DE3836636C2

DE3836636C2 -

Info

Publication number: DE3836636C2
Application number: DE3836636A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. Mueller; Guenter Dipl.-Ing. Lynchburg Va. Us Fietzke
Original assignee: Hofmann Werkstatt-Technik 6102 Pfungstadt De GmbH
Current assignee: Hofmann Maschinen und Anlagenbau GmbH
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1992-12-03
Also published as: DE3836636A1; US4820092A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unwuchtaus gleich an einem Werkstück, insbesondere an einem Rotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 22 31 226 C2, insbesondere Fig. 2, ist eine Vorrich tung der vorstehend genannten Art bekannt mit einem Grund körper, der eine Klemmeinrichtung für das Werkstück und einen Werkzeugträger für ein Materialabtragungswerkzeug zum Entfernen von Material von dem Werkstück trägt, mit einer Vorschubeinrichtung zur Erzeugung einer Relativbewe gung zwischen Werkstück und Materialabtragungswerkzeug, mit einer Einrichtung zur Festlegung einer Kraftänderung bei einer gegenseitigen Berührung von Materialabtragungs werkzeug und Werkstück und mit einer Steuereinrichtung für die Vorschubsteuerung der Vorschubein richtung in eine Ausgangsstellung der Materialabtragung, beginnend bei der Berührung von Materialabtragungswerkzeug und Werkzeug und in eine Endstellung der dem Unwuchtaus gleich entsprechenden Bearbeitungstiefe im Werkstück.

Bei dieser Vorrichtung wird bei Ausbildung des Material abtragungswerkzeug als Fräser in den Fräserantrieb ein Drehmomentschalter geschaltet, um die gegenseitige Berührung von Materialabtragungswerkzeug und Werkstück festzustellen. Ein derartiger Drehmomentschalter eignet sich nur bei sol chen Materialabtragungswerkzeugen, beispielsweise bei einem Fräser, bei denen bei der Berührung zwischen Werkstück und Werkzeug eine entsprechende Drehmomentänderung auf den Werkzeugantrieb bzw. Fräserantrieb, der in aller Regel ein Elektromotor ist, wirkt. Beispielsweise bei einem Bohrer als Materialabtragungswerkzeug ergibt sich bei einer ge genseitigen Berührung von Bohrerspitze und Werkstück eine nur minimale Drehmomentänderung, die kaum feststellbar ist. Auch ist die Installation eines Drehmomentschalters bei einem Fräserantrieb mit Schwierigkeiten verbunden, da das Drehmomentverhalten von Antrieb, nämlich Elektromotor und daran gekoppelten Materialabtragungswerkzeug, verhältnis mäßig kompliziert ist. Dieses Drehmomentverhalten läuft nicht nach einem konstanten geradlinigen Verlauf ab, sondern in aller Regel unterscheidet man unterschiedliche Momente, beispielsweise Anzugsmoment, Hochlaufmoment, Nenndrehmoment, wobei Beschleunigungsmoment und Verzöge rungsmoment aus dem Zusammenwirken zwischen Antrieb und Materialabtragungswerkzeug noch hinzukommen. Die Instal lation eines Drehmomentschalters als Detektor, der die gegenseitige Berührung von Materialabtragungswerkzeug und Werkstück anzeigt, ist daher in der Praxis mit erheblichen Problemen verbunden.

Eine weitere z. B. in der DE-PS 9 71 501 beschriebene Mög lichkeit, die gegenseitige Berührung von Materialabtra gungswerkzeug und Werkstück festzustellen, ergibt sich bei Verwendung eines federbelasteten Schalters, der die Be rührung anzeigt. Die Halteeinrichtung hierfür erfordert einen aufwendigen mechanischen Aufbau und ferner Abänderungen bei herkömmlichen Materialabtragungswerkzeugen, wie Bohrern, Fräsern, Schleifwerkzeugen und anderen bekannten derartigen Werkzeugen. Darüber hinaus ist der Ausfall des Schalters und ein Federverschleiß nicht auszuschließen.

Mit der Steuerung des Vorschubs des Materialabtragungs werkzeugs während der Materialabtragung, d. h. nach der gegenseitigen Berührung von Materialabtragungswerkzeug und Werkstück befaßt sich die DE 20 31 177 B2. Auch die DE 19 65 090 C3 behandelt den eigentlichen Ausgleichsvorgang durch Materialabtragung, wobei nichtline are Änderungen der Wirkung des Ausgleichswerkzeugs, nämlich des Materialabtragungswerkzeug bezüglich des auszuwuch tenden Werkstücks berücksichtigt werden.

Die DE 30 05 423 A1 befaßt sich mit dem Unwuchtausgleich mit Hilfe von zwei um 180°C zueinander versetzten Ausgleichs werkzeugen. Schließlich wird bei der in der DE 15 73 858 B2 beschriebenen Vorschubsteuerung der Beginn des Aus gleichsvorgangs durch Materialabtragung durch einen End schalter angezeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß unabhängig von der Art des Materialabtragungswerkzeugs eine genaue Erfassung des Zeitpunkts der gegenseitigen Berührung von Materialabtragungswerkzeug und auszuwuchtendem Werkstück erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei beiden im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Alternativlösun gen, d. h. beim Einsatz eines mit Vorspannung entweder auf der Werkzeugseite oder der Werkstückseite eingespannten Kraftmessers, ist man im Gegensatz zu en bekannten Vor richtung völlig unabhängig von dem Antriebsverhalten des Werkzeugantriebs bei der Ermittlung der gegenseitigen Be rührng von Materialabtragungswerkzeug und Werkstück. Bei spielsweise kann man bei einem als Materialabtragungswerk zeug dienenden Bohrer die in Vorschubrichtung des Bohrers wirkende Kraft hierzu ausnützen. Dabei kann man den Augen blick der gegenseitigen Berührung von Werkstück und Material abtragungswerkzeug auch durch eine Drehmomentmessung be werkstelligen, wobei das Drehmoment zwischen dem Grundkörper und der Klemmeinrichtung, also das Drehmoment, mit welchem das Werkstück festgehalten wird, an der Einspannstelle er mittelt wird.

Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen der Erfindung.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Kraftwandler, der beispielsweise ein piezoelektrischer Wand ler ist, zwischen einem Grundkörper und einer Klemmeinrich tung, welche den Werkstückhalter bildet, angeordnet. Das auszuwuchtende Werkstück, insbesondere der Rotor, ist dabei zwischen zwei Klemmbacken eingeklemmt, wobei der Rundkörper und die Klemmeinrichtung durch ein Gewinde, beispielsweise eine Schraube oder dgl., miteinander verbunden sind, und eine beispielsweise durch eine Feder vermittelte Vorspannung wirkt. Der Kraftwandler ist bevorzugt zwischen diesen Bau teilen in der Nähe des Gewindes bzw. der Schraube angeord net, so daß dann, wenn das Materialabtragungswerkzeug, bei spielsweise der Bohrer oder Fräser, die Oberfläche des Werk stücks bzw. Rotors an der Stelle, an welcher Material ent fernt werden soll, berührt, die sich ergebende Kraftänderung auf den Kraftwandler übertragen wird und dieser ein entspre chendes Signal, beispielsweise eine Spannungsänderung, er zeugt. Dieses Signal wird dann über einen Verstärker, wel cher bevorzugt nach Art eines Pegeldetektors arbeitet, über tragen, und es wird nur dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn eine Schwellenwertspannung überschritten wird. Das Ausgangs signal des Verstärkers wird einer herkömmlichen Vorschub motorsteuerschaltung zugeführt und kann gegebenenfalls zur Nullsetzung dienen. Die Vorschubmotorsteuerschaltung arbeitet ferner in Abhägigkeit von einer geeigneten herkömmlichen Un wuchtausgleichsschaltung und erzeugt ein Ausgangssignal an den umlaufenden Vorschubmotor, so daß dieser ein Material abtragungswerkzeug, beispielsweise einen Bohrer oder Fräser, um eine bestimmte Strecke bewegt, so daß die gewünschte Materialmenge entfernt wird, und das Werkstück, insbesondere der Rotor, ausgewuchtet wird. Das Materialabtragungswerkzeug, insbesondere der Bohrer, kann in einem raschen Vorschub bewegt werden, bis das Materialabtragungswerkzeug das aus zuwuchtende Werkstück berührt, und dann kann auf einen Lang samvorschub umgeschaltet werden, so daß in einem automati sierten Auswuchtvorgang Zeit eingespart wird.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kraftwandler in ähnlicher Weise in einem Halter ange ordnet, welcher ein Materialabtragungswerkzeug, insbesondere eine Schleif- oder Fräseinrichtung, aufweist, wobei der Werkstückhalter und das auszuwuchtende Werkstück in Richtung auf das Materialabtragungswerkzeug zu bewegt werden. Jedesmal dann, wenn das Materialabtragungswerkzeug, insbesondere ein Zahn des Fräsers, die Oberfläche des auszuwuchtenden Werk stücks berührt, erzeugt der Kraftwandler einen Impuls, wel cher einer Filter- und Verstärkerschaltung zugeführt wird, die auf die Berührungsfrequenz des Materialabtragungs werkzeugs, insbesondere des Fräsers, und dessen Drehzahl eingestellt ist. Die Impulskette gelangt daher nur dann durch die Filter- und Verstärkerschaltung, wenn ihre Frequenz anzeigt, daß das Signal vom Betrieb des Material abtragungswerkzeugs, insbesondere Fräsers, herrührt. Ein Pegeldetektor bestimmt dann, ob die Impulse eine ausreichend hohe Amplitude aufweisen. Ein insbesondere als Schrittmotor ausgebildeter Vorschubmotor, welcher von einer herkömmlichen Steuerschaltung angesteuert wird, rückt dann das auszuwuch tende Werkstück, insbesondere den Rotor, vor, so daß von diesem die gewünschte Materialmenge entfernt wird.

Anhand der beigefügten Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei welchem mit Hilfe eines Bohrers Material von einem Rotor entfernt wird; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem mit Hilfe eines Fräsers Material von einem Rotor entfernt wird.

In der Fig. 1, welche ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, wird ein Rotor 20, beispielsweise ein Rotor eines kleinen Elektromotors, der ausgewuchtet werden soll, zwischen zwei Klemmbacken 22 und 24 einer Klemmein richtung 26 gehalten. Die Klemmbacken 22 und 24 sind in einem geeigneten Drehlager 28 miteinander verbunden und kön nen mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Vorrichtung, welche bekannter Art sein kann, miteinander verklemmt werden, wobei der Rotor 20 dazwischen eingeklemmt ist. Die Klemm einrichtung 26 ist mit Hilfe einer Schraube 32 mit einem Grundkörper 30 verbunden. Die Schraube 32 erstreckt sich durch einen Teil der Klemmeinrichtung 26 und ist mit ihrem Gewinde in den Grundkörper 30 eingeschraubt. Eine Feder 34, welche jede mögliche verwendbare Federform aufweisen kann, erzeugt eine Vorlast auf einen Kraftwandler 36, der zwischen der Klemmeinrichtung 26 bzw. einem Teil der Klemmeinrichtung 26 und dem Grundkörper 30 in der Nähe der Schraube 32 ange ordnet bzw. eingespannt ist. Der Kraftwandler 36 kann in jeder beliebigen geeigneten Art eines Kraftwandlers ausge bildet sein und ist bevorzugt ein piezoelektrischer Kraft wandler. Es können jedoch auch eine Dehnungsmeßstreifenanord nung oder andere Wandler dieser Art vorgesehen sein, welche auf eine Kraftänderung beim Inberührungkommen des Material abtragungswerkzeuges am auszuwuchtenden Rotor ansprechen.

Das Ausgangssignal, insbesondere die Ausgangsspannung, des Kraftwandlers 36 wird einem Verstärker 40 zugeleitet, der auch die Wirkung eines Pegeldetektors besitzt. Der Verstär ker 40 erzeugt daher nur dann ein Ausgangssignal, wenn durch das Ausgangssignal des Kraftwandlers 36 eine Schwellenwert spannung überschritten wird, wodurch angezeigt ist, daß das Materialabtragungswerkzeug, welches im Ausführungsbeispiel als Bohrer 52 dargestellt ist, mit dem auszuwuchtenden Rotor 20 in Berührung gekommen ist. Das Ausgangssignal des Ver stärkers 40 wird ferner einer herkömmlichen Vorschubmotor steuerschaltung 44 zugeleitet, welche ferner ein Signal von einer herkömmlichen Unwuchtausgleichsschaltung 46 emp fängt. Das Signal der Unwuchtausgleichsschaltung 46 zeigt die Materialmenge an, welche vom auszuwuchtenden Werkstück, d. h. vom Rotor 20, zu entfernen ist. Die Vorschubmotor steuerschaltung 44 steuert in herkömmlicher Weise einen be vorzugt als Schrittmotor 48 ausgebildeten Vorschubmotor, welcher einen Bohrereinsatz 50 nach vorne schiebt, bis der Bohrer 52 bzw. dessen Bohrerspitze mit der Oberfläche des Rotors 20 direkt in Berührung kommt. Es erfolgt dann die schon oben erläuterte Bildung des entsprechenden Ausgangs signals des Kraftwandlers 36 und die entsprechende Ein stellung der Vorschubmotorsteuerschaltung auf einen Aus gangswert für die sich anschließende Materialabtragung am Rotor 20. Der Bohrer 52 wird dann weiter vorwärtsbewegt und dringt in das Material des Rotors 20 bis zu einer gewünsch ten Tiefe ein. Es kann hierbei, ausgehend von dem zu Beginn des Bohrvorgangs festgelegten Wert, bis zu einem Wert Null gezählt werden, an welchem die gewünschte Bohrtiefe erreicht ist. Hierzu wirken der Verstärker 40 und die Vorschubmotor schaltung 44 als Signalverarbeitungsschaltung 42, welche die vom Kraftwandler 36 und von der Unwuchtausgleichsschaltung 46 kommenden Signale auswertet. Es erfolgt dann der entsprechen de Vorschub des Bohrers 52, bis die gewünschte Bohrtiefe er reicht ist, wobei, ausgehend von dem Ausgangszählwert bis auf einen Wert Null, gesteuert durch die Signalverarbei tungsschaltung 42 bzw. die Vorschubmotorsteuerschaltung 44, gezählt wird.

Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ein Kraftwandler zum Einsatz kommt. Die Anordnung eines in der Fig. 2 verwendeten Kraftwandlers 100 erfolgt jedoch in einem federnde Teile, insbesondere Blattfedern 132, 134 aufweisen den Werkzeugfräser 102 für einen Fräser 104 als Material abtragungswerkzeug, der anstelle des in der Fig. 1 darge stellten Werkzeughalters verwendet wird. Der Werkzeugfräser 102 ist mittels der Blattfedern 132, 134 an einem Grundkörper 130 abgestützt. Das auszuwuchtende Werkstück, welches beim Ausführungsbeispiel ein Rotor 106 ist, wird in einer herkömmlichen Klemmeinrichtung 112 festgehalten, die mit Hilfe einer Vorschubspindel 110, welche von einem als Schrittmotor 128 ausgebildeten Vorschubmotor angetrieben wird, in Richtung auf den Fräser 104 zu bewegt wird. Wenn das Schneidwerkzeug des Fräsers 104 die Oberfläche des Rotors 106 berührt, erzeugt der Kraftwandler 100 eine Impulskette, die abhängt von der jeweiligen Berührung eines Zahnes des Fräsers, wobei die einzelnen Zähne in Aufeinanderfolge mit der Oberfläche des Rotors 106 in Berührung kommen. Eine Filter- und Verstärkerschaltung 114 ist auf die Frequenz der Impulsfolge, welche vom Kraftwandler 100 gebildet wird, eingestellt. Die Filter- und Verstärkerschaltung 114 erzeugt daher nur dann ein Ausgangssignal, wenn die Impulse vom Fräser herrühren. Ein Pegeldetektor 116 bestimmt, ob die Amplitude des Ausgangssignals eine bestimmte Höhe hat, und liefert dann ein Ausgangssignal einer Schalteinrichtung 118, welche ferner ein Signal, das die zu entfernende Material menge angibt, von einer Unwuchtausgleichsschaltung 120 emp fängt. Ein Impulsgenerator herkömmlicher Bauart liefert über die Schalteinrichtung 118 Impulse an eine Treiberstufe 126 für den Schrittmotor 128 für den Vorschub des Rotors 106, damit die gewünschte Materialentfernung erreicht wird. Bei der dargestellten Anordnung haben die Federkräfte der beiden parallelen Blattfedern 132 und 134 und die Kraftaufnahme richtung des Kraftwandlers 100 die gleiche Richtung. Auch die Berührungstangente des Fräserumfangs erstreckt sich in dieser Richtung.

Claims

1. Vorrichtung zum Unwuchtausgleich an einem Werkstück, ins besondere an einem Rotor,

- mit einem Grundkörper, der eine Klemmeinrichtung für das Werkstück und einen Werkzeugträger für ein Materialabtragswerkzeug zum Entfernen von Material von dem Werkstück trägt,
- mit einer Vorschubeinrichtung zur Erzeugung einer Relativ bewegung zwischen Werkstück und Materialabtragungswerk zeug,
- mit einer Einrichtung zur Feststellung einer Kraftänderung bei einer gegenseitigen Berührung von Materialabtragungs werkzeug und Werkstück, und
- mit einer Steuereinrichtung für die Vorschubsteuerung der Vorschubeinrichtung in eine Ausgangsstellung der Material abtragung, beginnend bei der Berührung von Materialab tragungswerkzeug und Werkstück und in eine Endstellung der dem Unwuchtausgleich entsprechenden Bearbeitungstiefe im Werkstück,

dadurch gekenzeichnet, daß der Kraftwandler (36; 100) zwischen dem Grundkörper (30) und der Klemmeinrichtung (26) durch Einspannmittel (Schraube 32, Feder 34) mit einer Vorspannung eingespannt ist, oder zwischen dem Grundkörper (130) und dem Werkzeugträger (102), die über eine Federanordnung (Blattfedern 132, 132) mitein ander verbunden sind, angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftwandler (36) in unmittelbarer Nähe der Einspann mittel (Schraube 32, Feder 34) zwischen dem Grundkörper (30) und der Klemmeinrichtung (26) eingespannt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Einspannmittel (Schraube 32, Feder 34) aus einem federbelasteten (Feder 34) Gewindeeingriff (Schraube 32) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (Blattfedern 132, 134) aus parallel zu einander angeordneten Blattfedern (132, 134) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmerichtung des Kraftwandlers (100) in Richtung der Federkraft der Federanordnung (Blattfedern 132, 134) liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialabtragungswerkzeug als Fräser (104) ausgebildet ist, daß der Kraftwandler (100) in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Fräszahnabstand des Fräsers (104) bei Berührung von Fräser (104) und Werk stück (Rotor 106) eine Impulskette als Ausgangssignal lie fert, und daß die Steuereinrichtung eine Filter- und Ver stärkerschaltung (114) aufweist, die auf die von der Drehzahl und dem Fräszahnabstand des Fräsers (104) abhängige Impuls folgefrequenz eingestellt ist, und ein entsprechendes Aus gangssignal liefert, wenn diese Impulsfolgefrequenz vor liegt, und daß hieraus ein den Nullbezug der Steuerung der Bearbeitungstiefe angegebene Signal gebildet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Materialabtragungswerkzeug ein Bohrer (52) ist und daß bei Berührung von Bohrerspitze und Werk stück Rotor (20) der Kraftwandler (36) ein impulsförmiges Signal abgibt und daß hieraus ein den Nullbezug der Steuerung der Bearbeitungstiefe angebendes Signal gebildet wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Signalver arbeitungsschaltung (42) aufweist, welche ein den Nullbezug der Steuerung der Bearbeitungstiefe sowie ein vom gemessenen Unwuchtwert herrührendes, die Bearbeitungstiefe festlegendes Signal zur Ansteuerung der Vorschubeinrichtung (Schrittmo tor 48, Bohrereinsatz 50) empfängt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen an die Filter- und Verstärker schaltung (114) angeschlossenen Pegeldetektor (116) aufweist, der dann ein den Nullbezug der Steuerung der Bearbeitungs tiefe angebendes Signal liefert, wenn die Impulse der von der Filter- und Verstärkerschaltung (114) kommenden Impuls kette eine bestimmte Impulshöhe überschreiten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Schaltein richtung (118) aufweist, die beim Empfang des den Nullbezug der Steuerung der Bearbeitungstiefe angebenden Signals An triebsimpulse eines Impulsgenerators (122) einer Treiber stufe (126) der Vorschubeinrichtung (Vorschubspindel 110, Schrittmotor 128) so lange zuführt, wie dies durch das vom gemessenen Unwuchtwert herrührende, die Bearbeitungstiefe angebende Signal der Unwuchtausgleichschaltung (120) ange geben ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die Unwuchtgröße angebende zweite Signal als Zählersignal vorliegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (Schrittmotor 48, Bohrereinsatz 50; Vorschubspindel 110, Schrittmotor 128) einen Schrittmotor (48; 128 aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (Schrittmotor 48, Bohrereinsatz 50) das Materialabtragungswerkzeug bewegt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (Vorschubspindel 110, Schrittmotor 128) das Werkstück bewegt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftwandler (36; 100) ein piezo elektrischer Wandler ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung des Materialabtra gungswerkzeug als Fräser (104) die Tangente an den Fräser umfang im Berührungspunkt mit dem Werkzeug (Rotor 106) parallel zur Kraftaufnahmerichtung des Kraftwandlers (100) und der Richtung der Federkraft der Federanordnung (Blatt federn 132, 134) liegt.