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Kopiereinrichtung für eine Werkzeugmaschine Die Erfindung geht aus
von einer Kopiereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem den Leitvorschub
ausführenden Bettschlitten, auf dem ein nach einer Schablone durch einen Taster
gesteuerter Kopierschlitten, an dem die Tasteinrichtung befestigt ist, querverschiebbar
ist.
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Mit der Erfindung soll nun die Nachfahrgenauigkeit einer solchen Kopiermaschine
verbessert werden. Diese Genauigkeit hängt, abgesehen von anderen Einflüssen, wesentlich
von der Kopiergeschwindigkeit und von der Masse des Kopierschlittens ab, da dieser
bei jeder Richtungsumkehr der Kopierbewegung beschleunigt oder verzögert werden
muß.
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Die neue Vorrichtung kennzeichnet sich gegenüber den bekannten Maschinen
dadurch, daß auf dem Kopierschlitten ein zweiter, das Werkzeug tragender, in der
gleichen Richtung wie der erste Kopierschlitten verschiebbarer Kopierschlitten vorgesehen
ist, dessen Bewegung durch besondere, von dem mit dem ersten Kopierschlitten gemeinsamen
Taster beeinflußte Steuerstellen steuerbar ist, und der über eine von der Bewegung
des ersten Kopierschlittens unabhängige, nur die für den zweiten Kopierschlitten
maßgebenden Steuerstellen beeinflussende Rückführung mit der Tastvorrichtung verbunden
ist.
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Durch die Anordnung dieses zweiten Kopierschlittens auf dem ersten
Kopierschlitten wird der Bewegung des letzteren eine wegen der geringeren Masse
des zweiten Kopierschlittens wesentlich größere Nachfahrgenauigkeit gegeben. Dabei
muß aber die Rückführung dieses zweiten Schlittens durch die angegebenen Mittel
gesichert sein, die seine Bewegung unabhängig von dem ersten unteren Schlitten ermöglichen.
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Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung ist Fig. 1 eine halbschematische
Draufsicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer Ausführungsform, Fig.
2 ein lotrechter Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 3, Fig. 3 ein halbschematischer
Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Darstellung der
Lage des Werkzeuges und des Tasters dem Werkzeug und der Schablone gegenüber bei
der Verwendung von üblichen Tastervorrichtungen; Fig. 5 ist eine schematische Darstellung,
die die Lage der Bauteile der Erfindung während des Abdrehens von Nocken oder anderen
unregelmäßigen Körpern zeigt, bei denen umlaufende Schablonen verwendet werden müssen.
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In der Zeichnung ist das Bett 10 einer Drehbank dargestellt. Auf den
Führungsbahnen 11 und 12 des Bettes 10 ist außer dem Bettschlitten
13 auch der angetriebene Spindelkasten 15 und der Reitstock 16 gelagert, wobei zwischen
Spindelkasten und Reitstock das halbfertige Werkstück 17 dargestellt ist, das in
bekannter Weise von einem Mitnehmer 18 drehangetrieben ist. Das Bett 10 enthält
die übliche Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) für die Zugspindel
19,
deren Schnecke 20 innerhalb der Schloßplatte 21 des Bettschlittens
13 gelagert ist und sich mit der Schloßplatte 21 verschiebt. Diese Schnecke
20 treibt das Schneckenrad 22 der Welle 23, deren Ritzel 24 mit der an der Vorderseite
des Bettes 10 befestigten Zahnstange 25 in Eingriff steht. Diese bekannte Einrichtung
bewirkt die Längsverschiebung des Bettschlittens 13.
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Der Bettschlitten 13 hat Führungsbahnen 26 für den Planschlitten 27,
der wiederum Führungsbahnen 28 für einen Zusatzschlitten 29 hat, der den einstellbaren
Stahlhalter 30 für das Drehwerkzeug 31 trägt.
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Zur Erzeugung der verschiedenen Bewegungen der vorstehend beschriebenen
Teile ist am Bettschlitten 13 ein Zylinder 32 befestigt, in dem sich ein Kolben
33 verschiebt, dessen Kolbenstange 34 mit dem Flansch 35 des Planschlittens 27 fest
verbunden ist. Der Plan-Schlitten 27 trägt in einem Zylinder 36 einen Kolben 37,
dessen Kolbenstange 38 an der am Vorderende des Zusatzschlittens 29 angebrachten
Konsole 39 befestigt ist. In der Konsole 39 ist eine Stellspindel 40 mit einem Handrad
41 gelagert. Die Spindel 40 greift in die Mutter 42 des Stahlhalters 30 ein, so
daß das
Werkzeug dem Schlitten 29 gegenüber eingestellt werden kann.
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Von dem Planschlitten 27 wird das Tastengehäuse 43 getragen, das eine
ortsfeste Steuerbüchse 44 und eine koaxial zur ersteren verschiebbare Steuerbüchse
45 enthält, die über die Stange 46 mit dem Werkzeugschlitten 29 verbunden ist und
sich daher mit diesem Schlitten verschiebt.
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Innerhalb der koaxial zueinander angeordneten Steuerbüchsen 44 und
45 ist ein Steuerkolben 47 verschiebbar, der von einer Feder 48 nach rechts, gesehen
in Fig. 3, gedrückt wird. Die Bewegung des Steuerkolbens in dieser Richtung wird
von einem Stöße149 begrenzt, der einen Taster 50 hat, der in der Darstellung aus
einer kleinen Rolle besteht, die auf der Schablone 51 läuft. Der Kolben 49 kann
gleiten, ist jedoch an einer Drehbewegung mittels eines Stiftes oder Keiles 52 gehindert.
Kugeln 53 erleichtern die in Längsrichtung erfolgende freie Gleitbewegung des Kolbens
49 innerhalb des Endansatzes 54.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird besonders aus Fig. 3 deutlich,
in der die Pumpe54a ein Druckmittel 55 aus dem Behälter 56 ansaugt und dieses Druckmittel
in der Druckleitung 57 mit einem Druck hindurchführt, der durch das einstellbare
Überdruckventi158 bestimmt ist, das den Überschuß über die Rückleitung 59 wieder
zum Behälter 56 zurückleitet. Die Druckleitung 57 teilt sich in die Zweigleitungen
60 und 61. Die Steuerbüchse 44 ist gegen eine Bewegung in dem Ventilgehäuse 43 mittels
eines Stiftes 62 gesichert, und die Zweigleitung 60 ist über den in der Büchse 44
befindlichen Kanal 63 mit der Ringnut 64 verbunden, der der Teilkolben 65 des Steuerkolbens
47 gegenüberliegt. Wie bei Tastenvorrichtungen üblich, ist die Ringnut 64 etwas
breiter als der Kolbenteil 65, so daß bei Mittellage des Steuerkolbens 47 gleicher
Druck in den Ringkammern 66 und 67 hergestellt wird. In Fig. 3 ist die Breite der
Ringnut 64 übertrieben dargestellt. Aus Ringkammer 66 führt eine Leitung 68 ab,
die mit dem rechtsliegenden Zylinderende des Zylinders 32 verbunden ist. Das gegenüberliegende
Ende des Zylinders ist durch eine Leitung 69 mit der Ringkammer67 verbunden. Nimmt
der Steuerkolben 47 seine Mittellage ein, so ist also an beiden Seiten des Arbeitskolbens
33 Druckausgleich vorhanden, so daß der Planschlitten 27 feststeht. Die Kammer 66
wird nach rechts von dem Bund 70 des Steuerkolbens 47 begrenzt, während die Kammer
67 nach links von dem Kolbenteil 71 des Steuerkolbens begrenzt wird. In der
Mittelstellung läßt der Bund 70 die Öffnung 72 etwas offen, so daß ein Strom in
die Rückleitung 73 fließt. Ebenso läßt der Kolbenteil 71 die Öffnung 74 etwas offen,
so daß ein Strom in die Rückleitung 75, 73 fließt. Jede Axialbewegung des Steuerkolbens
47 verengt die nahe einer dieser Schultern liegende Öffnung, während sie die gegenüberliegende
Öffnung öffnet, so daß auf diese Weise der Druck in der einen Kammer erhöht und
der Druck in der gegenüberliegenden Kammer verringert wird. Das auf diese Weise
geschaffene Druckgefälle verursacht eine Bewegung des Kolbens 33 des zugehörenden
Schlittens 27 in der Verschiebungsrichtung des Steuerkolbens 47 um eine Größe, die
notwendig ist, um die Mittelstellung des Steuerkolbens wieder herzustellen. Die
Verbindungsstelle 76 zwischen dem Schlitten 27 und dem Tastenkopf oder Tastengehäuse
43 dient daher als mechanische Rückführung.
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Die Druckleitung 61 führt in eine Hauptverteilungsnut 77 und über
die in der verschiebbaren Steuerbüchse 45 vorhandene Öffnung 78 in die Ringnut 79,
die dem Steuerkolbentei180 gegenüber in ähnlicher Weise angeordnet ist, wie dies
bei der Ringnut 64 und dem Teilkolben 65 beschrieben wurde.
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An gegenüberliegenden Seiten des Steuerkolbenteils 80 sind durch Kolbenteile
83, 84 Kammern 81 und 82 gebildet. Nehmen die Teile die in Fig. 3 dargestellte Mittelstellung
ein, so ist die Kammer 82 über die Öffnung 85 und die Verteilungsnut 86 mit der
zum rechtsliegenden Ende des zweiten Arbeitszylinders 36 führenden Leitung 87 verbunden,
während die Kammer 81 mittels der Ventilöffnung 88 und der Verteilungsnut 89 mit
der Leitung 90 in Verbindung steht, die mit dem gegenüberliegenden Ende des Zylinders
36 verbunden ist. Die Kolbenteile 83 und 84 regeln den Strom des Druckmittels, der
durch die Öffnungen 91 und 92 über die Nuten 93 und 94 zu den Zweigleitungen 95
und 96 der Rückleitung 73 strömt. Jede Verschiebung des Steuerkolbens, wie sie beispielsweise
von einem Vorsprung oder einer Vertiefung der von dem Taster 50 berührten Schablone
51 hervorgerufen wird, ändert infolge der Stellungsänderung zwischen den Teilen
80, 83 und 84 sowie ihren zugehörenden Öffnungen die im zweiten Arbeitszylinder
36 herrschenden und auf den Kolben 37 wirkenden Drücke. Wie dargestellt, ist der
Steuerkolben ein einheitlicher Bauteil, der durch seine Bewegung die Druckverhältnisse
in dem großen Zylinder oder Hauptzylinder 32 regelt, um eine Bewegung des Schlittens
in einer Richtung herbeizuführen, die der Verschiebung des Steuerkolbens entspricht,
und der gleichzeitig eine entsprechende Änderung in den innerhalb des zweiten Arbeitszylinders
36 herrschenden Druckverhältnissen herbeiführt, so daß eine unabhängige, aber gleichsinnige
Bewegung des Schlittens 29 sowohl mit dem Schlitten 27 als auch dem Schlitten 27
gegenüber erzielt wird.
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Der Zylinder 36 kann als ein kleinerer Zylinder bezeichnet werden,
da die Zylinderflächen und Kolbenflächen sehr viel kleiner als die Flächen der entsprechenden
Teile 32, 33 des Hauptzylinders sind. Da dieser kleinere zweite Zylinder 36 lediglich
die Bewegung des leichten Hilfsschlittens 29 ausführt, ist unter diesen Verhältnissen
sehr viel weniger Öl zur Ausführung dieser Schlittenbewegung erforderlich als notwendig
wäre, um den größeren Planschlitten 27 um eine entsprechende Strecke zu bewegen.
Die Bewegung des Schlittens 29 spricht infolgedessen mit höchster Empfindlichkeit
auf sehr kleine tastengesteuerte Verschiebungen des Tastenventils an, so daß praktisch
keine Verzögerung zwischen einer kleinen Verschiebung des Steuerkolbens und dem
Werkzeug 31 erfolgt. Jede dieser kleinen Verschiebungen wirkt jedoch sofort auf
die Rückführverbindungsstange 46, um eine kompensierende Verschiebung der Büchse
45 zu bewirken. Infolgedessen bewirkt jede Verschiebung des Steuerkolbens aus der
Neutralstellung dem Bettschlitten und dem Taster gegenüber eine ebensolche Verschiebung
des Werkzeuges 31 dem Schlitten 27 gegenüber, so daß auf diese Weise die durch die
Schablone bewirkte Ablenkung oder Verschiebung des Tasters ausgeglichen wird. Bleibt
der Taster mit dem Steuerkolben verschoben, wobei seine Berührung entweder näher
zum Schlitten oder weiter vom Schlitten weg liegt als die Neutralstellung, so daß
auf diese Weise die Steuerstellen offengehalten werden, so erfolgt der Ausgleich
durch eine Verschiebung des Werkzeuges um eine Strecke, die der Größe der Tastenverschiebung
entspricht. Auf diese Weise wird das Werkzeug ständig in genauer Stellung der Schablone
gegenüber gehalten, so daß ein einwandfreies
Abbild der Schablone
hergestellt wird. Um eine sehr genaue Einstellung der Steuerbüchse 45 dem Schlitten
29 gegenüber zu erzielen, kann die Rückführung 46 ein einstellbares Spannschloß
97 od. dgl. enthalten.
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Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Bewegung des Schlittens
29 und der Steuerbüchse 45 keine Einwirkung auf die Bewegungen des Planschlittens
27, des Gehäuses 43 und der ortsfesten Steuerbüchse 44 hat.
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Es tritt infolgedessen eine Rückbewegung, die den durch Verschiebung
des Steuerkolbens in dem Zylinder 32 erzeugten Strömungsdruck abschalten will, erst
dann auf, wenn sich der Hauptschlitten 27 um die Strecke bewegt hat, die auf Grund
des Umrisses der Schablone von dem Steuerventil vorgeschrieben wird. Die Bewegung
des Schlittens 27 wirkt jedoch gegen den hydraulisch verriegelten Kolben 37, so
daß eine begleitende Bewegung des Schlittens 29 hervorgerufen wird. Diese wiederum
wirkt über die Verbindungsstange 46 auf die Steuerbüchse 45 und verschiebt diese
in der gleichen Richtung, in der der Steuerkolben verschoben worden ist, um einen
Druckausgleich innerhalb des Zylinders 36 auf beiden Seiten des Kolbens 37 zu schaffen,
wodurch die unabhängige Bewegung des Kolbens dem Schlitten 27 gegenüber angehalten
oder unterbrochen wird. Durch eine weiter fortgesetzte Bewegung des Schlittens 27
und des Tastergehäuses 43 zur Herstellung eines Druckausgleichszustandes in dein
Zylinder 32 dem Kolben 33 gegenüber gemäß der Einstellungsvorschrift des Steuerkolbens
wird eine zusätzliche Bewegung der Steuerbüchse 45 in einer Richtung hervorgerufen,
die entgegengesetzt zu der Richtung liegt, in der der Steuerkolben verschoben worden
ist, mit dem Ergebnis, daß ein Druckzustand, der in der entgegengesetzten Richtung
zu dem von der Tasterablenkung ursprünglich erzeugten Richtung wirkt, in dem Zylinder
36 geschaffen wird, so daß die dem Schlitten 29 erteilte Anfangsbewegung kompensiert
wird, um die Anfangslage der Schlitten 27 und 29 wiederherzustellen, bei der der
Kolben 37 die in Fig. 3 dargestellte Mittellage einnimmt. Die Haupteinstellung der
Teile erfolgt also stets durch die Bewegung des Kolbens 33. Der Kolben 37 braucht
daher nur sehr kleine Bewegungen zu machen, um die Anfangswirkung der Tasterverschiebung
dem Schneidwerkzeug gegenüber aufzunehmen, bis die - Hauptsteuerung durch die Bewegung
des Schlittens 27 übernommen wird, und zwar in der Größe, die notwendig ist, um
das Tasterventilgehäuse zu bewegen und wieder in eine Mittelstellung zurückzuführen.
Unter gewöhnlichen Arbeitsverhältnissen beträgt die Bewegung des Tasters seinem
Träger oder Gehäuse gegenüber bekanntlich höchstens nur wenige Hundertstel Millimeter
und kann je nach Empfindlichkeit des Ventils auch noch weniger betragen.
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Eine im Verhältnis zu groß dargestellte Außenlinie in Fig. 4 gibt
einen Hinweis über das Arbeiten bekannter Tastervorrichtungen. Die Linie 100 stellt
die Steuerfläche einer Schablone dar, an der der Taster 50 anliegt, um die Stellung
eines Werkzeuges dem Werkstück 17 gegenüber zu regeln. Bei der bekannten Ausführung
folgt der Taster 50, der an der Schablone mittels einer Feder gehalten wird, der
Linie 100. Wird der Taster von einem vorspringenden Abschnitt der Schablone, wie
durch die gestrichelte Linie auf der rechten Seite der Fig. 4 dargestellt ist, abgelenkt
oder verschoben, so bewegen sich Taster und Steuerkolben in Richtung zum Werkzeug
31. Es besteht Neigung für eine Verzögerung, und zwar auf Grund des Verhaltens der
Werkzeughaltevorrichtung und des Werkzeuges 31 der Tasterverschiebung gegenüber,
so daß, wenn sich die Schablone von links nach rechts bewegt, eine kleine Unterschneidung
oder eine zusätzliche Materialabnahme durch das Werkzeug bei vorlaufender Verschiebung
erfolgt, wie dies durch den Abstand zwischen der rechtsliegenden schrägen vollausgezogenen
Linie, die der auf dem Werkstück 17 dargestellten Schneidfläche entspricht, und
der parallelen strichpunktierten Linie angedeutet ist, die die Bahn zeigt, der der
von der Schablone verschobene Taster folgt. Eine entsprechend kleine Verzögerung
in der Materialabnahme bei rückläufiger Verschiebung wird durch die Stellung der
vollen Linie und der gestrichelten Linie an der linken Seite der Fig. 4 dargestellt.
Die Größe dieser Änderung hängt natürlich von der relativen Bewegungsgeschwindigkeit
der Teile und der Empfindlichkeit des verwendeten Steuerventils ab. Je größer die
Empfindlichkeit, desto kleiner wird unter üblichen Betriebsverhältnissen die zur
Verfügung stehende Bewegungsgröße und die mögliche Geschwindigkeit für Richtungsänderung
der Bewegung des Werkzeuges und des Tasters sein. Dies ist besonders wichtig beispielsweise
bei dem Arbeitsvorgang, der schematisch in Fig. 5 dargestellt ist und bei dem das
Werkstück 17A im Querschnitt die Form eines Exzenters oder Nockens hat, dessen
kleiner Radius 103 und größerer Radius 104 dem kleineren Radius 105 und dem größeren
Radius 106 der umlaufenden Schablone 107 entspricht. Die Erfindung wird zwar überall
mit Vorteil dort verwendet, wo beispielsweise glatte Profile oder Schablonen 51
oder 100, wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt, abzutasten sind, kann jedoch mit weiteren
Vorteilen dann verwendet werden, wenn, wie in Fig. 5 gezeigt, während jedes Umlaufes
des Werkstückes und der Schablone scharfe Umkehrbewegungen notwendig werden.
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Die Erfindung hält einen gleichbleibenden Abstand 110 zwischen der
Schablone und der fertiggestellten Werkstückfläche aufrecht, wie in Fig. 4 gezeigt,
und verhütet eine Verkürzung dieses Abstandes auf Grund einer Verzögerung, wie bei
111 der Fig. 4 dargestellt, oder verhütet eine Erhöhung dieses Abstandes auf Grund
einer in der entgegengesetzten Richtung erfolgenden Nacheilung, wie dies durch die
Strecke 112 in Fig. 4 dargestellt ist.
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Erfindungsgemäß ist also eine verbesserte Tastersteuervorrichtung
und eine tastergesteuerte Maschine zur genauen Wiedergabe von glatten Schablonen
oder umlaufenden Schablonen geschaffen, in der eine einzige Tastervorrichtung verwendet
wird, die jedoch nicht nur einen kraftbetätigten Hauptschlitten steuert, der die
von dem Taster vorgeschriebene Bewegung eines Schneidwerkzeuges bewirkt, sondern
der zusätzlich dazu eine empfindliche, schnellwirkende, das Werkzeug sofort verschiebende
Vorrichtung steuert, die auf eine beginnende Tasterverschiebung schnellstens anspricht,
und in der die Lage der Teile und ihr Zusammenarbeiten so gewählt sind, daß eine
Kompensationsbewegung auf die eine Werkzeugverschiebungseinrichtung zur Einwirkung
gebracht wird, um die ursprüngliche Lage des Werkzeugs und des Tasters wiederherzustellen
und aufrechtzuerhalten, und zwar ohne Rücksicht auf die Verschiebungen des Tasters
dem Hauptschlitten gegenüber.