DE2141932A1 - Meßspindelvornchtung - Google Patents

Description

■ 8539-71/H
No, 40215/70
vom 20.8.1970

J.GOUIDER & SONS LIMIiDED, Huddersfield,

^; England

Meßgpindelvorriohtung.

Die Erfindung betrifft eine Meßspindelvorrichtung, mit der ein Präzisionswerkstück genau um eine Achse drehbar und/ oder längs dieser Achse verschiebbar ist, mit einer das Werkstück tragenden, koaxial mittels eines Hinggaslagers innerhalb ä einer Hülse gelagerten drehbaren Spindel, mit einem die Spindel axial lagernden Schubgaslager und mit einer Einrichtung für eine Axialbewegung der Spindel duöch das Schubgaslager,

Mit einer Vorrichtung dieser Art für metrologische Zwecke kann durch eine Drehung oder Längsverschiebung eines Werkstückes gemessen werden, wie genau dieses Werkstück kreisförmig bzw. zylindrisch ist. Solche Vorrichtungen, die möglichst in der Lage sein sollten, beide Untersuchungen ohne störende Beeinflussung des Werkstücks durchzuführen, sind bereits bekannt. Es ist jedoch häufig schwierig, einen hohen Genauigkeitsgrad beispielsweise in der Grössenordnung von 1/100 Mikron einzuhalten, da geringe Ungenauigkeiten von einem Teil ä zu einem anderen übertragen werden oder bereits sehr kleine

: Kräfte zu Verzerrungen führen können, was beides beträchtliche , Meßfehler zur Folge haben kann.

■ Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrich-ί tung anzugeben, bei der solche Fehler möglichst weitgehend vermieden werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der genannten Art dadurch, dass die Einrichtung zum Bewegen des SchubgaslagerB in Längsrichtung eine drehbar© Führungsschrauba enthält, die koaxial zur Spindel angeordnet ist und mit einer Mutter zusammenwirkt, welche iuit dem Standarte!! des Sehufegas-

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lagers über eine Kupplung verbunden ist, die eine axiale Relativbewegung verhindert, jedoch eine relative Schaukelbewegung um quer zur Drehachse liegende,aufeinander senkrecht stehende Achsen zuläßt.

Zweckmässig umfaßt die Kupplung drei Zwischenscheiben, die mit Rollen versehen sind, welche Stütz- oder Hebelpunkte zwischen der mittleren Scheibe und jeder der beiden anderen bilden, wobei die Achsen der Hebelpunkte bzw. Rollen längs aufeinander senkrecht stehenden Durchmessern verlaufen.

Alternativ oder zusätzlich kann die verbindung zwischen der Mutter der Führungsschraube und dem Ständerteil des Schubgaslagers ein Schublager enthalten, das eine relative Horizontal- oder Kreisbewegung zuläßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist also eine leichte Neigung der Achse der Führungssehraube gegen die Achse der Spindel und auch eine Horizontalabweiohung zwischen ä.en beiden Achsen möglich.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird bei der beschriebenen Vorrichtung verhindert, daß die Mutter der Führungsschraube eich dreht, und zugleich weitgehend die Übertragung sich ergebender Kräfte auf die Spindel oder deren Lagerteile vermieden« Der Ständerteil des Schubgaslagers kann j von einem Kreuzkopf getragen werden, der sich parallel zur Drehachse ohne eigene Drehung bewegt, während die Drehung der Kutter dadurch verhindert werden kann, daß ein von ihr getragenes Glied an einer von der Achse entfernten Stelle in Eingriff mit einem ortsfesten Teil steht. Torzugsweise wird der Kreuzkopf von in einem Rahmen montierten Führungen getragen} und die Führungsaohraube ist in einem lager montiert, das von einem Boden träger gehalten wird, der unabhängig von den führungen für den Kreuzkopf im Rahmen befestigt 1st.

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Das yon der Mutter getragene Glied steht hierbei im Eingriff mit einem vom. Bodenträger gehaltenen Teil. Dieses Teil kann einen aufragenden Stab umfassen, während das von der Mutter getragene Glied ein radialer Arm sein kann, der an seinem Ende mit einem Joch versehen ist, welches ein .Rollenpaar trägt, deren Achsen parallel zu derjenigen des radialen Armes verlaufen und die so angeordnet sind, dass sie an entgegengesetzten Seiten des Stabes angreifen» Das Joch ist hierbei derart um die Achse des radialen Armes justierbar, dass es jedes Spiel aufnimmtο Bei einer solchen Anordnung, bei der der Arm eine beträchtliche Länge hat, 1st die dem Drehmoment, das zum Verhindern einer Drehung der Mutter der Führungsschraube notwendig ist, entsprechende Kraft klein. Zudem wird diese Kraft durch eine relativ kleine Schleife zu dem Teil übertragen, auf dem die Führungsschraube selbst montiert ist, nämlich zum Bodenträger.

Eine weitere mögliche Ursache für einen Heßfehler kann in der Einrichtung zum Drehen der Spindel liegen. Bei einer bisher verwendeten Vorrichtung wurde ein Treibring verwendet, der den Ständerteil des Schubgaslagers umgibt und mit einem Antriebsdorn versehen ist, der zwischen den Gliedern einer radial von der Spindel vorspringenden Gabel nach oben ragt. Da der Dorn auf die Spindel nicht ein ausgeglichenes Drehmoment, sondern eine Kraft ausübt, haben Schwankungen des Antriebsmomentes Vibrationskräfte auf die Spindel zur Folge, die ihrerseits zu Fehlern führen können, besonders wenn die Schwankungen so gross sind, dass der Antriebsdorn die Berührung mit dem Gabelglied verliert und es zu einer Hammerwirkung kommt. Aus diesem Grund ist gemäss einem weiteren Merkmal #er Erfindung die Spindel mit einem Antriebsglied, das unabhängig von ihr und koaxial mit ihr drehbar montiert ist, über eine elastische Kupplung verbunden.

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Eine Aueführungsfora einer solchen elastischen Kupplung ist in einem Abstand Ton der Spindelachse angeordnet und umfaßt eine Rohre aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Material mit in Längsrichtung beanstandeten Teilen, Ton denen der eine «inen Dorn umschließt, während der andere «wischen die Glieder einer Gabel paßt. Eine solche Anordnung gewährleistet eine Tergleichsweise weiche elastische Antriebsrerbindung· Damit die RelatiTbewegung begrenzt wird, kann, der Dorn einen Fortsatz mit kleinerem Durchmesser haben, der in die Säbel reicht, so dass er jenseits eines gewissen Bewegungsbereiches an der Gummiröhre angreift und sie zwischen sich und dem Gabelglied zusammendrückt·

Ein beTorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer HeßTorrichtung gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine Sohnittansicht der Führungsschraubenanordnung der Vorrichtung gemäß Fig· I;

liniej

Figur 3 einen Schnitt durch Figur 2 längs der Mittel-

Figur 4 einen Schnitt durch Figur 5 längs der Ebene 4-4, der eine Draufsicht auf die Führungsanordnung zeigt; und

Figur 5 eine abgewandelte Ausführungeform einer Antriebe- j verbindung.

Die dargestellte MeßspindelTorrichtung dient zum Überprüfen Ton Werkstücken sowohl auf Ireisförmigkeit ale auch auf Zylindrizität mit einem hohen Genauigkeitsgrad in der Grössenordnung τοη 1/100 Mikron (ein Millionstel Zoll). Gemäß Fig. 1 enthält sie einen Tisch 10, der aus einer Bezugeplatte 11 ;

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beispielsweise aus Granit besteht, die auf einem Rahmen mit
geeignet versteiften Seinen 12 montiert ist. In der Mitte
der Platte befindet sieh eine Öffnung 13» von der eine Aasnehmung 14 ausgeht, welohe den Ständerteil eines Luftachslagers für eine Spindel 20 bildet· Die vertikale Bohrung der Ausnehmung hat einen erweiterten Hittelteil 15 j der mit grossem
Spiel von der zylindrischen Oberfläche der Spindel entfernt
ist, während ihre oberen und unteren Teile 16,17, die einen
kleineren Durchmesser haben, die Spindel 20 mit enger Passung
umsohliessen und mit öffnungen 21 versehen sind, die mit einer : (nicht dargestellten) Luftquelle in Verbindung stehen, so dass das Luftachslager gebildet wird· Sie Spindel ist an ihrem oberen Ende 22 mit einem erweiterten Tragteil (nicht dargestellt) j versehen, an welchem Werkstücke fest gespannt werden können· '

Vom !Tisch aus ragen eine Anzahl vertikaler Führungsstangeni 25 nach unten, die an ihrem unteren Enden an horizontal vom ' Rahmen abstehenden Armen 26 befestigt sind. Auf den Führungsstangen ist gleitend ein horizontaler Kreuzkopf 27 angeordnet, dessen Gewicht teilweise durch Federn 28 ausbalanciert ist.
Koaxial mit der Spindel ist in der Mitte des Kreuzkopfes 27
eine hohle Tragsäule 29 montiert, die an ihrem oberen Ende ^! einen Ständer 30 und eine an ihm befestigte Druckplatte 35
eines Schubluftlagerθ für die Unterseite 31 der Spindel trägt„ Von einer (nicht dargestellten) Luftquelle einer ringförmigen : Hut 34 zugeführte Luft tritt durch eine zentrale Öffnung
oder einen oder mehrere Ringe von Öffnungen 32 (in Fig· 2 j dargestellt) in der Druckplatte 35 aus, um die Spindel su j lagern· Der Ständer 30 des Schubluftlagers int mit der frag- j säule 29 durch ein Hoohschulter- oder Radialrillen-Kugellager j 33 verbunden, das, wenn dies erwünscht ist, in geringem Maße ! eine Schaukelbewegung um horizontale Achsen zulassen kann«

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Pür eine Verstellung des Ständers des Sehubluftlagers nach, oben und unten ist koaxial mit ihm eine vertikale Führungsschraube 40 montiert, und zwar in einem Schubnadellager 41 und einem Radialrillen-Kugellager 42 in einem Bodenträger 43» dier sich geringfügig über dem Boden quer duatoh den Rahmen erstreckt. Die Führungssohraube ragt nach oben in die hohle Tragsäule 29 und den Kreuzkopf 27 und trägt für die Halterung dieser Teile eine Mutter 45·

Damit eine mögliche Neigung der Führungsschraube 40 zugelassen werden kann, ohne dass dies auf das Luftschublager übertragen wird, hält die Mutter 45 die Tragsäule 29 über eine Verbindung, die eine relative Schaukelbewegung um horizontale Achsen erlaubt· Diese Verbindung umfasst drei dicke Zwischenscheiben 46, 47 und 48, von denen die mittlere Scheibe 47 teilzylindrisohe Ausnehmungen hat, welche sich längs eines Durohmessers in der einen Oberfläche und längs eines zu diesem Durohmesser senkrechten Durchmessers in ihrer anderen Oberfläche erstrecken· Jede dieser Ausnehmungen nimmt einen Seil einer kleinen Rolle 49 oder 50 auf, deren entgegengesetzter Teil in einer entsprechenden Ausnehmung in der oberen Scheibe 46 bzw. der unteren Scheibe 43 sitzt.

Diese Anordnung stellt eine kompakte Form einer Kupplung dar, welche die Vertikal bewegung der Führungsechraube 40 präzise auf die Tragsäule 21 und den Kreuzkopf 27 überträgt, während sie eine freie Relativschwingung um horizontale Achsen zuläßt. Damit ausserdem ein gewisses Maß an relativer Horizontal- oder Kreisbewegung aufgrund einer Fehlaueriohtung der Führungssohrau-» be 40 möglich ist, befindet sich ein diese Bewegung erlaubendes Sehublager 51 zwischen der obersten Scheibe 46 und der Unter-•eite der Tragsäule 29· Dieses Lager umfaßt einen Ring von Kugeln, die sieh in einem Käfig zwischen zwei ebenen Flächen befinden·

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Das xintere Ende der Führungsschraube 40 ist über zwei Kreuzgelenkkupplungen 52 und 53 und einen Getriebekasten 54 an einen elektrischen Antriebsmotor 55 angeschlossen» von dem sie mit einer geeignet geringen Geschwindigkeit gedreht wird.

Damit eine Drehung der Mutter 45 der Führungsschraube verhindert wird, ohne dass irgendeine Kraft auf den Kreuzkopf 27 oder seine Führungsstangen 25 übertragen wird, ist die Mutter mit einem radialen Arm 58 (Fig· 3 und 4) versehen, dessen äusseree Ende die Drehung durch Angreifen an einen Pfosten | 59 verhindert, welcher rom Bodenträger aufragt· Zu diesem Zweck trägt der radiale Arm an seinem Ende ein Joch 60, mit zu ihm parallelen Wellenstummeln 61 für ein Paar von Rollen 62, die an entgegengesetzten Seiten des Pfostens 59 anliegen· Das Joch ist durch Drehung um die Achse des radialen Armes ' 58 justierbar, so dass die Rollen eng anliegen und jedes Spiel beseitigt werden kann·

Zum Drehen der Spindel 20 um ihre Yertikalachse ist ein Treibring 65 vorgesehen, welcher die hohle Tragsäule 29 auf dem Kreuzkopf 27 umgibt, auf der er mittels eines kombinierten Kugel- und Nadelachslager 66, 67 drehbar gelagert ist. An seinem unteren Ende trägt der Treibring einen Kranz von Zähnen | 68, die mit einem Ritzel 69 kämmen, welches über Kupplungen Ton einem von zwei vom Kreuzkopf getragenen Elektromotoren, von denen nur der eine Motor 70 dargestellt ist, angetrieben werden· Der Treibring kann hierdurch mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden, beispielsweise mit 1 und 4 TJm- ' drehungen /Minute· Der obere Teil 71 des Treibrings 65 hat einen grosseren Durchmesser· Er umschließt den Ständer 30 des ^: Schubluftlager β und trägt einen nach oben gerichteten Dorn 72, (Fig· 1 und 2), der zwiwohen die Arme einer von der Spindel radial abstehenden Gabel 73 reicht, ua diese anzutreiben·

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Bei dieser Antriebsmethode wurde bei früher verwendeten Aueführungeformen festgestellt, dass leichte Schwankungen des zum Dorn übertragenen Antriebsmomentes seitlich auf die Spindel wirkende Vibrationskräfte zur Folge haben, besonders wenn die Schwankungen derart sind) dass der Dorn den Kontakt mit dem Grabelarm verliert und eine Hammerwirkung auftritt. TTm dies dann bei der hier beschriebenen Vorrichtung zu vermeiden, hat erfindungsgemäß der in die Gabel reichende obere Teil des Domes einen geringeren Durchmesser, während der untere Teil Ton einer Gtummiröhre 74 umgeben ist» die sich nach oben mit enger Fassung zwischen die Arme der Gabel erstreckt· Diese Anordnung stellt eine einfache Form einer elastischen Kupplung dar, die für ein gewisses HaS an Relativbewegung zwischen dem Dorn und der Gabel eine geringe Steifigkeit hat· Von einem bestimmten Funkt der Relativbewegung an wird jedoch die Wand der Gummiröhre zwischen dem oberen !Teil des Domes und der Gabel zusammengedrückt, wodurch das Ausmaß der Relativbewegung begrenzt wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten des oben beschriebenen speziellen Aueführungsbeispiels beschränkt· Beispielsweise erfolgt bei einer aligewandelten Ausfüarungsform, die in Fig. 5 dargestellt ist, der Antrieb der Spindel 20 durch den Treibring über einen Dorn 80 auf der Spindel, der sich zwischen ein Paar beabstandeter Dorne 81 auf dem Treibring 71 erstreckt und mit ihnen durch Drähte oder Fäden 82 verbunden ist, die ein geringes Haß an Elastizität besitzen· Gewöhnliche Baumwolle hat sich hierfür als befriedigend J erwiesen, doch, können auch andere Materialien verwendet werden.

Gemäß einer anderen (nicht dargestellten) Abwandlung erfolgt der Antrieb der Spindel über eine kurze WeIIt₉ die an jedem Ende eine Kreuzgelenkkupplung besitzt. Die eine verbindet sie mit der Spindel und die andere mit dem Antriebsglied· Die ganze Anordnung ist innerhalb einer hohlen Säule montiert, die eine etwas grössere HjShe besitzt und auf den Kreuzkopf mon-

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Claims (1)

1. 21 Al 932 _

   I -9-

   Patentansprüche

   [l^Meßspindelvorrichtung, mit der ein Präzieionswerkstüok ¹ genau um eine Achse drehbar und/oder längs dieser Achse ver-¹ schiebbar ist, mit einer das Werkstück tragenden, koaxial mittels eines Ringgaslagers innerhalb einer Hülse gelagerten drehbaren Spindel, mit einem die Spindel axial lagernden Schubgaslager, und mit einer Einrichtung für eine Axialbewegung der Spindel durch das Sehubgaslager* dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bewegen des Schub- ; gaslagers (35) in Längsrichtung eine drehbare Führungsschraube ä • (40) enthält, die koaxial zur Spindel (20) angeordnet ist und _: I mit einer Mutter (45) zusammenwirkt, welche mit dem Ständer- ; teil (30) des Schubgaslagers über eine Kupplung (46}47»48) ver-j bunden ist, die eine axiale Relativbewegung verhindert, jedoch ; eine relative Schaukelbewegung um quer zur Drehachse liegende, ; aufeinander senkrecht stehende Achsen zulässt·

   ι 2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ; !gekennzeichnet, dass die Kupplung drei Zwischen- ! scheiben (46,47»48) enthält, die mit Rollen (49»50) versehen⁸ ' , sind, welche G-elenkpunkte zwischen der mittleren Scheibe und ; I jeder der beiden anderen Scheiben bilden, und dass die Achsen

   der Gelenkpunkte längs aufeinander senkrecht stehenden Durch- ; messern verlaufen·

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, dass die Verbindung zwischen der Mutter (45)»der Pührungsschraube und der Ständerteil (30) I des Schubgaslagers ein Schublager (51) enthält, welches eine relative Horizontal- oder Kreisbewegung zuläßt₀

   4· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ständer-*· teil (30) des Schubgaslegers von einem Kreuzkopf (2?) getragen wird, der sich ohne Eigendrehung parallel zur Drehachs® bewegt, und an ihm über ein Radialrillen-Kugelleger (33) befestigt^ist _L

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   welches ein kleines Maß an Schaukelbewegungen um zu dieser Achse senkrechte Achsen zuläßt,

   5. Torrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ständerteil (30) des Schubgaslagers von einem Kreuzkopf (27) getragen wird, der ohne Eigendrehung parallel zur Drehachse bewegbar ist, und dass zum Verhindern einer Drehung der Mutter (45) ein von ihr getragenes Glied (58) an einer von der Achse entfernten Stelle mit einem ortsfesten Teil (59) in Eingriff steht·

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkopf (27) von in einem Rahmen gelagerten Führungen (25) getragen wird, dass die Führungsschraube (40) in einem Lager (41,42) montiert ist, dass von einem Bodenträger (43) gehalten wird, der unabhängig von den Führungen für den Kreuzkopf im Rahmen gelagert ist, und dass das von der Kutter (45) getragene Glied (58) mit einem vom Bodenträger getragenen !Teil (59) in Eingriff steht.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Bodenträger (43) getragene Teil einen nach oben ragenden Stab (59) umfaßt, während das von der Mutter (45) getragene Glied einen radialen Arm (58) umfaßt, der an seinem Ende mit einem Joch (60) versehen ist, welches ein Paar von Rollen (62) trägt, deren Achsen parallel zu derjenigen des radialen Armes verlaufen und die so angeordnet sind, dass sie an entgegengesetzten Seiten des Stabes (59) angreifen und dass das Joch um die Achse des radi_alen Armes zur Beseitigung eines Spiels justierbar ist·

   8· Vorrichtung nach, einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) mit «intm unabhängig von in» montierten und koaxial su ihm drehbaren Antriebsglied (65) über ein· elastische Kupplung

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   -11-(74) verbunden ist.

   9· Yorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kupplung in einem Abstand von der Achse der Spindel (20) angeordnet ist und eine Röhre (74) aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Material enthält, die in Längsrichtung beanstandete Teile hat, Ton denen das eine eng einen Dorn (72) umschließt, während das andere zwischen die Arme einer gabel (73) paßte

   10. Torrichtung nach Anspruch 9» dadurch g gekennzeichnet, dass der Dorn (72) einen Fortsatz mit geringerem Durchmesser hat, der in die Gabel reicht und jenseits eines bestimmten Bewegungsbereiohee an der Gummiröhre (74) angreift und sie zwischen sich selbst und dem Arm der Gabel (73) zusammendrückte

   11. Torriohtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kupplung, die im Abstand von der Achse der Spindel (20) angeordnet ist, Drähte oder Fäden (82) aufweist, die ein leichtes Maß an Elastizität besitzen und zwischen Dorne. (80,61) auf der Spindel und auf dem Antriebsglied (71) eingesetzt sind (Figo 5)·

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