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Hydraulische Vorschubsteuerung für Kopierfräsmaschinen u. dgl. Gegenstand
der Erfindung ist eine automatische hydraulische Vorschubsteuerung für Kopierfräsmaschinen,
Kopierdrehbänke u. dgl. unter Verwendung eines seitenempfindlichen Tastventils zur
Steuerung der senkrechten Bewegung des Spindelstocks (Kopierbewegung).
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Es sind hydraulisch gesteuerte Kopierfräsmaschinen bekannt, die im
wesentlichen nur zum Langkopieren bis zu etwa 70° Steigung geeignet sind. Bei einer
Kopierfräsmaschine dieser Art sind zwei getrennte Steuerungen vorgesehen, und zwar
eine Kopierschablone, die über ein Tastventil nur den senkrechten Spindelstockvorschub
steuert, und eine zweite Schablone, die über ein Tast- und Steuerorgan den TisahvoTschub
steuert.
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Die Exfindung geht von dem Gedanken aus, die hydraulischen Steuerungen
von Spindelstockvorschub und Tischvoxschu;b so zu koppeln, daß der Tischvorschub
von dem Spindelstackvorsöhub abhängig ist, die getrennte Steuerung des Tischvorschubs
mit einer besonderen Schablone also in Wegfall kommt. Dabei soll diese gekoppelte
Steuerung so eingerichtet sein, daß der resultierende Gesamtvorschub von Spinde@lstock
und Frästisch annähernd konstant bleibt. Die hydraulische Vorschubsteuerung nach
der Erfindung für Kopierfräsmaschinen u. dgl: ist so ausgebildet, daß die von dem
mit konstantem Druck beaufschlagten Kolben des Tischvorschubzylinders verdrängte
Flüssigkeit und die von einem mit dem Spindels:tock gekoppelten Hilfskolben verdrängte
Flüssigkeit über eine gemeinsame Sammelleitung einem Durchflußregler zugeführt werden,
der eine bestimmte einstellbare Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit durchläßt, so
daß die Summe der Vorschübe von Frästisch und Spindelstock konstant bleibt.
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Bei dieser neuen hydraulischen Vorschubsteuerung wird also der Tischvorschub
in Abhängigkeit von der Spindelstockbewegung gesteuert, bei der der am Durc'hflußregler
eingestellt Vorschub der Summe der Vorschübe von Frästisch und Spindelstock entspricht.
Mit der neuen hydraulischen Vorschubsteuerung ist es möglich, Kurven mit Absätzen
bis ± 90° Steigung bei entsprechender Tasteinrichtung zu kopieren. Die hydraulische
Vorschubsteuerung nach der Erfindung ermöglich ferner bei weiterer Ausbildung auch
ein: Kopierfräsen von geschlossenen Kurven.
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Es ist bei Kopierfräsmaschinen und Kopierdrehbänken bekannt, den Antrieb
des Längsschlittens und des Ouerschlittens so zu koppeln, daß die Summe beider Vorschübe
konstant bleibt. Es ist vorgeschlagen worden, bei einer elektrisch gesteuerten Kopierfräsmaschine
zwischen Fühler und einem der Regeltriebe (Leonardsatz) einen elektromechanischen
Umkehrüberlagerungstrieb, z. B. ein Planetengetriebe, einzuschalten. Bei einer bekannten
Kopierdrehbank sind Längsvorschub und .Quervorschub durch ein Differentialgetriebe
miteinander gekoppelt. Diese für die Koppelung vorgesehenen mechanischen Getriebe
sind nicht nur kompliziert und teuer, sondern arbeiten vor allen Dingen auch mit
zu großem Spiel, also ungenau. Im Gegensatz hierzu stellt die vollhydraulische Vorschubsteuerung
nach der Erfindung eine wesentlich einfachere Lösung dar, die vor allem auch den
Vorzug hat, daß diese - V.orschubsteterung außerordentlich genau arbeitet,. also
eine Werkzeug-. hearbeitun.g mit kleinsten Toleranzen möglich ist.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt -Fig. 1 das Schema der hydraulischen
Vorschubsteuerung nach der Erfindung für eine Kopierfräsmaschine, Fig.2 ein Vorschubdiagrämm,.
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Fig. 3, 4 bzw. 7 verschiedene Kopierschablonen, Fi:g.5 einen senkrechten
Schnitt durch ein Ta,stventii besonderer Ausführung und Fig.6 einen waagerechten
Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5. -In der Zeichnung ist mit- 1 der Spindelstock
einer Kopierfräsmaschine, mit 2 die Fräserspindel und mit 3 der Frästisch bezeichnet,
auf den das Werkstück bei 4 aufgespannt ist. Die Auf- und Abwärtsbewegung A des
Spindelstockes- wird von feststehend angeordneten Kopierschablonen 5 und 6 gesteuert,
die mit einem seitenempfindlichen Tastventil 7 mit Tastrolle 8 abgetastet werden.
Dieses Tastventil steuert den hydraulischen Antrieb des Spindelstockes, der nicht
dargestellt ist. Das in Fig. 1 gezeigte Steuerschema enthält nur diejenigen Steuerelemente,
welche am Frästischantrieb bzw, an der automatischen Vorschubregulierung
beteiligt
sind. Die Tischumsteuerorgane sind der besseren Übersicht halber weggelassen, und
es sind in der Zeichnung auch nicht die Einzelheiten der senkrechten Tasteinrichtung
7 enthalten, die verschiedenen Systems (hydraulisch oder elektrisch) sein können
und bis zu ± 90° Steigung kopiert.
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Zum Antrieb des Frästisahes 3 ist der durch eine Kolbenstange 9 mit
dem Frästisch verbundene Kolben 10 vorgesehen. Auf diesen wirkt über eine Leitung
11 der konstante Druck einer Zahnradpumpe 12. Dieser Druck ist mit einem Maximaldruckventi113
einstellbar, wobei die von der Zahnradpumpe geförderte überschüssige Ölmenge über
dieses Ventil 13 und die Leitung 14 in den Ölbehälter 15 zurückfließt.
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Es ist ferner ein mit dem Spindelstock 1 durch eine Kolbenstange 16
verbundener Hilfskolben 17 vorgesehen, der in einem Zylinder 18 angeordnet ist.
Aus der Zeichnung geht hervor, daß sowohl die von dem Tischvorsc'hubkolben 10 aus
dem Zylinderraum 19 verdrängte Flüssigkeit und die von dem Hilfskolben 17 verdrängte
und in die Leitung 20 ausgestoßene Flüssigkeit in eine gemeinsame Sammelleitung
21, 21 a gedrückt werden und durch diese Sammelleitung einem Durchflußregler 22
zugeführt werden, der nur eine bestimte einstellbare Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit
durchläßt. Durch diese Kopplung von Spindelstock- und Tischvorschub wird zwangläufig
die Summe der Vorschübe von Fräs.tisch und Spindelstock konstant gehalten.
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Die Wirkungsweise der automatischen Vorschubsteuerung nach Fig. 1
ist folgende: Der volle, am Ventil 13 eingestellte Druck der Zahnradpumpe
12 trifft auf die Kolbenfläche 23 des Tischvorschubkolbens 10. Die aus dem Zylinderraum
19 ausgestoßene Ölmenge fließt über ein Rückschlagventil 24 in die Sammelleitung
21, in die ein Druckminderer 25 eingeschaltet ist, der den Druck in der Leitung
21 a. auf einen konstanten Wert von beispielsweise 3 atü reduziert, um die Meßgenauigkeit
bzw. Konstanz des Durchflußreglers 22 zu erhöhen. Das von diesem durch die Leitung
26 in den Ölbehälter 15 abfließende Öl erhält durch ein Gegendru@ckventi127 eine
kleine Vorspannung, um den Druckabfall am Durchflußregler 22 zu stabilisieren. Dieser
Ölkreislauf besteht so lange, wie der Spindelstock 1 stillsteht, also eine Waagerechte
kopiert wird. Wird nun der Spindelstoek durch die Schablone 5, 6 auf- oder abwärts
gesteuert, so muß der Tischvorschub entsprechend langsamer werden. Dies wird mit
Hilfe des Kolbens 17 bewirkt, der mit dem Spindelstock verbunden ist und die von
ihm verdrängte Ölmenge zwischen Rückschlagventil 24 und Druckminderer 25 in die
Sammelleitung 21 drückt. Diese zusätzliche Ölmenge muß ebenfalls über den Durchflüßregler
22 fließen, so. daß also demgemäß der Tischvorschubkolben 10 weniger Öl ausstoßen
kann und damit der Tischvorschub entsprechend kleiner wird. Das Rückschlagventil
24 verhindert bei einem Steigungswinkel von 90,° an den Schablonen 5, 6 ein Rückwärtsdrücken
des Frästisches durch die vom Hilfskolben 17 verdrängte Ölmenge. Der Zylinder 18
des Hilfskolbens ist über Leitungen 28 und 29 so am Rückschlagventil 30 angeschlossen,
daß die vom Kolben 17 verdrängte Ölmenge, und zwar sowohl bei der Auf- als auch
Abwärtsbewegung, stets in der Leitung 20 in Richtung B strömt. In die Leitung 20
ist ein Differentialdruckventi131 eingeschaltet, das zur Verminderung der Druckdifferenz
zwischen den auf die beiden Seiten des Hilfskolbens 17 wirkenden Drücken dient.
Dieses Differentialdruckventi131 hat also die Aufgabe, den Kraftaufwand zum Betätigen
des Hilfskolbens 17 möglichst klein zu halten. Dieser Differenzdruck am Hilfskolben
17 bzw. zwischen den Leitungen 20 und 32 beträgt beispielsweise nur etwa 0,5 atü.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine mit dem Frästisch 3 verbundene, auf
den Durchflußregler 22 einwirkende Vorschubschabione 33 vorgesehen, welche die Durchflußmenge
in der Leitung 21 a verändert. Mit dieser zusätzlichen Schablone 33 läßt sich also
das Vorschubniveau während des Fräsens ändern, um sich den besonderen Schnittverhältnissen
des Fräsers (bzw. Drehstahles) anpassen. zu können. Diese zusätzliche Änderung des
Vorschubes ist z. B. erwünscht, wenn die Spannmenge sich ändert oder wenn eine besondere
Oberflächengüte an bestimmten Stellen verlangt wird.
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Der Durchflußregler, der verschiedener Bauart sein kann, muß so beschaffen
sein, daß er pro Zeiteinheit stets nur die gleiche Flüssigkeitsmenge durchläßt bzw.
fördert, wobei diese Durchflußmenge einstellbar ist. Für diesen Durchflußregler
kann vorteilhaft eine bekannte, stufenlos regelbare Dosierpumpe mit zwischen Anschlägen
hin- und hergehenden Dosierkolben verwendet werden, bei welcher zum Umschalten der
nach den beiden Seiten der Dosierkolben oder eines Dosierkolbens führenden oder
von diesen abführenden Leitungen zwei zwischen Anschlägen durch Flüssigkeitsdruck
hin- und herbewegbare, längs verschiebliche Steuerkolben vorgesehen sind, welche
sich ihrerseits gegenseitig zur Erzeugung ihrer hin-und hergehenden Bewegung steuern.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten automatischen hydraulischen
Vorschubsteuerung ist aus dem Diagramm der Fig.2 ersichtlich. Der in der Dosierpumpe
22 einstellbare Gesamtvorschub ist mit vK bezeichnet. Ist die Spindelstockbewegung
0, so ergibt sich ein maximaler Tischvorschub vTmax, der dem Vorschub vK entspricht.
Bei einem Winkel a, der in Fig. 2 beispielsweise mit 45° angenommen ist, ergibt
sich ein resultierender Vorschub vt, dem ein Tischvorschub vT und ein Spindelstockvorschub
v, entspricht. Aus dem Di.agranim der Fig. 2 geht hervor, daß in jedem Fall die
Summe von Tischvorschub vT und Spindels.tockvorschub v, stets den- konstanten Größe
vK entspricht.
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Bei Verwendung eines bis zu ± 90° Steigung seitenempfindlichen Tastventils
7, 8 und Anordnung von zwei besonderen Schablonen 5 und 6 ist es mit der neuen Einrichtung
möglich, auch geschlossene Kurven im Kopierverfahren zu fräsen. Wie ersiehtlieh,
ist zum Fräsen der oberen Kurvenhälfte' des Werkstückes 4 eine Schablone 5 vorgesehen,
die mit der zu fräsenden Kurve übereinstimmt, während zum Fräsen der unteren Kurvenhälfte
des Werkstückes eine Schablone 6 dient, deren Kurvenbahn 6d um den Durchmesser der
Tastrolle 8 erweitert ist. Die eine Schablone 5 dient zum Kopieren während der einen
Tischbewegung, und nach dem Umsteuern der Tischbewegeng tritt die andere Schablone
in Tätigkeit. Die Stellung der Tastrolle bei den Tisch-Endstellungen (Umsteuern)
ist strichpunktiert bei 8 a und 8 b angedeutet.
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Sofern mit der automatischen Vorschubsteuerung nach Fig. 1 geschlossene
Kurven unter Verwendung einer einzigen Schablone kopiert werden sollen; beispielsweise
mit einer Schablone 34 nach Fig. 3 oder 35 nach Fig. 4, ist ein besonders ausgebildetes
Tast-Ventil erforderlich, das beispielsweise in Fig..5 und. 6 dargestellt ist. Danach
sind die zum Umsteuern der
Tischbewegung in den Endstellungen dienenden
beiden Leitungen 36 und 37 an einen Zylinder 38 angeschlossen, dessen doppelseitig
beau,fsichlagter Kolben 39 mittels einer Doppelfeder 40, 41 auf den Steuerventilkolben
42 des Tastventils einwirkt.
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Bei der Darstellung der Fig. 5 ist angenommen, daß augenblicklich
die Druckleitung 36 und die Leitung 37 die Abflußleitung ist. Es wird demgemäß der
Kolben 39 nach unten gedrückt, so daß die Feder 40 gespannt wird und den Steuerventilkolben
42 nach unten drückt, so daß demgemäß die Tastro:lle 43 von oben auf die Kopierschablone
gepreßt wird und die Tastrolle im Winkelbereich von ß wirksam ist. Beim Umsteuern
der Tischbewegung wird die Leitung 37 Druckleitung und die Leitung 36 zur Abflußleitung,
so daß in diesem Fall der Kolben 39 nach oben gedrückt wird, die Feder 41 spannt
und diese die Tastrolle 43 nach oben gegen die Kopierschablone preßt, so daß diese
dann im Winkelbereich von y arbeiten kann.
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Bei der gezeigten vorteilhaften Ausführung ist die Tastrolle 43 an
einem waagerechten Hebel 44 gelagert, der am einen Ende mittels eines Lenkers 45
pendelnd aufgehängt und mit einem kurzen Lenker 46 mit dem Steue:rventilkolben verbunden
ist. Am anderen Ende des Hebels 44 ist eine Aussparung 47 mit vier symmetrisch angeordneten
Schrägflächen 48 und 49 vorgesehen, von denen jeweils die beiden oberen Schrägflächen
48 oder die beiden unteren Schrägflächen 49 mit einer Führungsrolle 50 zusammenarbeiten.
Diese ist an einem Umsteuerkolben gelagert, dessen Zylinder an die Tischumsteuerleitungen
36 und 37 angeschlossen ist. Vorteilhaft ist dieser Umsteuerkolben als Doppelkolben
51, 52 ausgebildet und dessen Kolbenhals mit einem Längsschlitz 53 versehen, in
dem die Führungsrolle 50 gelagert und in dem zugleich der die Schrägflächen 48,
49 aufweisende Hebel 44 frei verschiebbar ist, wie aus Fig. 5 und 6 hervorgeht.
Wird' die Tastrolle 43 gemäß Fig. 5 von oben auf die Kopierschablone gedrückt, so
wirkt zugleich der Druck der Steuerleitung 36 auf den Kolben 52, so daß sich die
Führungsrolle 50 in ihrer oberen Stellung befindet. Erfolgt die Tischumsteuerung,
so, wird der Doppelkolben 51, 52 und damit die Führungsrolle 50 nach unten geschoben,
so daß letztere nunmehr mit den unteren Schrägflächen 49 zusammenarbeitet. Die Hubbewegung
des Umsteuerkolbens 51, 52 ist durch zwei Stellschrauben 54 genau. einstehbar.
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Aus Fig. 5 geht hervor, daß der Steuerventilkolben 42 des Tastventils
dank der Anordnung der Schrägflächen 48, 49 und der Führungsrolle 50 bei allen Steigungen
der Kopierschablone bis zu ± 90°, d. h. entweder im Winkelbereich ß oder y
anspricht, d. h. auch bei schräg auf die Tastrolle wirkenden Kräften gehoben oder
gesenkt wird. Soll beispielsweise eine geschlossene Kurve gemäß der in Fig. 7 gezeigten
Schablone kopiert werden, so wandert die Tastrolle 43 bei der einen Tischbewegung
von der Stelle: a. bis zu der Stelle b. In diesem Fall ist die Steuerleitung 36
unter Druck, und die Leitung 37 bewirkt den freien Abfluß. Die Tastrolle wird mittels
der gespannten Feder 40 von oben gegen die Schablone, gedrückt. Jede Kraftwirkung
der Kopierschablone auf die Tastrolle innerhalb des Winkels ß ergibt über die Führungsrolle
50 eine Steuerbewegung des Tastventilkolbens 42 in dessen Längsrichtung.
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An der Stelle b erfolgt die Tisch- und Tastrichtungsumsteue:rung,
so daß nunmehr 37 die Druckleitung und 36 die Abflußleitung ist. Dabei ändert sich.
nicht die senkrechte Kopierbewegung. Der Tastbereich des Tastventils ist jetzt um
180° versetzt und liegt innerhalb des Winkels y. Die Führungsrolle 50 liegt jetzt
an den unteren Schrägflächen 49 an, und der Kolben 39 erzeugt jetzt über die Oberdruckfeder
41 einen nach oben wirkenden Tastdruck der Tastrolle 43, so daß nunmehr bei der
nach rechts gehenden Tischbewegung das Kopieren von b-a erfolgen kann.
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Durch ver:sch.iedene Winkel 8 der Schrägflächen 48 bzw. 49 und verschiedene
Längen des Tastrollenhebels 44 läßt sich die Übersetzung von Tastrolle zum Ventilkolben
42 beliebig festlegen.