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Kopiereinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Hobelmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Kopiereinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere
Hobelmaschinen, mit einem das Profil einer Kopierschablone abtastenden Kopierfühler,
einem von diesem betätigten Steuergerät, einem an das Steuergerät angeschlossenen
Stellmotor und einem von diesem betätigten, verschiebbar gelagerten Werkzeugschlitten,
wobei zwischen dem Stellmotor und dem Werkzeugschlitten ein Untersetzungsgetriebe
eingeschaltet und die Kopierschablone im entsprechenden Verhältnis überhöht ist.
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Bei einer derartigen aus der deutschen Patentschrift 836 871 bekannten
Kopiereinrichtung ist zwischen dem Längsantrieb des Supports und dem der Kopierschablone
ein Kettengetriebe vorgesehen. Durch geeignete Wahl des übersetzungsverhältnisses
der Kettenräder bzw. durch entsprechende Wahl der Steigungen an den Vorschubspindeln
wird erreicht, daß der die Schablone tragende Hilfssupport etwa eine doppelt so
große Bewegung ausführt wie der einen Drehmeißel tragende Hauptsupport. Die Querbewegung
des Supports wird durch eine Hebelübersetzung ebenfalls etwa im gleichen Verhältnis
verkleinert, d. h., eine Querbewegung an der Schablone entspricht einer halb so
großen Querbewegung des Drehmeißels. Bei einer zweiten Ausführungsform der bekannten
Vorrichtung erfolgt die übertragung der Bewegungen des Kopierfühlers auf den Drehmeißel
durch zwischengeschaltete elektrische Wellen und ebenfalls zwischengeschaltete Getriebe.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird diese übertragung auf hydraulische Weise
bewerkstelligt, wobei als übersetzungseinrichtung Differentialkolben dienen. Der
kleinere Kolben arbeitet jeweils mit dem die Schablone tragenden Hilfssupport und
der größere Kolben mit dem Hauptsupport bzw. dem Drehmeißel zusammen.
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Allen Ausführungen gemeinsam ist der Nachteil, daß das Untersetzungsverhältnis
zwischen Kopierschablone und Werkzeug verhältnismäßig klein und in der Größenordnung
von 2:1 bis 3:1 liegt. Fehler, die bei der Bearbeitung der Kopierschablone auftreten,
werden im gleichen Verhältnis am Werkstück reproduziert, wozu noch die Ungenauigkeit
bzw. das Spiel der zwischengeschalteten Getriebe hinzukommt. Besonders macht sich
hierbei auch der sogenannte Hysteresisfehler bemerkbar, der bei stark belasteten
Teilen aus elastischem Material auftritt. Als solches elastisches Material ist auch
Stahl und Gußeisen anzusehen, woraus Werkzeugmaschinen hauptsächlich bestehen. Hysteresis
ist aber auch bedingt durch die Reibung in den Führungen des Werkzeugschlittens
USW.
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Der Hysteresisfehler, welcher insbesondere beim Umschalten des Werkzeugschlittens
von seiner Aufwärtsbewegung in seine Rückwärtsbewegung auftritt, verursacht eine
weitere Ungenauigkeit am Werkstück.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kopiereinrichtung
für Werkzeugmaschinen der eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, die eine sehr hohe
Kopiergenauigkeit aufweist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Untersetzungsverhältnis
etwa 100: 1 bis 5000: 1 beträgt und das Untersetzungsgetriebe spielfrei arbeitet.
Die Kopierschablone ist dann im entsprechenden Verhältnis überhöht. Dies bedeutet,
daß bei einem Untersetzungsverhältnis von 100:1 der Fehler hundertmal kleiner ist.
Derartige geringe Fehler sind jedoch in der Praxis umbeachtlich. Insbesondere wird
der in dem Stellmotor auftretende Hysteresisfehler durch das Untersetzungsgetriebe
in entsprechendem Maß verkleinert, so daß er bei einem Untersetzungsverhältnis von
100 : 1 nur noch 0,5 bis 1 #t beträgt. Durch ein noch größeres Untersetzungsverhältnis
kann man diesen Fehler noch geringer machen. Ein weiterer Vorteil, der sich durch
das Untersetzungsgetriebe ergibt, besteht darin, daß die von dem Stellmotor aufzubringenden
Verstellkräfte ebenfalls erheblich geringer sind. Auch hierdurch wird die Abbildungsgenauigkeit
wesentlich erhöht.
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Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden
an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 die Vorderansicht der neuen Kopiereinrichtung an einer Hobelmaschine,
teilsweise im Schnitt nach der Linie I-I der F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt
nach der Linie 11-II der F i g. 1, F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Querschnitt,
F
i g. 4 ein schematisches Anwendungsbeispiel für die neue Kopiereinrichtung.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen
die neue Kopiereinrichtung an dein Support einer Hobelmaschine angeordnet ist. Es
wäre jedoch möglich, eine derartige Kopiereinrichtung an einer anderen Werkzeugmaschine,
z. B. einer Schleifmaschine, vorzusehen. In der Zeichnung ist mit 1 das Bett einer
Hobelmaschine bezeichnet, auf dem der Tisch 2 in bekannter Weise hin und her verschiebbar
angeordnet ist. An dem Querbalken 3 dieser Hobelmaschine ist ein Hobelschlitten
4 angeordnet. Dieser Hobelschlitten besteht, wie insbesondere aus F i g. 2 erkennbar
ist, aus einem auf dem Querbalken 3 waagerecht verschiebbaren Unterschlitten 5,
der seinerseits den eigentlichen Werkzeugschlitten trägt. Bei dem in F i g. 1 und
2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dieser Werkzeugschlitten aus einem auf
dem Unterschlitten 5 senkrecht verschiebbar angeordneten Zwischenschlitten 6, der
seinerseits wieder einen ebenfalls senkrecht verschiebbaren Oberschlitten 7 trägt.
Der Zwischenschlitten 6 und der Oberschlitten 7 könnten gegebenenfalls auch, wie
es in F i g. 3 dargestellt ist, zu einem Teil zusammengefaßt sein. Bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Zwischenschlitten 6 nur um etwas mehr als die maximale
Kopierhöhe, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 3 mm beträgt, verschiebbar.
Die eigentliche Zustellung des Werkzeuges zum Werkstück erfolgt durch Verschiebung
des Oberschlittens 7 gegenüber dem Unterschlitten 6 mittels des Handrades 8 und
der Spindel 9 oder aber auch von einer Spindel 10 des Querbalkens aus. Der
Oberschlitten trägt die Meißelklappe 11, an welcher das Werkzeug 12 festspannbar
ist.
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An dem oberen Ende des Unterschlittens 5 ist drehbar eine Kopierschablone
angeordnet. Der Antrieb dieser Kopierschablone 13 erfolgt über den Empfänger 14
einer elektrischen Welle in Abhängigkeit von der Bewegung des Tisches
2, der seinerseits über ein Getriebe 15 auf den Geber 16 der elektrischen
Welle einwirkt.
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Das Profil 13 a der Kopierschablone 13 wird von dem Kopierfühler 17
abgetastet, der seinerseits ein Steuergerät 18 betätigt. Dieses Steuergerät
18 besteht im wesentlichen aus einem Kolbenschieber 19, der den Zufluß bzw.
Abfluß zu dem Stellmotor 20, 21 regelt. Der Stellmotor ist im, wesentlichen ein
in einem Zylinder 20 verschiebbar angeordneter Kolben 21. An Stelle des hydraulisch
gesteuerten und angetriebenen Stellmotors 20, 21 könnte gegebenenfalls auch ein
Elektromotor vorgesehen sein, der durch Elektromagnetkupplungen od. dgl. gesteuert
wird.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Stellmotor 20,
21 und dem Werkzeugschlitten
6, 7 ein Untersetzungsgetriebe mit großem Untersetzungsverhältnis vorgesehen. Bei
dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dieses Untersetzungsgetriebe
im wesentlichen aus einem Keil 22, der quer zur Verschieberichtung des Werkzeugschlittens
6, 7 verschiebbar angeordnet ist. Der Keil 22 ist über die Kolbenstange 23 mit dem
Kolben 21 des Stellmotors verbunden. Zweckmäßig erfolgt diese Verbindung
über eine Kupplung 24, die ein Auswechseln des Keiles 22 ermöglicht.
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An dem Keil 22 stützt sich der Zwischenschlitten 6 zweckmäßig unter
Zwischenschaltung einer Druckrolle 25 ab. An der dem Zwischenschlitten 6 abgekehrten
Seite des Keiles 22 sind zwei weitere Druckrollen 26 vorgesehen, welche die Reibung
des Keiles beim Hin- und Herschieben desselben vermindern. Um jedes Spiel zwischen
der Druckrolle 25 des Zwischenschlittens 6 und dem Keil 22 auszuschalten, ist vorteilhaft
eine Druckfeder 27 vorgesehen, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren
Tellerfedern besteht. Diese Druckfeder stützt sich einerseits, wie insbesondere
aus F i g. 2 erkennbar ist, an dem Unterschlitten 5 ab und andererseits an dem Zwischenschlitten
6. Hierdurch wird ein ständiger Druck erzeugt, der die Druckrolle 25 fest gegen
den Keil 22 preßt.
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Soll jedoch der Keil 22 gegen einen anderen ausgewechselt werden,
oder soll die Kopiereinrichtung zwecks Planhobelns überhaupt ausgeschaltet werden,
so ist es zweckmäßig, eine Einrichtung vorzusehen, die die Druckrolle 25 des Zwischenschlittens
6 von dem Keil 22 entgegen der Kraft der Feder 27 abhebt und außerdem auch eine
Verschiebung des Zwischenschlittens 6 gegenüber dem Unterschlitten 5 nach oben oder
unten verhindert. Diese Einrichtung besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem innerhalb der Tellerfedern 27 angeordneten Spannbolzen 28, der, wie aus
F i g. 2 erkennbar ist, an seinem oberen Ende gegen Drehung gesichert ist und in
seinem unteren Ende innerhalb eines Schneckenrades 29 höhenverschraubbar ist. Das
Schneckenrad 29 wird seinerseits durch eine Verstellspindel 30 betätigt, die in
einem Vierkant 31 endet, auf dem eine Handkurbel od. dgl. aufsetzbar ist.
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Soll nun der Zwischenschlitten 6 und seine Druckrolle 25 von dem Keil
22 entgegen der Federkraft 27 abgehoben werden, so wird durch Drehung an dem Vierkant
31 das Schneckenrad 29 betätigt und hiermit der Spannbolzen 28 nach unten bewegt.
Er nimmt hierbei mittels seines Bundes 28 a den Zwischenschlitten 6 nach unten mit
und verschiebt diesen so lange, bis er auf dem Absatz 32 des Unterschlittens 5 aufruht.
Auf diese Weise wird einerseits die Druckrolle abgehoben und andererseits der Zwischenschlitten
6 auf den Unterschlitten 5 zum Planhobeln festgespannt, so daß sie praktisch eine
Einheit bilden.
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Erwähnenswert ist noch, daß die Druckrolle 25 des Zwischenschlittens
6 mittels der Feder 27 nicht nur spielfrei gegen den Keil 22 angepreßt wird, sondern
daß die Vorspannung der Feder 27 so stark ist, daß eine elastische Deformation des
Keiles 22 bzw. der Druckrolle 25 eintritt. Durch diese Vorspannung erreicht man,
daß durch die beim Hobeln auftretenden Kräfte keine weitere Deformation des Keiles
22 oder der Druckrolle 25 eintritt, durch die die Arbeitsgenauigkeit verringert
werden könnte.
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Die Wirkungsweise dieser Kopiereinrichtung ist folgende: Wird der
Kopierfühler 17 durch eine überhöhung des Schablonenprofils 13 a aus seiner Mittellage
nach rechts verschoben, so verschiebt sich gleichzeitig hiermit auch der Steuerschieber
19 des Steuergerätes 18 nach rechts. Der rechte Arbeitsraum des Zylinders 20 erhält
damit Drucköl, so daß der Kolben 21 und hiermit auch der Keil 22 nach links verschoben
werden. Da der Keil 22, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sich zu seinem rechten
Ende verjüngt, wird der Zwischenschlitten 6 unter Wirkung der Feder 27 nach oben
gedrückt, d. h., das Werkzeug 12 entfernt sich von dem Tisch 2. Je nach der Neigung
der Keilfläche 22 a zur Grundfläche 22 b, die beispielsweise 1 :100
bis 1 :5000 betragen kann, wird
bei einer verhältnismäßig großen
Verschiebung des Keiles 22 nach rechts oder links der Werkzeugschlitten 6, 7 nur
um ein verhältnismäßig geringes Maß auf und ab bewegt. Irgendwelche Fehler, die
in der Kopiereinrichtung bis zu dem Antrieb des Keiles 22 durch die Kolbenstange
23 auftreten, werden hiermit in einem Verhältnis verkleinert, welches der Neigung
der Keilfläche 22 zur Grundfläche entspricht. Insbesondere werden hierdurch die
in dem Stellmotor auftetenden Hysteresisfehler verkleinert und außerdem auch irgendwelche
an der Kopierschablone vorhandenen Fehler. Infolgedessen braucht die Kopierschablone
nur eine Genauigkeit aufzuweisen, die ein Vielfaches geringer ist als die bei den
bisher bekannten Maschinen erforderliche Genauigkeit. Durch das große Untersetzungsverhältnis
wird außerdem die vom Stellmotor aufzubringende Kraft wesentlich verringert, so
daß man mit verhältnismäßig kleinen Stellmotoren auskommt, die einer geringen Belastung
und deshalb auch einem geringen Verschleiß unterworfen sind. Im übrigen wird auch
durch die geringe Belastung die Arbeitsgenauigkeit gefördert.
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Würde bei der gezeigten Einrichtung das Steuergerät stationär angeordnet
sein, so würde bei gleichbleibender Überhöhung der Schablone der Kopierfühler 17
ständig gedrückt sein, was eine ständige Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder 20 des
Stellmotors bedeuten würde. Bei gleichbleibender überhöhung soll jedoch keine Verstellung
des Keiles 22 erfolgen, während bei nach oben oder unten abweichender Überhöhung
eine solche Verstellung erforderlich ist. Damit nun bei gleichbleibender überhöhung
der Schablone der Kopierfühler 17 wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt wird,
ist das gesamte Steuergerät 18 mittels einer Kugelbüchse 33 verschiebbar auf der
Stange 34 gelagert. An dem Ende der Stange 34 ist ein doppelarmiger Hebel 35 angelenkt,
dessen einer Hebelarm mit der Kolbenstange 23 a verbunden ist, während der andere
Hebelarm die Verbindung zu dem Steuergerät 18 herstellt. Wie man aus der Zeichnung
erkennen kann, sind die beiden Hebelarme des Doppelhebels 35 verschieden lang ausgebildet,
ihre Längen verhalten sich beispielsweise wie 2 : 1. Wird nun die Kolbenstange 23
a um ein gewisses Stück nach links verschoben, so bewirkt der Doppelhebel
35 eine halb so große Verschiebung des Steuergerätes 18 nach rechts. Durch
diese Verschiebung nach rechts gelangt der vorher nach rechts aus seiner Mittelstellung
heraus bewegte Kopierfühler wieder in seine Mittelstellung gegenüber dem Steuergerät,
so daß die Zufuhr von Druckflüssigkeit zu dem Stellmotor unterbrochen wird und somit
die Bewegung des Keiles 22 aufhört. Erst wenn sich der Abstand des Schablonenprofils
13 a von der Drehachse der Schablone wieder vergrößert oder verkleinert, folgt eine
neue Ablenkung des Kopierfühlers nach rechts oder links, die eine entsprechende
Bewegung des Keiles 22, wie oben erwähnt, verursacht.
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Die in der Rückführeinrichtung mittels des doppelarmigen Hebels 35
eingeschaltete Untersetzung hat den Vorteil, daß bei einem Untersetzungsverhältnis
des Hebels 35 von 2: 1 das Steuergerät 1.8 jeweils nur halb so weit verschoben wird
wie der Kolben 21 bzw. der Keil 22. Infolgedessen muß die Überhöhung an der Schablone
13 nur halb so groß sein, als dies der Fall wäre, wenn der Doppelhebel 35 gleich
lange Hebelarme aufwiese oder aber auch das Steuergerät 18 direkt mit der Kolbenstange
23 a verbunden wäre. Soll beispielsweise eine Verschiebung des Werkzeuges 12 um
1 Millimeter bewirkt werden, so wäre bei einem Untersetzungsverhältnis des Keiles
22 von 100: 1 eine Überhöhung der Schablone von 100 Millimetern erforderlich. Durch
die Untersetzung in der Rückführeinrichtung von 2:1 wird jedoch diese Überhöhung
auf die Hälfte verringert, so daß die wirkliche Überhöhung an der Schablone nur
50 Millimeter betragen muß.
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Will man die Kopiergenauigkeit der oben beschriebenen Einrichtung
erhöhen oder aber, wenn im Verhältnis zur Länge des Werkstückes sehr geringe Kopierhöhen
vorkommen, so kann man den Keil 22 gegen einen anderen mit einer noch geringeren
Neigung der Keilfläche 22 a zur Grundfläche 22 ersetzen, so daß ein noch höheres
Untersetzungsverhältnis erzielt wird. Ein solches geringes Untersetzungsverhältnis
ist beispielsweise beim Hobeln für Führungsbahnen von Werkzeugmaschinen erforderlich,
wie später noch beschrieben wird.
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In F i g. 3 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kopiereinrichtung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind für die gleichen
oder ähnliche Teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel dieselben Bezugszeichen
verwendet, nur mit dem Unterschied, daß diese mit einem Indexstrich versehen sind.
Das Steuergerät 18' steuert in diesem Fall einen Ölmotor 40, der über ein Untersetzungsgetriebe
41 die Spindel 42 antreibt. Diese Spindel, die beispielsweise als Kugelspindel ausgebildet
sein kann, treibt über eine Mutter 43 den Werkzeugschlitten 44 an. Die Spindel 42
stellt ebenfalls eine Art Keilgetriebe mit hoher Untersetzung dar. Auch in diesem
Fall ist entsprechend dem zwischen dem Stellmotor 40 und dem Werkzeugschlitten 44
vorgesehenen Untersetzungsverhältnis die Kopierschablone 13' in einem entsprechenden
Verhältnis überhöht. Zur Zurückführung des Steuergerätes 18' in seine Mittellage
dient eine Zahnstange 45, die von dem Stellmotor 40 über das Ritzel 46 angetrieben
wird. Auf diese Weise wird ähnlich wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel
das Steuergerät mittels der Zahnstange 45 immer wieder in seine Mittelstellung zurückgeführt.
Das Untersetzungsgetriebe 41 und die Spindel 42 haben eine ähnliche Funktion wie
der Keil 22 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, indem sie die an der
Schablone abgetasteten Überhöhungen des Schablonenprofils entsprechend dem Untersetzungsverhältnis
des Getriebes 41 und der Spindel 42 sowie der Mutter 43 verkleinern.
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Die neue Kopiereinrichtung kann zur Herstellung von Werkstücken mit
.den verschiedensten Profilen verwendet werden, wobei sie sich insbesondere für
geringe Kopierhöhen eignet, die mit einer sehr großen Genauigkeit bearbeitet werden
müssen. Nachstehend werden einige Beispiele angeführt.
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In F i g. 4 ist schematisch das Bett 47 einer Werkzeugmaschine in
Seitenansicht dargestellt, wobei mit 48 dessen Führungsbahn bezeichnet ist. Durch
den hin- und herbewegten Werkstücktisch 50 nutzt sich im Laufe der Zeit die Führungsbahn
48 ab, wobei die Abnutzung in der Mitte größer ist als an den Enden. Stark übertrieben
gezeichnet würde die Führungsbahn infolge der Abnutzung nach längerer Zeit, entsprechend
der strichpunktierten Linie 48', nach unten durchgebogen sein, wobei Qmax die maximal
zulässige Abnutzung der Führungsbahn bezeichnet. Wird diese Abnutzung überschritten,
so müßte die
Führungsbahn entweder nachgearbeitet werden oder aber,
falls eine solche Nacharbeitung nicht mehr möglich ist, durch ein neues Maschinenbett
ersetzt werden. Mittels der erfindungsgemäßen Kopiereinrichtung ist es nunmehr möglich,
die Führungsbahn so auszubilden, daß sie schon von Anfang an, gemäß der strichpunktierten
Linie 48", um das maximale Abnutzungsmaß Qmax nach oben ausgewölbt ist. Dies hat
den Vorteil, daß eine Abnutzung gemäß der Linie 48' erst nach der doppelten Betriebszeit
erreicht wird.
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Weiterhin können mit der neuen Kopiereinrichtung bombierte Walzen
49 hergestellt werden, wie es in F i g. 3 und 1 dargestellt ist, wobei die in F
i g. 1 strichpunktiert dargestellte Umrißform eine um 90° versetzt gezeichnete Walze
darstellt. Derartige Walzen werden beispielsweise zur Herstellung von Wellpappe
benötigt, wobei die Höhe h der Bombierung nur etwa 0,05 bis 0,3 mm beträgt.
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Als weiteres Anwendungsbeispiel ist die Herstellung von Matrizen zu
nennen, welche in der Kunststoffindustrie zum Pressen von großflächigen Werkstücken
verwendet werden. Bei derartigen Matrizen ist ebenfalls eine gewisse Wölbung der
Oberfläche erwünscht.