DE3818671A1 - Einrichtung zum automatischen ausrichten eines werkstueckes - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Ausrichten eines Werkstückes oder dessen Spannaufnahme auf einer Bearbeitungsmaschine, vorzugsweise mit rotierender Werkstückspindel.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, bei Drehmaschinen nichtgehärtete Spannbac­ ken auszudrehen oder bei Schleifmaschinen gehärtete Spann­ mittel auszuschleifen. Die nach diesen Methoden erzielbare Rundlaufgenauigkeit ist hoch, genügt aber nicht höchsten Ansprüchen, wie sie durch sogenannte Klopffutter erreichbar sind. Bei diesen Klopffuttern, die ein definiertes Spiel in ihrer Zentrieraufnahme besitzen, sind die Befestigungs­ schrauben zunächst nur mäßig angezogen. Bei langsamer Dreh­ bewegung der Werkstückspindel werden mittels Meßuhr oder Feinzeiger der Rundlauffehler des Werkstückes gemessen und der Größe der Abweichung entsprechend auf den sogenannten hohen Punkt Schlagimpulse auf das Spannfutter gegeben, bis der Rundlauffehler am Werkstück den Anforderungen entspre­ chend minimiert ist.

Bei einer ähnlichen bekannten Verfahrensweise werden stirn­ seitig gespannte Werkstücke durch Schlagimpulse direkt auf das Werkstück ausgerichtet. Diesen bisher allseits bekannten Verfahrensweisen zur Rundlaufkorrektur eines eingespannten Werkstückes haftet ein wesentlicher Mangel an. Sie werden manuell durchgeführt. Ein automatischer Ablauf, wie er insbesondere mit Blick auf bedienfreie oder zumindest bedienarme Fertigungsabläufe unbedingt notwendig ist, kann mit dem bekannten Stand der Technik nicht realisiert werden.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die lagegenaue Ausrichtung eines umlaufenden Werkstückes zu automatisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aus dem dargestellten Stand der Technik mit dem manuellen Ausrichten der Werkstücke einerseits und der immer größer werdenden Forderung nach bedienarmen bzw. bedienfreien Fertigungsabläufen stellt sich als Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Einrichtung, die in der Lage ist, alle bisher durchgeführten manuellen Vorrichtungen zu automa­ tisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst

Die Werkstückspindel einer Werkzeugmaschine wird in bekannter Weise über eine NC-Drehachse angetrieben und sowohl in Höhe ihrer Drehzahl, als auch in ihrer Winkelposition angesteuert. Am Flansch der Werkstückspindel ist mit drei Spannschrauben ein Spannfutter befestigt. Die Anspannkraft jeder Spann­ schraube wird durch die Kraft von Federn erzeugt, die über gekonterte Muttern auf eine einheitliche Größe ihrer Spann­ kräfte eingestellt werden können. Auf den Spannschrauben sind axial verschiebbare Ritzel aufgefedert. Ein dünnwandiges Zahnrad mit Innen- und Außenverzahnung ist mit seiner Innen­ verzahnung mit Vorspannung auf die drei Ritzel aufgebracht und damit zentriert. Ein verzahnter Rastbolzen oder andere geeignete Rastmittel werden mit der Außenverzahnung des Zahn­ rades in Eingriff gebracht, wodurch dieses arretiert wird. Je nach Drehrichtung und Drehwinkel der Werkstückspindel wird über die Spannschrauben die Anspannkraft des Spannfutters erhöht oder gemindert. Bei geminderter Anspannkraft wird die Werkstückspindel in langsame Drehbewegung versetzt und durch eine an sich bekannte Meßeinrichtung der Rundlauffehler des im Spannfutter gespannten Werkstückes nach Größe und Winkel­ lage gemessen und der Steuerung eingegeben. Nach einer ersten, bevorzugten Ausführung wird bei fortdauernder, langsamer Drehbewegung der Werkstückspindel dem Spannfutter jeweils beim Durchlauf des sogenannten hohen Punktes ein Schlagimpuls erteilt. Bei dieser Ausführung besteht das Schlagwerk vor­ zugsweise aus zwei Magnetspulen mit einem gemeinsamen Eisen­ kern, auf dem ein Hammer aufgesetzt ist. Durch wechselseitig in beiden Magnetspulen erzeugte Magnetfelder wird der Eisen­ kern schlagartig bewegt und erteilt dem Spannfutter mit seinem Hammer radial einen Schlag. Die Größe des Schlag­ impulses ist variierbar durch Verstellen des Abstandes beider Magnetspulen zueinander. Dieser Korrekturvorgang wird fort­ gesetzt, bis der Rundlauffehler einen vorgegebenen minimalen Wert erreicht hat, oder die Steuerung eine Überkorrektur erkennt und die Größe des Schlagimpulses herunterregelt. Nach Erzielen des minimalen Rundlauffehlers wird der Werk­ stückspindelantrieb stillgesetzt, das Zahnrad in die Außen­ verzahnung gerastet, und die Werkstückspindel so gedreht, daß die vorbestimmte Festspannung des Spannfutters erfolgt.

Nach einer zweiten Ausführung ist ein mechanisches Schlag­ werk mit nicht dargestelltem elektrischem oder hydrauli­ schem Antrieb der Nockenscheibe vorgesehen. Durch Drehung dieser Nockenscheibe wird mit jedem Einzelnocken ein Feder­ stab gespannt und schlagartig freigegeben. Der zurück­ schnellende Federstab mit seinem aufgesetzten Hammer über­ federt seine Ausgangslage und erteilt dem Spannfutter mit jedem Einzelnocken einen Schlag.

Nach einer zweiten Methode der automatischen Korrektur wird bei gleicher Spannfutter-Anordnung und Anspannbe­ tätigung nach Messung des Rundlauffehlers und Einspeicherung in die Steuerung die Werkstückspindel so positioniert und zum Stillstand gebracht, daß der hohe Punkt am Werkstück auf das Schlagwerk weist.

Entsprechend dem gemessenen Rundlauffehler und der bekannten Wirkung eines Schlages auf das Spannfutter wird eine defi­ nierte Anzahl von Schlägen ausgeführt. Ein zweiter Meßvor­ gang kontrolliert die Wirkung der Korrekturschläge, und die Steuerung errechnet, ob die Wirkung zu groß oder zu klein gewesen ist, und leitet einen zweiten Korrekturvorgang ein. Durch richtige Wahl der wirkungsbestimmenden Größen, wie Anspannkraft des Spannfutters, Größe des Schlagimpulses durch Verstellen des Federstabes an den Stellschrauben und Anzahl der Korrekturschläge, kann der zweite Korrektur­ vorgang erübrigt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt nach

Fig. 1 ein Funktionsschema mit elektromagnetischem Schlagwerk,

Fig. 2 eine Ansicht von hinten auf das innen- und außen­ verzahnte Zahnrad mit den drei Ritzeln und Spann­ schrauben,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie ABC nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Funktionsschema mit mechanischem Schlagwerk.

Eine Werkstückspindel 1 einer Innenrundschleifmaschine wird über eine NC-Drehachse angetrieben und ist nach Dreh­ zahl und Winkelpositionierung ansteuerbar. Am Flansch 2 der Werkstückspindel 1 ist mit drei Spannschrauben 3 ein Spannfutter 4 befestigt. Die Anspannkraft jeder Spann­ schraube 3 wird bestimmt durch die Kraft von Federn 5, deren Vorspannung wiederum durch gekonterte Muttern 6 für die drei Spannschrauben 3 einheitlich einstellbar ist.

Auf den Spannschrauben 3 sind axial verschiebbar Ritzel 7 aufgefedert. Ein dünnwandiges Zahnrad 8 mit Innen- und Außenverzahnung ist mit seiner Innenverzahnung mit Vor­ spannung auf die drei Ritzel 7 aufgebracht und damit zentriert. Ein außenverzahnter Rastbolzen 9 wird durch Drehung einer Kurve 10 mit der Außenverzahnung des Zahn­ rades 8 in Eingriff gebracht, wodurch dieses arretiert wird. Je nach Drehrichtung und Drehwinkel der Werkstück­ spindel 1 wird die Anspannkraft des Spannfutters 4 an den Flansch 2 erhöht oder gemindert, indem sich die drei Ritzel 7 an der Innenverzahnung des Zahnrades 8 abwälzen und die Spannschrauben 3 hinein- bzw. herausschrauben. Bei geminderter, vorbestimmter Anspannkraft des Spann­ futters 4 wird bei langsamer Drehbewegung der Werkstück­ spindel 1 durch eine bekannte Meßeinrichtung 11 der Rund­ lauffehler am Werkstück 12 nach Größe und Winkellage fort­ laufend gemessen und der Steuerung eingegeben. Passiert der hohe Punkt des Werkstückes 12 ein Schlagwerk, wird dieses in Funktion gesetzt und wirkt radial auf das Spannfutter 4.

In Fig. 1 besteht dieses Schlagwerk aus einem in zwei Magnetspulen 13; 14 geführten Eisenkern 15, auf dem ein Hammer 16 befestigt ist. Durch wechselseitig in den Magnet­ spulen 13; 14 erzeugte Magnetfelder wird der Eisenkern 15 schlagartig hin- und herbewegt. Durch Verstellen der Magnet­ spulen 13; 14 in Achsrichtung des Eisenkerns ist der Aushol­ betrag des Eisenkerns 15 veränderlich und damit die Schlag­ energie variabel. Dieser Korrekturvorgang wird wiederholt, bis ein vorgesehener minimierter Rundlauffehler erzielt ist. Erkennt die Steuerung eine Überkorrektur, so wird der Schlagimpuls gemindert.

Nach Fig. 4 wird nach Eingabe der gemessenen Werte des Rundlauffehlers in die Steuerung die Werkstückspindel 1 so positioniert und zum Stillstand gebracht, daß der hohe Punkt des Werkstückes 12 auf ein mechanisches Schlagwerk weist.

Bei diesem mechanischen Schlagwerk wird durch Drehung der Nockenscheibe 17 durch jede Nocke 18 der Federstab 19 gespannt und schlagartig freigegeben. Durch einen am Federstab 19 befestigten Hammer 20 schwingt der Feder­ stab 19 über eine Ausgangslage hinaus und erteilt mit seinem Hammer 20 dem Spannfutter 4 einen Schlag. Die Schlagenergie ist einstellbar durch die Wirkhöhe der Nocken 18, die durch Verstellen des Federstabes 19 an den Stellschrauben 21 veränderlich ist. Die Wirkung am Spann­ futter 4 ist abhängig von der Schlagenergie des Hammers 20, von der Anspannkraft der Spannschrauben 3 und der Anzahl der erteilten Schläge durch Drehung der Nockenscheibe 17.

Bei eingestellter Wirkhöhe der Nocken 18 und Anspannkraft der Spannschrauben 3 errechnet die Steuerung die erforder­ liche Anzahl von Schlägen. Nach durchgeführten Korrektur­ impulsen wird der verbliebene Rundlauffehler am Werkstück 12 wieder gemessen, und mit den Werten der Erstmessung in der Steuerung verglichen und korrigierte Werte für Anspannkraft und/oder Anzahl der Schläge errechnet. Diese korrigierten Werte lassen jetzt bei weiteren Werkstücken eine hinreichende Genauigkeit bereits nach dem ersten Korrekturvorgang er­ warten. Nach beendetem Ausrichtvorgang wird der Rastbolzen 9 wieder in die Außenverzahnung des Zahnrades eingerückt. Durch die definierte Drehbewegung der Werkstückspindel 1 wird über die Spannschrauben 3 und die Federn 4 eine vor­ bestimmte Festspannkraft des Spannfutters 4 eingestellt.

Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmals möglich, die lagegenaue Ausrichtung eines umlaufenden Werkstückes in einem Spannfutter bei bedienarmen bzw. be­ dienfreien Fertigungsabläufen zu automatisieren.

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen  1 Werkstückspindel
   2 Flansch
   3 Spannschrauben
   4 Spannfutter
   5 Federn
   6 gekonterte Muttern
   7 verschiebbare Ritzel
   8 Zahnrad
   9 Rastbolzen
  10 Kurve
  11 Meßeinrichtung
  12 Werkstück
  13 Magnetspule
  14 Magnetspule
  15 Eisenkern
  16 Hammer
  17 Nockenscheibe
  18 Nocke
  19 Federstab
  20 Hammer am Federstab
  21 Stellschrauben

Claims (2)

1. Einrichtung zum automatischen Ausrichten eines Werkstückes auf einer Rundschleifmaschine mit einer maschineninternen Programmsteuerung, mit einer Rundlaufmeßeinrichtung, die wiederum mit der Programmsteuerung gekoppelt ist und mit einer NC-gesteuerten Drehachse für die Werkstückspindel, die nach Drehzahl und Winkelpositionierung ansteuerbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß an einem Flansch (2) der Werkstückspindel (1) mit drei Spannschrauben (3) ein Spann­ futter (4) befestigt ist, daß die Anspannkraft der Spann­ schrauben (3) durch Federn (5) variierbar und durch Muttern (6) justierbar ist, daß auf den Spannschrauben (3) axial verschiebbare Ritzel (7) aufgefedert sind, daß auf die Ritzel (7) ein dünnwandiges Zahnrad (8) mit Innen- und Außenverzahnung mit seiner Innenverzahnung auf die drei Ritzel (7) aufgebracht und zentriert ist, daß ein außen­ verzahnter Rastbolzen (9) über die Drehung einer Kurve (10) mit der Außenverzahnung des Zahnrades (8) in Eingriff bringbar ist, daß mit einer an sich bekannten Meßein­ richtung (11) der Rundlauffehler des Werkstückes (12) meßbar ist, daß ein Schlagwerk vorgesehen ist, daß durch zwei Magnetspulen (13; 14) gebildet ist, daß in den Magnet­ spulen (13; 14) ein Eisenkern (15) geführt ist und daß auf dem Eisenkern (15) ein Hammer (16) befestigt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein mechanisches Schlagwerk vorgesehen ist, bestehend aus einer Nockenscheibe (17), Nocken (18), einem Feder­ stab (19), einem auf dem Federstab (19) aufgesetzten Hammer (20) und einer Stellschraube (21).