DE2925301A1

DE2925301A1 - Geraet zur steuerung einer werkzeugmaschine waehrend der bearbeitung eines ersten werkstuecks, das mit einem zweiten, bereits bearbeiteten werkstueck zusammengepasst werden soll

Info

Publication number: DE2925301A1
Application number: DE19792925301
Authority: DE
Inventors: Gerhard Thalheim
Original assignee: SIDCO
Current assignee: SIDCO
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1980-01-17
Also published as: IT7903440A0; IT1121620B; US4274230A; CH622204A5; GB2024671B; JPS5511798A; GB2024671A; DE2925301C2; JPH0258051B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Steuerung einer Werkzeugmaschine während der Bearbeitung eines ersten Werkstückes, das mit einem zweiten bereits bearbeiteten Werkstück zusammengefügt werden soll, und erste und zweite Meßeinrichtungen umfaßt, welche die Abmessungen der beiden Werkstücke auf den zusammenzufügenden Teilen messen, und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von Signalen der ersten und zweiten Meßeinrichtung. Herkömmliche Geräte sind bekannt, bei welchen der Durchmesser der Bohrung eines bereits bearbeiteten aufnehmenden oder hohlen Werkstück auf einer Werkbank durch ein erstes Meßgerät geprüft wird, und eine Schleifmaschine, welche die Außenfläche einer mit der Bohrung zusammenzupassenden Welle bearbeitet, wird in Abhängigkeit vom Vergleich des Ausgangssignals des ersten Meßgerätes mit dem Ausgangssignal des zweiten Meßgerätes gesteuert, welches den Wellendurchmesser während des Bearbeitungsganges mißt.

Diese bekannten Geräte, die eingesetzt werden, wenn die Paßtoleranzen sehr klein sind, ermöglichen es, die Auswahl der Werkstücke nach verschiedenen Passungsklassen zu vermeiden.

Geräte zur Steuerung von Schleifmaschinen, welche kegelige oder zylinderförmige Werkstücke von erheblicher Länge bearbeiten, sind ebenfalls bekannt. Diese bekannten Geräte enthalten zwei Meßvorrichtungen, welche zwei Durchmesser des Werkstücks messen, und in Abhängigkeit vom Vergleich der beiden Messungen werden Versetzungen der Schleifscheibenachse oder der Werkstückachse gesteuert, um mögliche Abweichungen vom Nennkegel oder der Zylindrizität zu korrigieren.

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Die technische Schwierigkeit bei der Erfindung besteht darin, ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes zur Steuerung einer Werkzeugmaschine zu schaffen, welche ein Werkstück bearbeitet, das mit einem anderen bereits bearbeiteten Werkstück zusammengepaßt werden soll, wobei die Erfindung es ermöglicht, über die Bearbeitung des ersten Werkstückes zwei Werkstücke zu erhalten, die mit hoher Genaugikeit zusammengepaßt werden können, selbst wenn die zusammenzufügenden Teile von erheblicher Länge sind.

Die Aufgabe wird durch ein Gerät von der eingangs erwähnten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß eine erste Meßeinrichtung zwei Abmessungen an verschiedenen Teilen des Werkstückes mißt und die zweite Meßeinrichtung mindestens eine Abmessung des zweiten Werkstückes mißt, und die Steuereinrichtung Signale der ersten und zweiten Meßvorrichtung verarbeitet, um die Werkzeugmaschine zu steuern und zu regeln, um eine vorgegebene Passung zu erzielen und Abweichungen des ersten Werkstücks von einer Sollform zu korrigieren.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen, in welchen gleiche oder gleichwertige Teile die gleichen Bezugszeichen tragen und lediglich als nicht einschränkendes Beispiel dienen, zeigen: Fig. 1 eine Schemazeichnung, teilweise in Blockform einer ersten Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung der

drizität
Zylin einer Welle und ihres Paßspieles mit einer

bereits bearbeiteten Bohrung während der Bearbeitung auf einer Schleifmaschine.
Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Hauptkreise des

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Gerätes der Fig. 1.

Fig. 3 eine Schemazeichnung, teilweise in Blockform eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, zur Steu-

.. drizitat

erung der ZyIm einer Welle während ihrer Bearbeitung auf einer Schleifmaschine sowie zur Steuerung der Passung mit einer bereits bearbeiteten Bohrung.

Eine Außenrundschleifmaschine 1 (Fig. 1) umfaßt einen Schlitten 2, der eine Schleifscheibe 3 führt, einen Spindelstock 4 sowie einen Reitstock 5, der axial ein Werkstück, d.h. eine Welle 6 trägt. Außerdem umfaßt die Schleifmaschine 1 eine Steuerung 7 zur Justierung der Winkelstellung zwischen der Achse der Schleifscheibe 3 und der Achse, welche durch den Spindelstock 4 und den Reitstock 5 läuft (normalerweise sind diese Achsen parallel).

Zwei Meßköpfe 8,9 besitzen jeweils zwei bewegliche Arme 10,11 mit entsprechenden Meßfühlern oder Kontakten (nur je ein Arm eines jeden Kopfes ist in der Figur zu sehen) messen dauernd während des Bearbeitungsganges die entsprechenden Durchmesser an den Enden der Welle 6. Genauer gesagt, die Köpfe 8,9 bestehen aus elektronischen Meßlehren und messen die Abweichungen &D dieser Durchmesser von ihren Nennwerten.

Die Köpfe 8,9 sind elektronisch mit einer Steuerung 12 verbunden, welche mit einem Anzeigegerät 13 bestückt sind. Eine mit zwei Anzeigegeräten 15,16 versehene Steuerung 14 ist elektrisch mit dem Kopf 8, mit der Steuerschaltung der Schleifmaschine 1 sowie mit einem Meßgerät 17 verbunden.

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Das Meßgerät 17 umfaßt zwei bewegliche Arme mit entsprechenden Meßfühlern und mißt die Durchmesser einer Bohrung 20 eines Werkstückes 21, in welche die Welle 6 eingepaßt werden soll. Das Gerät 12 ist mit einem Regler 22 verbunden, der seinerseits an die Steuerung 7 angeschlossen ist. Weitere Merkmale des Gerätes der Fig.1 und seine Arbeitsweise sind nachstehend anhand der Fig. 2 beschrieben.

Ein Inversionseingang eines im Steuergerät 14 enthaltenen Verstärkers 23 ist an den Kopf 8 geführt, und ein nicht-invertierender Eingang ist mit dem Meßgerät 17 verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 23, das proportional ist ADc - ^Da (worin ^Da und ADc vom Meßkopf 8 und vom Meßgerät 17 abgegriffene Abweichungen der Istdurchmesser von den Solldurchmessern sind), gelangt an die entsprechenden Eingänge von vier Vergleichsschaltungen 24,25,26,27 im Steuergerät 14. An anderen Eingängen dieser Vergleichsschaltungen 24,25,26,27 liegen von Potentiometern 28,29,30,31 abgegebene Bezugssignale an. Die beiden Vergleichsschaltungen 25,26 steuern den Beginn der Anfangsphasen des Bearbeitungsablaufs.

Wenn während des Schleifens der Welle 6 das Ausgangssignal des Verstärkers 23 den von Potentiometer 28 vorgegebenen Bezugswert erreicht, schaltet die Vergleichsschaltung 24 um und beaufschlagt eine Steuerung 32, welche den Beginn einer Ausfunkphase steuert. Die ebenfalls im Gerät 14 enthaltene Steuerung 32 ist an die elektrischen Steuerkreise 33 der Schleifmaschine 1 angeschlossen. Eine im Steuergerät 12 enthaltene Vergleichsschaltung 34 ist mit einem nicht-invertierenden Eingang an den Me.ßkopf 8, mit einem invertierenden Eingang an den Meßkopf 9 und mit einem Anschluß an die

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Schaltung 33 der Schleifmaschine angeschlossen.

Am Ende der Ausfunkzeit, welche eine Entspannung von Reckungen und Verzerrungen ermöglicht, die sich während der vorangehenden Bearbeitungsphasen angesammelt haben, gibt die durch die Kreise 33 angesteuerte Vergleichsschaltung 34 ein Ausgangssignal proportional ADa - ADb ab (worin Db die vom Meßkopf 9 abgegriffene Abweichung darstellt). Dieses durch den Regler 22 verstärkte und in entsprechende Form umgesetzte Signal betätigt das Steuergerät 7, welches die wechselseitige Winkelstellung der Schleifscheibenachse und der durch den Spindelstock 4 sowie den Reitstock 5 laufende Achse so, daß der Zylindrizitätsfehler ADa - ADb während

der Bearbeitung kompensiert wird.

Die Bearbeitung wird mit einer anschließenden Phase des Vorschubs des Schleifscheibenschlittens 2 fortgesetzt. Das Ende dieses Arbeitsganges wird durch das Signal ADc - ADa von der Vergleichsschaltung 27 gesteuert. Die Bearbeitung der Welle wird durch eine Stopp-Steuerung der Vergleichsschaltung 27 beendet, sobald die Differenz ADc - ^^Da einen dem Sollpassungsspiel entsprechenden Wert erreicht. Dann kann mit dem Gerät 13 der Steuerung 12 gemessen werden, ob die mögliche Restabweichung von der Zylindrizität ^Da ADb innerhalb der Grenzwerte des entsprechenden Toleranzbereichs liegt.

Die Geräte 13,15,16 können über verschiedene Schaltungen der Steuerungen 12,14 verteilt sein, um wahlweise die Anzeige von Abweichungen Δ Da, ADb, ADc von Augenblicks- und Endwerten der Abweichung

Zylindriztäts-ADc - ADa zwischen dem Istspiel und dem Sollspiel sowie dem

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fehler ADa - ADb zu ermöglichen.

Da das Sollpassungsspiel einen vorgegebenen Wert besitzt, ist offensichtlich, daß die Anzeige des Signals ADc - A,Da gleich dem Wert für das Istspiel ist, der auch durch Addition eines dem Sollspielwert entsprechenden Bezugssignal zum Proportionalsignal ADc ÄDa gewonnen werden kann.

Dies gilt auch für die Durchmesser.

Aus diesem Grunde wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen häufig auf die Messung und Anzeige von Durchmessern und Spiel Bezug genommen, selbst wenn die wirklich gemessenen oder vorgestellten Größen meist Abweichungen von den entsprechenden Sollwerten sind.

Das Gerät der Fig. 1 und 2 ermöglicht es, einen Bearbeitungstakt der der Bohrung 20 anzupassenden Welle 6 zu erzielen (bei angenommen vollkommen zylindrischer Form und vollkommen runden Querschnit-

Zylindrizitätsfehlern

ten), wodurch eine Welle mit zulässigen / und mit einer Durchmesserdifferenz zwischen Welle und Bohrung erreicht wird, die dem Sollspielwert entspricht.

Das Gerät der Ausführungsform der Fig. 3 steuert ein Passungsschleifen, selbst wenn eine Bohrung 3 5 eines Werkstücks 36 absichtlich oder infolge von Formfehlern eine kegelige Oberfläche aufweist. Zwei Durchmesser Dc, Dd der bereits bearbeiteten Bohrung 35 werden in zwei Querschnitten nahe dem Bohrungsgrunde und entsprechend den durch die Köpfe 8,9 gemessenen Querschnitten durch ein

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Meßgerät mit zwei Meßköpfen 37,38 gemessen, die jeweils mit zwei mit entsprechenden Meßfühlern bestückten beweglichen Armen versehen sind.

Eine Steuerung 39 mit zwei Anzeigeinstrumenten 40,41 ist mit den Köpfen 8,37 verbunden.

Wenn das Signal Λ Dc - ADa einen an einem Potentiometer der Steuerung 39 voreingestellten Wert erreicht, gibt die Steuerung 39 einen Befehl für den Beginn einer Ausfunkphase an die Schleifmaschine 1 ab. Eine weitere mit den Köpfen 8,9,37,38 verbundene Steuerung 42, die ein Anzeigeinstrument 43 besitzt, gibt ein Signal in Abhängigkeit von dem Wert£ÄDd - ADbJ - [ΔΌο - ADaJ ab und vergleicht es mit einer vorgegebenen Bezugsspannung K (normalerweise ist K gleich Null) .

Die Steuerung 42 berechnet ein KorrektursignalßiDd - /!DbJ -DiXDc -ADaU - K und steuert über den Regler 22 die Betätigung der Steuerung 7. Infolge dieser Betätigung und der Wiederaufnahme des Vorschubs des Schleifscheibenschlittens 2 erreicht man die Gleichheit der Spielwerte ADd - ZlDb und ADc - ADa in Übereinstimmung mit den Querschnitten der Welle 6 und der Bohrung 35, wobei die Durchmesser durch die Köpfe 8,9,37,38 gemessen werden.

Die weitere Bearbeitung wird im folgenden durch das Gerät 39 in Abhängigkeit vom Wert des Signals Δ Dc - ADa gesteuert, bis der Wert des Sollpaßspiel erreicht ist.

Nach Beendigung des Bearbeitungsganges lassen sich am Instrument

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43 die endgültigen Werte ÄDd - ADb und &Oc - ADa prüfen. Im Gerät der Fig. 3 können die Instrumente 40,41,43 auch auf verschiedene Schaltkreise der Geräte 39,42 verteilt werden, um auf Wunsch die Abweichungen ADa, &Db, ADc, ADd, ADc - ADa und ADd - ADb sowie die Paßspieldifferenz I^Dc -ADaJ - J^-Dd -ADbJ anzuzeigen. Die Steuerung 42 kann auch laufend die Paßspieldifferenz errechnen und den BearbeitungsVorgang anhalten, falls trotz vorgenommener Korrekturen diese Differenz einen vorgegebenen Wert übersteigt.

Mit dem Gerät der Fig. 3 ist es daher möglich, für verschiedene entsprechende Querschnitte einer geschliffenen Welle sowie einer vorher bearbeiteten Bohrung ein konstantes Passungsspiel zu erhalten, selbst wenn die Bohrung kegelförmig ist. Damit kann die Welle bearbeitet werden, um eine Form entsprechend der Bohrung sowie den Sollpassungsspielwert zu erhalten.

Durch einfache Veränderungen kann das Gerät auch das Schleifen einer Bohrung steuern, die mit einer vorher geschliffenen Welle zusammenpassen soll.

Das erfindungsgemäße Gerät kann nicht allein für Einstechschleifmaschinen, sondern auch für Durchgang- oder Pendelschleifmaschinen verwendet werden. Für diese genügt es, die Signale der das zu bearbeitende Werkstück prüfenden Meßköpfe am Ende eines jeden Durchgangs abzugreifen.

Es ist offensichtlich, daß auch andere Meßköpfe oder entsprechende Meßeinrichtungen verwendet werden können als die vorstehend beschriebenen. Beispielsweise kann ein Gerät wie das der Fig. 3 durch

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einen einzigen Meßkopf zur Messung der Bohrung wirkungsvoll arbeiten. Es genügt, den Meßkopf oder das Werkstück so zu verschieben, daß die Durchmesser Dc und Dd gemessen werden können.

Die von den Meßköpfen und den entsprechenden Steuerschaltungen durchgeführten Messungen können auch das Abgreifen und anschließende Verarbeiten von Maximal- bzw. Minimalabweichungen der Durchmesser von den entsprechenden Meßwerten umfassen. In diesem Falle muß offensichtlich eine relative Drehbewegung zwischen den das Werkstück messenden Köpfen auf der Werkbank und dem Werkstück selbst eingeführt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Geräten wird die Korrektur des

zitätsfehlers

Zylindri (oder der Veränderungen der Passungsspielwerte) vorzugsweise vor dem Fertigschliff durchgeführt. Eine gute Korrektur kann mit einer Steuereinrichtung (offene Schleife) einschließlich einer digitalen Steuerung 7, beispielsweise mit einem Schrittschaltmotor durchgeführt werden.

Der Regler 22 besteht vorzugsweise aus einem bekannten Typ, welcher dem Schrittschaltmotor Befehle zur Durchführung von einem oder mehreren Drehschritten gibt, nachdem das Fehlersignal einen oder mehrere Schwellwerte überstiegen hat.

zitätsfehlers Durch Steuerung der Regulierung zur Korrektur des ZylindriOder von Schwankungen des Paßspielwertes wird die Sollform nach einer Ausfunkphase und vor dem Fertigschleifen des Werkstückes nach dem Bearbeitungsgang mit großer Genauigkeit erreicht.

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Die Erfindung kann auch auf die Bearbeitung von Flächen angewandt werden, die keine Drehflächen sind, beispielsweise, um eine Breitenpassung zwischen Keil und Keilnut zu erzielen sowie die Form von Keil oder Keilnut während der Bearbeitung zu korrigieren.

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Claims

Patentansprüche

Gerät zur Steuerung einer Werkzeugmaschine während der Bearbeitung eines Werkstückes, das mit einem bereits bearbeiteten Werkstück zusammengepaßt werden soll, wobei erste und zweite Meßeinrichtungen die Abmessungen der beiden Werkstücke an den zusammenzupassenden Teilen messen, und eine Steuerung, die die Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von Signalen der ersten und zweiten Meßeinrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Meßeinrichtungen (8,9) zwei Abmessungen an verschiedenen Teilen des ersten Werkstückes (6) messen, und die zweiten Meßeinrichtungen (17;37,38) mindestens eine Abmessung am zweiten Werkstück (21;36) messen, ferner dadurch, daß die Steuerungen (7,12,14,22;39,42) die Signale der ersten und zweiten Meßein-

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richtungen (8,9-17;37,38) verarbeiten, um zur Erzielung einer vorgegebenen Passung die Werkzeugmaschine (1) zu steuern und zu regeln sowie um Abweichungen des ersten Werkstücks (6) von einer Sollform zu korrigieren.
2. Gerät nach Anspruch 1 zur Steuerung einer eine Drehfläche eines ersten Werkstückes bearbeitenden Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Meßeinrichtungen (8, 9-17;37,38) die Durchmesser messen sowie dadurch, daß die Steuerung (7,1?,22;42) den Zylindrizitätsfehler oder den Kegeligkeitsfehler des ersten Werkstücks (6) korrigiert.
3. Gerät nach Anspruch 2 zur Steuerung einer Schleifmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Meßeinrichtungen (37,38) den Durchmesser des zweiten Werkstückes (36) an zwei Teilen messen, welche zwei verschiedenen Teilen des ersten Werkstücks (6) entsprechen.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (39) einen Durchmesser des ersten Werkstückes (6) mit dem entsprechenden Durchmesser des zweiten Werkstückes (36) vergleichen, um ein Ansteuerungssignal abzugeben, wenn ein vorgegebenes Paßspiel (ADc - ADa) erreicht ist, ferner dadurch, daß die Steuerung (42) die Differenz (£ÄDd - ADbJ - Q^Oc - ADaJ) zwischen den Istwerten des Spiels zwischen den Werkstücken (6,36) an den gemessenen Teilen berechnet und bei Anliegen des Ansteuerungssignals eine Regulierung der Schleifmaschine (1) steuert, um während des Bearbeitungsganges die Differenz zwischen den Istwerten des Spiels zu kompensieren, weiter dadurch, daß ein An-

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halten des Bearbeitungsganges durch die Steuerung (39) in Abhängigkeit von einem Vergleich der entsprechenden Durchmesser (ADa; Δϋσ) des ersten und zweiten Werkstückes (6,36) gesteuert wird, um das Sollpaßspiel zu erzielen.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Schaltung (39) umfaßt, um bei Anliegen des Ansteuerungssignals und vor der Steuerung der Regulierung den Beginn der Ausfunkphase zu steuern.
6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung zwei Meßköpfe (8,9) umfaßt, welche die entsprechenden Durchmesser an den Enden einer Welle (6) messen sowie dadurch, daß die zweite Meßeinrichtung zwei Meßköpfe (37,38) umfaßt, welche die entsprechenden Durchmesser einer Bohrung (35) messen.
7. Gerät nach Anspruch 2 zur Steuerung einer Schleifmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (7,22,34) den an einem ersten Teil des ersten Werkstückes (6) gemessenen Durchmesser mit dem an einem zweiten Teil des zweiten Werkstückes

(21) gemessenen Durchmesser vergleicht, um anschließend die

zitätsfehlers Regulierung der Schleifmaschine (1) zur Korrektur des Zylindri-(Δ Da - ΔDb) des ersten Werkstückes (6) in Abhängigkeit vom Vergleich der an Teilen des ersten Werkstückes (6) gemessenen Durchmesser zu steuern sowie dadurch, daß das Anhalten des Bearbeitungsganges durch die Steuerung (27) gesteuert wird, wenn das Sollpaßspiel in Abhängigkeit von einem Vergleich des an einem Teil des ersten Werkstückes (6) gemessenen Durchmessers

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mit dem an einem Teil des zweiten Werkstückes (21) gemessenen Durchmessers erreicht ist.
8. Gerät nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Steuerkreis (7,22) zur Steuerung der Regulierung der Schleifmaschine (1) umfaßt.
9. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Meßeinrichtung Anzeigevorrichtungen (40,41,43) zur Anzeige der Werte (CADd - ADbH, £ÄDc -ADaJ) des Passungsspiels zwischen den beiden Werkstücken (6,36) an den gemessenen Teilen umfassen sowie zur Anzeige der Differenz (C^Dd - Δ-DbJJ [ADc - £.Da"3) zwischen den beiden Passungsspielwerten.
10.Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Meßeinrichtung Anzeigegeräte (13,15,16) umfassen, um den Wert des Passungsspiels (ZiDc -Δ-Da) zwischen dem ersten

Zylindrizitätsfehler

(6) und dem zweiten Werkstück (21) sowie den / (6oa -ADb) des ersten Werkstückes (6) anzuzeigen.
11.Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Meßeinrichtung (8,9,17;37,38) die maximalen und minimalen Abweichungen von den Nennwerten der Durchmesser der Teile des ersten Werkstücks (6) und mindestens an einem Teil des zweiten Werkstücks (21) messen, sowie dadurch, daß die Steuerung diese Abweichungen verarbeitet, um die Werkzeugmaschine (1) zu steuern und zu regeln.

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