DE1164196B

DE1164196B - Stufenloser Antrieb zum Drehen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit an Drehmaschinen mit vorwaehlbarer Schnittgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE1164196B
Application number: DEC17600A
Authority: DE
Inventors: Albert John Hayward
Original assignee: GEORGE COHEN 600 GROUP Ltd
Current assignee: GEORGE COHEN 600 GROUP Ltd
Priority date: 1957-11-12
Filing date: 1958-10-02
Publication date: 1964-02-27
Also published as: BE571424A; US3028778A; FR1210195A; CH350162A; GB858710A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W¥W PATENTAMT Internat. KI.: B 23 b

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 49 a - 21/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 164 196
C 17600 Ib/49 a
2. Oktober 1958
27. Februar 1964

Die Erfindung betrifft einen stufenlosen Antrieb zum Drehen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit an Drehmaschinen mit vorwählbarer Schnittgeschwindigkeit, bei der eine mit dem Querschlitten verbundene Steuereinrichtung für die Verstellung eines stufenlos regelbaren Reibgetriebes betriebsmäßig mit der Verstelleinrichtung des nur während des Betriebes verstellbaren Reibgetriebes verbunden ist.

Zum Einhalten einer konstanten Schnittgeschwindigkeit muß sich das Übersetzungsverhältnis des die Werkstückspindel antreibenden Getriebes mit hoher Genauigkeit in Abhängigkeit von der Vorschubbewegung des Querschlittens verändern lassen. Zu diesem Zweck verwendet man bereits stufenlos veränderbare Reibgetriebe, die über eine mit dem Querschlitten verbundene und betriebsmäßig mit der Verstelleinrichtung des Reibgetriebes verbundenen Steuereinrichtung verstellbar sind. Bei stufenlos verstellbaren Reibgetrieben dieser Art treten im allgemeinen sehr hohe Anpreßdrücke zwischen den Reibkörpern auf. Der mechanische Widerstand, der bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses bei stillstehendem Getriebe der Verstelleinrichtung durch die Reibkörper entgegengesetzt wird, ist demzufolge so groß, daß beispielsweise eine Vorwahl des Über-Setzungsverhältnisses bei stillstehendem Getriebe oder ein schneller Wechsel des Übersetzungsverhältnisses bei laufendem Getriebe ohne Beschädigung des Getriebes nicht möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen stufenlosen Antrieb zum Drehen mit einer konstanten Schnittgeschwindigkeit an Drehmaschinen mit vorwählbarer Schnittgeschwindigkeit zu schaffen, der bei Verwendung von stufenlos regelbaren Reibgetrieben, bei denen nur während des Betriebes eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses möglich ist, eine Einstellung des Getriebes auch im Stillstand erlaubt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß zwischen der mit dem Querschlitten in Verbindung stehenden Steuereinrichtung und der um seine Achse drehbaren Verstelleinrichtung eine drehelastische Übertragungseinrichtung angeordnet ist, deren Drehelastizität derart bemessen ist, daß bei stillstehendem Getriebe die bei Betätigung der Steuereinrichtung auftretende Winkelverdrehung durch die drehelastisehe Übertragungseinrichtung aufnehmbar ist.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht auf einfache Weise bei stillstehendem Getriebe die Voreinstellung eines einer gewünschten Schnitt- bzw. Bearbeitungsgeschwindigkeit entsprechenden Über-Setzungsverhältnisses oder ein Verschieben des Querschlittens in jeder Richtung von Hand oder auf Stufenloser Antrieb zum Drehen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit an Drehmaschinen
mit vorwählbarer Schnittgeschwindigkeit

Anmelder:

The George Cohen 600 Group Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Albert John Hayward, Crouch End Court,

Colchester, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 12. November 1957

(Nr. 35 226)

andere Weise zum Rückstellen des Werkzeugs in seine Ausgangsstellung, ohne daß hierbei übermäßig hohe Beanspruchungen auf die Verstelleinrichtung bzw. die Reibkörper des stufenlos verstellbaren Reibgetriebes aufgebracht werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Verstelleinrichtung,

F i g. 2 als Teildarstellung die angenäherte Kurvenform der Schlitze in der Verstelleinrichtung eines nach Art des sogenannten Kopp-Variators arbeitenden Reibgetriebes, bei dem die erfindungsgemäße Einrichtung bevorzugt Anwendung finden soll,

F i g. 3 in Stirnansicht einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 1.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäß ausgebildete stufenlose Antrieb zum Drehen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit an Drehmaschinen mit vorwählbarer Schnittgeschwindigkeit in Anwendung bei einem Reibgetriebe 18 gezeigt, das ähnlich einem als sogenannter Kopp-Variator bekanntgewordenen Schwenkkugelgetriebe aufgebaut ist. Bei einem derartigen Schwenkkugelgetriebe ist die treibende und getriebene Welle, von denen jede im Gehäuseinneren einen Laufring und außerhalb des Gehäuses eine entsprechende Riemenscheibe 35 bzw. 36 trägt, in

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einem Gehäuse koaxial gelagert und auf der einen Gehäuseseite nach außen geführt. Die Laufringe wirken mit um verschwenkbare Achsen umlaufenden und durch einen Außenring zusammengehaltenen Schwenkkugeln zusammen. Die Achsen dieser Schwenkkugeln sind in im wesentlichen radial verlaufenden Vertiefungen des Getriebegehäuses geführt und zur Veränderung des Neigungswinkels und damit zur Änderung der Drehzahl zusätzlich in Schrägschlitzen 15 einer drehverstellbaren Verstelleinrichtung in Form einer sogenannten Irisführung 16 geführt (F i g. 2). Die drehverstellbare Irisführung 16 ist auf einer nach außen geführten, zur Hauptachse des Getriebes gleichachsig angeordneten und in einem Lager 34 drehbaren Betätigungswelle 32 befestigt.

Bei Drehmaschinen ist die Beziehung zwischen der Drehzahl der Werkstückspindel und dem Durchmesser des Werkstücks, an dem die Bearbeitung erfolgt, derart, daß die Drehzahl der Werkstückspindel zur Erzielung einer konstanten Schnittgeschwindigkeit entsprechend der nach innen gerichteten Vorschubbewegung des Querschlittens gemäß einer hyperbolischen Progression gesteigert werden muß. Die Schlitze 15 in der Irisführung 16 sind daher gemäß F i g. 2 so gestaltet, daß sich bei einer Winkelverstellung der Irisführung eine solche Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses ergibt, daß man eine Drehzahländerung gemäß einer hyperbolischen Progression erhält. Wenn die Winkelverstellung der Irisführung in geeigneter Weise auf die Vorschubbewegung des Querschlittens bezogen wird, so wird die Drehzahl der Werkstückspindel bei einer Bewegung des Querschlittens selbsttätig derart geändert, daß die Schnittgeschwindigkeit ohne Rücksicht auf Änderungen des Schnittradius konstant bleibt, wobei es nicht darauf ankommt, ob diese Änderungen fortschreitend erfolgen, wie es beim Plandrehen der Fall ist, oder schrittweise, z. B. beim Langdrehen.

Auf dem mit der Betätigungswelle 32 verbundenen Drehstab 58 ist ein Steuerglied 55 fest angeordnet, in dem ein mit einem Griffknopf 57 verbundener Rastbolzen 56 verschieblich geführt ist. Die Länge und der Querschnitt des Mittelabschnitts des Drehstabes 58 sind so gewählt, daß sich ein Drehfederungsvermögen ergibt, bei dem sich das Steuerglied 55 innerhalb seines Bewegungsbereichs in jedem beliebigen Ausmaß bewegen läßt, ohne daß eine zu starke Kraft auf die Irisführung übertragen wird. Die Winkelbewegung des Rastbolzens 56 entspricht der Winkelbewegung der Achse 32 und ist an einer Skala ablesbar, die an einer mit einem Schlitz versehenen gebogenen Platte 59 befestigt ist. Der Rastbolzen 56 ist mit einem Rastglied 60 versehen, das durch eine Feder 61 nachgiebig vorgespannt ist und einen keilförmigen Endabschnitt 62 aufweist, der in ein gezahntes Bauteil 63 (F i g. 3) eingreift. Das gezahnte Bauteil 63 ist auf einer Hülse 64 angeordnet, in der ein Endabschnitt 65 des Drehstabes 58 gelagert ist; die Hülse 64 ist in einer Gehäusewandung 66 der Drehmaschine drehbar gelagert.

Der einen Querschlitten 67 aufnehmende Support 68 ist mit einem Arm 69 versehen, in dem ein Zahnrad 70 gelagert ist, das gleitend beweglich mit einer Welle 71 verkeilt ist, die sich parallel zum Bett der Drehbank erstreckt und im Bett gelagert ist. Das Zahnrad 70 kämmt mit einer Zahnstange 72, die an dem Querschlitten 67 vorzugsweise derart befestigt ist, daß sie sich gegenüber dem Querschlitten in dessen Längsrichtung verstellen läßt. Die Welle 71 ist mit dem gezahnten Bauteil 63 durch ein Getriebe verbunden, das die Zahnräder 73, 74 und 78 umfaßt; das letzte Zahnrad 78 besteht mit der Hülse 64 aus einem Stück oder ist auf andere Weise an ihr befestigt und ist mittels eines Stiftes 77 gegenüber der Gehäusewandung 66 festlegbar. Bei den Zahnrädern 73 und 74 kann es sich um Wechselräder handeln, die durch gerändelte Muttern 75 bzw. 76 auf den zugehörigen Wellen bzw. Achsen gehalten werden. Normalerweise ist das Zahnrad 78 nicht durch den Stift

77 gegen Drehbewegungen gesichert, der gemäß Fig. 1 in eine Bohrung 79 der Gehäusewandung 66 eingreift. Der Zweck des Sicherungsstiftes 77 wird weiter unten erläutert.

Nimmt man an, daß das stufenlos verstellbare Getriebeaggregat stillsteht, so bewirkt eine Einwärtsoder Auswärtsbewegung des Querschlittens 67, die z.B. durch handbetätigte Mittel bekannter Art zum Zwecke des Einsteilens des Werkzeuges hervorgerufen wird, eine Drehbewegung der Welle 71, da die Zahnstange 72 in das Zahnrad 70 eingreift. Diese Drehbewegung wird über die Zahnräder 73, 74 und

78 auf das gezahnte Bauteil 63 und von dort aus über das Rastglied 60 und das Steuerglied 55 auf den Drehstab 58 übertragen, der hierbei in einem der Bewegung des Querschlittens entsprechenden Ausmaß in sich verdreht wird, während die Achse 32 der Irisführung infolge der ruhenden Reibung an den Berührungsstellen zwischen den drehbaren Elementen des Getriebes keine Bewegung ausführt. Sobald die drehbaren Elemente umzulaufen beginnen, bewirkt die als Torsionsspannung in dem Drehstab 58 gespeicherte Energie eine Winkelstellung der Irisführung des Getriebes, so daß ein Übersetzungsverhältnis eingestellt wird, das der Stellung des Querschlittens 67 entspricht.

Nimmt man andererseits an, daß der Querschlitten 67 bereits in die gewünschte Ausgangsstellung gebracht worden ist und daß der Antrieb stillsteht, kann man jedes gewünschte Übersetzungsverhältnis wählen, indem man das Steuerglied 55 in der geeigneten Richtung in eine durch die Skala auf der Platte 59 angezeigte vorbestimmte Stellung bringt, wobei das Rastglied 60 an dem gezahnten Bauteil 63 angreift, um das Steuerglied 55 in der gewählten Stellung festzuhalten. Je nach der Verdrehung des Torsionsstabes 58 wird dann die Irisführung des Getriebeaggregats in entsprechender Weise verstellt, sobald die drehbaren Elemente des Getriebes umzulaufen beginnen.

Während das Getriebe eine Antriebskraft überträgt, wird jede Vorschubbewegung des Querschlittens 67 von einer entsprechenden Winkelverstellung der Irisführung begleitet, ohne daß der Torsionsstab 58 in sich verdreht wird.

Wenn die Anordnung nicht zum Plandrehen benutzt wird, sondern für andere Arbeitsgänge, d.h. wenn keine Verbindung zwischen dem Querschlitten 67 und dem Steuerglied 55 benötigt wird, kann man eines der Zahnräder 73 und 74 oder beide Zahnräder entfernen und das Zahnrad 78 dadurch gegen Drehbewegungen sichern, daß man den Stift 77 so in eine öffnung des Zahnrades 78 einsetzt, daß er in die Bohrung 79 in der Gehäusewandung 66 eingreift. Das gezahnte Bauteil 63 dient dann zum Bestimmen der Lage des Steuergliedes 55. Wenn der Rastbolzen 56 aus einer Winkelstellung in eine andere Winkel-

stellung gebracht wird, so wird er in der gewählten Stellung dadurch festgehalten, daß der keilförmige Endabschnitt 62 des Rastgliedes 60 in das gezahnte Bauteil 63 eingreift. Wenn sich das Getriebe nicht in Betrieb befindet, wird die ruhende Reibung an den Reibungsberührungsstellen zwischen den drehbaren Elementen eine Winkelbewegung der Achse 32 verhindern, so daß auf den Drehstab 58 eine Torsionsspannung in der einen oder anderen Richtung aufgebracht wird. Sobald die drehbaren Elemente des Getriebes umzulaufen beginnen, bewirkt die durch den Torsionsstab 58 auf die Achse 32 aufgebrachte Drehkraft, daß eine Winkelverstellung der Irisführung in einem Ausmaß erfolgt, das der vorherigen Winkelverstellung des Steuergliedes 55 entspricht. Wenn das Getriebe arbeitet, während der Rastbolzen 56 bewegt wird, folgt die Irisführung der Bewegung des Rastbolzens 56, ohne daß eine innere Verdrehung des Torsionsstabes 58 erfolgt, es sei denn, es werde eine übermäßig starke Kraft aufgebracht. Wenn man den Stift 77 entfernt, ist der Rastbolzen 56 frei beweglich, so daß man das Übersetzungsverhältnis in jeder gewünschten Weise ändern kann.

Wenn das Getriebe läuft, ohne durch den Vorschub des Querschlittens gesteuert zu werden, kann es erwünscht sein, eine bestimmte Änderung des Übersetzungsverhältnisses vorzuwählen, die in einem gewünschten späteren Zeitpunkt zur Wirkung gebracht wird. Zu diesem Zweck sind lösbare Mittel vorgesehen, um die Irisführung oder deren Betätigungsglied gegen Winkelbewegungen zu sichern. Beispielsweise kann gemäß Fig. 4 ein federbelasteter Rastbolzen 80 vorgesehen sein, dessen keilförmiger Endabschnitt 81 in eine Verzahnung 82 eines Betätigungsgliedes 83 eingreift, das an der Achse 32 befestigt ist; der Rastbolzen 80 weist einen Schaftabschnitt 84 auf, der mit einem Griffknopf 85 od. dgl. versehen ist, mittels dessen man den Rastbolzen 80 entgegen der Kraft einer Feder 86 zurückziehen kann, um den keilförmigen Abschnitt 81 aus der Verzahnung 82 auszurasten; der Knopf 85 kann gemäß Fig. 4 einen geeigneten Fortsatz87 aufweisen, der bei der eingerückten Stellung des Rastbolzens 80 von einem Loch 88 in einer Platte 89 aufgenommen wird und der sich nach dem Zurückziehen des Knopfes 85 durch Drehen des Knopfes in eine Stellung bringen läßt, in der er sich an der Außenfläche der Platte 89 abstützt, um so den Rastbolzen 80 in der zurückgezogenen Stellung festzuhalten. Nimmt man an, daß das Getriebe läuft, wird die Irisführung durch das Eingreifen des Endabschnitts 81 des Rastbolzens 80 in die Verzahnung 82 des Bauteils 83 in der dem gerade benutzten Übersetzungsverhältnis entsprechenden Stellung festgehalten. Dann kann man ein anderes Übersetzungsverhältnis wählen, indem man den Rastbolzen 56 in eine vorgewählte Winkelstellung bringt, in der er dadurch festgehalten wird, daß der Endabschnitt 62 des Rastgliedes 60 in das gezahnte Bauteil 63 eingreift, das durch den Stift 77 festgelegt ist. Hierbei wird auf den Drehstab 58 eine in der einen oder anderen Richtung wirkende Torsionsspannung aufgebracht, und wenn auf das vorgewählte Übersetzungsverhältnis übergegangen werden soll, braucht man lediglich den Rastbolzen 80 mit Hilfe des Griffknopfes 85 zurückzuziehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Stufenloser Antrieb zum Drehen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit an Drehmaschinen mit vorwählbarer Schnittgeschwindigkeit, bei dem eine mit dem Querschlitten verbundene Steuereinrichtung für die Verstellung eines stufenlos regelbaren Reibgetriebes betriebsmäßig mit der Verstelleinrichtung des nur während des Betriebes verstellbaren Reibgetriebes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der mit dem Querschlitten in Verbindung stehenden Steuereinrichtung (60 bis 64; 70 bis 78) und der um eine Achse (32) drehbaren Verstelleinrichtung (16) eine drehelastische Übertragungseinrichtung (58) angeordnet ist, deren Drehelastizität derart bemessen ist, daß bei stillstehendem Getriebe die bei Betätigung der Steuereinrichtung auftretende Winkelverdrehung durch die drehelastische Übertragungseinrichtung (58) aufnehmbar ist.

2. Stufenloser Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehelastische Übertragungseinrichtung ein Torsionsstab (58) ist, der mit seinem freien Ende mit der Steuereinrichtung (78) verbunden ist.

3. Stufenloser Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Voreinstellung der Verstelleinrichtung (16) bei stillstehendem Getriebe die Steuereinrichtung eine von Hand einstellbare Betätigungseinrichtung (57, 60, 62, 63) aufweist.

4. Stufenloser Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (70 bis 78) eine sich parallel zur Hauptachse der Drehmaschine erstreckende Welle (71), ein am Support (68) gelagertes und auf der Welle (71) drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnetes und mit einer an dem Querschlitten (67) befestigten Zahnstange (72) zusammenarbeitendes Zahnrad (70) sowie dieses mit der Übertragungseinrichtung (58) verbindende Zahnräder (70, 73, 74, 78) umfaßt, und zwischen der Übertragungseinrichtung (58) und den Zahnrädern (78) die von Hand verstellbare und mit Rastmitteln (60 bis 63) versehene Betätigungseinrichtung (57) angeordnet ist.

5. Stufenloser Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Rastmittel (77) zum Festlegen der Steuereinrichtung (70 bis 78) gegen Winkelverdrehung.

6. Stufenloser Antrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festlegen der Welle (32) der Verstelleinrichtung (16) gegen Verdrehen an dieser wahlweise feststellbare Rastmittel (80 bis 89) vorgesehen sind.

7. Stufenloser Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Beziehung zwischen Querschlittenbewegung und Drehzahländerung die Zahnräder (73, 74, 78) auswechselbar angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1702 019; USA.-Patentschrift Nr. 2512 008.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen