 sind oberhalb des Meßkegels AufnahmefLächen 23 vorgesehen.
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Weiter sind im Gehäuse 15 Meßelemente 24 angeordnet.
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Die Wirkung dieser Einrichtung ist: Soll eine Bohrung mit einem größeren
Durchmesser geprüft werden, so wird eine dieser Größe entsprechende Meßsonde 21
mittels ihres Kegels 22 in der Aufnahmebohrung 19 des Zwischenstückes 18 zentriert
und mittels des Elektromagneten 20 festgehalten. Dieser Vorgang kann sowohl manuell
als auch automatisch mittels vorhandener Werkzeugwechseleinrichtungen unter Verwendung
der Aufnahmeflächen 25 erfolgen. Diese 'Einrichtung ist vor allem für größere Abweichungen
vom Sollmaß vorteilhaft, da durch die zwischen den planparallelen Flächen 14 angeordneten
Wälzkörper 15 größere Verschiebungen möglich sind.
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Auch diese Verschiebungen werden durch Meßelemente 24 in den Koordinatenrichtungen
ermittelt.
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Die Verringerung der Einfahrgeschwindigkeit und die Abschaltung derselben
erfolgt analog der im anderen Ausführungsbeispiel. Diese Elemente wurden der besseren
Ubersicht wegen
nicht in die Zeichnung aufgenommen.
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Im verschiebbaren Körper 30 (Fig.3) ist eine Meßsonde 31 aufgenommen.
Im Grundkörper 32 ist in einer zylindrischen Bohrung 33 ein Zentrierbolzen 34 mit
kegeliger Spitze axial verschiebbar und außerdem eine Feder 35 in der Bohrung 33
zwischen Grundkörper 32 und Zentrierbolsen 34 angeordnet.
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In einer quer zur Längsachse liegenden Bohrung 36 ist ein Hebel 37
schwenkbar gelagert, dessen eines Ende in eine ringförmige Aussparung 38 des Zentrierbolzens
34 eingreift.
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Auf dem Grundkörper 32 ist zwischen dem Aufnahmekegel und dem Hebel
37 eine Mutter 39 angeordnet.
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Die \wirkung dieser Einrichtung ist: Zur Durchführung der Abgleichung
des elektronischen oder pneumatischen Wegneßsystems wird der zur Aufnahme der Ileßsonde
31 dienende, radial verschiebbare Körper 30 durch den Zentrierbolzen 34, der mit
seiner kegeligen Spitze in eine Zentrierung in den Schaft der Meßsonde 31 mittels
der Fed-er 35 eingedrückt wird, gegenüber dem Grundkörper 32 bei abgehobener Meßsonde
31 zentriert. In dieser Stellung ist die gesamte Meßeinrichtung abgleichbar.
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Während der eigentlichen Messung wird der Zentrierbolzen 34 durch
die Mutter 39 mittels des Hebels 37 gegen die Feder 35 verstellt. In dieser Stellung
gibt der Zentrierbolzen 34 die radial verschiebbaren Teile der Meßeinrichtung einschließlich
der Meßsonde 31 frei.