DE2126164A1

DE2126164A1 - Numerisch gesteuerte Bohrmaschine

Info

Publication number: DE2126164A1
Application number: DE19712126164
Authority: DE
Inventors: Akira Yokohama Tajima Masaharu Kawasaki Kanagawa Kimura (Japan) P
Original assignee: Ikegai Corp
Current assignee: Ikegai Corp
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1971-05-26
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US3740160A; GB1356156A

Description

DR. EYSENBACH

PATENTANWALT PULLACH/MÜNCHEN 2126164

Zeichen : ShI-30-P Datum : 26. Mai 1971

Beschreibung

zur

Patentanmeldung "Numerisch gesteuerte Bohrmaschine"

Anmelderin : Ikegai Tekko Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Beansprucht wird Priorität vom :

26. Mai 1970 aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 45 045/70

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von numerisch gesteuerten Bohrmaschinen, genauer gesagt, eine numerische Bohrmaschine, deren Hauptspindeleinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Schneidwerkzeug zu führen und den Durchmesser der anzufertigenden Ausbohrung zu adjustieren, und deren Bemessungeeinrichtung dazu eingerichtet ist, in Zusammenarbeit mit der Hauptspindeleinrichtung den Durchmesser der Ausbohrung fortwährend auszumessen·

Bisher hat man bei der Fertigung einer Ausbohrung in einem Werkstück durch Benutzung eines EinzelpunktSchneidwerkzeugs in numerisch gesteuerten Bohrmaschinen für die Fertigung der Ausbohrung mit einer hohen Präzision ganz allgemein den Weg beschritten, zunächst, d.h. vor der Endfertigungsausbohrung, eine Versuchsbzw· Vorstufenbohrung zur Erzeugung einer Ausbohrung mit einem etwas kleineren als dem gewünschten End- bzw. Solldurchmesser anzufertigen, dann den erzielten Durchmesser dieser Vorstufenbohrung im Vergleich zu dem gewünschten Ausbohrungsdurchmesser abzumessen, die Halterungsposition des Schneidwerkzeuges in Übereinstimmung mit dem Messresultat für eine Kompensation der Durchmesserabweichung der Vorstufenbohrung vom Solldurchmesser zu adjustieren und dann die Endfertigungsausbohrung durchzuführen. Bei einer solchen konventionellen Bohrmaschine sind für die Steuerung der Position und der Tiefe einer !«...fertigenden Ausbohrung Steuerungsstäbe vorgesehen» d.h. also verschiedene Stäbe für die Steuerung der X-, Y- und Z-Werte. Bei der Fertigung einer Aus-

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bohrung unter Benutzung einer konventionellen MascTLinis isv also der Durchmesser der anzufertigenden Ausbonrung ebenso wichtig, wie die Position und auch die Tiefe der Ausbonrung und es gilt besonders für eine Bohrungsfertigung unter Benutzung eines Einzelpunktschneidwerkzeuges, daß die Anfertigung einer Ausbohrung mit einem gewünschten oder vorbestimmten Solldurchmesser einen großen Arbeits- und Zeitaufwand erfordert· Hierin liegt der Nachteil des Standes der Technik»

Die erfindungsgemäße Aufgabe bestand in der Schaffung einer mit einem Einzelpunktschneidwerkzeug arbeitenden numerisch gesteuerten Bohrmaschine, bei welcher die Ausbohrungsdurchmessermessfunktion automatisch mit der Schneidetiefeadjustierungsfunktion derart in Übereinstimmung gebracht ist, daß sie die Ausbohrungen mit hoher Präzision und einer minimalen Ausführungszeitdauer sowie minimaler Abhängigkeit von der Bedienungsperson anzufertigen vermag, und zwar auch bei Betätigung zur An fertigung von Ausbohrungen unterschiedlicher Durchmesser. Die zu schaffende Maschine sollte Abweichungen vom Solldurchmesser auch bei Neumontage und/ oder Austausch eines Schneidwerkzeuges vermindern, Abnutzung eines jeweiligen benutzten Schneidwerkzeuges sowie Fehler in der Darbietung und/cfder Fehler im Steuerungsprogramm mit Hilfe der Abtastung jeglicher außerordentlicher Abweichungen zwischen dem Solldurchmesser und einem erzielten Istdurchmesser durch im Laufe der Fertigung vorgenommener Messung schnell entdecken und die Abweichungen kompensieren. Diese automatische Messung soll auch bereits sehr geringe Differenzen zwischen Soll—Durchmesser und Ist-

w Durchmesser erfassen.

Der Erfindungsgegenstand, mit dessen Hilfe diese Ziele erreicht werden, besteht dementsprechend aus einer numerisch gesteuerten Bohrmaschine mit einem numerischen Steuerungsmechanismus für die Führung des Schneidwerkzeuges und einem numerischen SteuerungsmeGhanismus für die Bsitionierung des Werkstückes, die gekennzeichnet ist durch eine automatische Boiniochdurchmesserausmess- und Fehlerkompensierapparatur, bestehend aus:

a) einem Spindelkopf mit einer Hauptspindel zum Drehen, bei. dem die Hauptspindel zur Halterung eines Einzelpunktschneidwerkzeuges und die Lagerschale mit einer exzentrischen axialen Hülse für einen exzentrischen Umkreisungsumlauf des Schneidwerkzeuges eingerichtet ist§

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ORKSjNAL INSPECTED

b) einem Fehl erkompensi eimechani smus zur Adjustierung des Radius des Umkreisungsumlaufes der Wirkkante des Schneidwerkzeuges und

c) einem Ausmessmechanismus mit einem Bohrlochdurchmesserausmessungsorgan, das dazu eingerichtet ist, sich auf Befehl eines vom Steuerungsmechanismus für die Schneidwerkzeugführung und dessen unabhängig von den Steuerungsstäben für die Werkstückpositionierung vorgesehenem Steuerungsstab ausgegebenen Signals durchmesserausmessend längs des Bohrloches zu verlagern,

und mit einem Register für die Messergebnisse,

wobei Vorrichtungen vorhanden sind, welche bewirken, daß die Messergebnisse des Ausmessmechanismus an den Fehlerkompensiermechanismus gegeben werden und diesen veranlassen, jede Abweichung des Ist-Wertes des Bohrlochdurchmessers bei einer Vorstufenausbohrung vom Soll-Wert für die gewünschte Ausbohrung während einer Endstuf enausbohrung auszugleichen·

Zur Erläuterung der Erfindung wird eine bevorzugte Ausführungsform anhand der beigegebenen Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigen :

Figur 1 eine perspektifische Ansicht einer erfindungsgemäßen numerisch gesteuerten Bohrmaschine;

Figur 2 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines Teilbereiches des in Figur 1 gezeigten Ausmessmechanismus;

Figur 3 eine weitere vergrößerte fragmentarische Draufsicht auf den Ausmessmechanismus in Betätigungsstellung;

Figur 4 eine Draufsicht ähnlich derjenigen in Figur 3» jedoch mit dem Ausmessmechanismus in seiner Ruhestellung;

Figur 5 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines Bereiches der in Figur 1 gezeigten Hauptspindeleinrichtung, welche ein Schneidwerkzeug in solcher Weise trägt, daß die Einschneidetiefe der Werkzeugkante adjustiert werden kann;

Figuren 6 und 7 Erläuterungsansichten für die Beziehungen zwischen den exzentrischen Stellungen der Hauptspindel und der Lagerschale in der in Figur 5 gezeigten Hauptspindeleinrichtung, sowie die Stellungen der'Wirkungskante des Schneidwerkzeuges, wie es in der Draufsicht von der Werkzeugseite her zu sehen ist und

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Figur 8 ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 1 gezeigten numerisch gesteuerten Bohrmaschine.

In Figur 1 ist eine Säule 1 ersichtlich, an der ein Spindelkopf für eine vertikale Auf- und Abwärtsbewegung (Y-Richtung ersichtlich aus Figur 2) längs der Säule gelagert ist· An dem Spindelkopf 2 ist für eine gemeinsame Bewegung mit dem Spindelkopf ein Ausmessmechanismus 3 angebracht und der Spindelkopf 2 trägt auch die darin eingelassene Hauptspindel 4. Der Spindelkopf 2 trägt außerdem einen Werkzeugauswechslungsmechanismus 15» der dazu eingerichtet ist, ein jeweils von der Hauptspindel 4 gehaltertes Spezialwerkzeug durch ein anderes Spezialwerkzeug zu ersetzen. Das Maschinenbett 5 trägt einen Sattel 6 für eine Bewegung in der Longitudinalachse des Maschinenbettes 5 (X-Eichtung, ersichtlich in Figur 8) und der Sattel 6 trägt einen Tisch 7 für eine planparallele Bewegung zur Achse der Hauptspindel 4 (Z-Richtung, ersichtlich in Figur 2)· Der Tisch 7 trägt seinerseits einen Wendetisch 8, der zu einer Drehungsbewegung in Bezug auf Tisch 7 eingerichtet ist; dieser Wendetisch 8 ist dazu eingerichtet, ein Werkstück W (in Figur 1 nicht gezeigt) darauf befestigt zu tragen, wobei die Befestigung durch irgendein geeignetes übliches Befestigungsmittel erfolgen kann. Für die Steuerung der Betätigung des Ausmessmechanismus 3 ist ein Steuerungsmechanismus 9 derart eingerichtet, daß er ein Befehlssignal an den Ausmessmechanismus 3 geben kann, um ihn zur Ausmessbetätigung anzutrei- »ben» Das durch die Tätigkeit des Ausmessmechanismus 3 erhaltene Messresultat wird mit Hilfe des Steuerungsmechanismus 9 in einen digitalen Kompensierungswert umgewandelt und dieser Kompensierungswert wird an einen numerischen Steuerungsmechanismus 10 weitergegeben, um ihn zu einer Kompensierungsbetätigung zu veranlassen.

Der numerische Steuerungsmechanismus 10 ist zu einer automatischen Festlegung einer bestimmten Relativposition der Hauptspindel 4 mit dem Ausmessmechanismus 3 in Bezug auf das auf dem Wendetisch in Position gehaltene Werkstück W eingerichtet, und zwar in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm; es gibt numerische Signale zur Steuerung verschiedener Schritte in einem bestimmten Ausbohrungsvorgang aus, welcher im Werkstück ausgeführt werden soll, also beispielsweise für die Fertigungsschritte, die Messschritte und die Kompensierschritte,

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Ein Hilfssteuerungssystem 11 enthält einen öldruckmotor, einen öltank, ein Solenoidventil, ein Schmiersystem und und ähnliches (nicht gezeigt)ο

Figur 2 zeigt die Einzelheiten des Ausmessmechanismus 3» der bereits kurz erwähnt worden ist; dieser Ausmessmechanismus 3 "besteht aus einer Vorschubeinrichtung 301 und einer Messkopfeinrichtung 303» die von der Vorschubeinheit gefördert wird. Da, wie erwähnt, der Ausmessmechanismus fest mit dem Spindelkopf 2 für · eine gemeinsame Bewegung getragen wird, ist die Relativposition des Ausmessmechanismus 2 zur Hauptspindel 4 in der X-Y- Ebene jederzeit konstant gehalten.

Ein Sattel 302 des Ausmessmechanismus ist gleitfähig auf der Vorschubeinheit 301 angebracht, und zwar für eine Gleitbewegung entlang der Vorschubeinheit in Richtung des Pfeiles Z zwischen der Betätigungs- bzw· Ausmessposition und der Ruhe- oder Warteposition· Eine Messkopfeinrichtung 303 hängt in einem Stützrahmen 304· an einem Balancierarm 101 mit einem Balancegewicht und einer Blattfeder 103. Die Messkopfeinrichtung 303 ist ferner verbunden mit dem Sattel 302, und zwar mittels eines Paares von parallel mit einem Abstand angeordneten Federn 104, wie es aus Figur 2 ersichtlich ist, derart, daß Verlagerungen des Messkopfes in den Richtungen der Pfeile Z und Y. verhindert werden können, und daß damit die Messkopf einrichtung daran gehindert, werden kann, jeglichem übermässigen Messdruck ausgesetzt zu werden; der ausgeübte Messdruck erfolgt durch Messelemente, die nachstehend genauer beschrieben werden sollen· An der Messkopfeinrichtung 303 ist ein Servomotor 305 angebracht, und die Drehbewegung des Servomotors wird durch ein Zahnradvorgelege 306, 307 auf einen Gewindestab 308 übertragen. Der Gewindestab 308 steht im Eingriff mit einem beweglichen Eingriffsstück 309» das auch an einem bzw. dem inneren Ende mit Schraubgewinde versehen ist, und zwar dazu eingerichtet, sich längs des Gewindestabes 308 bei einer Rotation des Stabes zu verlagern· Das Eingriffestück 309 bildet eines der Messelemente von einem Messelementepaar, von dem das andere Element nachstehend genauer beschrieben werden wird. Dieses andere Messelement 310 des Messelementepaares ist parallel und in entgegengesetzter Lage su dem Eingriffsstück 309 angeordnet, gelagert auf der Messkopfeinrichtung 303 uit Hilfe einer kreuz-

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förmigen Blattfeder für eine Schwenkbewegung ohne Scheppern. Das zuvor erwähnte Paar von Messelementen 509 und 310 wird von dem Servomotor 305 gesteuert und der Durchmesser eines Bohrlochs, das in einem Werkstück während einer Vorstufenausbohrung gefertigt worden ist, kann durch Ausmessen des Abstandes zwischen den zwei Messelementen bestimmt werden. Mit dem Messelement 310 steht ein feines Verlagerungsinstrument 311 in Eingriff und gibt eine Null-Positionsausgabe, wenn das Messelement 310 sich durch eine vorbestimmte Schwenkbewegung verlagert hat.

Obwohl bei der erläuterten Ausführungsform das eine Element des Messelementepaares, nämlich das Messelement 310, als mittels einer kreuzförmigen Blattfeder fest mit der Messkopf einrichtung 303 verbunden gezeigt ist, kann doch erfindungsgemäß auch vorgesehen werden, daß der Gewindestab 308 an seinen entgegengesetzten Enden mit einerseits linksgängigem und andererseits rechtsgängigem Gewinde versehen ist, und daß beide Elemente des Messelementepaares, also nicht nur das eine Eingriff stück 309 sondern auch das Messelement 310 in dem Gewindestab für eine Bewegung in entgegenläufigen Richtungen eingerichtet ist·

Wenn der Durchmesser des im Werkstück W gefertigten Bohrloches ausgemessen werden soll, wird der Ausmessmechanismus 3 mit seiner vorstehend beschriebenen Konstruktion in die in Figur 3 gezeigte Position eingeführt, bzw. vorgeschoben und er wird wiederum in die in Figur 4- gezeigte Ruhestellung zurückgezogen und in dieser . den Bohrungsprozeß nicht störenden Position gehalten, solange das * Maschinenwerkzeug, in das dieser Ausmessmechanismus 3 eingebaut ist, eine Vorstufenausbohrung in einem Werkstück W ausführt.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Adjust!erungsmechanismus vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, die Position der Werkkante eines Einzelpunktschneidwerkzeuges genau einzustellen, und zwar in Übereinstimmung mit jeder entdeckten bzw. gemessenen Differenz zwischen dem bei der Vorstufenausbohrung. erzielten Bohrlochdurchmessers und dem gewünschten Soll-Durchmesser bei der Endstufenausbohrung gemäß dem vorherbestimmten numerischen Steuerungsprogramm· Dieser Fehlerkompensiermechanismus wird nachstehend anhand der Figuren 5, 6 und 7 der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert·

In Figur 5 ist die Hauptspindel 4 mit einem Schneidwerkzeug 111

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gezeigt, das an seinem äußeren. Ende einen abgeschrägten Zapfen trägt und in der exzentrischen öffnung der Lagerschale 401 der Hauptspindel eingelassen ist« Die Rotationsachse S der Lagerschale 401 der Hauptspindel weicht von dem Zentrum 0 der exzentrischen öffnung um ein Ausmaß ab, wie es aus Figur 5 ersichtlich ist. Die Lagerschale 401 der Hauptspindel ist in den jeweils einen Abstand voneinander besitzenden Lagern 112, 113 und 114 positiv gelagert, wobei diese Lager 112, 113» 114 ihrerseits wieder in dem Kopfstück 2 in üblicher Weise angebracht sind. Das andere bzw. innere Ende der Hauptspindel 4 ist auf seiner äußeren Peripherie mit Keilnuten und den durch die Keilnuten bestimm-

fiin--> ten Vorsprüngen versehen und diese Vorsprünge sindrgelassen in der inneren Peripherie eines Oldhams-Kupplungselement 402 befindlichen passenden Keilnuten. Fest auf dem Rücken bzw. inneren Ende des SpindelStockes 2 der Hauptspindeleinrichtung befestigt ist ein Stutzenschaft 421, und zwar in konzentrischer Lage bezüglich der Hauptspindel 4. Der Stutzenschaft 421 stützt ein darauf mit den Lagern 415 angebrachtes Getriebe 403 und das eine Ende des Getriebes 403 ist auch in der Gestalt eines Oldhams-Kupplungs elementes ausgestattet, welches mit dem zuvor erwähnten Oldha^s-Kupplungselement 402 zusammenarbeitet sowie mit einem Zwischenelement 404, welches sich zwischen den zwei Kupplungselementen befindet, um eine Universal verbindung hier zu bilden. Mit dem Getriebe 403 ist ein Antriebsgetriebe 420 in Eingriff und zwar fest angebracht auf einem Schaft 425» der seinerseits im Rahmen des Spindelkopfes 2 mit Hilfe von Lagerungen gelagert ist. Das Antriebsgetriebe 420 steht mit einem (nicht gezeigten) konventionellen Hauptspindelantriebsgetriebe in Eingriff, derart, es von diesem angetrieben werden kann und daß dann, wenn dieses Antriebsgetriebe 420 von dem Hauptspindelantriebsgetriebe in Gang gesetzt bzw. rotiert wird, die Rotationsbewegung durch den Eingriff im Getriebezahnrad 403 auf die Hauptspindel 4 zu übermitteln, derart, daß die Hauptspindellaserschale 401, welche anjäer Hauptspindel 4 fest angebracht ist, ebenfalls in Rotation kommt. Eine Spindel 406 ist ia Rahmen des Spindelkopfes 2 mit Hilfe von Lagerungen verzapft und hat an seinem einen Ende ein Zahnrad 405, welcl- -ö mit dem Getriebezahnrad 403 in Eingriff steht, wogegen das gewindeversehene andere Ende der Spindel 406 in Eingriff steht mit einem Kegelzahnrad, welches zusammen mit den zwei entgegengesetzten Kegelzahnrädern 408 ein Differentialgetriebe bildet, wobei

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«J of CM

das Zahnrad 407 auf den gegenüber liegenden Seiten dieses Getriebes eingreifen und einem Kegel zahnrad 4-09» welches seinerseits identisch ist mit und gegenüber steht zu dem Kegelzahnrad 407» im Eingriff mit den Zahnrädern 408. Das Gehäuse 414 des Differentialgetriebes hat die äußere Peripherie ausgebildet an einer Seite mit einem Zahnrad, welches in ein Antriebs zahnrad 422 eingreift, welches seinerseits fest auf der Hauptspindellagerschale 401 an einem mittleren Punkt zwischen seinen gegenüber liegenden Seiten befestigt ist. Das Gehäuse 414 des Differentialgetriebes ist mit Hilfe der Lagerungen 416 drehbar auf der Spindel 406 angebracht. Das Kegelzahnrad 409 paßt zu einer Getriebeschnecke 411, welche auf einer Spindel 424 angebracht ist 5 diese Spindel 424 ihrerseits ist mit HiIfQ von besonderen Lagern in dem Spindelkopf 2 verzapft. Das Schneckenzahnrad 412 ist mit dem Servomotor 12 (in Figur 5 nicht gezeigt) verbunden und wenn es von dem Servomotor angetrieben wird, gibt das Schneckengetriebe eine Rotationsbewegung aus, welche numerisch gesteuert ist (Abänderung der Exzentrizität der Hauptspindel in Bezug auf die Lagerschale zur Adjustierung der Einschneidetiefe der Kante des Schneidwerkzeuges in das Werkstück), und zwar über das Schneckenzahnrad 411·

Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion des Fehlerkompensiermechanismus unter der Annahme, daß das Antriebszahnrad 420 in der Uhrzeigerrichtung rotiert wird in der Pfeilrichtung (Figur 5) durch (nicht gezeigte) Antriebsmittel wird beispielsweise das Zahnrad im. Eingriff mit dem Antriebszahnrad 420 im entgegengesetzten Sinne zur Rotation gebracht, d.h. gegenläufig .zum durch die Pfeile ange-™ deuteten.Uhrzeigerbewegungssinne, und die Rotation des Zahnrades 403 in der oben erwähnten Richtung bringt das Kupplungselement 402 über das Zwischenelement 404 in Rotation, wobei das Zwischenelement 404 seinerseits die Hauptspindel 4 durch das an der Hauptspindel 4 angebrachte Kupplungselement 402 in Drehbewegung versetzt. Da nun das Zahnrad 403 Biit dem Antriebs zahnrad 405 des Differentialgetriebes in Eingriff steht, bringt die Rotation des Zahnrades 403 in der dem Uhrzeigerdrehsinn entgegengesetzten Richtung auch das Antriebs zahnrad 405 in Rotation, und zwar im Uhrzeigerdrehsinn, so daß demzufolge die Antriebsspindel 406, auf welcher der Antriebsschaft 405 befestigt ist, sich in Uhrzeigerrichtungssinn dreht.

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Wie erwähnt, steht der Antriebsschaft 406 mit den Kegelzahnrad 407 in· Eingriff und dieses Kegel zahn rad arbeitet mit den damit im Eingriff stehenden Kegel zahnrädern 408 zusammen und ein Querschaft 42J, welcher durch die KegelZahnräder 408 ragt und an seinen entgegengesetzten Enden an den entgegengesetzten Wänden des Gehäuses 414 befestigt ist zwecks Ausbildung des Differentialgetriebes· Die mit dem Kegelzahnrad 407 in Eingriff stehenden Kegelzahnräder 408 sind mit Hilfe von Lagerungen auf dem Kreuzschaft 423 befestigt, welcher seinerseits in dem Gehäuse 414 des· Differentialgetriebes angebracht ist, und das mit den Kegelzahnrädern 408 im Eingriff stehenden Kegelzahnrad 409 stellt einen Teil des Schneckengetriebes 411 dar. Da das Schneckzahnrad 411 mit dem Schneckengetriebe 412 in Einklang steht,.hält sich das Schneckenzahnradgetriebe 411 in selbst festhaltender Ruhestellung, solange nicht durch den Servomotor 12 eine Drehbewegung daraus übertragen wird.

Mit dem Schneckengetriebe 411, solange es in Selbst-Festhaltung in Ruhe bleibt, rotiert das Gehäuse 414, solange die Antriebsspindel 406 in Uhrzeigersinnrichtung rotiert, in der gleichen Richtung wie die Antriebsspindel 406, und zwar mit der halben Geschwindigkeit derjenigen, mit der die Antriebs spindel 406 rotiert, d.h.· also in Übereinstimmung mit dem Prinzip eines Differentialgetriebes, und das Zahnrad 422 auf der Hauptspindellagerschale 401, welches mit dem auf der äußeren Peripherie des Gehäuses 414 montierten Zahnrad in Eingriff steht, wird im Gegenuhrzeigersinn rotiert, bzw. in der gleichen Richtung, wie die Hauptspindel 4. Wenn die Zahl des Zahnverhältnisses zwischen den Zahnrädern 403, 405, 4-14 und 422 wie folgt angenommen wird,: Zähneanzahl von Zahnrad 403 x Zähneanzahl von Zahnrad 414

. 2 Zähneanzahl von Zahnrad 405 χ Zähneanzahl, von Zahnrad 422

dann rotiert die Hauptspindel 4 und die Haupt spindel lagerschale 401 in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit, d.h., so als ob sie eine einzige Einheit wäre. Angenommen, das Positionsverhältnis zwischen dem Schneidwerkzeug 111 auf der Hauptspindel 4, der Achse 0 der Hauptspindel und der Achse S der Hauptspindellagerschale 401 befinde; sich so, wie es in Figur 6 gezeigt ist, dann ist der Radius des Umkreisungsumlaufes der Wirkkante P des Schneidwerkzeuges 111, weil die Hauptspindel und

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die Hauptspindellagerschale 401 um die Achse S rotieren, gleich US + OT, d.h., der Grad der Exzentrizität ist € + ÖT. Im folgenden soll beschrieben werden, auf welche Weise der Radius des Umkreisungsumlaufes der Wirkkante P des Schneidwerkzeuges 111 adjustiert wird. Wenn der Servomotor 12 in Verbindung mit dem Schneckengetriebe 412 in üblicher Weise eingeschaltet wird, erhält das Getriebe durch den Motor eine Hotation und diese Eotation des Getriebes bringt das Schneckenzahnrad 411 in Umdrehung, rotiert demzufolge auch das damit in Eingriff stehende Schneekenzahnrad 409. Die Rotationsbewegung des Schneckenzahnradgetriebes bringt das Gehäuse 414 in Umdrehung, worauf die Hauptspindellagerschale 401 entsprechend dem Prinzip eines Differentialgetriebes umläuft. Auf diese Weise wird das Positionsverhältnis zwischen der Achse 0 der Hauptspindel 4 und der Achse S der Haupt -

P spindellagerschale 401 variiert gegenüber dem Wirkpunkt P. Wenn auf diese Weise die Haupt spindel lagerschale gegenüber der Position von Figur 6 eine Umdrehung um 180°' ausgeführt hat, wird die Lagerschale die in Figur 7 gezeigte Stellring einnehmen, in welcher der Radius des Umdrehungsumlaufes der Wirkkante "P des Schneidwerkzeuges 111 gleich Öl? - OTT, d.h. Öl? - € sein und der Adjustierungsbetrag des Kantenpunktes P beträgt dann 2<f, wobei also der Adjustierungsbetrag doppelt so groß ist, als der Exzentrizitätsgrad der Hauptspindel, erhältlich in Bezug auf die Lagerschale. Wenn der Betrag der Exzentrizität und das Eedukt ions verhältnis des Schneckenzahnrades 412 gegenüber dem Schneckenzahnrad 411 auf geeigneten Werten liegt, jeweils eingestellt, wenn der Servo-

| motor 12 als Antwort auf ein numerisches Steuerungssignal in Gang kommt, um den Wirkungskantenpunkt P einzustellen, dann läßt sich der gewünschte bzw» vorbestimmte Bohrlochdurchmesser erzielen.

Die Ansicht in Sfigur 8 erläutert die Arbeitsweise der Gesamtwerkzeugmaschine j in der einer Bolirloclidiarcläiiesserabmessung und eine Schneidkaiiteaeinsteilung erfinduiigsgeHslS eingebaut ist. Während der Betätigung wird das Werkstück ¥ scat dsm Wendetisch 8 befestigt in Stellring gehalten, die X-Aciise des Servomotors 801 eingeschaltet z^e&kB Antriebs eir-os Geisind&s^abes 811 für Bewegung des Wendet!eeli©s S snr Z-Achsenrieteiss sri'3 Hilfe geeigneter * ZaMiräde^i cLqs¹ T^iLsksenssrYometor 2GS ir,s?c. sur Antreibtiag eines anderen SomsSesiabos 812 eia^TCksliiris_: vx ^n Spiadelkopf 2

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in der Y-Achsenrichtung mit Hilfe geeigneter Zahnräder in Bewegung zu setzen, und damit eine numerisch gesteuerte Positionierungsbetätieung zur Festlegung eines gewünschten Positionsverhältnisses zwischen dem Werkstück W und der Hauptspindel ^^ΓΤηίτοΕαΓβ Einschaltung der Z-Achse des Servomotors 803 wird ein dritter Gewindestab 813 angetrieben, welcher seinerseits den Maschinentisch 7 auf eine gewünschte Position für den Schneidevorgang in der Z-Eichtung (Figur 2) «a- verlagert. Es wird nun beschrieben, wie eine Ausbohrung in dem auf dem Wendetisch 8 befestigten Werkstück W ausgeführt wird. Man befestigt manuell oder durch eine automatische Werkzeugaustauschvorrichtung 15 das Einzelpunktschneidwerkzeug in der Hauptspindel·

Danach wird, vor dem Anfang des Drehens, die Antriebsfolge für die X 801-1 X 802- und Z 803-Achsen-ßervomotore, des Ausmessservomotores 308 und des Motors zur Adjustierung des Eadius des Umkreisungsumlaufes des Werkzeugkantenwirkpunktes auf eine Magnettrommel oder einem Magnetband oder dergleichen programmiert und der numerische Steuerungsmechanismus 10 wird vorbereitet zur Ausgabe eines Signals in Übereinstimmung mit dem in dieser Magnetti-Oi_-iel, bzw. dem Magnetband oder dergleichen gespeicherten Programm· Wenn dann die X- und T-Achsen in Übereinstimmung mit dem SigS^il aus der numerischen Steuermechanismus einspeicherung in ihre Lage gebracht sind, derart, daß die Zentrumslinie für eine anzufertigende Ausbohrung im Werkstück W mit der Zentrumslinie des Schneidwerkzeuges 111 übereinstimmt. Während nun das Schneidwerkzeug 111, nachdem der Eadius des Umkreisungsumlaufes des Wirkpunktes in einer solchen Weise festgelegt worden ist, daß man ein Bohrloch mit einem etwas kleineren Durchmesser als dem des endgültig gewünschten Bohrloches erzielt, zusammen mit der rotierenden Hauptspindel 4 für eine bestimmte Vorstufenausbohrung in Gang gesetzt wird, wird der Maschinentisch 7 angetrieben, um das Werkstück W in der Z-Eichtung gegen das Werkzeug 111 vorzuschieben, wodurch die Werkzeugmaschine für die Aus-* bohrung einer Yorstufenausbohrung bereit ist·

Die Länge des Einschneidens der Ausbohrung in Z-Richtung, kann derjenigen Länge entsprechen, die gerade ausreichend ist für einen Ausmess vor gang und man wählt eine solche Einschneidungslange normalerweise in der Größenordnung von 3 mm. Nach der Vervollständi-

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gung der Vorstufenausbohrung lenkt man das behandelte Werkstück in eine Ausmessposition· Diese Positionierung des Werkstückes W wird derart ausgeführt, daß die Linie, welche durch die Messpunkte des Messelementepaares 309 und 310 verläuft, mit dem Zentrum der angefertigten Vorstufenausbohrung übereinstimmt und das stationäre Messelement 310 nicht mit irgendeinem Punkt der inneren Peripherie des aus zumess enden Bohrloches in Eontakt kommt· Nachdem das Werkstück W in dieser Ausmessposition gelagert ist, befördert man die Messkopfeinrichtung 303 mit Hilfe der Vorschubeinheit bis zu dem Punkt, wo das Messelementepaar 309 und 310 sich innerhalb des Bohrloches befinden. Danach schaltet der numerische Steuerungsmechanismus 10 in Übereinstimmung mit dem eingespeicherten Signalprogramm den Servomotor 305 ein, derart, daß sich das bewegliche Messelement gegenüber dem stationären Messelement bis

ψ zu einem vorbestimmten Punkt vorschiebt, welcher dem genauen Messpunkt entspricht bezüglich dem aus zumess enden Bohrloch· Die Entfernung zwischen den beiden Mess element en 309 und 310 in einer solchen genauen Messposition ist derart vorherbestimmt, daß dann, wenn sich das bewegliche Messelement 309 um den vorherbestimmten Schwenkwinkel verschwankt hat, das feine Verlagerungsinstrument 311 das Messelement 309 berührt und die Nullpunkt-Anzeige gibt· Bevor aber das bewegliche Element 309 die vorherbestimmte Position einnimmt, wird die Messkopf einrichtung 303 im Kontakt mit dem Messelement 309 verlagert mit der inneren Peripherie des Bohrloches an einem darüber liegenden Punkt, und zwar durch Absenkung der auf den parallelen Blattfedern 104· befestigten Messkopfein-

t richtung 303 parallel zur Y-Achsenrichtungj das Messelement 309 erreicht die verherb estimmte Lage der Messkopf einrichtung 303 gleichzeitig mit dem anderen Messelement 310, welches auf. der kreuzförmigen Blattfeder befestigt in Zontakt mit der inneren Peripherie des Bohrloches sich bei einem darunter liegenden Punkt verschwenkt, je nach dem, wie groß der Durchmesser des Bohrloches ist·

Mit dieser Konstruktion und Anordnung der Messelemente beträgt, da das(Werkstück während der Vorstufenausbohrung gefertigte Bohrloch normalerweise einen geringeren als den gewünschten Durchmesser des fertigen Bohrloches besitzt, der Verlagerungswert des beweglichen Messelementes 309 nicht den vorherbestimmten Soll-Wert des Verschwenkungswinkels; demzufolge weicht also die Verlagerungs-

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ablesung des feinen Yerlagerungsinstruiaentes 311 von der Null-Positionsanzeige ab. Die von dem Verlagerungsinstrument 311 abgetastete Abweichung wird in eine Spannung umgewandelt, welche diese Abweichung über einen Differentialumformer oder dergleichen (nicht gezeigt), welcher in dem Verlagerungsanzeigeinstrument eingebaut ist, umwandelt; der Umwandlungswert, also das Spannungssignal, wird auf das Steuerungsmittel 9 des Ausmessmechanismus übertragen. Dieser Steuerungsmechanismus 9 enthält einen Analogdigitalkonverter, ein Messresultatregister und eine Messresultatanzeigeröhre oder dergleichen (alle diese Einzelheiten sind nicht gezeigt). Der Spannungswert wird in einen Digitalwert umgewandelt und ein diesen Digitalwert repräsentierender Wert wird in dem Messresultatregister eingespeichert, das•Messresultatanzeigegerät gibt eine das Ausmessresultat wiedergebende Anzeige. Das auf diese Weise eingespeicherte Messresultat kann in Übereinstimmung mit auf einem Band gespeicherten AbrufSignalen gelesen werden.

Nach dem AusmessVorgang wird die Messkopfeinrichtung 303 wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt, das Werkstück W wird in einer präzisen Ausbohrungsstellung positioniert und der numerische Steuerungsmechanismus 10 liest die Messergebnisse aus dem Steuerungsmechanismus 9 ab und gibt ein entsprechendes Signal an den Motor 12 für den Adjustierungsmechanismus für den Bohrlochdurchmesser für eine Adjustierung der Position der Wirkkante des Schneidwerkzeuges 111 während der Bewegung dieser Kante des Schneidwerkzeuges in Radialrichtung der Werkzeugrotation, so daß eine präzise bzw. vorherbestimmte Bohrlochdurchmesserfertigung erreicht werden kann.

Anschließend wird die richtige Endausbohrung in Übereinstimmung mit dem Programm durchgeführt. Ss ist natürlich möglich, je nach dem ob eine zusätzliche Ausmessung durchgeführt wird oder nicht, diese Endausbohrung zu wiederholen.

Wenn der Durchmesser der fertiggestellten As|ubohrung bei der Vorstuf enausbohrung übermäßig stark von der vorherbestimmten Durchmesserfestlegung abweicht, sei es infolge einer übermäßigen Abnutzung und/oder einem Abbrechen der Schneidwerkzeugkante, eines

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Irrtums im Programm oder dergleichen, wandert der Zeiger des feinen Verlagerungsinstrumentes 311 über einen weiten Bereich und demzufolge erscheint in dem feinen Verlagerungsinstrument, genauer gesagt, im Differentialtransformer eine hohe Spannungsanzeige. Der Erfindungsgegenstand ist also derart geschaffen, daß dann, wenn eine hohe Spannungsanzeige oberhalb des vorherbestimmten Wertes von dem feinen Verlagerungsinstrument ausgegeben wird, der Steuerungsmechanismus ein Programmbeendigungssignal abgibt sowie eine Skalaüberschreitungsanzeigeβ

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß, verglichen mit den vergleichbaren konventionellen Bohrlochdurchmesserausmessapparaturen für numerisch gesteuerte Maschinen, welche Steuerstäbe für die Positionierung eines Werkstückes benutzen und eine ungenü-

w gende Genauigkeit der Steuerstäbe aufweisen, der erfindungsgemäße numerische Steuerungsmechanismus einen Bemessungsstab benutzt, der eine weit höhere Genauigkeit als die Steuerungsstäbe der konventionellen Apparaturen aufweist. Die konventionellen Steuerungsmechanismen genügen beispielsweise nicht, um die Toleranzgrenzen zu gewährleisten, welche beispielsweise durch den japanischen Industriestandard wie folgt festgelegt ist : 0,011 mm und 0,016 mm für die Eichmaße 5 und 6, d.h. für Bohrlochdurchmesser zwischen 30 - 50 mm. Die erfindungsgemäße Apparatur kann sogar noch geringere Abweichungen im Bohrlochdurchmesser mit höherer Präzision messen. Darüber hinaus kann die Bohrlochdurchmesserausmessung unter Benutzung des Messelementepaares in einer

| einzigen Verfahrehsstufe durchgeführt werden und der Messfehler kann auf diese Weise auf ein Minimum herabgesetzt werden. Da die Ausmessung durchgeführt werden kann, während der Haupt schaft das gleiche Werkzeug festhält ₉ welches für die Torstufenausbohrung benutzt worden ist, kann auch kein Messfehler auftreten, welcher sonst leicht während der Installation oder dem Auswechseln des Werkzeuges auftritt wie es bei den konventionellen vergleichbaren Apparaturen durchgeführt wird; man kann auf diese Weise eine hohe Annäherung der Vorstufenausbohrung vornehmen. Schließlich kann bei der sog«, Skalenüberschreitung wegen übermäßiger Schneidwerkzeugsabnutzung und dergleichen der Apparat automatisch abgeschaltet werden unter Abgabe eines Signals an die Bedienungsperson.

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Claims

Ikegai Tekko Kal>sniki Kaisha, Zeichen : SjI-30-P Tokyo, Japan - J(Q Datum : 26. Mai 1971

Patentansprüche

(1. !Numerisch gesteuerte Bohrmaschine mit einem numerischen Steuerungsmechanismus / ' für die Führung des Schneidwerkzeuges (111) und einem numerischen Steuerungsmechanismus '' * für die Positionierung des Werkstückes (W), gekennz eichn e t durch eine automatische Bohrlochdurchmesserausmess- und Fehlerkompensierapparatur, bestehend aus :

a) einem Spindelkopf (2) mit einer Hauptspindel (4) zum Drehen, bei dem die Hauptspindel (4) zur Halterung eines Einzelpunktschneidwerkzeuges (111), und die Lagerschale (401) mit einer exzentrischen axialen Hülse für einen exzentrischen. Umkreisungsumlauf der Schneidwerkzeugswirkkante (P) eingerichtet ist;

b) einem Pehlerkompensiermechanismus (414) zur Adjustierung des Eadius des Umkreisungsumlaufes der Wirkkante (P) des Schneidwerkzeuges (111) und

c) einem Ausmessmechanismus (3) mit einem Bohrlochdurchmesserausmessungsorgan (303), das dazu eingerichtet ist, sich auf Befehl eines vom Steuerungsmechanismus (9) für die Schneidwerkzeugführung und dessen unabhängig von den Steuerungsstäben (X, T, Z) für die Werkstückpositionierung vorgesehenem Steuerungsstab (308) ausgegebenen Signals durchmesserausmessend längs des Bohrloches zu verlagern,

und mit einem Eegister für die Messergebnisse, wobei Vorrichtungen vorhanden sind, welche bewirken, daß die Messergebnisse des Ausmessmechanismus (3) an den Fehlerkompensiermechanismus (414) gegeben werden und diesen veranlassen, jede Abweichung des Ist-Wertes des Bohrlochdurchmessers bei einer Vörstufenausbohrung vom Soll-Wert für die gewünschte A-" bohrung während einer Endstufenausbohrung auszugleichen.
2. Automatische Bohrlochdurchmesserausmess- und Fehlerkompensierapparatur für die Bohrmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Hauptspindel-

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lagerschale (401) mit einer axialen exzentrischen Hülse für die Aufnahme der das Einzelpunktschneidwerkzeug (111) tragenden Hauptspindel (4) enthält, welche mit einem Differentialgetriebe (4-14) und einem Eotierkupplungsmittel (406) für die Verbindung zwischen der Hauptspindellagerschale (401) und der Hauptspindel (4) für eine übliche Rotation in einem Schneidevorgang besitzt, wobei diese beiden Bauteile in einer angulären Phasendifferenz gehalten werden und ein Servomotor (12) vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, dem Differentialgetriebemechanismus (414) einen numerisch gesteuerten Antrieb zur Rotationsbewegung entsprechend der benötigten angulären Phasendifferenz zu erteilen.
3. Automatische Bohrlochdurchmesserausmess- und Fehlerkompensierapparatur für Bohrmaschinen gemäß Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Spindelkopf (2) Jiarallel zur Achse der Hauptspindel (4) für die "Verlagerung des Ausmessmechanismus (J) längs der Verlagerungsrichtimg für die Bewegung zwischen der Messposition und der Ruheposition Förderungsmittel (305) vorgesehen sind, dazu eingerichtet, daß das Positionsverhältnis zwischen Rotationsachse des Haupt schaftes und des Ausmessmechanismus (3) immer konstant gehalten wird.

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