DE2046358C3 - Meßeinrichtung für insbesondere zylindrische Bearbeitungsflächen von Werkstücken an Werkzeugmaschinen, insbesondere Honmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für insbesondere zylindrische Bearbeitungsflächen von Werkstücken an Werkzeugmaschinen, insbesondere Honmaschinen, mit einem parallel zur Bearbeitungsfläche bewegbaren, an einer Haltevorrichtung vorgesehenen Tastkörper, dessen Tastglied an dem Rand der Bearbeitungsflächc unter einem vorbestimmten ersten Meßdruck aufläuft und erst bei Erreichen des Fenigmaßes auf die Bearbeitungsfläche gelangt.

Aus der US-PS 27 97 576 ist eine Meßeinrichtung bekannt, die zwei radial zur Werkstückbohrung verschiebbar gelagerte Tastgliedcr aufweist. Das eine dieser beiden Tastglieder kann unter Federkraft an der Werkstückbohriing anliegen oder in Radialrichtung arretiert werden, so daß es sich nicht weiter gegen die Werkstückbohrung bewegen und somit von dieser abheben kann. Zur Feststellung des Meßwertes wird der Druckabfall eines durch einen Spalt geleiteten Druckmediums gemessen. Die Spaltmessung bei der bekannten Meßeinrichtung findet unmittelbar zwischen einer im Tastglied vorgesehenen Austrittsöffnung und der Werkstückbohrung statt. Die Größe des Spaltes; ändert sich mit dem Maß der zu messenden Bearbeitungsfiäche. Diese bekannte Meßeinrichtung ist verhältnismäßig störanfällig, da die Spaltmessung mit einem Druckmittel durch äußere Einflußfaktoren, beispielsweise Temperaturänderungen, Vibrationen, Oberflächenrauhigkeiten und ähnliches stark beeinträchtigt werden kann, so daß hoch-präzise Messungen in aller Regel nicht durchführbar sind. Die Tastglieder müssen stets im Eingriff mit der Bearbeitungsfläche bleiben, was zu Beschädigungen der Bearbeitungsflächen führen kann, insbesondere wenn diese Feinstbearbeitungsflächen sind. Außerdem wird das Tastglied durch den bei der Bearbeitung der Bearbeilungsfläche enlslehenden Abrieb des Werk.stük kes und der Bearbeitungswerkzeuge verhältnismäßig Mark verschlissen, so daß das Meßergebnis laufend verfälsch! wird. Die Meßeinrichtung is«, konstruktiv aufwendig und kann praktisch mir für verhältnismäßig große liohrungsdiirchniesser eingesetzt werden.

Bei einer anderen bekannten Meßeinrichtung (DT-PS 8 54 581) wird die Bearbeitungsfläche ebenfalls über eine Spaltmessiing gemessen. Bei dieser bekannten Meßeinrichtung erfolgt die Spaltmessiing zwischen der Stirnfläche einer Stellstange und der Mündung eines Kanalcs, die innerhalb eines Meßkörpers untergebracht sind. Durch Verschmutzungen im Bereich der Austrittsöffnungen für das Druckmedium oder ähnliche Faktoren wird das Meßergebnis verändert. Außerdem kann die konstruktiv aufwendige und komplizierte Umlenkung der Tastbewegung des Tastglicdes über einen Winkelhebel auf die Stellstange durch Wärmedehnungen, Lagerspiel u.dgl. zu verhältnismäßig großen Fehlern führen.

Bei einer weiteren bekannten Meßeinrichtung (DT-PS 8 09 717) erfolgt die Messung der ßearbeitungsfliichen durch Spaltmcssung mittels eines Druckmediums. Das bewegliche Tastglied ist an einem Federarm 5 gelagert. Zur Messung der Bearbeitungsfläche ist ein Meßventil vorgesehen, dessen Ventilstange über einen am Federarm befestigten Winkel betätigt wird, so daß sich der Durchfluß des Druckmediums durch das Meßventil mit Lageänderung des Tastgliedes ändert. Da sich der Winkel bei Lageänderungen des Tastgliedes nahezu senkrecht zur Ventilstange bewegt, ergeben sich Längsbewegungen der Ventilstange, die nahezu so klein wie die Tastbewegungen des Tastgliedes sind. Mit dieser bekannten Meßeinrichtung lassen sich daher keine Messungen hoher Genauigkeit durchführen.

Die US-PS 27 95 855 zeigt eine Meßeinrichtung mit zwei Federn, von denen die eine Feder zur Zentrierung des Tas'körpcrs in der Werkstückbohrung dient. Die zweite Feder ist vorgesehen, um das bewegliche Tastglied mit einem ausreichenden Anlagedruck an die Wandung der Werkstückbohrung anzulegen. Zur Messung der Bearbeitungsflächen dient wiederum der Druckabfall in einem innerhalb des Tastkörpers befindlichen Spalt, der mit einer gesonderten Druckmeßeinrichtung gemessen wird.

Bei einer weiteren bekannten Meßeinrichtung (DL-PS 16 436) wird eine bewegliche Meßleiste mit einer Feder gegen die Wandung der Bohrung eines zu honenden Werkstückes gedruckt.

Die Messung der Bohrungswandung erfolgt durch eine Spaltmessung zwischen der Austrittsöffnung eines Düsenkörpers und einer gegenüberliegenden Stirnfläche eines Druckstückes.

Aus der US-PS 27 77 257 schließlich ist eine an einem Honwerkzeug vorgesehene Meßeinrichtung bekannt, deren Meßglieder während des Meßvorganges nicht mit der Bearbeitungsfläche in Berührung kommen. Diese Meßglieder sind jedoch nicht radial innerhalb des Werkzeugkörpers verstellbar. Vielmehr weist jedes Meßglied eine gegen die Wcrkstückbohrung gerichtete Düsenöffnung auf, die mit einer DruckineßeinrichUing leitungsverbunden ist. Die Druckmeßeinrichtung gibt den jeweiligen Meßwert an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie bei einfachem konstruktivem Aufbau und geringer Störanfälligkeit eine sehr genaue

Messung unnöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das in an sieh bekannter Weise gegen die itearbeiiungslläche federnd bewegliche Tastglied gegen die Bearbeilungsfläehe mit einem vorbestimmten ^s /weilen Meßdruck federbelastet ist unJ daß mindestens einer der beiden Meßdrücke eiiisteHbar ist.

Hei tier erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wird somit die Größe des Bearbeitungsmaßes durch zwei im Winkel zueinander wirkende Meßdrücke bestimmt. Die ·< > beiden Meßdrücke können so aufeinander abgestimmt werden, daß das Tastglied genau bei Erreichen des gewünschten Maßes auf die Bearbeitungsfläche gelangt und damit das Erreichen des gewünschten Bearbeitungsergebnisses anzeigt. Das Tastglied wird mit dem <s ersten Meßdruck in seiner Vorschubrichtung und damit parallel zur Bearbeitungsfläche gegen den Rand der Bearbeitungüfläehe und mit dem zweiten Meßdruck quer zur Bearbeitungsfläche belastet. Die beiden Meßdrücke bestimmen durch ihre Gijße das Bearbeitungsmaß, bei dem das Tnslgliod auf die Bearbeitungsfläche gleitet. )e größer der zweite Meßdruck im Verhältnis zum ersten Vießdruck ist, desto mehr muß von der Bearbeitungsfläche abgetragen werden, bis das Tastglied auf die Bearbeitungsfläche gelangt und somit das Erreichen des Sollmaßes anzeigt. Da dieses Sollmaß durch zwei voneinander abhängige, quer zueinander liegende Meßdruck-Belastuugen bestimmt wird, kann ein sehr genaues Meßergebnis erreicht werden. Durch Einstellen eines der beiden Meßdrücke kann das Sollnutß uni äußerst kleine Beträge von beispielsweise einem tausendstel Millimeter verändert werden, so daß eine sehr genaue Justierung auf einfache Weise erreicht wird. Dadurch ist es auch möglich, Werkstücke unter Verwendung derselben Meßeinrichtung in unterschiedliehen, nur äußerst geringfügig differierenden Maßgruppen zu bearbeiten, wie das beispielsweise für die Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren gefordert wird. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung hat einen konstruktiv einfachen Aufbau und ist wenig störanfällig, so daß die Meßergebnisse nicht verfälscht werden. Da das Tastglied während der Bearbeitung nicht auf der Bearbeitungsfläche aufliegt, wird diese in hohem Maße geschont. Infolge des konstruktiv einfachen Aufbaues kann die Meßeinrichtung auch zur Bearbeitung von sehr kleinen Werkstiiekbohrurigcn verwendet werden.

Die Windung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher boschrieben. Es zeigen

F i g. 1 in einem Axialschnitt die erfindungsgemäße Meßeinrichtung,

F i g. 2 teilweise im Axialschnitt und teilweise in Seitenansicht einen Teil der Meßeinrichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 3 in vergrößerter Darstellung das am Hand einer Bearbeitungsfläche anliegende Tastglied der Meßeinrichtung.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Meßeinrichtung 1 ist achsgleich zu einem Werkstück 2 bzw. zu einer ein Werkzeug 4 tragenden Spindel 3 einer mein näher dargestellten Werkzeugmaschine angeordnet.

Im Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 4 t:in Honwerkzeug, das über einen Werkzeugschaft 5 mit der Spindel 3 einer Honmaschine fest oder über Kardange- <>5 lenke verbunden ist. Das Honwerkzeug 4 wird in die Bohrung des Werkstückes 2 eingefahren und in der Bohrung hin- und herbewegt, deren Wandung 6 eine Bearbeitungsfläche bildet.

Die Meßeinrichtung I weist eine Führungsvorrichtung 7 auf, die mit einem ringförmigen I laller 8 an einem Endbund 44 einer Pinole 43 IVir die Spindel 3 zentriert befestigt ist. Die Führungsvorrichtung 7 ist mit zwei parallel zur Spindel 3 liegenden Eülmmgsstangen 4 versehen, deren obere, mit Gewinde versehene Enden 10 in entsprechende Gewindebohrungen im llaltei K eingreifen. Auf den unteren Enden i\c\· Führimgssiaiii;en 9 ist ein ringförmiger, am Umfang eines Zylinders l< > lösbar befestigter Träger II verschiebbar gelagert. Der Träger It ist in Vorsehubrichlung gegen Anschlage 14 federbelastet, die an den unleren linden der Führiingsstangen 9 befestigt sind.

Im Zylinder 16 ist ein koaxial zur Spindel 3 liegender Hohlkolben 19 verschiebbar gelagert, dessen nach Linien aus dem Zylinder ragendes Ende als Tastkörper 20 vorgesehen ist. In Vorsehubrichlung des Werkzeuges 4 vor dem Träger 11 ist ein auf einer Werkstückspannvorrichtung 24 befestigter, ringförmiger Taststellungs-Endanschlag 21 für den Träger angeordnet. Die Rihrungsstangen 9 ragen durch den Taststellungs-Endanschlag 21 und die Werkstückspannvorrichtung 24.

Der zylindcrförmige Tastkörper 20 ist mit zwei diametral einander gegenüberliegenden, axial verlaufenden Schlitzen 28 versehen (Fig. 2), die bis zum in Voi'schubrichuing vorderen Ende des Tastkörpers reichen. Der Tastkörper wird auf diese Weise in zwei Federarme 29 unterteilt, die zur Verringerung des Durchmessers des Tastkörpers elastisch federnd zusammengedrückt werden können. Am vorderen Ende des Tastkörpers 20 sind an der Außenseite mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Tastglieder .30 aus Hartmetall od. dgl. befestigt. Um im wesentlichen konstante Verteilungen der auf das Tastglied 30 wirkenden Kräfte und ein leichtes Gleiten an der Bearbeitungsfläche 6 zu erreichen, hat jedes Tastglied eine in Tastrichtung ansteigende, im vorderen Bereich kegclmantelförmige und eine nach hinten anschließende, ballig gekrümmte Tastfläche 31 und 32 (Fig. 3). Vorteilhaft liegen die vorderen und die hinteren Tastflächen 31 und 32 aller Tastglieder 30 in einer gemeinsamen Kegelmantelfäche bzw. einer gemeinsamen ballig gekrümmten Mantelfläche, deren Achsen mit der Achse des Tastkörpers 20 zusammenfallen.

Wenn die Tastfläehcn 31, 32 der Tastglicder 30 jeweils in unterschiedlichen Mantelflächen und deren Achsen mit Abstand von der Achse des Tastkörpers 20 liegen, dann wird die Verbindungsebene zwischen diesen beiden Achsen zweckmäßig durch eine Symmetrieebene des zugehörigen Tastglicdcs 30 gebildet. In diesem Fall liegen die Tastglicder nur punktförmig am oberen Rand 3.3 der Bearbeitungsfläche 6 an.

Bei jedem Arbeitshub des Werkzeuges 4 wird der Tastkörper 20 gegen den oberen Rand 33 der Bearbeitungsfläche 6 gefahren und unter einer vorbestimmten Druckbelasti'ng gegen diesen Rand gedruckt (F i g. 1 und 2). Während des Flonens liegen die Tastglieder 30 mit ihren unteren Tastflächen 31 am Rand 33 der Bearbeitungsfläche 6 unter dem vorbestimmten Druck an, der durch den Differenzdruck zweier Zylinderräume 34, .15 des Zylinders 16 bestimmt ist. Im oberen Zylinderraum 35 herrscht dabei ein dem Differenzdruck entsprechender höherer Druck als im unteren Zylinderraum 34. Infolge der Druckbelastung der Tastgiieder 30 wird der Tastkörper 20 elastisch zusammengedrückt. Der in Axialdichtung der Werkstückbohrung vom Zylinder 16 ausgeübte Tastdruck und

der durch die Federarme 29 etwa radial zur Werkstückbohrung wirkende Federdruck sind so aufeinander abgestimmt, daß die Tastglieder 30 erst dann in die Werkstückbohrung eindringen und mit ihren ballig gekrümmten Tastflächen 32 an der Bohrungswandung gleiten, wenn die Werkstückbohrung auf das gewünschte Endmaß gehont worden ist. Durch Verändern des Differenzdruckes in den beiden Zylinderräumen 34, 35 kann dieses Endmaß um äußerst geringe Beträge verändert werden.

Wie F i g. 3 zeigt, ergibt sich durch die ballige bzw. die konische Tastfläche 32 bzw. 31 an jedem Tastglied 30 eine der Tastkraft entgegengerichtete, rechtwinklig auf der Tangente 38 im Berührungspunkt 39 zwischen Tastglied und Werkstück stehende Kraft 40, die sich in eine vertikale, einen ersten Meßdruck bildende Kraftkomponente 41 und in eine horizontale, um ein Vielfaches größere und einen zweiten Meßdruck bildende Kraftkomponente 42 zerlegen läßt. Die horizontale Kraftkomponente 42 ist direkt proportional der vertikalen Kraftkomponente 41.

Infolge der pneumatischen oder hydraulischen Betätigung des Tastkörpers 20 läP>t sich der Tastdruck genau reproduzierbar stufenlos oder in Stufen einstellen, so daß die vertikale Kraftkomponente 41, die den Tastkörper 20 in die Bohrung zu drücken sucht, /.. B. 600 g, 1200 g und 2000 g beträgt. Entsprechend diesen unterschiedlichen Kräften weicht der Tastkörper 20 mehr oder weniger stark nach innen aus. Er dringt dann entsprechend früher oder später in die Werkstückbohrung ein und zeigt damit das Erreichen des Sollmaßes an. Somit können entsprechend den eingestellten

ίο Tastdrücken unterschiedliche Werkstiickbohrungsdurchmcsscr auf einfachste Weise genau gehont werden.

Vorteilhaft schaltet der Tastkörper beim Eindringen in die Werkstückbohrung den Antrieb der Spindel 3 ab Zu diesem Zweck ist an dem über den Zylinder Ii ragenden Ende des Hohlkolbcns 19 ein ringförmige« Schaltelement 47 vorgesehen, in dessen Bcwcgungswc^ ein Winkclhcbcl 48 vorgesehen ist, mit dem eir Mikroschalter 49 betätigt werden kann. Sobald dci Tastkörper 20 nach Erreichen des Endmaßes in di< Wcrkstückbohrung eindringt, betätigt das Schaltete ment 47 über den Winkclhcbcl 48 den Schalter 49, durcl den der Honvorgang abgeschaltet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

PatenUwisprüchc:

1. Meßeinrichtung für insbesondere zylindrische Bearbeitungsfliiehen von Werkstücken an Werk- S /eugmasehinen, insbesondere Honmaschinen, mil einem parallel zur Bearbeitungsfläehe bewegbaren, an einer Haltevorrichtung vorgesehenen Tastkörper, dessen Tastglied an dem Rand der Bearbeitungsfläche unter einem vorbestimmten ersten Meßdruck aufläuft und erst bei Erreichen des Fenigmaßes auf die Bearbeitungsflüche gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das in an sich bekannter Weise liegen die Bearbeitungsfläche (6) federnd bewegliche Tastglied (30) gegen die Bearbeilungsflächc (6) mil einem vorbestimmten zweiten Meßdruck (42) federbelastet ist und daß mindestens einer der beiden Meßdrücke (41, 42) einstellbar ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für Bohrungsflächen von Werkstücken (2) vorgesehene Tastglied (30) elwa radial zur Bohrungsachse unter dem zweiten Meßdruck (42) bewegbar ist und daß der parallel zur Bearbeitungsflächc (6) wirkende Meßdruck (41) einstellbar ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tasiglied (30) eine in Tastrichtung ansteigende, vorzugsweise im vorderen Bereich (31) kegelmantelförmigc, und nach hinten daran anschließend ballig gekrümmte Tastfläche (31,32) aufweist.