DE4204899A1 - Messvorrichtung, insbesondere fuer eine schleifmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers oder der Dicke eines auf einer Bearbeitungsmaschine, vorzugsweise einer Schleifmaschine zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Meßvorrichtung gegen das Werkstück hin zustellbar, sowie quer dazu verfahrbar und das oder die Meßelemente der Meßvorrichtung beim Messen am Werkstück anlegbar ist bzw. sind. Eine solche Vorrichtung kennt man bspw. bei Rundschleifmaschinen, wo sie zum Messen des Werkstückdurchmessers an der Meßstelle verwendet wird. Übertrifft der Meßwert den Sollwert, so muß das Werkstück noch so lange beschliffen werden, bis Meßwert und Sollwert übereinstimmen. Dabei hat sich vor allen Dingen eine Meßvorrichtung durchgesetzt, welche zwei Meßelemente besitzt, die an gegenüberliegenden Stellen, bspw. oben und unten, an einem außen zu beschleifenden Werkstück angelegt werden, um auf diese Weise den Absolutwert des Durchmessers unabhängig von Wärmeschwankungen und dgl. zu erfassen.

Das Messen des Durchmessers muß an genau vorgegebener Stelle bzw. mehreren Stellen des Werkstücks erfolgen, um bspw. sicherzustellen, daß das Werkstück oder ein bestimmter Abschnitt desselben genau zylindrisch ist. Außerdem müssen bei einem Werkstück mit unterschiedlichen Durchmesserabschnitten in der Regel sämtliche Abschnitte auf Maßhaltigkeit überprüft werden. Aus diesem Grunde muß die Vorrichtung nicht nur gegen das Werkstück hin zustellbar, sondern auch entlang dem Werkstück verfahrbar sein.

Weil das Messen insbesondere des Durchmessers eines Werkstücks an einer ganz bestimmten Stelle immer im Zusammenhang mit dem Bearbeiten insbesondere an dieser Stelle bzw. im Bereich dieser Stelle erfolgt, muß die Messung auch tatsächlich immer an der genau vorgesehenen Stelle erfolgen.

Wenn ein zwischen Spitzen eingespanntes, außen zu bearbeitendes, insbesondere zu beschleifendes Werkstück auf einer Außenrundschleifmaschine bearbeitet wird, so muß die Messung im Hinblick auf die nachfolgende Bearbeitung an einer Stelle erfolgen, die beispielsweise von einer der beiden Stirnflächen einen genau vorgegebenen Längsabstand aufweist.

In der Regel nimmt man die der festen Spitze der Schleifmaschine zugeordnete Werkstück-Stirnfläche oder eine davon in festem Abstand befindliche Stirnfläche als Referenzfläche. Weil die beiden Spitzen in jeweils eine Zentrumsbohrung an den beiden Enden des Werkstücks eingreifen und die Zentrumstiefe innerhalb vorgegebener Toleranzen schwanken kann, führt dies im zweiten Falle zu einer Verlagerung der Stirnflächen bzw. der hierzu parallelen Referenzflächen gegenüber bspw. dem freien Ende der festen Spitze. Dies muß bei der Ausrichtung des Werkzeugs, also in diesem Falle der Schleifscheibe gegenüber dem Werkstück, berücksichtigt werden. Geht man von einer vorgegebenen Nullstellung der Schleifscheibe aus, so muß man derartige Zentrumstiefenschwankungen messen und entsprechend ausgleichen. Hierzu verwendet man bislang sogenannte Positionier-Meßgeräte.

Es liegt nun die Aufgabe vor, die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß Zentrumstiefenschwankungen rascher, genauer und einfacher erfaßt und korrigiert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet ist, daß sich in Verfahrrichtung der Meßvorrichtung in festem Seitenabstand von letzterer eine separat und parallel zu dem oder den Meßelementen der Meßvorrichtung zustellbare Zusatzmeßvorrichtung für Messungen zumindest in Verfahrrichtung befindet.

Nachstehend wird davon ausgegangen, daß diese Vorrichtung eine Durchmesser-Meßvorrichtung ist, ohne daß dies einschränkend verstanden werden darf. Dies ist auch das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Weil sich die Zusatzmeßvorrichtung in vorgegebenem Seitenabstand von der Meßvorrichtung für den Durchmesser befindet, ist bzw. sind die Meßelemente der letzteren einer ganz bestimmten Werkstückstelle zugeordnet, wenn das Meßelement der Zusatzmeßvorrichtung an einer vorbestimmten Referenzfläche, also bspw. einer Stirnfläche eines Drehteils anliegt, die ihrerseits einen genau vorgegebenen Seitenabstand von zumindest einer der beiden Stirnflächen hat. Mit Hilfe der Zusatzmeßvorrichtung kann man also eine bestimmte Ausgangslage des oder der Meßelemente der Meßvorrichtung schaffen, von der aus jede beliebige Stelle am Werkstück genau angefahren und dann gemessen werden kann. Auf diese Weise werden Zentrumsschwankungen rasch, sicher und genau ausgeschaltet.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Meßvorrichtung und die Zusatzmeßvorrichtung eine gemeinsame, in Verfahrrichtung hin- und herbewegbare Einheit bilden. Es reicht als ein einziger Antrieb, oder, bezogen auf das Werkstück, Seiten-Verschiebeantrieb für die Meßvorrichtung und die Zusatzmeßvorrichtung aus. Diese Einheit wird so lange verschoben, bis das Meßelement der Zusatzmeßvorrichtung an der vorgesehenen Stirnfläche des Werkstücks angekommen ist. Damit liegt dann die erwähnte Nullstellung des oder der Meßelemente der Meßvorrichtung fest, von der aus sämtliche Meßstellen des Werkstücks, an denen der Durchmesser ermittelt werden soll, problemlos und genau angefahren werden können.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Zusatzmeßvorrichtung an der Meßvorrichtung in Zustellrichtung der letzteren verfahrbar ist, wobei sich bei einer Messung an einem rotationssymmetrischen Werkstück die Verfahrrichtung parallel zur Werkstück-Längsachse und die Zustellrichtung senkrecht hierzu erstreckt. Das Verfahren kann man mit bekannten Mitteln erreichen, bspw. mit Hilfe mindestens eines Arbeitszylinders oder anderer bekannter Verfahreinrichtungen.

Die Zusatzmeßvorrichtung ist in bevorzugter Weise mittels eines steuerbaren hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinders an der Meßvorrichtung verfahrbar. Es bietet sich hier insbesondere die Hilfsenergie an, die an der Bearbeitungsmaschine ohnehin vorhanden ist. Andererseits muß aber die geforderte Genauigkeit gewährt werden. Letzteres ist natürlich auch dann der Fell, wenn man eine elektromotorische Verstellung vorsieht.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Zusatzvorrichtung zusätzlich zu ihrem Meßelement für die Messung in Verfahrrichtung ein weiteres Meßelement für die Messungen in Zustellrichtung oder ein entsprechend kombiniertes Meßelement aufweist. Die Meßvorrichtung hat einen vorgegebenen Meßbereich, innerhalb dem Durchmesser gemessen werden können. Es gibt nun aber durchaus Werkstücke, die örtlich einen Durchmesser aufweisen, welcher außerhalb des Meßbereichs der Meßvorrichtung liegt. Hier kann man nun in sehr vorteilhafter Weise die Zusatzmeßvorrichtung in doppelter Weise ausnützen, indem man ihr noch eine weitere Aufgabe, nämlich das Messen "übergroßer" Durchmesser überträgt.

Dies resultiert vor allen Dingen aus der Relativverschieblichkeit der Zusatzmeßvorrichtung an der Meßvorrichtung. Der Hub der Zusatzmeßvorrichtung addiert sich nämlich zu demjenigen der Meßvorrichtung hinzu. Aus praktischen Gründen wird bei "übergroßen" Durchmessern keine Absolutmessung, sondern eine Relativ- oder Vergleichsmessung durchgeführt, d. h., es wird bezogen auf die geometrische Achse des Werkstücks der tatsächliche Radius an der betreffenden Stelle ermittelt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bearbeitungsmaschine mit einer NC-Steuerung für die Zustellung des Werkzeugs, insbesondere einer NC-Schleifmaschine, die Meßelemente der Meßvorrichtung und der Zusatzmeßvorrichtung mit der NC-Steuerung der Maschine verbindbar sind. Wenn man also mit der Zusatzmeßvorrichtung die Nullstellung des oder der Meßelemente der Meßvorrichtung vorgenommen hat und dieser eine Nullstellung des Bearbeitungswerkzeugs bzw. der Schleifscheibe zuordnet, so kann man hiervon ausgehend die Schleifscheibe jeder beliebigen Stelle des Werkstücks genau zuordnen, wobei unterstellt ist, daß bei dieser Ausführungsform das Werkstück, also das Drehteil in Verfahrrichtung der Meßvorrichtung keine Bewegung durchführt, sondern die Schleifscheibe in Verfahrrichtung entlang dem Drehteil verfahren wird. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei der Bearbeitung von Werkstücken brauchbar, bei denen das Werkzeug bzw. die Schleifscheibe nicht verfahren, sondern nur zugestellt wird und dafür eine Verfahrbewegung des Werkstücks relativ zur Schleifscheibe stattfindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei stellen dar:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Gesamtvorrichtung in einer Park- oder Ausgangsposition gegenüber einem Werkstück;

Fig. 2 die zugestellte Gesamtvorrichtung mit der Zusatzmeßvorrichtung in Arbeitsstellung;

Fig. 3 die zugestellte Gesamtvorrichtung mit der Meßvorrichtung in Arbeitsstellung;

Fig. 4 die zugestellte Gesamtvorrichtung mit der Zusatzmeßvorrichtung beim Durchmessermessen.

Die Meßvorrichtung 1 ist im Sinne des Doppelpfeils 2 relativ zu einem Werkstück 3 zu- und rückstellbar. Außerdem ist sie im Sinne des Doppelpfeils 4 gegenüber dem Werkstück 3 verfahrbar. Das Werkstück 3 ist beim Ausführungsbeispiel ein rotationssymmetrischer Körper, der sich zwischen zwei Spitzen 5 und 6 einer nicht dargestellten Rundschleifmaschine befindet. Die Spitze 5 ist dabei eine maschinenfeste Spitze, während die Spitze 6 im Sinne des Doppelpfeils 4 verfahrbar ist. Die Bearbeitung des Werkstücks 3 erfolgt in diesem Fall mit einem als Schleifscheibe 7 ausgebildeten Werkzeug, das beispielsweise im Sinne des Doppelpfeils 2 gegen das Werkstück 3 hin zu- und rückstellbar ist. Statt dessen ist natürlich auch eine Zustellung unter einem anderen Winkel möglich. In Fig. 3 ist eine schräge Zustellung in Pfeilrichtung 12′ unter einem Winkel von beispielsweise 30° angedeutet, d. h. die Spindelachse der Schleifscheibe 7′ verläuft dort nicht parallel zur Werkstückachse.

Die beiden Spitzen 5 und 6 greifen in bekannte Zentrumsbohrungen des Werkstücks 3 ein. Für die Bohrtiefe gelten die üblichen Toleranzen, weswegen das Werkstück 3, bezogen auf die feststehende Spitze 5 je nach Tiefe der Zentrierbohrung mehr oder weniger weit auf die Spitze 5 aufgeschoben werden kann. Die Spitze 6 wird dementsprechend stark zugestellt. Es ist ohne weiteres einsehbar, daß aufgrund dessen die Lage der Stirnflächen 8 und 9 des Werkstücks 3 und damit auch der außerdem noch vorhandenen Stirnflächen 10 und 11, bei ansonsten identischen Abmessungen des Werkstücks 3, gegenüber der Spitze 5 bzw. deren freiem Ende in gewissen Grenzen variieren kann. Damit nun die Schleifscheibe 7 beim Zustellen in Pfeilrichtung 12 eine genau vorbestimmte Stelle des Werkstücks erreicht, bspw. der Stirnfläche 11 ganz genau zugeordnet ist, muß die Lage der Stirnflächen, bzw. im speziellen Falle der Stirnfläche 11 für jedes einzelne Werkstück in Abhängigkeit von seiner Zentrumstiefe genau ermittelt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß mit Hilfe der Zusatzmeßvorrichtung 13. Diese ist relativ zur Messvorrichtung 1 im Sinne des Doppelpfeils 2 zustell- und rückstellbar. In bevorzugter Weise ist sie gemäß der zeichnerischen Darstellung an der Meßvorrichtung 1 verschiebbar gelagert. Die Relativverschiebung erfolgt dabei mit Hilfe eines schematisch dargestellten Arbeitszylinders 14 oder einer anderen linearen Antriebsvorrichtung, bspw. einem dementsprechenden Elektromotor.

An ihrem in Zustellrichtung 15 vorderen Ende trägt die Zusatzmeßvorrichtung ein Meßelement 16. Wenn man die Einheit aus Meßvorrichtung 1 und Zusatzmeßvorrichtung 3, ausgehend von der Stellung gemäß Fig. 1 zunächst etwas nach rechts verlagert und anschließend im Sinne des Pfeils 15 zustellt, bis etwa die in Fig. 2 gezeigte Zustellposition erreicht ist, so kann man die gesamte Einheit anschließend nach links verschieben, bis das Meßelement 16 an der für die Messung bestimmten Fläche, also bspw. der Stirnfläche 11, zur Anlage gekommen ist. Wenn man dieser Stellung des Meßelements 16 eine genaue Stellung des Werkzeugs 7 in Verfahrrichtung 4 zuordnet, so hat man unabhängig von der Zentrumstiefe immer eine korrekte Ausgangsstellung des Werkzeugs 7 bzw. der Schleifscheibe, von der aus man mit der üblichen Verstelleinrichtung der Bearbeitungsmaschine bzw. Rundschleifmaschine jede gewünschte Zuordnung der Schleifscheibe zu einer ganz bestimmten Stelle des Werkstücks sicher ansteuern kann. Selbstverständlich wird vor der Bearbeitung die Einheit aus Meßvorrichtung 1 und Zusatzmeßvorrichtung 13 entgegen dem Pfeil 15 wieder teilweise oder ganz zurückgestellt.

Nach einer gewissen Bearbeitungszeit wird, wie die Fig. 2 und 3 ausweisen, die Meßvorrichtung 1 im Sinne des Pfeils 15 gegen das Werkstück 3 hin so weit zugestellt, daß mit deren Meßelement oder Meßelementen 17 der tatsächliche Durchmesser an der Meßstelle ermittelt werden kann. In bekannter Weise ist die Meßvorrichtung 1 mit zwei im Höhenabstand angeordneten Meßelementen 17 ausgestattet, von welchen das obere das Werkstück übergreift, während das untere das Werkstück untergreift. Anschließend werden beide gegen das Werkstück 3 hin zugestellt, bis sie daran zur Anlage gekommen sind. Ihr gegenseitiger Abstand entspricht dann dem Absolutwert des Werkstückdurchmessers an der Meßstelle.

Der Seitenabstand 18 des Meßelements 16 der Zusatzmeßvorrichtung 13 und des Meßelements 17 der Meßvorrichtung 1 ist konstant. Wenn man also das Meßelement 16 gegenüber einer Referenzebene durch Anlegen ausgerichtet hat, so kann man aufgrund des Seitenabstands 18 bei einer computergesteuerten Vorrichtung mit Hilfe dieser Steuerung das Meßelement 17 jeder Stelle des Werkstücks ganz genau zuordnen. Zweckmäßigerweise handelt es sich dabei um die Steuerung der Schleifmaschine selbst, sodaß man bei gleichzeitiger "Nullstellung" der Gesamtvorrichtung und des Werkzeugs 7 bzw. der Schleifscheibe mit Hilfe der Maschinensteuerung jede Stelle des Werkstücks 3 nicht nur in Pfeilrichtung 15, sondern auch im Sinne des Doppelpfeils 4 genau ansteuern kann.

Vorteilhafterweise übernimmt das Meßelement 16 noch eine zweite Aufgabe oder ist an dieser Stelle noch ein weiteres Meßelement der Zusatzmeßvorrichtung vorgesehen. Dieses kann man gemäß Fig. 4 zur Durchmessermessung heranziehen, wobei insbesondere an das Ermitteln eines Durchmessers gedacht ist, der außerhalb des Meßbereichs des Meßelements 17 liegt. Diese Durchmessermeßvorrichtung arbeitet jedoch beim Ausführungsbeispiel nicht nach demselben Prinzip wie das Meßelement 17, vielmehr wird das Meßelement 16 im Sinne des Pfeils 15 so weit gegen den betreffenden Werkstückteilbereich 19 vorgeschoben, bis es daran zur Anlage gekommen ist. Die Anordnung sollte allerdings so erfolgen, daß eine Tangente an den Berührungspunkt senkrecht zur Bildebene auch senkrecht zu einer gedachten, durch die Doppelpfeile 2 und 4 gebildeten Ebene steht. In diesem Falle wird dann unmittelbar der Radius, d. h. der Abstand des Meßpunkts von der geometrischen Achse 20 des Werkstücks 3 ermittelt. Die Messung kann auch in diesem Falle über das Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine ermittelt und ggf. angezeigt werden. Den Solldurchmesser kann man eventuell zuvor mit Hilfe eines extern vermessenen Mutterstücks vorgeben, so daß insgesamt eine Vergleichsmessung durchgeführt wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Messen des Durchmessers oder der Dicke eines auf einer Bearbeitungsmaschine, vorzugsweise einer Schleifmaschine, zu bearbeitenden Werkstücks (7), wobei die Meßvorrichtung (1) gegen das Werkstück (7) hin zustellbar (2) sowie quer dazu verfahrbar (4) und das oder die Meßelemente (17) der Meßvorrichtung (1) beim Messen am Werkstück (3) anlegbar ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Verfahrrichtung (4) der Meßvorrichtung (1), in insbesondere festem Seitenabstand (18) von letzterer, eine separat und parallel zu dem oder den Meßelementen (17) der Meßvorrichtung (1) zustellbare (2) Zusatzmeßvorrichtung (13) für Messungen zumindest in Verfahrrichtung (4) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) und die Zusatzmeßvorrichtung (13) eine gemeinsame, in Verfahrrichtung (4) hin- und herbewegbare Einheit bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmeßvorrichtung (13) an der Meßvorrichtung (1) in Zustellrichtung (2) verfahrbar ist, wobei sich bei einer Messung an einem rotationssymmetrischen Werkstück (3) die Verfahrrichtung (4) parallel zur Werkstück-Längsachse (20) und die Zustellrichtung (2) senkrecht hierzu erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmeßvorrichtung (13) mittels eines steuerbaren hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinders (13) an der Meßvorrichtung (1) verfahrbar ist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzvorrichtung (13) zusätzlich zu ihrem Meßelement (16) für die Messung in Verfahrrichtung (4) ein weiteres Meßelement für Messungen in Zustellrichtung (2) oder ein entsprechend kombiniertes Meßelement (16) aufweist.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bearbeitungsmaschine mit einer NC-Steuerung für die Zustellung (12) des Werkzeugs (7), insbesondere bei einer NC-Schleifmaschine, die Meßelemente (16, 17) der Meßvorrichtung (1) und der Zusatzmeßvorrichtung (13) mit der NC-Steuerung der Maschine verbindbar sind.