DE1627089A1

DE1627089A1 - Verfahren und Einrichtung zum genauen Einstellen des Abstandes zwischen einem Werkzeug und einem Werkstueck bei einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE1627089A1
Application number: DE19671627089
Authority: DE
Inventors: Hayes Hubert George
Original assignee: Hayes Engineers Leeds Ltd
Current assignee: Hayes Engineers Leeds Ltd
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1967-11-22
Publication date: 1970-03-26
Also published as: FR1549598A; CH475825A; GB1163776A; US3481247A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Werkzeugmaschinen, und sie betrifft insbesondere Einrichtungen zum Regeln eines liefenvorsehubs. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Fräsmaschinen, Bohrmaschinen und ähnliche Maschinen, die im folgenden allgemein als Werkzeugmaschinen bezeichnet werden; bei solchen Werkzeugmaschinen findet eine axiale Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück statt, und ein genaues Einstellen einer Strecke längs der Achse des Werkzeugs ist erforderlich, wenn eine bestimmte Bearbeitungstiefe erreicht werden soll.

Bis jetzt wird das axiale Einstellen eines Fräsers "bei einer Fräsmaschinenspindel oder eines Bohrers bei einer Bohrmaschinenspindel gegenüber einem Werkstück - oder umgekehrt zum Einstellen der gewünschten Bearbeitungstiefe normalerweise mit der Hand durchgeführt} zu diesem Zweck wird das betreffende Bauteil mit Hilfe von Skalenschelben, Endmaßen, Meßuhren,, vorher

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angebrachten Klötzen und Fühllehren oder dergleichen eingestellt. Bei neuzeitlichen Werkzeugmaschinen ist es bekannt, daß das eigentliche Schneidwerkzeug so eingestellt wird, daß es in einem gewissen Ausmaß nach außen ragt; zu diesem Zweck benutzt man ein Mikroskop in einem losen Futter, dessen Lage durch die Spindel der Maschine genau bestimmt wird. In diesem Fall wird die Spindel als Bezugsteil verwendet, und man stellt die verschiedenen Ausmaße, in denen das Werkzeug gegenüber der Spindel vorspringt, mit Hilfe dieses Bezugsteils ein, so daß man unter Verwendung ähnlicher austauschbarer Futter verschiedene bestimmte axiale Längenwerte erhält. Somit wird die endgültige genaue Feineinstellung in jedem der vorstehend genannten Fälle mit der Hand durchgeführt, und da diese Arbeit nur von einem geübten Arbeiter durchgeführt werden kann, hat der Werkzeugeinsteller die volle Verantwortlichkeit zu tragen.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, die beschriebenen Einstellvorgänge mit hoher Genauigkeit und unter Benutzung automatischer Mittel durchzuführen.

Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren vor, das es ermöglicht, mit hoher Genauigkeit einen bestimmten Abstand zwischen dem Werkzeug einer Werkzeugmaschine und einem Werkstück einzustellen, so daß man eine Bezugs- oder Ausgangsstellung erhält; das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt Maßnahmen, um dafür zu sorgen, daß der "Betriebs"-StroiQkreis eines elektrischen Systems veranlaßt wird, Betätigungsmittel zu steuern, durch die eine axiale Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück herbeigeführt wird, um ferner das Werkzeug oder das

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Werkstück und ein Höhenmeßelement als arbeitende Kontakte zu Bestandteilen eines "Fühl"-Kreises des Systems zu machen, um das Höhenmeßelement relativ zum Werkstück oder zum Werkzeug auf einen erforderlichen -Bezugswert einzustellen, und um Schaltermittel so anzuordnen, daß sie den Betriebs- oder Arbeitsstromkreis des Systems schließen, um eine Bewegung des v/erkzeugs bzw. des Werkstücks, das Jeweils als Kontakt zur Wirkung kommt, zu bewegen, bis es zur Anlage an dem Kontakt des Höhenmeßelements kommt, woraufhin das Schließen des "Pühl^ll-Stromkreis bewirkt, daß die Bewegung des Werkzeugs bzw. des Merkstücks unterbrochen wird.

Ferner sieht die Erfindung Steuermittel für eine Werkzeugmaschine der genannten Art vor, wobei diese Steuermittel Antriebsmittel für die das Werkzeug bzw. das Werkstück tragende Halterung umfassen, damit eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem i/erkstück hervorgerufen werden kann, ferner einen elektrischen Betriebsstromkreis zum Steuern der Antriebsmittel, einen der faschine zugeordneten elektrischen "Fühl"-Kreis, der das Werkzeug bzw. das werkstück und ein Höhenmeßelement als Kontakte umfaßt, wobei die Antriebsmittel so eingerichtet sind, daß sie mit Hilfe der erwähnten Stromkreise zum Stillstand gebracht werden können, wenn sich die Kontakte berühren.

Die Antriebsmittel können einen durch ein Ventil steuerbaren hydraulischen Motor und Getriebemittel mit elektrischen Steuermitteln für die Ventilmittel oder aber einen Elektromotor umfassen.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert·

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine hydroelektrische Steuereinrichtung vorgesehen ist»

Fig. 2 zeigt im Grundriß eine Ausführungsform einer Halterung für mehrere Höhenmeßglieder.

Bei einer bestimmten Ausftihrungsform der Erfindung, die für eine Fräsmaschine bestimmt ist, kann ein Fräser 1 entweder in einen auswechselbaren Werkzeughalter oder direkt in das freie Ende der Frässpindel eingebaut werden, wobei die Frässpindel im Gesteil 3 der Maschine in einer Pinole 2 gelagert ist. Wenn der Fräser auf diese Weise mit der Hand eingebaut wird, muß lediglich die Forderung erfüllt sein, daß das Werkzeug um einen Betrag aus der Halterung herausragt, der ausreicht, um die gewünschte Schnittiefe zu erreichen; mit anderen Worten, wenn eine Vertiefung bis zu einer Tiefe von etwa 50 mm gefräst werden soll, muß das V/erkzeug 1 z.B. um etwa 57 mm oder mehr aus der Halterung herausragen; hierbei ergibt die Benutzung eines Meßlineale eine ausreichende Genauigkeit. Dieses Werkzeug 1 kann sich in axialer Richtung auf ein ortsfestes Werkstück bewegen, das in einer Werkstückhalterung auf dem Arbeitstisch T der Maschine angeordnet ist; gemäß der Erfindung kann die Pinole 2 mit Hilfe einer Zahnstange 4 und eines Ritzels 5 bewegt werden; das Ritzel 5 wird durch den Vorschubmechanismus betätigt,der ein Schneckenrad 6 umfaßt, welches durch eine Schnecke 7 engetrieben wird; zum Antreiben der Schnecke 7 dient ein hydraulischer

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Motor 8, der durch ein mit einem hydraulischen System 10 verbundenen Umschaltsystem 9 gesteuert wird. Das Ventil kann durch ' 'zwei Elektromagnete 11 und 12 betätigt werden, wobei die zugehörigen elektrischen leitungen 13 mit einem Steuerkasten 14 verbunden sind, der ein Niederspannungs-Speisesystem 15, Schaltmittel bekannter Art und dergleichen enthält. Dieser'Steuerkasten ist mit einem Schalter 16 versehen, der als Druckknopfschalter oder als Schalter einer anderen Bauart ausgebildet sein kann, und dazu dient, eine bewegung der Pinole .2 einzuleiten; diese Steuermittel können durch ein System, das automatisch ein Signal erzeugt, oder durch ein ähnliches System ersetzt werden.

Gemäß Mg. 1 ist mindestens ein Höhenmeßelement 17 vorgesehen, das in axiale Pluchtung mit dem Fräser T gebracht werden kann? dieses ^Meßelement 17 ist mit dem Kopf 3 der Werkzeugmaschine oder einem anderen '^eil, durch den ein Strom von niedriger Spannung geleitet werden kann, durch einen mit einer niedrigen Spannung arbeitenden elektrischen Stromkreis 18 verbunden, dessen leitungen zu dem schon erwähnten Steuerkasten 14 führen. Hierbei ist die Anordnung derart, daß dieses Höfeenmeßelement 17 und der Präser 1 als elektrische Kontakte zur Wirkung kommen, die in einem Stromkreis liegen, den man als "Pühl^H-Kreis betrachten kann, so daß dann, wenn der fräser das Höhenmeßelement berührt, hierdurch der Stromkreis 18 geschlossen wird, der über den Steuerkasten 14 bewirkt, daß das Umschaltventil 9 .· betätigt wird, um die Zufuhr dea Druckmittels zu dem hydraulischen Motor 8 abzusperren und so die Bewegung des I'räsers 1 su unterbrechen. Dieser Arbeitsschritt kann auch dazu dienen,

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Verriegelungsmittel zur Wirkung zu bringen. Sas Höhenmeßelement 17 wirkt somit als Anschlag, und es kann erforderlichenfalls unter Federspannung stehen, um eine Beschädigung für den Fall zu verhüten, daß das elektrische und das hydraulische System nicht genügend schnell ansprechen, um die Bewegung des Fräsers augenblicklich zu unterbrechen. Jede solche Bewegung des Anschlags 17 entgegen der Kraft seiner Vorspannfeder könnte dazu dienen, eine sehr langsame Umkehrung der Bewegung des Fräsers derart zu bewirken, daß eine Korrektur erfolgt, woraufhin sich der i'räser genau in der gewünschten Stellung befindet. Es wurde festgestellt, daß eine solche zweite Korrekturbewegung nicht erforderlich ist, wenn man eine geeignete Tiefenvorswhubbewegung des Fräsers wählt.

Es sei bemerkt, daß man mehrere Höhenmeßelemente 17 an der Werkzeugmaschine an schwenkbaren Fortsätzen 19 eines Schwenkbaren Arms 20 oder einer anderen Halterung anbringen kann, so daß jedes Höhenmeßelement in eine Gebrauchsstellung auf oder über dem Arbeitstisch T gebracht und dann wieder zur Seite geschwenkt werden kann. W,enn man mehrere Höhenmeßelemente 17 vorsieht, kann man das Werkzeug 1 leicht auf einen gewählten Höhenwert aus einem Bereich von Höhenwerten einstellen; alternativ ist es möglich, verschiedene Werkzeuge auf verschiedene Höhen einzustellen. Das bzw. jedes Höhenmeßelement 17 kann eine unveränderliche Höhe haben, oder es kann innerhalb eines bestimmten Höhenbereichs einstellbar sein.

Es sei bemerkt, daß man auch eine Anordnung vorsehen kann, bei der nicht das Werkzeug 1, sondern die Werkstückhalterung den gegenüber einem Anschlagelement 17 bewegbaren Teil bildet,

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und daß die Erfindung auch bei dieser Anordnung ebensogut angewendet werden kann·

Zwar zeigt Fig. 1 einen hydraulischen Motor 8 und ein hydraulisches System, doch sei bemerkt, daß man anstelle dieser Teile einen Elektromotor und ein Zahnradgetriebe sowie erforderlichenfalls ein geeignetes Bremssystem vorsehen kann. In diesem Fall würde das Umschaltventil 9 durch Umschaltmittel anderer Art zu ersetzen sein.

Die Erfindung ist insbesondere zur. Durchführung eines automatischen Werkzeugwechsels geeignet, z.B. bei numerisch gesteuerten "Bearbeitungszentren", denn alle Werkzeuge des Werkzeugvorrats können gemäß der Erfindung genau auf die richtige Höhe eingestellt werden.

Bei numerisch gesteuerten Maschinen, welche die Stellung des Werkstücks dadurch verändern können, daß sie ihre Eilgangeinrichtung zur Wirkung bringen, um das Werkstück dem Werkzeug weiter zu nähern, oder es von dem Werkzeug zu entfernen, und zwar entweder in Form einer Stufen- oder Schrittfunktion oder in Form einer gleichzeitigen bewegung gegenüber den beiden anderen Verstelleinrichtungen, ist es wiederum möglich, mit der Hand zu betätigende Steuermittel zu benutzen, um zu ermöglichen, daß die Stellung des Arbeitstisches eingestellt wird, bevor zum Zweck der Bearbeitung von Werkstücken die automatische Steuerung der Vorschubbewegungen eingeleitet wird. Die Verwendung des Niederspannungs-Fühlsystems ermöglicht es, das elektrische Signal, das mit Hilfe des Werkzeugs und des Anschlags gewonnen wird, zur Steuerung dieser Einstellbewegung zu verwenden. „ „ j ₈ -, 3., ₀ , _{s 2} ' BAO OFWNAL

Es sei bemerkt, daß eich die Erfindung bei Werkzeugma-

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schinen anwenden läßt, insbesondere bei Werkzeugmaschinen der » eingangs genannten Bauart, bei denen sich die Achse des Werk- . zeugs in einer senkrechten, einer waagerechten oder einer anderen Ebene erstreckt. Bei zahlreichen numerisch gesteuerten Maschinen sind automatische Umstellvorrichtungen vorgesehen, wobei die Maschine um eine waagerechte Spindel orientiert ist·

Patentansprüche:

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OBiGiNAL

Claims

DH. ING. F. WUESTItOFF 8 MÜNCHEN 9O DIPI/. ING. G. PULS - SCHWEIGEHSIHASSE 2 DR.ÄV.PEOHMANN ' . tilifo. »0191 1627089 PATBNTANWAl-TE ". iiueuuusinn iiueuuusinni hOhciu U-33 873 ΡΑΙΪΗΪέϊδΡΗϋΟΗί

1. Verfahren, um zwischen einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine und einem auf der Werkzeugmaschine angeordneten Werkstück genau einzustellen, so daß man einen Bezugspunkt (datum) erhält, dadurch gekennzeichnet , daß der "Betriebs¹¹-Stromkreis eines elektrischen Systems so ausgebildet ist, daß er arbeitende Vorrichtungen steuert, die eine axiale Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück hervorrufen, daß das Werkzeug oder das Werkstück und ein Höhenmeßelement (17) in einem "]Pühl=-Kreis des elektrischen Systems als zusammenarbeitende Kontakte verwendet werden, daß das Höhenmeßelement in eine erforderliche Bezugsstellung gegenüber dem Werkstück bzw. dem Werkzeug eingestellt wird (je nachdem welcher der beiden Teile seine Stellung beibehalten soll), daß Schaltmittel vorgeseh« werden, um den "Betriebs"-Stromkreis des elektrischen Systems zu schließen und um so eine Bewegung des Werkzeugs oder des Werkstücks (je nachdem, welcher dieser ieile als Kontakt wirkt) zu bewegen, bis der betreffende Teil bzw. Kontakt in Berührung mit dem Höhenmeßelement kommt, woraufhin das.Schließen des ^irFühl"-Kreises bewirkt, daß die Bewegung des Werkzeugs bzw. des Werkstücks unterbrochen wird.

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2* Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine der beschriebenen Bauart, gekennzeichnet durch Antriebsmittel für die das Werkzeug oder das Werkstück tragende Halterung) wobei es die Antriebsmittel ermöglichen» eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück hervorzurufen! einen elektrischen "Betriebs"-Stromkreis zum Steuern der Antriebsmittel» einen zugehörigen elektrischen "Fühl^H-Stromkreis, der das Werkzeug bzw. das Werkstück und ein Höhenmeßelement als Kontakte umfaßt» wobei die Antriebsmittel so eingerichtet sind, daß sie mit Hilfe der erwähnten Stromkreise zum Stillstand gebracht werden können» wenn sich die erwähnten Kontakte berühren.

3· Steuereinrichtung nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet» daß die Antriebsmittel einen durch ein Ventil (9) gesteuerten hydraulischen Motor (8) und Getriebemittel (5,6,7) umfassen» wobei das Ventil auf elektrischem V/ege gesteuert werden kann·

4. Steuereinrichtung nach,Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebsmittel einen Elektromotor und Getriebemittel mit Steuermitteln in Form elektrischer Schalter umfassen.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet , daß der "Fühl"-Stromkreis über die Schaltersteuermittel mit Hilfe einer Stromquelle von niedriger Spannung eingeschaltet werden kann.

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6. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k β η η s ei ο h η.β t , daß das Höhenmeßelement innerhalb eines Bereiche von Höhenwerten verstellbar ist.

7· Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k β η η zeichnet, daß mehrere Höhenmeßelemente so angeordnet sind, daß sie wahlweise in eine Gebrauohsstellung gebracht werden können»

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Höhenmeßelement (17) elastisch gelagert und einer Vorrichtung zugeordnet ist» die es ermöglicht, eine langsame Umkehrung dtr Bewegung d·· Werkzeugs bzw. des Werkstücks su bewirken·*

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Ak.

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