DE3605850A1 - Vorrichtung an werkzeugmaschinen mit plandrehkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen mit Plandrehkopf und einer Meß­ einrichtung für das bewegliche Werkzeug bzw. den Werkzeugträger des Plandrehkopfes, wobei der Werkzeug­ träger mittels einer Schubstange in der Drehachse des Plandrehkopfes angetrieben ist, und das von einem gesteuerten Servo-Motor angetriebene Schubstangenende mit der Meßeinrichtung zusammenwirkt.

Werkzeugmaschinen in einer Ausbildung der vorstehend beschriebenen Art sind bekannt. Der Werkzeugträger ist im Plandrehkopf in radialer Richtung verschiebbar und wird durch die Steuerungselemente und die Meßeinrich­ tungen auf ein bestimmtes radiales Maß bezüglich des Werkzeuges verstellt, beispielsweise um Innenflächen von Bohrungen zu bearbeiten.

Es ist schwierig bzw. nicht möglich, in den sich rasch drehenden Plandrehkopf geeignete Meßeinrichtungen einzu­ bauen. Die entstehenden Zentrifugal-Kräfte würden die Meßeinrichtungen beeinträchtigen und es wäre auch schwie­ rig, aus den sich drehenden Teilen die Meßergebnisse bzw. die die Meßergebnisse übertragenden Kabel herauszu­ leiten.

Es ist daher bekannt, jeweils die Steuerungselemente, die die Schubstange antreiben, bezüglich ihrer Lage zu mes­ sen und aus dieser Lage auf die Lage des Werkzeug­ halters bzw. des Werkzeuges zu schließen.

Durch die Distanz zwischen der Anordnung der Meßein­ richtungen einerseits und des Werkzeugträgers bzw. des Werkzeuges im Plandrehkopf andererseits, werden diese Meßergebnisse jedoch insbesondere durch die Wärmedeh­ nung der verschiedenen Bauteile verfälscht. Beispielsweise wirken die Lager des Plandrehkopfes als Wärmequellen. Die Wärmeeinflüsse sind dabei veränderlich. Dies führt dazu, daß auch bei genauer Justierung und hoher Präzi­ sion die Bearbeitungsgenauigkeit oft unbefriedigend ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuent­ wickeln, daß die, die Meßergebnisse verfälschenden Wärmedehnun­ gen ganz oder doch weitgehend kompensiert werden. Dabei ist es ein wesentliches Ziel der Erfindung, die Anordnung derart zu treffen, daß die Kompensationsmaßnahmen bzw. die Justierungsmaßnahmen rasch durchgeführt werden, um den Betriebsunterbruch möglichst gering zu halten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung. Die Er­ findung ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Antrieb der Schubstange ein Hydraulikzylinder eingeschaltet ist, dessen Kolben in der Betriebsstellung der Werkzeug­ maschine fest an einem Anschlag an der Zylinderendwand anliegt und wobei zur Ermittlung etwaiger Wärmedeh­ nungen der Servo-Motor den Werkzeugträger in eine vorbe­ stimmte Stellung bringt, aus der der Kolben hydraulisch den Werkzeugträger in eine zweite Stellung bewegt, in der der Werkzeugträger an einem Festanschlag des Plan­ drehkopfes anliegt und mit einem Nebenmeßsystem zur Bestimmung der Größe des Kolbenhubs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird beispielsweise derart angewandt, daß der Servo-Motor den Werkzeug­ träger in eine erste vorbestimmte Stellung bringt, die sich zwar in der Nähe des Festanschlages befindet, jedoch noch so weit von diesem Festanschlag entfernt ist, daß auch bei der größten Wärmedehnung eine ausreichen­ de Distanz zum Festanschlag gegeben ist. Diese Distanz kann beispielsweise zwei Millimeter betragen. Diese nun erreichte Position wird von der Meßeinrichtung an die NC-Steuerung gemeldet.

Der Servo-Motor wird stillgesetzt.

ln dieser Stellung liegt der Kolben des Hydraulik-Zylin­ ders, der zur Kompensation der Wärmedehnung vorge­ sehen ist, an einem Anschlag an einer der zylindrischen Endwände an.

Nun wird der Hydraulikzylinder beaufschlagt und zwar in dem Sinne, daß der Kolben auf die Schubstange einwirkt und den Werkzeugträger in Richtung auf den oben erwähnten Festanschlag bewegt. Dabei kann der Festanschlag wegen des hydraulischen Antriebes kraft­ schlüssig angefahren werden, ohne daß mechanisch hochwertige und empfindliche Teile beansprucht werden.

Durch das Nebenmeßsystem wird der Kolbenhub gemessen und der gemessene Wert der NC-Steuerung gemeldet und dem dort schon vorhandenen Positionsmaß der Meßeinrichtung zugezählt.

Nun fährt der Kolben des Hydraulikzylinders in seine Ausgangsstellung zurück, liegt also am Anschlag an einem der zylindrischen Endwände fest an, und wird in dieser Stellung hydraulisch verriegelt.

Auf diese Weise ist die NC-Steuerung in der Lage, für die Steuerung des Werkzeugträgers, bzw. des Werk­ zeuges, von dem Festanschlag als Bezugsmarke auszu­ gehen. Eine etwaige Längenänderung der Schubstange ist kompensiert worden und wirkt sich nicht mehr auf die von der NC-Steuerung dem Servo-Motor übermittel­ ten Steuerungsbefehle aus.

Der ganze Meßvorgang einschließlich der Verwertung der Meßergebnisse zum Zwecke der Kompensation von Wärmedeh­ nungen läuft sehr rasch ab. Die hierfür benötigte Zeit ist sehr gering. Es ist daher leicht möglich, den Kompen­ sationsvorgang bei Bedarf, bzw. in gewissen Zeitab­ ständen, zu wiederholen. Insbesondere wird ein solcher Eichvorgang und Kompensationsvorgang von den Arbeitsbe­ dingungen abhängen. Da normalerweise zwischen dem Ein­ satz von zwei Planschieber-Werkzeugen andere Bearbei­ tungen erfolgen, wodurch sich die thermischen Verhältnis­ se wesentlich ändern können, ist es sinnvoll, nach dem Einwechseln eines Planschieber-Werkzeuges jeweils einen solchen Eichvorgang durchzuführen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorge­ schlagen, einen Druckschalter in der Zuleitung des Hy­ draulikzylinders vorzusehen, der die weiteren Arbeits­ abläufe auslöst, wenn der Werkzeugträger am Festan­ schlag anliegt. Diese Endlagenquittierung durch den Druckschalter ist deswegen zu bevorzugen, da eine Ab­ frage über Endschalter aufgrund der möglichen Verände­ rungen der Schubstange zu ungenau wäre.

Günstig ist es, wenn die Kolbenstange des Hydraulik-Zy­ linders als Verlängerung der Schubstange ausgebildet ist.

Das Nebenmeßsystem wird vorzugsweise durch einen Meßta­ ster gebildet, der der Ermittlung des Kolbenhubs dient.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß der Servo-Motor über eine Kugelrollspindel auf den Hydraulik-Zylinder einwirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung schematisch dargestellt.

Im Gestell 16 der Werkzeugmaschine ist die Welle 17 gela­ gert, die an ihrem einen Ende den Plandrehkopf 18 trägt. In diesen Plandrehkopf ist, wie an sich bekannt, ein schlittenartiger Werkzeugträger 5 in radialer Richtung ver­ schiebbar, der das Werkzeug 19 trägt. Die radiale Bewe­ gung des Werkzeugträgers 5 wird durch ein geeignetes Getriebe 20 in eine axiale Bewegung des Teils 21 der Schubstange 1 übertragen. Während der Teil 21 mit dem Plandrehkopf rotiert, führt die Schubstange 1 nur axiale Bewegungen aus. Mit 22 ist eine nicht näher dargestellte Drehverbindung des Teils 21 mit der Schubstange 1 be­ zeichnet.

Um eine spielfreie formschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeugträger 5 und der Schubstange 1 sicherzustel­ len, wirken auf den Werkzeugträger Federkräfte, die gegen die Schubstange drücken.

An das den Plandrehkopf 18 abgewandte Ende der Schub­ stange 1 ist die Kolbenstange 12 angesetzt, die den Kol­ ben 3 trägt, der im Hydraulikzylinder 2 beweglich ist. Die Zylinderendwand 4 dient dabei als Anschlag für den Kolben 3.

Eine Kugelrollspindel 14 wird vom Servo-Motor 6 ange­ trieben und wirkt auf das den Hydraulikzylinder 2 tragen­ de Bauteil 23. Es ist klar, daß je nach der Drehrichtung des von der Steuerung 24 abhängigen Servo-Motors 6 der Hydraulikzylinder 2, und damit die Kolbenstange 1 in der einen oder anderen Richtung bewegt werden.

Zwischen dem, den Hydraulikzylinder 2 tragenden Bau­ teil 3 und der Kolbenstange 1, ist das Nebenmeßsystem 9 angeordnet, das im wesentlichen aus dem Meßtaster 13 besteht. Das Bauteil 23 ist ferner mit der Meßeinrich­ tung 25 verbunden, die das Hauptmeßsystem darstellt und die Längenmessung vorzugsweise direkt-inkremental mittels eines Glasmeßstabes durchführt. Die Meßeinrichtung 25 ist mit der Steuerung 24 verbunden. Entsprechendes gilt bei dem Meßtaster 13.

In die Zuleitung 11 des Hydraulikzylinders 2 ist ein Druckschalter 10 eingebaut.

Zur Durchführung einer Kompensation der Wärmedehnung der Schubstange 1 verstellt die Steuerung 24 über den Servo- Motor 6 den Werkzeugträger 5 in die mit der Bezugsziffer 7 bezeichnete Stellung. Diese Stellung befin­ det sich ca. 2 Millimeter vor dem Festanschlag 8, mit dem der Werkzeugträger zusammenwirkt. Bei dieser Ver­ stellbewegung wird der Hydraulikzylinder 2 durch die Zu­ leitung 15 beaufschlagt, wodurch der Kolben 3 an der Zylinderendwand 4 anliegt.

Bei stillstehendem Servo-Motor und stillstehender Kugel­ rollspindel wird nun über die Zuleitung 11 der Kolben 3 und die Schubstange 1 so weit verschoben, daß der Werkzeugträger 5 am Festanschlag anliegt. Das Verschie­ bungsmaß wird vom Meßtaster 13 gemessen.

Der Druckschalter 10 beendet den hydraulischen Vorschub und löst zum Beispiel die Übertragung des Meßergebnisses des Meßtasters 13 an die Steuerung 24 aus. Die Steuerung ist hierdurch in der Lage, ausgehend vom Festanschlag 8 den Werkzeugträger, und damit das Werkzeug, unbeein­ flußt von Wärmedehnungen auf die vorgesehenen Werte einzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kompensiert nicht nur die Wärmedehnung der Schubstange 1. Sie ermittelt und kompensiert alle Wärmedehnungen zwischen dem Festanschlag 8 und der Kugelrollspindel 14, und zwar sowohl in den beweglichen Antriebsteilen 5, 21, 1, 2 und 23 für das Werkzeug, als auch in der Welle 17 und im Gestell 16.

Claims (5)

1. Vorrichtung an NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen mit Plandrehkopf und einer Meßeinrichtung für das beweg­ liche Werkzeug bzw. den Werkzeugträger des Plandreh­ kopfes, wobei der Werkzeugträger mittels einer Schub­ stange in der Drehachse des Plandrehkopfes ange­ trieben ist, und das von einem gesteuerten Servo-Motor angetriebene Schubstangenende mit der Meßeinrichtung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Antrieb der Schubstange (1) ein Hydraulikzylinder (2) eingeschaltet ist, dessen Kolben (3) in der Betriebsstel­ lung der Werkzeugmaschine fest an einem Anschlag an der Zylinderendwand (4) anliegt und wobei zur Ermitt­ lung etwaiger Wärmedehnungen der Servo-Motor (6) den Werkzeugträger (5) in eine erste vorbestimmte Stel­ lung (7) bringt, aus der der Kolben hydraulisch den Werkzeugträger in eine zweite Stellung bewegt, in der der Werkzeug­ träger an einem Festanschlag (8) des Plandreh­ kopfes (18) anliegt und mit einem Nebenmeßsystem (9) zur Bestimmung der Größe des Kolbenhubs.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Druckschalter (10) in der Zuleitung (11) des Hydraulikzylinders (2).

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kol­ benstange (12) des Hydraulikzylinders (2) als Verlänge­ rung der Schubstange (1) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Meß­ taster (13) zur Ermittlung des Kolbenhubs.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servo-Motor (6) über eine Kugelrollspindel (14) auf den Hydraulikzylinder (2) einwirkt.