DE1527939C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopierdrückmaschine für ein achsensymmetrisches, eine Kontur veränderlicher Steigung aufweisendes, rotierendes Werkstück mit mehreren mittels einer Vorschubeinrichtung in Richtung der Werkstück-Rotationsachse radial zustellbaren Werkzeugen, wovon der Zustellweg eines ersten, als Führungswerkzeug dienenden Werkzeuges in Abhängigkeit von der Stellung eines die Konturkoordinaten einer Kopierschablone abtastenden Kopierfühlers gesteuert wird und die übrigen Werkzeuge mittels einer die Stellung des Führungswerkzeuges abtastenden Nachlaufeinrichtung nachgeführt werden, wobei jedes nachgeführte Werkzeug in einer bezüglich der Achsen des Werkstückes radialen und axialen Richtung gegenüber dem Führungswerkzeug versetzt ist.

Jeder Oberflächenpunkt des Werkstückes pausiert während einer Umdrehung nacheinander alle Werkzeuge, welche über den Umfang des Werkstückes verteilt angeordnet sind. Jedes Werkzeug vollzieht eine eigene Bearbeitungsstufe und ist entsprechend der von ihm verlangten Bearbeitungstiefe weiter radial zugestellt als das Werkzeug der vorhergehenden Bearbeitungsstüfe. Neben diesem radialen Versatz weisen die Werkzeuge in der Regel auch einen gegenseitigen Versatz in der Achsrichtung des Werkstückes auf, und zwar in der Weise, daß jedes Werkzeug einer nachfolgenden Bearbeitungsstufe eine ausreichende Freigängigkeit gegenüber dem vom vorhergehenden Werkzeug noch unbearbeiteten Werkstückmaterial besitzt.

Der radiale und axiale Versatz der Werkzeuge ist stets an eine bestimmte Steigung der Werkstückkontur angepaßt. Bei über die ganze Werkstücklänge gleichbleibender Steigung der Kontur, d. h. also bei zylindrischen und kegeligen Werkstücken, bleibt der durch die geforderte Bearbeitungstiefe jedes Werkzeuges während des Arbeitsganges gegebene Versatz konstant.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Werkstücken mit veränderlicher Steigung der Kontur die starre Einstellung des Werkzeugversatzes nicht mehr ausreichend ist, da eine optimale Einstellung nur in dem Punkt der Werkstückkontur gegeben sein kann, an dessen zugehörige Konturtangente der Versatz der Werkzeuge angepaßt ist. An allen anderen Orten der Werkstückkontur erreicht entweder ein Teil der Werkzeuge die vorgesehene Bearbeitungstiefe nicht bzw. kommt überhaupt nicht mit dem Werkstück in Berührung, was zu einer ungenauen oder ungleichmäßigen Bearbeitung führt, oder es dringen einzelne Werkzeuge zu tief in das Werkstück ein, was zur Beschädigung der betreffenden Werkzeuge führen kann.

Es sind bereits Kopierdrehmaschinen bekannt, bei denen die Zustellbewegung jedes Werkzeuges durch eine eigene Kopierschablone über einen eigenen Fühler gesteuert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den radialen Versatz der Werkzeuge stets an die veränderliche Steigung der Werkzeugkontur anzupassen und somit für jedes Werkzeug die gewünschte Bearbeitungstiefe zu erzielen. Der im Verlaufe der Bearbeitung notwendigerweise stetig sich ändernde Versatz jedes Werkzeuges muß dazu in der zugehörigen Kopierschablone mit eingrogrammiert sein. Es ist offensichtlich, daß bei derartigen Maschinen neben einem größeren Vorrat an Vorrichtungen und Schablonen auch ein erheblicher Mehraufwand an Einrichtungsarbeit gegenüber einer Ausführung mit nur einer Schablone erforderlich ist. Außerdem ist eine derartige Einrichtung wegen ihres großen Platzbedarfes nur bei größeren Werkzeugmaschinen zu verwirklichen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die an sich bekannte Anpassung an veränderliche Steigungen der Kontur durch veränderlichen, radialen und axialen Versatz der nachgeführten Werkzeuge bei Kopierdrückmaschinen der eingangs genannten Art in der

ίο Weise zu verbessern, daß unter Vermeidung der Nachteile bisher bekannter Lösungen mindestens eine gleich gute Steuerung für die Drückbearbeitung von Werkstücken erreicht wird. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise dem Kopierfühler ein zwei Berührungspunkte mit der Schablonenkontur aufweisender Tangentenfühler zugeordnet ist, durch den in Abhängigkeit seiner sich verändernden Winkelstellung am kopierten Punkt der Schablonenkontur über an

.20 sich, bekannte Übertragungsmittel der radiale und/ oder axiale Versatz der nachgeführten Werkzeuge in seiner Größe, wie an sich bekannt, steuerbar ist.

Einem Kopierfühler zugeordnete, zwei Berührungspunkte mit der Schablonenkontur aufweisende Tängentenfühler, durch die in Abhängigkeit ihrer sich verändernden Winkelstellung am kopierten Punkt der Schablone über Übertragungsmittel der Versatz von Werkzeugen in seiner Größe steuerbar ist, sind an sich bekannt (deutsche (Patentschrift 1176 447). Dabei wird von der experimentell bestätigten Annahme . ausgegangen, daß als Annäherung an die Tangente der Schablonenkontur die von dem Tangentenfühler abgegriffene Sekante ausreichend ist, wenn die Be-.

rührungspunkte einen genügend kleinen Abstand voneinander haben. Anzustreben ist bei der erfindungsgemäßen Kopierdrückmaschine ein Berührungspunkt-Abstand etwa von der Größenordnung des axialen Werkzeugversatzes.

Die Werkzeuge liegen auf einer räumlichen Spirallinie mit gleichmäßig sich änderndem Win,dungsdurchmesser, oder anders ausgedrückt, auf dem Mäntel eines Kreiskegels. Dieser Kreiskegel ist in Richtung des noch unbearbeiteten Teils des Werkstückes geöffnet. Eine Auf- bzw. Zustellbewegung der Werkzeuge entspricht einer ähnlichen Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Kegels. Der öffnungswinkel des Kegels kann durch Veränderung des Werkzeugversatzes verändert werden. Es genügt in der Praxis in den meisten Fällen, wenn der radiale und axiale Versatz von Werkzeug zu Werkzeug im gleichen Verhältnis verändert wird. Es ist auch die Möglichkeit gegeben, durch ein in den Übertragungsmitteln zwischen Tangentenfühler und Werkzeugen enthaltenes Steuerprogramm, z. B. variable Übersetzungen, den Versatz der Werkzeuge in einem bestimmten Verhältnis zu verändern.

Nach einem Merkmal der Erfindung besteht der Tangentenfühler aus einem vom Kopierfühler getrennten Fühler, dessen zwei Taststifte auf beiden Seiten des vom Kopierfühler abgetasteten Schablonenpunktes aufliegen. Durch das Abtasten zweier seitlich vom Kopierfühler liegender Punkte erhält man die genaueste Angabe der Tangentensteigung in der Umgebung des zu kopierenden Punktes. Der vom Kopierfühler getrennte Aufbau des Tangentenfühlers erlaubt es, Drückmaschinen der eingangs genannten Art nachträglich ohne größere Umbauten mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auszurüsten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Tangentenfühler und Kopierfühler zu einem einzigen, in Richtung einer Koordinate der Schablonenkontur verschiebbaren und um eine senkrecht zur Ebene der Schablonenkontur stehende Achse schwenkbaren, zwei Berührungspunkte mit der Schablonenkontur aufweisenden Taster zusammengefaßt. Die Verschiebbarkeit erlaubt dem Taster, den Koordinaten der Schablonenkontur zu folgen; die Schwenkbarkeit ermöglicht seine EirTstellung entsprechend der Steigung der Kontur. Beide Bewegungen werden getrennt weitergeleitet, und zwar steuert die Verschiebebewegung die Zustellung, die Schwenkbewegung den Versatz der Werkzeuge.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der zu kopierende Punkt etwa in der Mitte zwischen den beiden Berührungspunkten des Tasters mit der Schablone liegt. Auf diese Weise erhält man eine sehr genaue Annäherung an die Tangente in dem zu kopierenden Punkt. Dieser Punkt selbst wird nicht abgetastet, sondern durch den Taster aus der Lage der beiden Berührungspunkte gemittelt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung fällt der zu kopierende Punkt mit einem der beiden Berührungspunkte des Tasters mit der Schablone zusammen. Dadurch wird zugleich mit der Lage des zu kopierenden Punktes die Tangente eines davor- bzw. dahinterliegehden Schablonenpunktes abgetastet. Auf diese Weise lassen sich bestimmte Vor- oder Nacheileffekte erzielen. Beispielsweise kann dadurch, daß die Schablonensteigung bereits abgetastet wird, bevor die Werkzeuge den entsprechenden Punkt des Werkstückes erreichen, eine Trägheit der Werkzeugzustellung ausgeglichen werden. '

Bei der bevorzugten Anwendung der Erfindung an einer Kopierfließdrückmaschine mit hydraulischer Zustellung und' Steuerung dreier in einem gleichmäßigen gegenseitigen" Abstand am Umfang des Werkstückes angreifender Drückrollen mit unveränderlichem axialem Versatz, wobei der radiale Versatz der nachgeführten Drückrollen gegenüber einer als Führungswerkzeug dienenden ersten Druckrolle durch mechanisch über Spindeln erfolgende Verschiebung der hydraulischen Nachlaufsteuereinrichtung jeder nachgeführten Drückrolle einstellbar ist, wird erfindungsgemäß die Winkelstellung des Tangentenfühlers über an sich bekannte elektrische Meß-Vertgeber, Regelverstärker und elektrische Stellmotoren auf die Spindeln jeder nachgeführten Drück-. rolle übertragen.

Die vorliegende Erfindung ist auch bei spanenden Kopierwerkzeugmaschinen mit beliebig sich unterscheidendem Versatz zwischen den einzelnen Werkzeugen anwendbar.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand einer Kopierfließdrückmaschine dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es'zeigt

F i g. 1 das Schema der hydraulischen Werkzeugsteuerung einer Kopierfließdrückmaschine, bei der mittels einer erfindungsgemäßen Einrichtung der radiale Rollenversatz gesteuert werden kann,

Fig. 2 ein einzelnes Rollenaggregat mit einer Einrichtung zur Steuerung des axialen Rollenversatzes,

Fig. 3 eine schema.tische Darstellung von drei Drückrollen mit radialem und axialem Versatz während der Bearbeitung eines Werkstückes mit gekrümmter, veränderlicher Steigung der Mantellinienkontur, wobei der Werkzeugversatz fest eingestellt ist,.

F i g. 4 einen kombinierten Kopier- und Tangentenfühler mit symmetrisch angeordneter Drehachse, F i g. 5 einen Fühler gemäß F i g. 4 mit asymmetrisch angeordneter Drehachse.

Das in Pfeilrichtung rotierende Werkstück 40 wird von drei gleichmäßig über den Werkstückumfang verteilten Driickwerkzeugen 1 bis 3 bearbeitet. Jedes

ίο Drückwerkzeug besteht aus einem mit dem Maschinenchassis verbundenen Kolben K₁, K₂, K₃, einem gegenüber dem Kolben verschiebbaren Zylinder Z₁, Z₂, Z₃ sowie einer mit dem Zylinder verbundenen Drückrolle A₁, R₂, R₃.

Die Bewegung des als Führungswerkzeug dienenden Drückwerkzeuges 1 wird von dem die Kontur einer Schablone 4 abtastenden Kopierfühler 5 gesteuert. Die Abweichung des Kopierfühlers 5 aus einer Mittellage wird auf ein hydraulisches Ventil 6

ao übertragen, welches über die Leitungen 7 die Bewegungen des Zylinders Z₁ steuert. Die jeweilige Lage des Zylinders Z₁ wird mechanisch über das Gestänge 8 auf das gleitend gelagerte Gehäuse des Ventils 6 übertragen. Dieses wird dadurch im gleichen Sinne wie der Zylinder Z₁ verschoben, bis der Kopierfühler 5 wieder seine Mittellage einnimmt.

Die beiden Drückwerkzeuge 2 und 3 sowie die zugehörigen Nachfolgesteuereinrichtungen 9 und 10 sind völlig gleich aufgebaut und haben die gleiche Funktion: Es wird deshalb im folgenden nur eines der Werkzeuge mit seiner Steuereinrichtung beschrieben, wobei die Bezugszeichen des anderen Werkzeuges in Klammern hinzugefügt sind.

Die Bewegung des Zylinders Z₁ wird über eine in

ihrer Achsrichtung verschiebbare Zahnstange 11 (13) auf ein Ritzel 15 (23) übertragen, welches auf einer zweiten Zahnstange 12 (14) abrollt und dabei das Gehäuse 16 (17), in welchem das Ritzel gelagert ist, mitnimmt. Die Verschiebung des Gehäuses wird über einen Fühlerstift 18 (19) auf ein hydraulisches.Steuerventil 20 (21) übertragen, welches über Verbindungsleitungen 24 (25) den Zylinder Z₂ (Z₃) entsprechend dem Bewegungssinn des Zylinders Z₁ nachsteuert. Die Bewegung des nachgeführten Zylinders Z., (Z₁) wird mechanisch über die Zahnstange 12 (14) auf das Ritzel 15 (23) rückübertragen. Wenn der Zylinder Z₂ (Z₃) die der Lage des Zylinders Z₁ entsprechende Sollage erreicht hat, befinden sich Ritzel und Gehäuse und damit auch der Fühlerstift 18 (19) wieder in ihrer neutralen Lage, und der nachgesteuerte Zylinder Z₂ (Z₃) bleibt in Ruhe.

Der Auflagepunkt des Fühlerstiftes 18 (19). ist durch eine im Gehäuse 16 (17) verstellbar angeordnete Spindel 22 (33) dargestellt. Wird die Lage der Spindel verändert, so wird der Fühler ausgelenkt, wobei er dem Zylinder Z₂ (Z₃) einen entsprechenden Steuerbefehl erteilt. Der Zylinder wird dadurch gegenüber dem in Ruhe bleibenden Zylinder Z₁ so lange radial versetzt, bis das Gehäuse 16 (17) eine neue neutrale Lage einnimmt, bei der der Fühlerstift 18 (19) nicht ausgelenkt ist.

Zur Einstellung des axialen Versatzes B (F i g. 3) sind die Rollen R₂ und R₃ verschiebbar an den zugehörigen Zylindern Z₂ und Z₃ angeordnet, wie

Fig. 2 zeigt. Die die Achse der Rolle/?., tragenden Backen 41 sind an einem Schlitten 42 befestigt, welcher in der durch den Pfeil 43 gekennzeichneten Richtung der Werkstückachse verschiebbar auf dem

Zylinder Z., gelagert ist. Durch eine Spindel 44, welche von einem Stellmotor 45 angetrieben wird, kann der Schlitten bewegt werden.

Es ist die Möglichkeit geschaffen, den radialen und axialen Rollenversatz A, B (F i g. 3) während des Betriebes in der Weise zu verändern, daß er stets an den Verlauf der Werkstückkontur angepaßt ist.

Dem Kopierfühler 5 ist ein gabelartiger Tangentenfühler 26 zugeordnet, dessen beide Taststifte zu beiden Seiten des Kopierfühlers auf der Schablone 4 aufliegen. Der Tangentenfühler ist um seine Achse 27 schwenkbar und betätigt bei seiner Schwenkung ein als Winkelwertgeber dienendes Potentiometer 28. Der Meßwert des Potentiometers wird über die elek-. trischen Leitungen 29 an einen Regelverstärker 30 und von dort in einer in den Regelverstärker einprogrammierten Abhängigkeit über elektrische Leitungen 31 (32) an die elektrischen Stellmotoren 34 (35) gegeben, welche die Spindeln 22 (33) zur Einstellung des radialen Rollenversatzes A (Fig. 3) betätigen.

Der Stellmotor 45 zur Steuerung des axialen Versatzes B (Fig. 3) ist über die Leitungen 46 (Fig. 2) an den Regelverstärker 30 angeschlossen, was in -Fig. 1 aus Gründen besserer Übersicht nicht ein-• gezeichnet ist.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Werkstückes 40 in der Bearbeitungszone. Die an sich über den Umfang des Werkstückes verteilten Drückrollen A₁ bis R₃, von denen lediglich der mit dem Werkstück im Eingriff stehende Teil des Rollenumrisses gezeichnet ist, sind zur besseren Veranschaulichung in die Schnittebene geschwenkt. Der radiale Versatz A und der axiale Versatz B ist von Werkzeug zu Werkzeug gleich.

Das Werkstück 40 hat eine veränderliche Steigung ifl, ψ2 der Kontur. Bei der starren Einstellung des Rollenversatzes ist mit steiler werdender Kontur schließlich nur noch die Rolle R₁, welche von der Kopierschablone gesteuert wird, im Eingriff mit dem Werkstück 40, während die nachgeführten Rollen R., und R₃ das Werkstück nicht mehr berühren (linker Teil von Fig. 5). Durch die Steuerung des radialen Versatzes A der nachgeführten Rollen R₂ und R₃ mittels des Tangentenfühlers 26 (Fig. 1), 81 (F i g. 4), 93 (F i g. 5) sind diese im steileren (linken) Bereich q· 2 der Kontur in gleicher Weise in Eingriff bringbar wie im flacheren (rechten) Bereich ψΐ. In Fig. 4 und 5 sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von kombinierten Kopier- und Tangentenfühlern gezeigt.

Der in F i g. 4 dargestellte kombinierte Kopierund Tangentenfühler besteht aus einem um die als Punkt erscheinende, senkrecht zur Zeichenebene stehende Achse 80 drehbaren Taster 81, der zugleich in Richtung der Achse des Stößels 82 verschiebbar gelagert ist. Die Dreh- und Verschiebebewegungen werden getrennt durch nicht dargestellte Mittel zur Steuerung des Versatzes bzw. der Zustellung der Rollen weitergeleitet. Der zu kopierende Punkt 83 der Schablone 86 wird nicht unmittelbar abgetastet, sondern aus den beiden Äuflagepunkten 84 und 85 gemittelt. ·

Der in F i g. 5 gezeigte kombinierte Kopier- und Tangentenfühler erlaubt eine genaue Abtastung des zu kopierenden Punktes 83, da der in Verlängerung der Achse des Stößels 91 befindliche Arm 92 des Tasters 93 unmittelbar auf diesem Punkte 83 aufliegt. Im Gegensatz zu dem Beispiel gemäß F i g. 4 wird jedoch nicht die Tangente des Punktes 83, sondern die Tangente des etwa in der Mitte zwischen den Punkten 83 und 94 liegenden Schablonenpunktes 95 bestimmt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kopierdrückmaschine für ein achsensymmeirisches, eine Kontur veränderlicher Steigung aufweisendes, rotierendes Werkstück mit mehreren mittels einer Vorschubeinrichtung in Richtung der Werkstück-Rotationsachse radial zustellbaren Werkzeugen, wovon der Zustellweg eines ersten, als Führungswerkzeug dienenden Werkzeuges in Abhängigkeit von der Stellung eines die Konturkoordinaten einer Kopierschablone abtastenden Kopierfühlers gesteuert wird und die übrigen Werkzeuge mittels einer die Stellung desFüh-

ao rungswerkzeuges abtastenden Nachlaüfeinrichtung nachgeführt werden, wobei jedes nachgeführte Werkzeug in einer bezüglich der Achsen des Werkstückes radialen und axialen Richtung gegenüber dem Führungswerkzeug versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise dem Kopierfühler (5, 82, 91) ein zwei Berührungspunkte (83, 84, 85, 94) mit der Schablonenkontur (4, 86) aufweisender Tangentenfühler (26, 81, 93) zugeordnet ist, durch den in Abhängigkeit seiner sich verändernden Winkelstellung am kopierten Punkt (83) der Schablonenkontur über an sich bekannte Übertragungsmittel (28 bis 35, 45) der radiale und/oder axiale Versatz (A, B) der nachgeführten Werkzeuge (2, 3, R₂, R₃) in seiner Größe, wie an sich bekannt, steuerbar ist.

2. Kopierdrückmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangentenfühler (26) aus einem vom Kopierfühler (5) getrennten Fühler besteht, dessen zwei Taststifte auf beiden Seiten des vom Kopierfühler abgetasteten Schablonenpunktes aufliegen,

3. Kopierdrückmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangentenfühler und der Kopierfühler zu einem einzigen, in Richtung einer Koordinate der Schablonenkontur (86) verschiebbaren und um eine senkrecht zur Ebene der Schablonenkontur stehenden Achse (80) schwenkbaren, zwei Berührungspunkte mit der Schablonenkontur aufweisenden Taster (81, 93) zusammengefaßt sind.

4. Kopierdrückmaschine nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kopierende Punkt (83) etwa in der Mitte zwisehen den beiden Berührungspunkten (84,85) des Tasters (81) mit der Schablone (86) liegt.

5. Kopierdrückmaschine nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kopierende Punkt (83) mit einem der beiden Berührungspunkte des Tasters (93) mit der Schablone (86) zusammenfällt. .

6. Kopierdrückmaschine nach Anspruch 1 mit hydraulischer Zustellung und Steuerung dreier in einem gleichmäßigen Abstand am Umfang des Werkstückes angreifender Drückrollen mit unveränderlichem axialen Versatz, wobei der radiale Versatz der nachgeführten Drückrollen gegenüber ;, einer als Fülirungswerkzeug dienenden ersten

Drückrolle durch mechanisch über Spindeln erfolgende Verschiebung der hydraulischen Nachlaufsteucrcinrichtung jeder nachgeführten Drückrolle einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung des Tangentenfühlers (26, 81, 93) über an sich bekannte elektrische Meßwertgeber (28), Regelverstärker (30) und elektrische

Stellmotoren (34, 35, 45), auf die Spindeln (22, 33, 44) jeder nachgeführten Drückrolle (R₂, /?_s) übertragen wird.

7. Anwendung der in den Ansprüchen 1 bis 5 gekennzeichneten Kopiersteuerung bei spanenden Werkzeugmaschinen, beispielsweise Drehmaschinen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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