DE3221381A1

DE3221381A1 - Vorrichtung zum messen von maschinenfehlern

Info

Publication number: DE3221381A1
Application number: DE19823221381
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Saljé
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-05
Filing date: 1982-06-05
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE3221381C2

Description

BESCHREIBUNG
Maschinenfehler werden zum Beispiel verursacht von Wärmedeformationen. Im Falle des Planschleifens ergeben sich durch sie u.U. erhebliche Fehler 1. Ordnung.
Typische Wärmedeformationen einer Säule, wie sie bei Planschleifmaschinen zu befürchten sind, ergeben sich aus der fehlerhaften Spindel lage, etwa bei einer Schwenkung um die x-Achse - nach ISO -, um + A oder um - A, oder um + x oder um - x.
Beim Plan- und Profil schleifen ist die Ebene y - z bezüglich der Genauigkeit am wichtigsten. Fehler in dieser Ebene ergeben sich mit den erwähnten Deformationen, also im wesentlichen eine Spindelschiefstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung für diese Fehler zu schaffen, die eindeutige Aussagen über die erforderlichen Schleifscheibenkorrekturen liefert. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.
I. Planschleifen Mit der in Bild 1 gezeigten Meßanordnung ist das Abbe'sche Prinzip verwirklicht,und das Meßgestänge besteht entweder aus Invar oder besitzt eine Temperaturregelung auf konstante Übertemperatur, so daß unabhängig von Außen- und Maschinentemperatur die Eigenwärmedeformationen und Eigenfehler des Gestänges ausgeschlossen sind.
Die Meßanordnung kann z.B. durch eine Schwenkung heruntergeklappt und durch eine Zustellbewegung v soweit auf die Tischaufspannfläche, die als Referenzfläche für die Werkstückhöhe anzusehen ist, Äerunterbewegt werden, bis zum Beispiel die Meßuhr 1 auf "Null" steht. Die Meßuhr 2 tastet den Referenzring der Schleifscheibe ab.
Der Referenzring ist rund und als solcher auf einem Formtester geprüft. Bei bekanntem, berührungslosen Meßprinzip kann während der Schleifscheibendrehung gemessen werden.
Es ist im Prinzip auch möglich, die Meßanordnung durch eine geradlinige Bewegung YM in Meßposition in den Maschinenarbeitsraum zu fahren. Während des Schleifens ist die Meßanordnung aus dem Arbeitsraum herausbewegt.
Aus der Änderung hl - ho =Bh sind Fehler abzulesen, die 1. Ordnung sind und die die Werkstückhöhe beeinflussen. Numerisch gesteuerte Planschleifmaschinen können leicht ein Meßprogramm vollführen, mit welchem die Abweichung A h = f (x, z), d.h. die Höhenlage der Aufspannfläche im Bereich von Längs- und Querschub zu bestimmten festgelegten Zeitpunkten überprüft wird. Die Fehler A h, die sich nach dem Einrichten und Abgleichen z.B. nach Maschineneinstellung und dem ersten toleranzhaltigen Musterwerkstück als Funktion von den Koordinaten x und z ergeben, lassen sich für die NC-Maschinenkoordinaten mit Kleinrechnern berücksichtigen. Ergebnis wäre die Topologie der Aufspannfläche zur Spindel a h = f (x, z), wie es Bild 2 für neun Meßpunkte Pl, P2, ..., Pg beispielhaft zeigt.
Dabei ist es gleichgültig, welche Ursachen die Fehler t h haben. In Bild 1 nicht mitgezeichnet sind Verformungen des Maschinenunterteiles, welche die gleiche Auswirkung haben würden. Auch diese werden mit der Meßvorrichtung erfaßt.
Mit der Meßvorrichtung gemäß Bild 1 wird im Prinzip der Abstand zwischen Referenzring und Aufspannfläche gemessen. Zu allen Meßpositionen für x und z ist die Koordinate einzufahren auf: y = konst.= Eine fehlerhafte Koordinatenlage v beim Meßvorgang ist aber ohne Einfluß, wenn sie sich nicht während des Meßvorganges verändert. Das aber ist nicht anzunehmen. Die eigentliche Meßaussage liegt in der relativen Änderung von roh = hl - h als Funktion von x und z.
II. Profilschleifen Beim Profil schleifen verursacht auch eine relative Verschiebung des bezuggebenden Scheibenprofils in der z-Achse einen Fehler 1. Ordnung. Es wird daher vorgeschlagen, mit einer entsprechenden, z.B.
in den Arbeitsraum einklappbaren oder einschwenk-bzw. einfahrbaren (das kann auch durch ein spezielles Handhabungsgerät bewerkstelligt werden) fehlerfreien, weil temperaturkonstanten oder nicht wärmedeformierbaen Meßanordnung, die Scheiben-Abrichtrollen- und Schlittenanlage in z-Achse zu messen.
Dieses Meßprinzip ist in den Bildern 3 bis- 5 gezeigt. Relative axiale Wärmedehnungen von Arbeitsspindel 20(Schleifscheibe) oder Abrichtrollenspindel 10(Abrichtrolle) gegenüber einer Referenzfläche 30,die vom Schlitten gebildet werden kann oder von der Abrichtrolle gegenüber der Schleifscheibe, können erfaßt werden. Statt eines Schlittens mit seiner Referenzfläche können sowohl bei diesem als auch bei dem unter I beschriebenen Meßprinzip Paletten oder andere Werkstückträger die entsprechenden Referenzflächen liefern. Paletten oder Werkstückträger sind. im Arbeitsraum der Maschine zu definieren. Die auf ihnen festgespannten Werkstücke sind von ihnen abhängig. Die Lage der Werkstücke relativ zu Paletten oder Werkstückträgern wird in modernen Betrieben mit NC-Steuerung durch Voreinstellung festgelegt.
Wie Bild 3 zeigt, besteht das Meßprinzip darin, daß drei Punkte - Referenzfläche-Schlitten, Referenzfläche-Schleifscheibe, Referenzfläche-Abrichtrolle - gleichzeitig angetastet werden.
Die Referenzflächen können so gestaltet sein, daß Durchmesseränderungen von Abrichtrolle oder Schleifscheibe oder Abstandsänderungen von Abrichtrolle zu Schleifscheibe nicht in das Meßergebnis eingehen.
Das Gestänge, an dem auch die Meßwertgeber befestigt sind, die in Bild der Einfachheit halber als einfache Meßuhren 1,2,3 gezeichnet wurden, ist wiederum temperaturgeregelt, hat also keine Eigenfehler in Bezug auf Wärmedeformationen. Der Schlitten s des Meßgestänges wird gegen einen exakt im Raum festliegenden Anschlagpunkt gefahren. Jede Änderung der Axiallage von Rolle und Schleifscheibe läßt sich nunmehr relativ zur Referenzfläche des Schlittens und damit zum Werkstück messen. Eine solche Messung kann in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Sie muß nicht nach jedem Werkstück erfolgen, denn Temperaturdeformationen gehen langsam. Es muß jedoch eine Einstellmöglichkeit bestehen (s. Bild 4), z.B. dadurch, daß die Abrichtrollenlagerung in einer axial verschiebbarenpinole SObefestigt wird. Diese Pinole wiederum läßt sich feinfühlig und exakt durch einen Stellmotor mikrometerweise in beiden Richtungen verstellen. Das setzt voraus, daß die axiale Bewegung der Pinole ebenfalls mit einem Längenmeßsystem versehen ist oder z.B. im Regelkreis in Verbindung mit dem Meßergebnis der Meßuhren 1, 2, 3 von Bild 3 steht.
Es existieren zahlreiche unterschiedliche Meßanordnungsmöglichkeiten. Ein weiteres Prinzip ist mit Bild 4 dargestellt. Bei diesem Prinzip geht es darum, daß als Referenzfläche auf der Werkstückseite das Werkstück selbst herangezogen wird. Um dem Meßgestänge eine exakte Lage zur Aufspannfläche zu geben, wird es an drei Punkten, z.B. A, B und C, auf dem Schlitten aufgelegt.Mit dem Fixpunkt D, der an der Referenzfläche des Werkstückes anliegt, lassen sich nun wieder Abstandsänderungen, d.h.
axiale Wärmedeformationen von Abrichtrolle und Schleifscheibe relativ zum Werkstück messen. Auch dieses Meßgestänge ist temperaturgeregeltund besitzt keine Wärmedeformation und somit auch keine Eigenfehler.
Mit Bild 5 ist ein weiteres Prinzip an Meßmöglichkeiten dargestellt. Dabei kommt es nicht mehr auf die Ebenheit der Tischaufspannfläche an. Es genügt, wenn das Meßgestänge aufgrund einer besonderen Meßvorrichtung in seiner waagerechten bzw, vertikalen Lage gemessen werden kann. Dieses kann z.B. durch ein statisches Pendel E geschehen. Ein kleiner Stellmotor sorgt dafür, daß nun das Meßgestänge immer in der gleichen Weise zur Referenzfläche 30 des Werkstückes und der Auflagefläche 4 orientiert ist. Die Messung selbst erfolgt wie in den Bildern 3 und 4. Als Referenzfläche für die Abrichtrolle und für die Schleifscheibe wurden hier die Ebenen 1 und 2 angegeben, in denen sich auch Abrichtrolle und Schleifscheibe bei ändernden Durchmessern bewegen können.
Bild 6 beschreibt das Prinzip des temperaturgeregelten Meßgestänges. Das hier gezeigte Meßgestänge entspricht etwa dem Meßgestänge des Bildes 3. mit den drei Meßstellen 1, 2 und 3, die in beschriebener Weise die Referenzflächen antasten und zueinander in Beziehung setzen. Mehrere Temperaturmeßfühler werden an diesem Meßgestänge befestigt. Das Meßgestänge läßt sich weiterhin abschnittsweise unterteilen und für jeden Abschnitt mit einer gesonderten Heizspirale versehen. Über diese Temperaturmeßfühler, von denen jeweils mehrere zusammengeschlossen sind, regelt man die Temperatur, um einen mittleren Temperaturwert für den jeweiligen Abschnitt anzugeben. Mit diesem Mittelwert der Temperatur je Abschnitt steht eine Regelung in Verbindung, die es gestattet, bei Abfall der Temperatur des Meßgestänges zu erreichen. Die Temperatur des Meßgestänges wird man zweckmäßigerweise auf etwa 50 - 600 festlegen.
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Claims

Neuanmeldung: Vorrichtung zum Messen von Maschinenfehlern ANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Messen von Maschinenfehlern an Nc-gesteuerten Schleifmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung von der Maschine unabhängig und frei von eigenen Fehlern ist und die relativen Lagen von Werkstück bzw. Werkstückträger und Schleifscheibe und Abrichtrolle zueinander mittelbar oder unmittelbar mißt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsfläche (Referenzring) an der Schleifscheibe und eine weitere Bezugsfläche an der Aufspannfläche gleichzeitig von der im Gestell der Schleifmaschine befestigten Meßanordnung zur Erfassung des Abstands beider Bezugsflächen getastet werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe mit einem exakt runden Referenzring als Bezugsfläche ausgerüstet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Lage der Abrichtrolle und der Schleifscheibe relativ zu einer werkstückfesten Referenzfläche (3) gleichzeitig erfaßt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (3) auf Werkstückschlitten vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (3) an der Aufspannfläche für das Werkstück vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgestänge über ein Dreibein mit Stellmotor auf die Aufspannfläche aufgesetzt ist und mittels Pendel eingerichtet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge der Meßvorrichtung aus Invar besteht.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge der Meßanordnung mittels Temperaturfühlern und Heizspiralen auf konstante Temperatur geregelt wird.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das profilierte Werkstück mit Luftmeßdüsen abgetastet und gegen eine werkstückfeste Referenzfläche gemessen wird.