DE3244083C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dynamischen Bestimmen der Unwucht eines Werkstücks und zu deren Ausgleich gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus DE 27 05 217 A1 bekannt ist.
Bei dieser dynamischen Auswucht-Vorrichtung wird ein Prüfling zwischen zwei federnd gelagerten Lagereinheiten über Laufzapfen mit hoher Drehzahl drehbar gelagert. Ein Auswerter wertet die in den Lagereinheiten entstehenden Schwingungen aus, um so die Größe örtlicher Unwucht oder Abweichung und ihre entsprechenden Winkellagen zu berechnen. Der Unwuchtausgleich erfolgt bei sich drehendem Werkstück durch elektrisches Abtragen von Material durch Bogenentladung an der Unwuchtstelle, wobei die das Material abtragende Elektrode die Drehbewegung des Werkstücks mitmacht und so keine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeugeinheit stattfindet.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer derartigen dynamischen Auswucht-Vorrichtung für universellen Einsatz bei hoher Oberflächengüte.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Die Erfindung erzielt also einen vollautomatischen Unwuchtausgleich für beliebige Zwecke mit einer vollautomatischen Unwuchtausgleich-Vorrichtung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Die in der Zeichnung abgebildete dynamische Auswucht-Vorrichtung 1 besitzt eine automatische Unwuchtausgleich-Vorrichtung 2 zur Material-Abtragung durch elektrische Entladung bzw. Elektroerosion (kurz EDM-Bearbeitung).
In der Auswucht-Vorrichtung 1 ist ein zylindrisches Werkstück 3, das zu prüfen und an dem der Unwuchtausgleich vorzunehmen ist, horizontal durch zwei gleichachsige Lager­ zapfen 4 und 5 gelagert, die mit dem Werkstück 3 gleichachsig befestigt sind. Die Lagerzapfen 4 und 5 erstrecken sich horizontal frei durch zwei Öffnungen 6 und 7, die in gegenüberliegenden Seitenwänden 8 und 9 eines Gehäuses 10 vorgesehen sind, die das Gestell der Auswucht-Vorrichtung 1 bilden. Ferner sind die Lagerzapfen 4 und in Schwing-Lagereinheiten 11, 12 drehbar gelagert, die ihrerseits durch Federn 13 federnd gelagert sind.
Der Lagerzapfen 5 ist über ein Universalgelenk 14 mit einer weiteren gleichachsigen Welle 15 angekuppelt. Die Welle 15 wird angetrieben über ein Getriebe 16 von der Abtriebswelle eines Elektromotors 17, der von einer Antriebssteueranordnung 18 erregt wird. Der Elektromotor 17 wird angetrieben, um das Werkstück 3 und die Lagerzapfen 4 und 5 mit hoher Drehzahl um ihre horizontale Achse zu drehen.
Wenn eine Unwucht in der Gewichtsverteilung des Werkstücks 3 vorhanden ist, d. h. eine Abweichung in der Geometrie des Werkstücks 3 von einem gewünschten genauen Zylinder, werden die Schwing-Lagereinheiten 11, 12 in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen werden von Fühlern 19 und 20 erfaßt, die in der Nähe der Schwing-Lagereinheiten 11, 12 angeordnet sind, und dadurch in entsprechende elektrische Signale 21a und 21b umgesetzt. Die momentane Winkelphase der Drehung des Werkstücks 3 wird von einem Phasendetektor 22 erfaßt, der in Wirkverbindung mit der Welle 15 steht, und dadurch in ein entsprechendes elektrisches Signal 23 umgesetzt. Die Signale 21a und 21b sowie das Signal 23 werden in einen Unwucht-Rechner 24 eingespeist, der derart programmiert ist, daß er aus diesen Signalen, die die Größe der örtlichen Unwucht und ihre entsprechende Winkellage darstellen, die Metallmengen, die vom Werkstück 3 durch die Unwuchtausgleich-Vorrichtung 2 entfernt werden müssen, sowie die entsprechenden Koordinatenlagen berechnet.
Die Entfernung von Metall zum Unwuchtausgleich des Werkstücks 3 kann durch elektrische oder elektroerosive Bearbeitung erfolgen. Die gezeigte Unwuchtausgleich-Vorrichtung 2 ist derart konstruiert, daß sie örtlich Metall vom Werkstück 3 mittels Bearbeitung durch elektrische Entladung (EDM) entfernt.
Die Unwuchtausgleich-Vorrichtung 2 besitzt daher eine EDM-Werkzeugelektrode 25, die hier über ein Futter 26 an einem Kolben 27 befestigt ist, der verstellbar von einem Zylinder 28 vorspringt, der an einem Schlitten 29 gesichert ist. Der Schlitten 29 ist von einer Leitspindel 30 und einer Führungsstange 31 getragen, damit er durch die Leitspindel 30 in horizontaler Richtung bewegt werden kann. Die Leitspindel 30 wird von einem Schrittmotor 32 angetrieben.
Die EDM-Werkzeugelektrode 25 ist elektrisch über einen Widerstand 33 an den negativen Pol einer Gleichstromquelle 34 angeschlossen, deren positiver Pol über einen Leistungsschalter 35 mit einem elektrisch leitfähigen Kolben 36 verbunden ist, der an einer Endfläche des Lagerzapfens 4 anliegt. Der Lagerzapfen 4 ist elektrisch leitfähig und elektrisch mit dem Werkstück 3 verbunden. Es ist ersichtlich, daß die Gleichstrom quelle 34, der Leistungsschalter 35 und der Widerstand 33 eine EDM Stromversorgung zur Abgabe einer Folge von EDM-Impulsen zwischen der EDM-Werkzeugelektrode 25 und dem Werkstück 3 bilden.
Der von einem Zylinder 37 vorspringende Kolben 36 wird eingefahren gehalten, während das Werkstück 3 geprüft wird. Der Zylinder 37 wird durch ein Druckfluid betätigt, das von einem Fluidbehälter 38 über eine Pumpe 39 zugeführt wird. Ein 4/2-Wegeventil 40 (d. h. mit vier gesteuerten Anschlüssen und zwei Schaltstellungen) ist zwischen dem Fluidbehälter 38 und dem Zylinder 37 vorgesehen sowie derart gesteuert, daß es den Kolben 36 in den und aus dem Zylinder 37 fahren kann. Der Kolben 36 wird vorbewegt, um sich an den Lagerzapfen 4 zur Durchführung des Unwuchtausgleichs des Werkstücks 3 anzulegen, wodurch einerseits der elektrische Stromkreis geschlossen wird, der das Werkstück 3 mit der EDM-Stromversorgung (33, 34, 35) und der EDM-Werkzeugelektrode 25 verbindet, und andererseits die Drehachse für das Werkstück 3 festgelegt wird, so daß dieses schwingungsfrei rotiert.
Der Zylinder 28 zum Positionieren der EDM-Werkzeugelektrode 25 wird ebenfalls durch das Druckfluid betätigt, das vom Fluidbehälter 38 durch die Pumpe 39 zugeführt wird. Ein 4/3-Wegeventil 41 ist zwischen dem Zylinder 28 und dem Fluidbehälter 38 vorge­ sehen und derart gesteuert, daß es die vertikale Lage des Kolbens 27 und damit der EDM-Werkzeugelektrode 25 steuert. Die vertikale Lage des Kolbens 27 und damit der EDM-Werkzeugelektrode 25 wird von einem Codierer 42 erfaßt.
Zum Unwuchtausgleich wird ein EDM-Fluid 43 von einer Versorgung 44 in den Behälter 10 eingespeist, um das Werkstück 3 teilweise in ihm einzutauchen. Ein Sumpf 45 ist ebenfalls vorhanden, um das erschöpfte EDM-Fluid 43 aus dem Behälter 10 aufzunehmen.
Die EDM-Werkzeugelektrode 25 kann rohrförmig sein, um innen eine Bohrung zu schaffen, die zum Werkstück 3 hin offen ist. Die Versorgung 44 für das EDM-Fluid 43 kann dann direkt an die Bohrung angeschlossen werden, um eine Strömung von druckbeaufschlagtem EMD-Fluid 43 direkt dem Werkstück 3 zuzuleiten.
Die Unwuchtausgleich-Vorrichtung 2 besitzt auch eine Unwuchtausgleich-Steuerschaltung 46, die abhängig von einem Ausgangssignal des Unwucht-Rechners 24 auf den Motor 17, den Schrittmotor 32, das 4/3-Wegeventil 41 und den Leistungsschalter 35 einwirkt.
Die Unwuchtausgleich-Steuerschaltung 46 besitzt Daten für die Form und die Abmessungen des Werkstücks 3, die dort im voraus gespeichert sind. Diese Daten werden in der Unwuchtausgleich-Steuerschaltung 46 verarbeitet, um entsprechende Steuersignale zu erzeugen, die in den Motor 17, den Schrittmotor 32 und das 4/3-Wegeventil 41 eingespeichert werden. Auf diese Weise wird der Motor 17 von der Ansteuerschaltung 18 angesteuert, in die ein entsprechendes Signal eingespeist ist, um langsam das Werkstück 3 zu drehen, bis jede gegebene Winkellage von ihm durchlaufen ist. Der Schrittmotor 32 wird angetrieben, um die Leitspindel 30 zu drehen, bis die Achse der EDM-Werkzeug­ elektrode 25, die von ihr getragen ist, jede gegebene horizontale Lage von ihr erreicht. Das 4/3-Wegeventil 41 wird gesteuert, um den Kolben 27 im Zylinder 28 zu betätigen, bis die EDM-Werkzeugelektrode 25 jede gegebene vertikale Lage zum Bearbeiten des Werkstücks 3 an einem EDM-Spalt G erreicht.
Die Oberfläche des Werkstücks 3, an dem der Unwuchtausgleich vorzunehmen ist, wird vorher in eine Anzahl von gleichmäßigen Abschnitten unterteilt, die jeweils eine gegebene kleine Fläche besitzen, die mit der Fläche der aktiven Endfläche der EDM-Werkzeugelektrode 25 vergleichbar ist.
Jede einzelne EDM-abgetragene Materialmenge, die durch den Unwucht-Rechner 24 für einen gegebenen derartigen Abschnitt angezeigt wird, wird dargestellt durch das Produkt des Materialabtrags je einzelne Entladung und der Anzahl der Entladungen, wobei der Materialabtrag je einzelne Entladung durch den Spitzenstrom und die Dauer jedes Entladungsimpulses bestimmt ist, die so eingestellt werden können, daß nur die Anzahl der Entladungsimpulse ein variabler Parameter ist.
Die Lage aller dieser Teil-Abschnitte, die einem Unwuchtausgleich unterzogen werden müssen, sind - wie bereits erwähnt - durch den Unwucht-Rechner 24 identifiziert, und zwar zusammen mit dem Ausmaß des Unwuchtausgleichs, der für jede derartige Lage erforderlich ist. Die Ladesignale werden vom Unwucht-Rechner 24 in die Unwuchtabgleich-Steuerschaltung 46 eingespeist und dort in Antriebssteuersignale für den Motor 17 und den Schrittmotor 32 umgesetzt, so daß die EDM-Werkzeugelektrode 25 nacheinander in eine EDM-Bearbeitungslage in bezug auf diese Abschnitte am Werkstück 3 gebracht wird.
In jeder Stufe, in der die EDM-Werkzeugelektrode 25 nahe zu einem gegebenen Abschnitt beabstandet ist, wird die Unwuchtausgleich-Steuerschaltung 46 betätigt, damit der Leistungsschalter 35 in der EDM-Stromversorgung (33, 34, 35) intermittierend ein­ geschaltet werden kann, um eine Folge von Metall abtragenden elektrischen Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode 25 und diesem Abschnitt des Werkstücks 3 abzugeben, während die Werkzeugelektrode 25 kontinuierlich über das (Wegeventil 41 und den F/3 Zylinder 28 einen Vorschub erfährt. Dann wird die Anzahl der elektrischen Entladungen, die am EDM-Spalt G durch die EDM-Stromversorgung (33, 34, 35) stattgefunden haben, gezählt. Zu diesem Zweck ist ein Schmitt-Trigger 47 im Stromkreis mit dem EDM-Spalt G vorgesehen, um die aufeinanderfolgenden elektrischen Entladungen zu erfassen. Entsprechende Ausgangssignale des Schmitt-Triggers 47 werden über einen Frequenzteiler 48 in einen Vorwahlzähler 49 mit variablen Zählerständen eingespeist. Die Unwuchtaus­ gleich-Steuerschaltung 46 wirkt auf den Vorwahlzähler 49 derart ein, daß er seinen Zählerstand auf einen Wert einstellt, der dem Metall-Abtrag entspricht, der durch den Unwucht-Rechner 24 für die Lage des gegebenen Abschnitts am Werkstück 3 bestimmt worden ist. Wenn die Anzahl der elektrischen Entladungen diesen bestimmten Wert des Vorwahlzählers 49 erreicht, wird von der Unwuchtausgleich Steuerschaltung 46 der Leistungsschalter 35 in der EDM Stromversorgung (33, 34, 35) entregt und gleichzeitig der axiale Vorschub der EDM Werkzeugelektrode 25 angehalten, der bisher angedauert hatte. Auf diese Weise können alle einzelnen Unwuchten beseitigt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum dynamischen Bestimmen der Unwucht eines Werkstücks und zu deren Ausgleich mit
  • - zwei Schwing-Lagern
  • - zum federnden Haltern des um eine horizontale Achse drehbaren Werkstücks,
  • - einem Dreh-Antrieb
  • - für das Werkstück um die horizontale Achse,
  • - Schwingungs-Aufnehmern
  • - zur Erfassung der Schwingungen des sich drehenden Werkstücks und
  • - zur Abgabe elektrischer Signale,
  • - einer Einheit
  • - zur Bestimmung von Lage und Größe der Unwucht des Werkstücks
  • - aufgrund der elektrischen Signale,
  • - einer Werkzeugeinheit
  • - zum Unwuchtausgleich durch elektrisches Abtragen von Material vom Werkstück
  • - bei fehlender Relativbewegung zwischen Werkzeugeinheit und Werkstück,
und
  • - einer Steuereinheit,
  • - zum Einstellen von Bearbeitungsstellung und Parametern
  • - für das elektrische Abtragen von Material vom Werkstück
  • - in Abhängigkeit von den Ausgangsdaten der
  • - Einheit zur Bestimmung der Unwucht des Werkstücks,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die fehlende Relativbewegung zwischen Werkzeugeinheit (EDM-Werkzeugelektrode 25) und Werkstück (3)
  • - durch Stillstand des Werkstücks (3)
  • - bei ortsfester Werkzeugeinheit (EDM-Werkzeugelektrode 25) herstellbar ist,
und
  • - elektrische Kontaktgeher (Kolben 36) vorgesehen sind, die bringbar sind
  • - außer Wirkverbindung mit dem Werkstück (3)
  • - bei Erfassung der Schwingungen des sich drehenden Werkstücks (3) und
  • - in Wirkverbindung mit dem Werkstück (3)
  • - beim Unwuchtausgleich.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Werkzeugeinheit eine Elektrode (EDM-Werkzeugelektrode 25) für elektroerosive Abtragung aufweist,
  • - eine Einrichtung (Versorgung 44) zur Zufuhr von Arbeits-Fluid (EDM-Fluid 43) in einen Spalt (EDM-Spalt G) zwischen Elektrode (EDM-Werkzeugelektrode 25) und Werkstück (3) vorgesehen ist,
  • - eine Stromversorgung (Widerstand 33, Gleichstromquelle 34, Leistungsschalter 35) für die elektroerosive Abtragung vorgesehen ist, und
  • - die Steuereinheit (Unwuchtausgleich-Steuerschaltung 46) ausgebildet ist
  • - zur Ansteuerung der Stromversorgung (Widerstand 33, Gleichstromquelle 34, Leistungsschalter 35) und
  • - zur Einstellung der Parameter des Stroms für die elektroerosive Abtragung.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Stromversorgung (Widerstand 33, Gleichstromquelle 34, Leistungsschalter 35)
  • - zur Abgabe des Stroms als Folge elektrischer Impulse ausgebildet ist, und
  • - eine Stelleinrichtung zum Einstellen des Spitzenstroms und der Dauer der elektrischen Entladungen am Spalt (EDM-Spalt G) aufgrund der elektrischen Impulse besitzt, und
  • - die Steuereinheit (Unwuchtausgleich-Steuerschaltung 46)
  • - eine Einrichtung (Vorwahlzähler 49) zur Vorgabe der Anzahl der elektrischen Entladungen besitzt, die für jeden der Abschnitte des Werkstücks (3) zusammen mit einer zugehörigen der berechneten Größen durchzuführen sind.
DE19823244083 1981-11-30 1982-11-29 Auswuchtmaschine Granted DE3244083A1 (de)

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