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Verfahren zum Messen von Werkstücken mit einem Meßtaster an einer
numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschinen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Messen von Werkstücken mit einem Ne taster an einer numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere an einer Drehmaschine.
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Hierzu ist es bekannt, mit einem konventionellen Meßwerkzeugt das
auch zur Kontrolle der fertig bearbeiteten Werkstücke benutzt wird, ein oder mehrere
Paßmaße, die bei der Herstellung des ersten Werkstückes einer Serie am Werkstück
angedreht worden sind, mit den bearbeiteten Flächen, in der Regel die gegenüberliegenden
Mantellinien eines Durchmessers, vergleichend zu messen in der Weise, daß eine Bedienungsperson
das Istmaß mißt und dieses mit dem Sollmaß vergleicht und aufgrund der sich ergebenden
Abweichungen mittels geeigneter Einrichtungen das zugehört ge Korrekturmaß in die
Steuerung der Werkzeugmaschine einführt.
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Dieses Verfahren ist umständlich und zeitraubend, was bei Drehmaschinen
mit numerischer Steuerúng besonders nachteilig ist. Hier bl##eiben bei Änderung
der Serie die meisten Werkzeuge unverändert, während die Spannmittel häufig
den
Formen des neu zu bearbeitenden Werkstückes angepaßt werden, dessen Bearbeitungsschritte
in einem neuen Informationsträger, z. B. in einem neuen Lochstreifen gespeichert
sind. Auch der Informationsträger wird also ausgewechselt, die Drehmaschine daher
neu eingerichtet. Hierbei ist es. unvermeidlich, daß Ungenauigkeiten bei der Voreinstellung
der Werkzeuge bzw. beim Aufspannen der voreingestellten Werkzeuge auf den Werkzeugschlitten
der Drehmaschine, zum Teil auch elastische Verformungen zwischen den zu bearbeitenden
Werkstückdurchmessern und dem das Meßwerkzeug tragenden Werkzeugschlitten auftreten,
die allesamt zu Abweichungen zwischen den tatsächlich gedrehten Durchmessk n und
den aus der numerischen Steuerung vorgegebenen Maßen führen. Außer diesen von der
Voreinstellung oder von der Verformung herrührenden Abweichungen zwischen dem Soll-
und dem Ist-Wert-des gedrehten Durchmessers verursacht der mit der Bearbeitung allmählich
fortschreitende Werkzeugverschleiß Änderungen des bearbeiteten MeBstück-Durchmessers.
Um alle diese Fehler korrigieren zu können, muß also relativ oft gemessen wer den.
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Es sind daher Einrichtungen bekanntgeworden, mittels denen diese Messungen
mit Hilfe eines Zweipunktmeßgerätes selbsttätig vorgenommen werden. Das Meßergebnis
wird automatisch mit dem von der Steuerung vorgegebenen Sollwert verglichen und
die eventuell notwendige Korrektur ebenfalls selbsttätig vorgenommen. Mit derartigen
Einrichtungen werden sowohl die Fehler beim Drehen des ersten Werkstücks als auch
die während der laufenden Bearbeitung auftretenden Fehler an einem bestimmten Durchmesser
ausgeglichen.
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Es sind auch Einrichtungen bekannt, die -erst -nach -der Fertigbearbeitung
eines Werkstücks häufig außerhalb der Maschine das Werkstück vermessen und dann
automatisch aus dem Unterschied zwischen Istwert und Sollwert eine Korrektureinrichtung
am Steuergerät betätigen.
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Der Nachteil aller dieser Einrichtungen besteht -darin, daß sie mit
Meßeinrichtungen arbeiten, die auf einem ganz bestimmten Durchmesser voreingestellt
und kalibriert sind.
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Da -die numerisch gesteuerten Drehmaschinen ihren besonderen Vorteil
bei der häufig wechselnden Bearbeitung verschiedener Werkstücke haben, außerdem
an vielen-#-Werkstükken mehr als ein genaues -Paßmaß im Durchmesser einzuhalten#ist,
ist die Verwendung von auf ein bestimmtes Maß voreingestellten Mehrpunkt-Meßeinrichtungen
sehr nachteilig.
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Hier Abhilfe zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung, gemäß der ein
Meßtaster von einer selbsttätigen Steuerung unter Berücksichtigung der Lage der
Spindel der Werkzeuge maschine zu einem Bezugspunkt in der Steuerung undeeingespeicherter
Sollpositionen eines zu bearbeitenden -Werkstückes jeweils nach einem Bearbeitungsvorgang-bewegt
wird und dabei die jeweils gerade bearbeitete Fläche abtastet und die-Steuerung
aus der dabei -e'ingenommenen Position des Meßtasters die jeweilige Abweichung zwischen
eingespeichertem Soll- und abgetastetem Istwert selbsttätig,ermit---telt.
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~NachN einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steuert --die
numerische Steuerung der Werkzeugmaschine unter Berücksichtigung von Bezugspunkten
und eingespeicher#:ten
Sollpositionen den Meßtaster und korrigiert
unter Berücksichtigung der ermittelten Abweichungen in Abhängigkeit #hrer Größe
in an sich bekannter Weise die Positionen des Werkzeuges während der jeweils sich
anschließenden Bearbeitungsvorgänge.
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Es wird also nunmehr ein Einpunktmeßgerät verwendet, das nach der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe der numerischen Steuerung der
Maschine auf Jeden beliebigen Durchmesser eingefahren werden kann und die Unterschiede
zwischen Soll- und Istmaß der einzelnen Durchmesser automatisch ermittelt, um dann
in an sich bekannter Weise dieautomatischen Korrekturen in der Steuerung vorzunehmen.
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Die Erfindung soll nunmehr anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Informationsflußschemas näher erläutert werden.
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In der Zeichnung ist eine Drehmaschine 1 schematisch dargestellt,
die ein Maschinenbett 2, einen Spindelkasten 3 mit einer Drehspindel 4 und einen
Werkzeugschlitten 5 aufweist, der über einen Planantrieb 8 in Planrichtung x und
über einen Längsantrieb 9 in Längsrichtung z unter dem Einfluß einer hier im einzelnen
nicht dargestellten numerischen Steuerung bewegbar ist.
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Der Werkzeugschlitten trägt ein oder mehrere der Bearbeitung eines
in der Spindel eingespannten Werkstückes 10 dienende Werkzeuge 11 und einen Meßtaster
12. Ferner sind zwei in der Steuerung der Maschine zu berücksichtigende Bezugspunkte
~vorgesehen, und zwar ein dem Werkzeugschlitten 5 zugeordneter Bezugspunkt 8w und
ein der Spindel 4 zugeordneter Bezugspunkt B8.
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Die Meßsteuerung erfolgt nach dem ferner dargestellten, Programmablauf
und Informationsfluß, wobei Anfang und Ende des Steuerungsablaufes einen beliebigen
Produktionszeitraum umfassen können, z. B. eine Tagesproduktion oder immer nur die
Fertigungszeiten eines Werkstückes. Das Diagramm für die Meßsteuerung ist in Pfeilrichtung
zu verfolgen, aus dem die sehr variable Einsatzmöglichkeit des Meßverfahrens deutlich
wird. Die nicht zur Erfindung gehörenden Steuerungsschritte der Arbeitsvorgänge
sind nicht dargestellt.
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Werden Arbeitsvorgänge mit dem Werkzeug 11 durchgeführt, so wird durch
irgendeine Bedingung, z. B. nach Ausführung eines Arbeitsganges der sonst übliche
Programmablauf unterbrochen und ein hier nicht dargestellter Schalter ~Werkstück-Durchmesser
messen" abgefragt. Dieser Schalter kann z. B. von einer Bedienungsperson oder durch
den den Gesamtablauf steuernden Lochstreifen gesetzt werden.
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Steht d' er ~Schalter aufja, wird die Meßinformationsschleife (Zeichnung
ob#en) durchlaufen. Der Werkzeugschlitten 5 mit dem darauf angeordneten Meßtaster
12 bewegt sich in Planrichtung - gegebenenfalls auch zusätzlich in Zlgsrichtyng
- an den von der Steuerung her vorgegebenen Bezug3punkt Bw, so daß der Meßtaster
mit einem Punkt 14 auf einem Punkt 14t an dem mit dem Werkzeug 11. zuletztgedrehten
Durchmesser D des Werkstückes -10 trifft. Die Abweichung in der Lage der Punkte
14 - 14t ist der Fehler des Durchmessers D. Diese Abweichung wird in einem ebenfalls
nicht dargestellten Speicher gespeichert. Folgt der nächste Arbeitsgang mit Werkzeug
11, dann wird der Speichetinhalt als Korrekturwert für die Weginformationen auf
übliche Art berücksichtigt. Folgt dagegen ein Arbeitsgang mit einem anderen Werkzeug,
dann wird ohne Berücksichtigung
dieses Speicherinhaltes gearbeitet.
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Die zwei weiteren Schleifen (in der Zeichnung links unten) zeigen
einen Arbeitsgang mit dem Werkzeug 11 und weitere Arbeitsgänge mit zusätzlich auf
dem Werkzeugschlitten befestigten, in der Zeichnung nicht dargestellten Werkzeugen
an.
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Der Meßvorgang für die Spindelverlagerung wird durch die rechte untere
Schleife in der Zeichnung dargestellt. Dieser Meßvorgang kann z. B. dem beschriebenen
Meßvorgang vorgeschaltet oder aber zu irgendeinem Zeitpunkt durch einen nicht dargest#lten
Schalter, der von der Bedienungsperson oder von der das Gesamtprogramm steuernden
Lochstreifen gesetzt wird, ausgelöst werden. Beim Durchfahren der rechten unteren
Schleife wird der Werkzeugschlitten 5 mit dem darauf angeordneten Meßtaster 12 in
Planrichtung x an den von der Steuerung vorgegebenen Bezugspunkt 13 bewegt, so daß
der Meßtaster am Punkt 15 des w Außendurchmessers der Drehspindel 4 antastet. Die
Abweichung 15 - 15', also die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert, ist das Maß
der momentanen Verlagerung zwischen dem Bezugspunkt Bs der Drehspindel und dem Bezugflpunkt
Bw 5 des Meßtasters. Diese Abweichung wird gespeichert und z. B. durch entsprechende
Verschiebung des Nullpunktes im Arbeitsprogramm berücksichtigt.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, zeichnet sich das Meßverfahren
durch folgende Vorteile aus: Der Meßtaster mißt an einem Punkt. Er kann auf einfache
Art zusammen mit den Werkzeugen auf einem Schlitten befestigt werden, so daß es
möglich ist, den Meßtaster mit
dem gleichen Steuerungsmechanismus
wie die Werkzeuge in seine Soll-Position zu bringen. Die Soll-Position kann Jeder
beliebige Durchmesser am Werkstück sein. Nachdem auf diese Weise Soll- und Istwert
eines mit einem Werkzeug gedrehten Durchmessers verglichen wird, kann mit dem gleichen
Werkzeug unter Berücksichtigung der festgestellten Ist-Sollwert-Abweic~ng irgendein
weiterer Durchmesser gedreht werden. Der Meßvorgang kann sich beliebig oft mit einem
oder mehreren Bearbeitungsgängen abwechseln.
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Er läßt sich auf einfache Weise in das hormale Bearbeitungsprogramm
einfügen.' Die Anpassung an automatische Werkzeugmaschinensteuerungen ist daher
problemlos. Allerdings ist eine Voraussetzung fUr die Anwendung einer derartig universalen
Einpunktmeßeinricht;ung die genaue Kenntnis der Lage-der Drehspindelmitte Bs zum
Bezugspunkt der 5 numerischen Steuerung in Planrichtung.
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Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, läßt das beschriebene Verfahren
zahlreiche Variationen zuX Zum Beispiel lassen sich Messungen auch in anderen bzw.
verschiedenen Koordinaten-Richtungen zugleich durchführen. Mit dem gleichen Meßtaster
lassen sich natürlich Durchmesser, die mit anderen Werkzeugen gedreht wurden, antasten,
wobei dann zweckmäßig für jedes Werkzeug ein eigener Korrektur~ wertspeicher vorzusehen
ist. Schließlich ist eine Anwendung des Verfahrens auch für andere Werkzeugmaschinen,
z.
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B. für Schleif- oder Fräsmaschinen naheliegend.
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-Patentansprüche-