DE2835693A1 - Drehbare werkstueckhalterung, insbesondere fuer messmaschinen - Google Patents

Description

PATENTANWALT

Dipl. ing. B. HOLZEE

PHILIFFINB-WBLSEB-STRASSB 14

8900 AUGSBURG

TEIiBE¹ON 516475 TELEX 53 3 202 pofol d

ο Q q ς - q 3

R.IOI9

Augsburg, den 10. August 1978

Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London SWlE 6AT, England

und

Renishaw Electrical Limited,

Gloucester Street, Wotton-under-Edge, Gloucestershire,

England

Drehbare Werkstückhalterung, insbesondere für Meßmaschinen

Die Erfindung betrifft eine drehbare Werkstückhalterung, insbesondere für Meßmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

909309/0922

ORIGINAL INSPECTED

Es ist bereits bekannt, beispielsweise zur Messung der Rundheit von kreisrunden Werkstücken, das Werkstück mittels einer auf einem Maschinentisch drehbar angeordneten Werkstückhalterung zu haltern» Eine bekannte drehbare Werkstückhalterung ist in Form einer Scheibe ausgebildet und weist einerseits ein Radiallager, welches die Scheibe drehbar mit Bezug auf den Maschinentisch lagert_s und andererseits aerostatische Lager zwischen miteinander zusammenwirkenden Flächenbereichen der Scheibe und des Maschinentisches zur axialen Abstützung der Scheibe auf dem Maschinentisch auf_o

Das Werkstück wird auf der Scheibe montiert und diese wird dann entweder von Hand oder mittels eines Motors gedreht_s um den Umfang des Werkstückes an einer feststehenden Meßeinrichtungj beispielsweise einer Meßlehre_s vorbeizubewegen _s wobei die Rundheit des Werkstücks geprüft wird₀ Die aerostatischen Lager ermöglichen eine im wesentlichen reibungsfreie Abstützung der Scheibe auf dem Maschinentisch, selbst wenn es sich um ein verhältnismäßig schweres Werkstück handelt. Infolgedessen läßt sich die Scheibe leicht und gleichmäßig drehen und das die Konzentrizität der Drehbewegung aufrechterhaltende Radiallager kann als einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisendes und daher genaues Lager in der Mitte der Scheibe ausgebildet sein»

90980S/0922

"■ 5 —

Derartige Drehtischanordnungen sind jedoch meistens auf verhältnismäßig kleine Durchmesser etwa im Bereich unterhalb von 50 cm beschränkt. Bei größeren Anordnungen wird es
zunehmend schwieriger, die miteinander zusammenwirkenden
Flächen von Scheibe und Maschinentisch mit annehmbaren
Toleranzen hinsichtlich der Oberflächenebenheit auszuführen. Es ist in diesem Zusammenhang zu bemerken, daß die Schwebehöhe der aerostatischen Lager, d.h. die Distanz, um welche
der Luftdruck die Scheibe vom Maschinentisch anhebt, nicht
größer als zur Ausschaltung der Oberflächenreibung notwendig vorgesehen ist, also beispielsweise nicht größer als 0,0025 mm ist. Die Ebenheitstoleranz der beiden miteinander zusammenwirkenden Flächen muß also kleiner als die Schwebehöhe sein, da sonst die beiden Flächen während der Drehung der Scheibe aufeinander reiben würden.

Da eine kleine Ebenheitstoleranz eine beträchtliche
Dicke des Maschinentisches und auch der Scheibe erforderlich macht, werden diese Bauteile im Falle von Drehtischanordnungen mit größerem Durchmesser sehr schwer. Infolgedessen hat dann die Scheibe ein unerwünscht großes Trägheitsmoment mit Bezug auf die Scheibendrehung und die Anordnung insgesamt wird
dann übermäßig schwer handhabbar. Außerdem ist es üblich,
die Drehtischanordnung auf den Granittisch einer
Koordinatenmeßmaschine aufzustellen, so daß die Meßmaschine

909809/0922 __

ORIGINAL INSPECTED

an einem mittels der Drehtischanordnung gehalterten Werkstück zum Einsatz gebracht werden kann. Wenn die Drehtischanordnung jedoch sehr schwer ist, ist es entsprechend schwierig, sie anzuheben und auf den Granittisch der Meßmaschine hinaufzuheben. Ferner kann die Drehtischanordnung, wenn der Maschinentisch und die Scheibe jeweils eine große Dicke haben, eine so große Höhe erreichen, daß Schwierigkeiten hinsichtlich des verfügbaren Freiraumes zwischen dem auf der Scheibe montierten Werkstück und der Oberkonstruktion der Meßmaschine entstehen. Aufgrund dieser Umstände hat es sich gezeigt, daß es nicht nur kostspielig, sondern auch in technischer Hinsicht schwierig ist_s relativ große Drehtischanordnungen für Meßzwecke herzustellen und zu handhaben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehbare Werkstückhalterung der eingangs genannten Art im Sinne einer Beherrschung der ebengenannten Probleme zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Da die Stützflächen der Werkstückhalteelemente bei der erfindungsgemäßen Werkstückhalterung klein im Ver-

903808/0922

gleich zu der einzigen Stützfläche der Scheibe bekannter Drehtischanordnungen ist, lassen sie sich verhältnismäßig einfach mit kleiner Ebenheitstoleranz herstellen» Die Verbindungsarme zwischen den Werkstückhalteelementen und dem Radiallager machen große und schwere Konstruktionen wie die drehbare Scheibe der bekannten Anordnungen entbehrlich. Vorzugsweise sind die Verbindungsarme in Richtung ihrer Länge starr, jedoch in Richtung der Lagerachse, also senkrecht zur Oberseite des Maschinentisches, biegeelastisch. Diese Biegeelastizität ermöglicht die Angleichung an kleine Höhendifferenzen der Stützflächen der Werkstückhalteelemente mit Bezug auf die Maschinentischoberseite. Diese Differenzen können infolge von Fertigungstoleranzen auftreten und an sich für die Erfordernisse von aerostatischen Lagern zu groß sein. Diese Differenzen sind jedoch klein mit Bezug auf die Fähigkeit der geeignet dimensionierten Verbindungsarme, sich innerhalb der Elastizitätsgrenzen ihres Werkstoffes, beispielsweise Federstahl, auszubiegen.

Die Verbindungsarme können aus Stab- oder Rohrmaterial mit rundem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt sein, wobei die Eigenelastizität des Werkstoffes ausgenützt wird. Der Begriff "flexibler Verbindungsarm schließt jedoch auch einen Verbindungsarm mit gelenkigen Anschlüssen ein. Die

909808/0922

zulässigen Fertigungstoleranzen und demzufolge das Maß der von den Verbindungsarmen zu fordernden Biegefähigkeit hängt von der Genauigkeit ab_s mit welcher die Bauteile hergestellt sind,, und von der Ebenheit des Maschinentisches«, auf welchem sich die Werkstückhalteelemente während der Drehung der Halterung abstützen= Es ist jedoch klar,, daß die Erfindung im Gegensatz zu der herkömmlichen einteiligen Scheibe verhältnismäßig grobe Toleranzen gestattet und dadurch eine wirtschaftliche Fertigung ermöglichte

Das andere₉ d.h. das nicht mit den Verbindungsarmen verbünde Teil des Radiallagers ist gemäß der Erfindung an dem Maschinentisch befestigt bzw„ befestigbar.

Der Maschinentisch kann ein Granittisch SeIn₃, der mit einer zwischen seiner ebenen Oberseite und seiner Unterseite verlaufenden Bohrung zur Aufnahme einer Schraube ausgestattet ist j die zur Befestigung des genannten anderen Teils des Radiallagers an dem Granittisch dient und die Durchführung einer Druckluftzuleitung zu den Austrittsöffnungen der Werkstückhalteelemente ermöglichte

Bei der erfindungsgemäßen Werkstückhalterung können außerdem die Verbindungsarme mittelbar über einen Ring mit dem einen Teil des Radiallagers verbunden sein_s wobei der

909808/0922

Ring das genannte eine Lagerteil mit radialem Spielraum umgibt und mit diesem verbunden ist durch Bauteile, welche Mittel zum Justieren der Radiallager des Ringes relativ zu dem einen Lagerteil aufweisen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Meßmaschine

mit einer Werkstückhalterung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung

nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III

in Fig. 2,

Fig. H eine Draufsicht auf eine abgewandelte

Ausführungsform der Werkstückhalterung,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V

in Fig. 4, und

909809/0922

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel

einer Werkstückhalterung nach der Erfindung.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Werkstückhalterung 10 weist vier Werkstückhalteelmente 11 auf, die jeweils mit einer ebenen Stützfläche 12 und einer Druckluftaustrittsöffnung 13 versehen sind, welch letztere an eine Druckluftzuleitung 22 angeschlossen ist. Die Werkstückhalteelemente ruhen mit ihren Stützflächen auf der ebenen Oberseite 14 eines Maschinentisches 15 und liegen auf diese Weise in einer gemeinsamen Ebene. Bei dem Maschinentisch handelt es sich um einen aus Granit hergestellten und mit einer prazisionsgefertigten Oberfläche versehenen Tisch einer an sich bekannten Koordinatenmeßmaschine 25. Die Werkstückhalteelemente 11 sind jeweils durch einen Verbindungsarm 16 mit einem Radiallager 17 verbunden, welch letzteres eine Drehung der Verbindungsarme und folglich der Werkstückhalteelemente um eine zur Oberfläche 14 des Maschinentisches senkrechte Achse 18 ermöglicht. Die Werkstückhalteelemente tragen gemäß der Darstellung ein zu prüfendes Werkstück W.

Die Luftaustrittsöffnung 13 und die Stützfläche 12 jedes Werkstückhalteelements 11 bildet zusammen mit der

909809/0922

Oberfläche 14 des Maschinentisches ein aerostatisches Lager 19₀ Ein derartiges Lager erfordert eine gute Parallelität zwischen den miteinander zusammenwirkenden Flächen 12 und 14, Zu diesem Zweck sind die Verbindungsarme 16 in Richtung der Achse 18 so ausreichend biegefähig gestaltet, daß die Stützflächen 12 aller Werkstückhalteelemente 11 unter dem Gewicht des Werkstückes vollständig mit der Maschinentischoberseite 14 in Flächenberührung stehen. Grundsätzlich braucht die Biegefähigkeit nur so groß zu sein, daß auf Fertigungstoleranzen der Werkstückhalterung 10 insgesamt beruhende Höhendifferenzen der einzelnen Werkstückhalteelemente mit Bezug auf die Maschinentischoberseite 14 aufgenommen werden können. Diese Differenzen sind im Verhältnis zu der Biegefähigkeit der Verbindungsarme klein. Je länger die Verbindungsarme sind_s desto leichter biegen sie sich selbstverständlich unter einem gegebenen Werkstückgewicht derart, daß die Werkstückhalteelemente satt an der Maschinentischoberseite 14 anliegen. Aber auch sehr kurze Verbindungsarme lassen sich allen praktischen Gegebenheiten anpassen und können beispielsweise in Form von Blattfedern ausgebildet sein. Irgendwelche andere Nichtübereinstimmungen der Werkstückhalteelemente mit Bezug auf die Maschinentischoberseite 14 können durch gelenkige Verbindungen zwischen den Werkstückhalteelementen und den Verbindungsarmen berücksichtigt werden. Beim vorliegenden Ausführungs-

909808/0922

283F-393

beispiel erfolgt dies dadurch,, daß die Verbindungsarme einen kreisrunden Querschnitt haben und die Werkstückhalteelemente um die Verbindungsarmachsen drehbar sind« Es sind aber auch andere Ausführungsformen gelenkiger Verbindungen möglich_s beispielsweise Kugelgelenke.

Das Radiallager 17 weist ein feststehendes inneres Teil 2O₅, das am Maschinentisch 15 befestigt ist, und ein drehbares äußeres Teil 21 auf_s das von einem Ring 2IA umgeben ist₉ an welchem die Verbindungsarme 16 befestigt sind_o Das innere Teil 20 ist mit einem Gewindezapfen 2OA versehen., der durch eine Bohrung 2OB des Maschinentisches hindurchragt und auf welchen an der Unterseite des Maschinentisehes eine Mutter 2OC aufgeschraubt ist. Eine Druckluftleitung 22 verläuft durch den Zapfen 2OA, eine Dichtung 24 zwischen den beiden Lagerteilen 20 und 21 und durch einen Radialspalt 21B zwischen den Teilen 21 und 21A hindurch in das Innere der rohrförmigen Verbindungsarme 16 hinein. Die Verbindungsarme 16 weisen Radialbohrungen 16A auf _s durch welche die Druckluft in die Austrittsöffnungen 13 gelangt«

Das äußere Lagerteil 21 ist axial relativ zum inneren Lagerteil 20 beweglich. Das äußere Lagerteil 21 und der Ring 2IA sind dagegen durch Flansche 2IC gegen eine relative Axialbeivegung gesicherte Der Ring 21A ist mittels eines

909809/0922

aerostatischen Lagers 21D auf der Maschinentischoberflache abgestützt.

Die Größe der Werkstückhalterung ist lediglich durch die Größe des Maschinentisches 15 beschränkt, da sich die Verbindungsarme 16 leicht mit jeder beliebigen Länge herstellen lassen, wobei sie, falls erforderlich, aus miteinander zu verbindenden Längenabschnitten hergestellt werden können. Es kann auch jede zweckmäßige Anzahl von Werkstückhalteelementen vorgesehen sein. Die Werkstückhalterung findet insbesondere zur Messung der Rundheit und der Konzentrizität eines ringförmigen Werkstücks Anwendung. Zum Zwecke einer solchen Messung wird das Werkstück an einem feststehenden Meßkopf 26 der Meßmaschine 25 (Pig. 1) vorbeigedreht. Da die Werkstückhalteelemente im Betrieb mit Hilfe ihrer aerostatischen Lager auf dem Maschinentisch abgestützt werden, ist die zum Drehen des Werkstückes um die Achse 18 herum erforderliche Kraft minimal und das Werkstück läßt sich leicht und ruckfrei drehen. Das Radiallager 17 ist seinerseits als hochgenaues aerostatisches Lager ausgebildet, um während der Drehung des Werkstückes einen minimalen Radialfehler sicherzustellen.

Die Radiallage des Werkstückes ist mittels zweier Schrauben 16B justierbar, die in zwei benachbarten Ver-

909808/0922

2835-393

bindungsarmen l6 angeordnet sind. Jede der Schrauben 16B verläuft durch das Innere des betreffenden Verbindungsarmes hindurch und weist an ihrem radial äußeren Ende einen Drehknopf l6C auf. Mit ihrem radial innenliegenden Ende l6D ist die Schraube 16B in den Ring 21A eingeschraubt, durch welchen sie hindurchverläuft und sich am Umfang des drehbaren äußeren Lagerteils 21 abstützt. Durch Drehung der Schrauben l6B mittels des Drehknopfes l6C werden der Ring 21A und folglich alle vier Verbindungsarme 16 radial mit Bezug auf die Achse 18 verschoben. Die gegenseitige Anlage zwischen der Schraube 16B und dem äußeren Lagerteil 21 wird mittels einer Feder 16E aufrechterhalten, die diametral gegenüber der betreffenden Schraube l6B zwischen dem äußeren Lagerteil 21 und dem Ring 21A angeordnet ist.

Es ist klar, daß Arbeiten wie beispielsweise die Messung der Rundheit und der Konzentrizität eine Peinjustierung der Konzentrizität des Werkstückes mit Bezug auf die Achse 18 erfordern. Die Anordnung der Schrauben l6B ermöglicht die Ausführung dieser Peinjustierung, während das Werkstück durch die aerostatischen Lager 19 abgestützt ist, so daß die Radialjustierung ebensoleicht wie die Drehung des Werkstückes ausgeführt werden kann. Dies ist wichtig, weil während des Justierungsvorgangs das Werkstück nacheinander mehrere Male abwechselnd gedreht und

909809/0922

283SB33 - 15 -

radial nachjustiert werden muß, bis die optimale Position erreicht worden ist« Die erfindungsgemäße Werkstückhalterung erleichtert diese Arbeitsgänge wesentlich«, da sie mit ganz geringem Kraftaufwand und daher glatt und ruckfrei ausgeführt werden können. Es ist klar_s daß die Verbindungsarme 16 zwar in Richtung der Achse 18 biegeelastisch, jedoch in Radialrichtung starr sein sollen, um die Radialposition des Werkstückes mit Bezug auf die Achse 18 unverändert zu halten. Diese Radialsteifigkeit ist im wesentlichen dadurch sichergestellt₉ daß die Verbindungsarme möglichst genau gerade ausgebildet sind_s so daß Radialkräfte als reine Druckkräfte auftreten, gegen welche die Verbindungsarme 16 eine große Steifigkeit besitzen. Selbstverständlich dürfen die Werkstückhalteelemente 11 nicht frei auf den Verbindungsarmen 16 verschiebbar sein₃ xveshalb sie durch Klammern HA auf den Verb in dungs armen in ihrer Lage gesichert sind. Diese Klammern sind lösbar, damit die Werkstückhalteelemente zwecks Justierung mit Bezug auf das Werkstück entlang der Verbindungsarme verschoben werden können. Im festgespannten Zustand erlauben die Klammern HA jedoch eine Drehung der Werkstückhalteelemente auf den Verbindungsarmen, wodurch die oben schon erwähnte Gelenkigkeit hergestellt ist.

909809/0922

i::V:Sä5ML INSPECTED

2835593

Die in den Fig» 4 und 5 dargestellte Werkstückhalterung weist neun jeweils aerostatisch abgestütze Werkstückhalteelemente 30 auf_s die zusammen eine in der Draufsicht quadratische Anordnung bilden, die um ein mittiges_s im mittleren Halteelement gebildetes Radiallager 31 herum drehbar isto Eine Luftzuführleitung für sämtliche Werkstückhalteelemente und für das mittige Radiallager 31 ist durch einen durch das Lager 31 hindurchverlaufenden Kanal 32 gebildet« Das im mittleren Halteelement 30 gebildete Lager weist ein feststehendes inneres Teil 33 SUf₅, das an einem sämtliche Halteelemente tragenden Granittisch ~$k befestigt ist» Dieses innere Lagerteil 33 weist eine ringförmige Aussparung 35 aufj in welche die Luft aus dem Zuleitungskanal eingeleitet wird. Diese Luft aus der ringförmigen Aussparung 35 bildet ein aerostatisches Radiallager zwischen dem inneren Lagerteil 31 und dem das drehbare äußere Lagerteil 36 bildenden mitleren Werkstückhalteelement 30«, Durch die Aussparung 35 gelangt auch Luft in die vier angrenzenden Werkstückhalteelemente 30 und von diesen aus in die vier in den Eckpositionen gelegenen Werkstückhalteelemente, Die Druckluftleitung zwischen dem mittleren Halteelement und den angrenzenden Halteelementen 30 ist als Rohr ausgebildet_s das an jedem Ende mittels eines es umschließenden 0-Dichtungsringes 38 so abgedichtet ist_s daß eine gewisse vertikale

908808/0922

283S633

Spielmöglichkeit zwischen den benachbarten Halteelementen bei Aufrechterhaltung der Abdichtung gegeben ist. Die durch das Rohr 37 zugeführte Luft gelangt durch einen Kanal 39 und durch abwärts verlaufende Kanäle 40 in die aerostatischen Lager zwischen dem betreffenden Halteelement und dem Granittisch 3¹U Ähnliche Rohre 37 verbinden jeweils die in den Eckpositionen gelegenen Halteelemente mit den beiden benachbarten Halteelementen.

Das mittige Werkstückhalteelement ist mittels jeweils zweier biegeelastischer Verbindungselemente 4l mit jedem angrenzenden Halteelement verbunden, wobei die Verbindungselemente 41 eine Relativbewegung zwischen benachbarten Halteelementen in der Ebene der Maschinentischoberflache verhindern, jedoch eine vertikale Relativbewegung zwischen den benachbarten Halteelementen zulassen. Die streifenförmigen Verbindungselemente 4l ragen jeweils in eine Ausnehmung der einander benachbarten Halteelemente 30 hinein und sind dort durch jeweils eine Schraube 42 in jedem Halteelement festgespannt.

Ähnliche Verbindungselemente 41 können zwischen sämtlichen einander benachbarten Werkstückhalteelementen 30 vorgesehen sein. Die neun Werkstückhalteelemente 30 können auch durch blattfederartige Verbindungselemente 4lA miteinander verbunden sein, die jeweils vier Verbindungen bilden und die vier ein-

90980 9/0922

ORIGINAL INSPECTED

2835G93

ander zugewandten Ecken von jeweils vier Halteelementen umschließen.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung von sechs hexagonal um ein mittiges Werkstückhalteelement herum angeordneten Halteelementen 50. Das mittlere Halteelement ist wiederum mit einem Radiallager 31 versehen, das mit dem in Fig·. ¹I gezeigten Lager identisch ist. Die Druckluftversorgung zwischen dem mittleren und den angrenzenden Werkstückhalteelementen erfolgt wiederum über Rohre 37. Jeweils drei ein gemeinsames Eck aufweisenden Halteelemente der in Figo 6 gezeigten Anordnung sind in ähnlicher Weise wie die Halteelemente der Anordnung nach Fig. 4 durch biegeelastische Verbindungsglieder 4l miteinander verbunden.

909809/0922

ORIGINAL INSPECTED

Claims (5)

1. Patentansprüche

   /i.· Drehbare Werkstückhalterung, insbesondere für Meßmaschinen, zur drehbaren Halterung eines Werkstücks auf einem Maschinentisch mit ebener Oberseite, mit einem zwei relativ zueinander drehbare Teile aufweisenden Radiallager, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine Anzahl von Werkstückhalteelementen (11; 30) aufweist, die sich jeweils mit einer ebenen Stützfläche (12) auf der Maschinentischoberseite (14) abstützen und die über Verbindungsarme (16; ¹Il) mit dem Radiallager (17; 31) verbunden sind, und daß in der Stützfläche jedes Werkstückhalteelements eine an eine Druckluftzuführung anschließbare Ausnehmung (13) gebildet ist.
2. 2. Werkstückhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsarme (.16) in Richtung ihrer Länge steif, jedoch in Richtung der Radiallagerachse (18) biegeelastisch sind.
3. 3. Werkstückhalterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsarme (16) mittelbar über einen das Radiallager (17) mit radialem Spiel umgebenden Ring (21A) mit dem Radiallager verbunden sind, und daß der

   "9-098 09/0 92

   Ring radial mit Bezug auf die Radiallagerachse (18) justierbar am Radiallager befestigt ist.
4. 4. Werkstückhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (17; 31), dessen eines Lagerteil (21) mit den Verbindungsarmen (16) verbunden ist j mit seinem anderen Lagerteil (20) an dem Maschinentisch befestigt bzw. befestigbar ist.
5. 5. V/erkstückhalterung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte andere Lagerteil (20) des Radiallagers (17) einen von einer entsprechenden Durchgangsbohrung (20B) des Maschinentisches (15) aufgenommenen bzw. aufzunehmenden Gewindebolzen (20A) aufweist, durch welchen ein Druckluftzuleitungskanal (22) zur Speisung der genannten Ausnehmungen (13) der Stützflächen (12) der Werkstückhalteelemente (11) hindurchverläuft.

   / 0922

   ORiQiWAL INSPECTED