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Projektionsformenschleifmaschine Die Erfindung betrifft eine Projektionsformenschleifmaschine,
bei der mittels optischer Systeme und in die Beleuchtungsstrahlengänge eingeschalteter
Farbfilter auf einem Abbildungsschirm ein verschiedenfarbiges Mischbild von Meisterstück,
Werkstück und Werkzeug entworfen ist und die überwachung des Bearbeitungsfortschrittes
unter Verwendung einer Fotozelle erfolgt.
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Es sind Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen mittels Durchlicht-,
Auflicht- oder beider Beleuchtungsarten zusammen Sollform, Werkstück und Werkzeug
auf eine Abbildungsfläche projiziert werden. Mit Hilfe von handbedienten Steuerelementen
kann dabei entweder das abgebildete Werkzeug entlang der in die Abbildungsfläche
gebrachten Sollform oder umgekehrt das abgebildete Werkstück, wiederum unter Vergleich
mit der Sollform, entlang dem Bild des Werkzeuges gesteuert werden, so, daß das
Werkstück abgearbeitet wird, bis sich sein Bild mit der Sollform deckt.
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Weiterhin ist es bei Werkzeugmaschinen bekannt, den Bearbeitungsfortschritt
entlang der Sollform mit Hilfe von Fotozellen zu steuern. Zu diesem Zweck wurde
beispielsweise auch schon vorgeschlagen, eine Fotozelle an einer der Sollform entsprechenden,
lichtundurchlässigen oder -teildurchlässigen Schablone entlang zu führen und in
Abhängigkeit von dabei aufgenommenen Lichtimpulsen den Vorschub der Maschine zu
steuern.
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Schließlich ist es auch, insbesondere bei Durchlichtprojektion, nicht
mehr neu, durch Einschaltung entsprechender Farbfilter in die Beleuchtungsstrahlengänge
ein verschiedenfarbiges Mischbild zu erzeugen und gegebenenfalls an Hand desselben
den Bearbeitungsfortgang zu verfolgen.
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Die bekannten Werkzeugmaschinen werden jedoch nicht allen in der Praxis
auftretenden Forderungen gerecht. Sie sind meist nur für einen speziellen Bearbeitungsvorgang
eingerichtet, so daß für eine abweichende Bearbeitung eine besondere Maschine oder
aufwendige Zusatzeinrichtungen erforderlich sind. Weiterhin zeichnet sich auf dem
Abbildungsschirm, insbesondere bei verschiedenfarbigen Mischbildern, der Bearbeitungsfortschritt
nicht so deutlich ab, daß eine unmittelbare fotoelektrische Steuerung an Hand der
Abbildung möglich wäre.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Nachteilen bekannter
Anordnungen abzuhelfen und eine vielseitig verwendbare projektionsoptische Profilbearbeitungsmaschine
vorzuschlagen, bei welcher der Bearbeitungsfortschritt jederzeit deutlich hervortritt
und eine zuverlässige fotoelektrische Steuerung ermöglicht. Nach dem Erfindungsgedanken
soll auf dem Abbildungsschirm eine ausgeprägte Grenzlinie zwischen Sollform und
abgearbeitetem Werkstück entstehen, was dadurch erreicht wird, daß geringfügig,
.aber immer noch im Rahmen der zulässigen Toleranz, über das Sollformmaß hinausgeschliffen
wird. Die sich dadurch in der vergrößerten Darstellung auf dem Bildschirm farbig
abzeichnende Grenzlinie wird nun dazu benutzt, auf farbig geeichte Fotozellen einzuwirken,
so daß die Fotozellen auf Grund der empfangenen Lichtimpulse die Steuerung der Maschine
übernehmen können.
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Die Erfindung liegt also darin, daß die im Mischbild beim geringfügigen
Überschleifen des Werkstückes über das vom Meisterstück herrührende Sollformbild
hinaus entstehende farbige Grenzlinie zum Steuern des Vorschubes und der Beistellung
des Werkzeuges durch die Fotozelle dient.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fotozelle
auf der vom Beobachter abgewendeten Seite des Abbildungsschirmes angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
der selbsttätigen Steuerung mittels der Fotozelle eine Handsteuerung zugeordnet,
die mit der selbsttätigen Steuerung über Differentialgetriebe gekoppelt ist.
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Zur Unterstützung des Kontrastes im Mischbild kann eine Komplementärfarbfolie
mit dem Scherenschnitt der Sollform an dem Abbildungsschirm angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Meisterstück zusammen
mit dem zu bearbeitenden Werkstück um
ortsfeste Achsen über einen vom Vorschub abgeleiteten Antrieb synchron drehbar.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang
mit den Zeichnungen dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt Abb.
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Projektionsformenschleifmaschine
gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht, Abb. 2 ein auf einem Abbildungsschirm
sich abzeichnendes Mischbild von Sollform und Werkstück, Abb. 3 a die in einen Durchlichtstrahlengang
aus Abb. 1 geschwenkte Schleifscheibe, Abb. 3 b die in einen Auflichtstrahlengang
aus Abb. 1 geschwenkte Schleifscheibe und Abb.4 die Überlagerung des fotoelektrisch
gesteuerten Antriebs der Koordinatenbewegung der Schleifscheibe mit einer Handsteuerung.
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In Abb. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Projektionsformenschleifmaschine
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Eine auf Kreuzschlitten 4, 5 gelagerte
Schleifscheibe 3 kann .aus der dargestellten Stellung in die in Abb. 1 mit gestrichelten
Linien gezeichnete Stellung 3' verschwenkt werden. Die Anordnung der Schleifscheibe
auf den Kreuzschlitten 4, 5 ist aus Abb. 3 a und 3 b ersichtlich. Der Vorschub und
die Beistellung der Schleifscheibe in den beiden Koordinatenrichtungen erfolgt über
zwei Handsteuerräder 1, 2 und verschiedene, weiter unten zu beschreibende Wellen
und Getriebe.
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In der in Abb. 1 mit dem Bezugszeichen 3' bezeichneten Stellung kann
die Schleifscheibe zum Schleifen eines Werkstückes 11, beispielsweise einer als
Matrize ausgebildeten Urform, eingesetzt werden. Das Werkstück 11 und die Schleifscheibe
3' werden von einer Lichtquelle 6 beleuchtet und über ein Objektiv 7 sowie Umlenkspiegel
8, 9 auf einem Abbildungsschirm 10 abgebildet, in den zusätzlich noch eine Sollform
eingelegt ist. Das auf dem Abbildungsschirm 10 sichtbare Bild entspricht der in
Abb. 2 gegebenen Darstellung. Zur Bearbeitung des Werkstückes steuert ein Bedienungsmann
an Hand der auf dem Schirm 10 entworfenen Abbildung mit Hilfe der beiden Handsteuerräder
1 und 2 das Bild der Schleifscheibe 20 an der Kontur der Sollform entlang, bis das
Bild der Werkstückkontur genau der Sollform entspricht.
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Wie erwähnt, kann die Schleifscheibe aus der Stellung 3' in die in
Abb. 1 mit ausgezogenen Linien gezeichnete Stellung 3 verschwenkt werden. Wie aus
Abb. 3 a und 3 b ersichtlich, ist ein Hubschlitten 30 der Schleifscheibe 3 so verstellbar,
daß der in Stellung 3' vertikal verlaufende Schleifscheibenhub in der anderen Stellung
in horizontaler Richtung erfolgt (vgl. die entsprechenden Pfeile in Abb. 1). In
der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung wird die Schleifscheibe 3 zur
Bearbeitung eines Werkstückes 14, beispielsweise einer der obengenannten Matrize
11 entsprechenden Patrize, eingesetzt.
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Zur Verfolgung dieses Bearbeitungsvorganges wird auf dem Schirm 10
gleichzeitig die entsprechend justierte Matrize 11 und die zu schleifende Patrize
14 abgebildet. Die Abbildung der Matrize 11 erfolgt über den oben bereits beschriebenen
Durchlichtstrahlengang 6-11-7-8-9-10. Die Abbildung der Patrize 14 erfolgt in Auflichtbeleuchtung
mittels einer Lichtquelle 12 und eines Umlenkprismas oder -spiegels 13; welche den
Abbildungsstrahlengang der Patrize 14 in den von der Lichtquelle 6 ausgehenden Strahlengang
einspiegeln.
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In den von der Lichtquelle 6 ausgehenden Strahlengang ist ein Farbfilter
15 und in den von der Lichtquelle 12 herrührenden Strahlengang ein dazu komplementäres
Farbfilter 16 eingeschaltet. Auf dem Abbildungsschirm 10 erscheint ein farbiges
Mischbild von folgendem Aufbau (vgl. Abb. 2). Unter der Annahme, daß als Farbfilter
15 ein Rotfilter verwendet wird, bildet sich die Matrize 11 als dunkler Schatten
19 auf rotem Untergrund ab. Oberhalb der dunklen Fläche 19 und zum Teil mit dieser
zusammenfallend, entstehen die Bilder der bereits bearbeiteten oder noch zu bearbeitenden
Teile der Patrize 14. Wenn das Farbfilter 16 ein Grünfilter ist, wird der in das
dunkle Feld 19 ragende, noch nicht abgearbeitete Teil 18 mit grüner Farbe
sichtbar. Dort, wo sich der von der Lichtquelle 6 erzeugte rote Untergrund mit dem
grünen Bild der Patrize 14 überlagert (Feld 17), entsteht als Mischfarbe »Weiß«.
Die Mischfarbe »Weiß« kann dabei je nach dem Spektrum der verwendeten Lichtquelle
und der Güte der Farbfilter auch eine mehr oder weniger gelbliche bis bräunliche
Tönung aufweisen.
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Wenn nun die Schleifscheibe, deren Bild durch das Bezugszeichen 20
angedeutet ist, bei der Abarbeitung der Patrize 14 so weit vorrückt, daß sie die
Kontur des Matrizenbildes 19 gerade überschreitet, entsteht am Ort des überschreitens
die Farbe Rot. Somit kann die Einhaltung der Sollformkontur am Werkstück außerordentlich
genau beobachtet und die Schleifscheibe dementsprechend gesteuert werden. Bei fortgeschrittener
Abarbeitung des Werkstückes bildet sich eine in Abb. 2 mit dem Bezugszeichen 21
bezeichnete rote Grenzlinie aus, die sich während der Bearbeitung kontinuierlich
fortpflanzt und den Bearbeitungsfortschritt anzeigt. Falls die Schleifscheibe versehentlich
zu tief in das Werkstück eindringt, so zeichnet sich auch dieses deutlich auf dem
Abbildungsschirm 10 durch eine rote Fläche 22 ab. Ein derartiges fehlgeschliffenes
Werkstück kann somit ohne weiteres noch während der Bearbeitung erkannt und als
Ausschuß markiert werden.
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Mit Hilfe der oben beschriebenen Anordnung kann, ohne in den Abbildungsschirm
eine Sollformzeichnung einlegen zu müssen; vom Negativ einer Form das Positiv, z.
B. zu einer Matrize die zugehörige Patrize, hergestellt werden. Soll eine unmittelbare
Formübertragung von einer Urform auf eine Werkstückform erfolgen (vom Positiv auf
ein Positiv), so kann dies auf folgende Weise geschehen: Eine Urform 27 (Abb. 1)
wird von einer Lichtquelle 23 über ein Prisma 24 mit Auflicht beleuchtet. Die Abbildungsstrahlen
gelangen von der Urform 27 über ein Prisma oder einen halbdurchlässigen Spiegel
24 in ein Objektiv 25 und werden von da über ein Prismen- oder Spiegelsystem 26
mit dem das Werkstück14 abbildenden Strahlengang12-13-14-13-7 vereint. Wird nun
in den von der Lichtquelle 23 herrührenden Strahlengang ein Rotfilter 28 und hinter
die Lichtquelle 12 ein dazu komplementäres GrÜnfilter 16 eingeführt, so entsteht
auf dem Abbildungsschirm 10 wiederum ein verschiedenfarbiges Mischbild mit sich
entsprechend dem Bearbeitungsfortschritt kontinuierlich abzeichnender, roter Sollformgrenzlinie,
wobei im Unterschied zu dem oben beschriebenen
Mischbild die Bilder
von Urform 27 und Werkstück 14 einander überlagert sind, und das Feld 19 wieder
dunkel erscheint.
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Außer den im voranstehenden genannten Mischbildern lassen sich mit
der beschriebenen Anordnung noch weitere Abbildungsmöglichkeiten verwirklichen.
So kann beispielsweise beim Schleifen nach einer Urform diese, so wie es in Abb.
1 bei 29 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, angeordnet und von der Lichtquelle
23 im Durchlicht beleuchtet werden. An Stelle der Komplementärfarbfilter Rot-Grün
können bei der Durchführung der verschiedenen Abbildungsmöglichkeiten selbstverständlich
auch andere Komplementärfarbfilter, beispielsweise Blau-Gelb zur Anwendung kommen.
Weiterhin kann es in bestimmten Fällen zweckmäßig sein, den farbigen Kontrast im
Mischbild durch Einlegen einer Komplementärfarbfolie mit dem Scherenschnitt der
Sollform zu unterstützen.
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Der Effekt der kontinuierlichen Markierung der farbigen Grenzlinie
kann nun in einfacher und zweckmäßiger Weise zum Steuern eines Fotozellentastsystems
ausgenutzt werden. Dazu wird beispielsweise eine farbempfindliche Fotozelle 41 in
.an sich bekannter Weise an die an der Bearbeitungsstelle entstehende farbige Grenzlinie
herangeführt, was zweckmäßigerweise so geschieht, daß einer konstanten horizontalen
Steuerbewegung der Fotozelle 41 eine vertikale, beschleunigte oder verzögerte Bewegung
zugeordnet wird.
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In Abb. 1 und 4 ist dargestellt, wie sich die selbsttätige Steuerung
mittels der Fotozelle der mechanischen Handsteuerung überlagert. Die Fotozelle steuert
zwei Elektromotore 42 und 43, deren Drehmomente über je ein Differentialgetriebe44'
und 45' sowie über Zahnradpaare 46, 47 bzw. 48, 49 auf eine Vollwelle 39 und eine
Hohlwelle 40 für den Kreuzschlittenantrieb der Schleifscheibe 3 weitergegeben werden.
Auf die jeweils gleichen Zahnradpaare 46, 47 und 48, 49 wirken ferner, und zwar
über die zugeordneten Differentialgetriebe 44', 45', über Schnecken 50 bzw. 52 und
Schneckenräder 51 bzw. 53 eingeleitete Bewegungen der Handsteuerräder 1 und 2. Damit
kann mittels dieser Steuerräder der durch die Elektromotore 42 und 43 betätigten
automatischen Steuerung eine zusätzliche von Hand überlagert werden.
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Der automatischen Steuerung kann, unabhängig von den Handsteuerrädern
1 und 2, auch auf elektrischem Wege eine Zusatzbewegung überlagert werden. Diesem
Zweck können beispielsweise die in Abb.l angedeuteten, jeweils einem der Elektromotore
42 oder 43 zugeordneten Potentiometerwiderstände 54 und 55 dienen. Zweckmäßigerweise
sind dabei die Bedienungsgriffe für die Potentiometcr an dem Abbildungsschirm 10
angeordnet.
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Wie erwähnt (vgl. Abb. 3 a und 3 b), kann der Hubschlitten 30 für
die Schleifscheibe 3 verschwenkt werden, so daß auf Grund der jeweils passend eingestellten
Hubrichtung sowohl hinterschliffener wie .auch konisch in sich geschlossener Flachformschliff
in jeder beliebigen Winkelstellung ausgeführt werden kann.
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Für axialen Flachformschliff an Nocken, geteilten Matrizen, Patrizen
od. dgl. sind Werkstück und Urform 11, 14 bzw. 27, 14 synchron drehbar gelagert.
Die synchrone Drehung von Urform und Werkstück erfolgt mit Hilfe eines dem Abbildungsschirm
10 zugeordneten Handrades 31. Somit kann ohne meßtechnische Hilfsmittel einer Weiterteilung
(polare Zerlegung). nach dem Durchschleifen eines Abbildungsbereiches der darauffolgende
Bereich in dem Abbildungsschirm 10 über das Handrad 31 weitergeschaltet werden.
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Bei Betätigung des Handrades 31 versetzt eine Welle 32 über ein Kegelradgetriebe
33 und Zahnradgetriebe 34 die Matrize 11 in eine synchrone Drehbewegung zur Patrize
14, die ihrerseits über Kegelradgetriebe 35 und Zahnradgetriebe 36 bewegt wird.
Die synchrone Drehung einer Urform 27 und eines Werkstückes 14 erfolgt, ausgehend
von dem Handrad 31, über die Welle 32, das Kegelradgetriebe 35 und das Zahnradgetriebe
36.
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Weiterhin ist es möglich, konischen Flachformschliff an Werkstücken,
beispielsweise Ziehformen, Schnittstempel, Schnitte od. dgl. mit in sich geschlossener
Form herzustellen, indem nach Abb. 3 b der Schleifhubschlitten in die gewünschte
Winkelstellung verschwenkt wird.
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Für solchen in sich geschlossenen Flachformschliff erfährt die synchrone
Drehung von Urform und Werkstück, z. B. 27 und 14, ausgehend von der Vollwelle 39
und der Hohlwelle 40, je einen einstellbaren Antrieb 37 und 38. Jeder dieser Antriebe
37 und 38 ist so ausgebildet, daß irgendeine Bewegung der Wellen 39 und 40, und
zwar unabhängig von der Drehrichtung, eine in ihrer Größe einstellbare, jedoch konstante
Drehbewegung auf die Welle 32 überträgt. Dies kann, wie schematisch dargestellt,
sowohl mechanisch mit gegeneinander wirkendem Freilaufgetriebe erfolgen, als auch
auf elektrischem Wege. Weiterhin kann gegebenenfalls die Vorschubbewegung in an
sich bekannter Weise mit dem Schleifscheibenhub gekoppelt werden.
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Das Fotozellentastsystem ist zweckmäßigerweise auf der vom Beobachter
abgewendeten Seite des Abbildungsschirmes 10 angeordnet und tastet sich in einer
Koordinatenbewegung an die sich stetig farbig abzeichnende Sollformgrenzlinie heran.
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Aus dem voranstehenden ist deutlich geworden, daß sich die beschriebene
Projektionsformenschleifmaschine außerordentlich vielseitig verwenden läßt. Das
auf dem Abbildungsschirm entworfene farbige Mischbild zeichnet sich durch eine entsprechend
dem Bearbeitungsfortschritt kontinuierlich farbig sich abzeichnende Grenzlinie aus,
die einerseits eine zuverlässige Beobachtung des Bearbeitungsvorganges gestattet
und andererseits über eine Fotozelle eine sichere Steuerung der Maschine ermöglicht.
Ein besonderer Vorzug besteht dabei darin, daß sich ein unzulässiges Überschreiten
der Sollformkontur ebenfalls deutlich farbig markiert, wodurch ein unmittelbares
Erkennen von Ausschuß gewährleistet ist. Der von der Fotozelle selbsttätig gesteuerte
Vorschub läßt sich am Abbildungsschirm beobachten und läßt gegebenenfalls an komplizierten
Stellen eine zusätzliche Handsteuerung zu. Es ist möglich, von einmal gefertigten
Werkstücken eine Meisterform zurückzubehalten, so daß diese zur Darstellung der
Sollform dienen kann. Ein Aufzeichnen der Sollform kommt somit in Fortfall. Auch
ein Weiterteilen des Werkstückes in den Abbildungsbereich auf meßtechnischem Wege,
beispielsweise durch polare Zerlegung, ist nicht erforderlich, da Meisterform und
Werkstück synchron gekoppelt sind. Insbesondere kann bei der Herstellung einer Patrize
die Matrize unmittelbar als Meisterform verwendet werden, so daß eine vollkommene
übereinstimmung
beider Formen erreicht wird.