DE1552264C - Einrichtung zum Kompensieren von Wärmedehnungen an Teilen einer Werkzeugmaschinen-Kopiersteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kompensieren von Wärmedehnungen an Teilen einer Werkzeugmaschinen-Kopiersteuerung mit einem im Werkzeugschlitten beweglich angeordneten Kopier-Steuerorgan, das mit dem Kopiertaster über einen am Schlitten schwenkbar angeordneten, doppelarmigen Kopiersteuerhebel verbunden ist.

Die Bewegungen dieser Kopierschlitten oder Supporte erfolgen unter Steuerung durch ein Steuerorgan, das an einen Fühler angeschlossen ist, der eine Schablone in Querrichtung zur Verstellrichtung des Supports abtastet.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf das spezielle Beispiel einer Kopierdrehmaschine oder -bank mit hydraulicher Steuerung Bezug genommen, die ein Gestell mit einem Blatt besitzt, auf welchem ein Bettschlitten verschiebbar ist, der einen Querschlitten oder Support trägt, auf welchem ein Werkzeug und ein Fühler angeordnet sind. Eine Schablone wird im wesentlichen parallel zur Richtung der Achse der ebenfalls von dem Gestell getragenen, das Werkstück zwischen sich haltenden Spitzen in der Weise gehalten, daß bei der Vorschubbewegung des Bettschlittens auf dem Bett der Fühler die Schablone abtastet und über ein von dem Querschlitten oder Support (Werkzeugschlitten) getragenes und einen hydraulischen Druckzylinder steuerndes Kopierventil Verstellungen des Werkzeugschlittens herbeiführt, die bewirken, daß das Werkzeug das Profil der Schablone an dem Werkstück reproduziert. Im allgemeinen wird das Werkzeug von einem Ende des Werkzeugschlittens getragen, während der Fühler am entgegengesetzten Ende des Werkzeugschlittens gelagert ist.

Bei einer bekannten Werkzeugmaschine mit Kopiersteuerung (französische Patentschrift 1 234 197) wird verhindert, daß sich die Achse der Schablone unter Einwirkung der Wärmedehnungen der verschiedenen Elemente der Maschine in bezug auf die Achse des Werkstücks geringfügig so verstellt, daß der beim Einrichten bestimmte Abstand zwischen der Schablone und dem Werkstück selbst nach einer bestimmten Zeitspanne, wenn die Maschine ihre Arbeitstemperatur erreicht hat, unveränderlich bleibt.

Jedoch ist zu bemerken, daß sich während des Betriebs der Maschine auch die Flüssigkeit des hydraulischen Kopier-Druckzylinders erwärmt und daß der das Werkzeug und den Fühler tragende Schlitten folglich verhältnismäßig bedeutende Wärmedehnungsverformungen erfährt, die der Genauigkeit des Kopiervorgangs noch zusätzlich schaden und sie folglich herabsetzen. Genauer gesagt heißt das, wenn sich der Werkzeugschlitten erwärmt, so nimmt seine Länge geringfügig zu, und wenn der Fühler mit der Schablone in Berührung gehalten wird, so nähert sich das Werkzeug dem Werkstück und führt folglich das Werkstück mit zu geringem Durchmesser aus.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, diesen Mangel zu beheben. Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schwenkpunkt des Kopier-Steuerhebels gegenüber dem Werkzeugschlitten etwa in dessen Verschieberichtung lageveränderlich ist und wenigstens mittelbar mit dem freien Ende einer am werkzeugseitigen Ende des Werkzeugschlittens festen Ausgleichsstange verbunden ist, deren Wärmedehnungskoeffizient von dem des Werkzeugschlittens verschieden ist.

Die gestellte Aufgabe wird damit gelöst. Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausführung bleibt der Abstand zwischen der Schneidspitze des Werkzeuges und dem Fühler trotz der Längenänderungen des Schlittens infolge der Wärmedehnungsauswirkungen unveränderlich. Eine solche Ausführung ermöglicht, insbesondere bei Kombination mit der vorher erwähnten bekannten Werkzeugmaschine mit Kopiersteuerung, eine Kopierarbeit von beachtlicher Genauigkeit.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird der Schwenkpunkt des Kopiersteuerhebels an den Enden der Hebelarme eines Verstellhebels angeordnet, der in dem Schlitten mit einer rechtwinklig zur Verschieberichtung liegenden Welle um diese schwenkbar ist, die über einen weiteren Hebelarm mit der Ausgleichsstange verbunden ist.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.

F i g. 1 ist ein in Querrichtung der Kopierdrehbank

geführter Schnitt durch den Bettschlitten und den Werkzeugschlitten sowie durch den hydraulischen Steuerzylinder für diesen im kalten Zustand der Maschine;

F i g. 2 zeigt eine Ansicht des Bett- und Werkzeugschlittens unter Einfluß einer Wärmedehnung von der Stirnseite der Maschine her gesehen;

F i g. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1;

F i g. 4 und 5 zeigen je eine schematische Darstellung der Einrichtung nach F i g. 1 bis 3 in kaltem bzw. warmem Zustand.

Die in den Zeichnungen teilweise dargestellte Kopierdrehbank mit hydraulischer Steuerung hat einen Bettschlitten 1, der auf zwei Führungsbahnen eines teilweise dargestellten Bettes 2, von welchen jedoch nur eine Führungsbahn 3 zu sehen ist, in Längsrichtung verschiebbar ist.

Ein mit Führungsbahnen 7 versehener Werkzeugschlitten 6 ist auf dem Bettschlitten 1 quer zu den Führungsbahnen 3 des Betts verschiebbar. Der Werkzeugschlitten 6 trägt einen Fühler 11, der eine Schablone 12 abtastet, und ein Schneidwerkzeug 13, das ein Werkstück 14 bearbeitet. Die Schablone 12 und das Werkstück 14 sind mit Hilfe passender Elemente am Gestell der Maschine gelagert.

Die Verstellungen des Schlittens 6 auf dem Bettschlitten 1 werden durch einen hydraulischen Stellmotor 19 herbeigeführt, dessen Differentialkolben 15 mit Hilfe der Schrauben 16 am Schlitten 6 befestigt ist und dessen Zylinder 17 mit dem Bettschlitten 1 fest verbunden ist, wobei die Längsachse des Druckzylinders zu den Führungsbahnen 7 des Werkzeugschlittens 6 parallel verläuft.

Die Steuerung des hydraulischen Stellmotors 19 wird mit Hilfe eines Kopiersteuerventils 21 bewirkt, dessen Steuerkolben 22 mittels eines biegsamen Metallstiftes 23 an eine Platte 24 angeschlossen ist, die mittels Schrauben 25 am unteren Ende eines Hebels 28 befestigt ist, dessen anderes Ende den Fühler 11 mit Hilfe eines Zapfens 29 trägt, der in dem Hebel 28 starr befestigt ist und an welchem der Fühler 11 ebenfalls starr befestigt ist. Der Hebel 28 ist an einem Zwischenpunkt seiner Länge um eine zur Richtung der Führungsbahnen 7 des Werkzeugschlittens 6 senkrechte und von diesem getragene Achse 32 schwenkbar. Der Fühler 11 wird durch eine zwischen der Innenfläche der Platte 24 und dem Werkzeugschlitten 6 eingesetzte Schraubendruckfeder 33 in Richtung auf die Schablone 12 elastisch angedrückt. Die Öffnungen 21,4 und 215 des Kopierventils 21 sind an eine Druckölquelle bzw. an einen drucklosen Behälter ständig angeschlossen.

Das bis hierher Beschriebene ist bekannt. Erfindungsgemäß ist nun der Schwenkpunkt 32 des den Fühler 11 tragenden Hebels 28 auf dem Werkzeugschlitten 6 so angeordnet, daß er sich auf ihm in zu den Führungsbahnen 7 des Schlittens 6 paralleler Richtung verstellen kann. Zu diesem Zweck ist der Schwenkpunkt 32 mit Hilfe von zwei Kugel- oder Nadellagern 34 bzw. 35 (F i g. 3) in den beiden Armen 36, 37 eines Verstellnebels 38 angeordnet, der mit einer Welle 39 fest verbunden ist, die ihrerseits mit Hilfe von zwei Lagern 41, 42 in dem Werkzeugschlitten 6 ebenfalls in zu den Führungsbahnen 7 des Schlittens 6 senkrechter Richtung angeordnet ist.

An einem Ende der Welle 39 ist eine Nabe 43 befestigt, die einen Hebelarm 45 trägt, der mit einem Zapfen 46 versehen ist, an den ein Ende einer Ausgleichsstange 47 angelenkt ist, die sich über die gesamte Länge des Schlittens 6 erstreckt und mit ihrem anderen Ende an einen mit dem Schlitten 6 fest verbundenen Bolzen 49 angelenkt ist (F i g. 2). Die Nabe 43 ist auf der Welle 39 mit Hilfe eines Stiftes 44 befestigt. Der Hebelarm 45 ist in der Nabe 43 verschiebbar, so daß sich durch Versuche seine effektive Länge mit hoher Genauigkeit einstellen läßt, worauf er mit Hilfe eines Stiftes 48 in der Nabe festgelegt wird.

Die Ausgleichsstange 47 besteht aus einem Werkstoff mit anderem Wärmedehnungskoeffizienten als der des Schlittens 6 und weist im vorliegenden Beispiel einen praktisch »Null« betragenden Wärmedehnungskoeffizienten auf. Der Hebelarm 45 ist nach unten gerichtet, und die Schwenkachse 32 des den Fühler tragenden Hebels 28 befindet sich unter der Achse der Welle 39 in der Weise, daß der Hebel 28 bei Verlängerung des Werkzeugschlittens unter Einwirkung der Wärmedehnung in Richtung des Pfeiles /

ίο (Fig. 1), d.h. bei Betrachtung von Fig. 1 im Uhrzeigersinn, herumschwenkt.

In den F i g. 4 und 5 sind die vorstehend beschriebenen Hauptelemente bei kaltem bzw. bei warmem Zustand des Schlittens 6 schematisch dargestellt.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung wird zunächst auf F i g. 4 und 5 Bezug genommen. Da sich die Maschine in kaltem Zustand befindet und angenommen wird, daß ihre sämtlichen Elemente eingestellt sind, wobei das Werkzeug Ϊ3 mit dem zu bearbeitenden Werkstück 14 und der Fühler 11 mit der Schablone 12 in Berührung steht, befindet sich der Steuerkolben 22 des Kopiersteuerventils 21 in seiner neutralen Gleichgewichtsstellung, bei welcher sich das untere Ende des

as den Fühler 11 tragenden Hebels 28 in einem Abstand »1« von dem Zylinder des Kopierventils 21 (F i g. 4) befindet.

Zum leichteren Verständnis sei angenommen, daß sich der Schwenkpunkt 32 des den Fühler 11 tragenden Hebels 28 auf dem Werkzeugschlitten 6 im wesentlichen auf der Mitte der Länge des Hebels befindet, und es sei außerdem angenommen, daß der Radius der Hebelarme 36, 37 des Verstellhebels 38 gleich der Hälfte der Länge des Hebelarms 45 für das Ankuppeln an die Ausgleichsstange 47 ist.

Der Abstand zwischen der Werkzeugspitze und dem Berührungspunkt zwischen Fühler 11 und Schablone 12 ist gleich »L«.
Ferner sei angenommen, daß sich nach einer bestimmten Betriebszeit das Öl des Kopierdruckzylinders 19 soweit erwärmt hat, daß die Länge des Schlittens um einen Betrag »d« zugenommen hat, der zur bequemeren Schlußfolgerung beispielsweise gleich 0,2 mm angenommen wird. Der durch Wärme gedehnte Schlitten ist in F i g. 5 in voll ausgezogenen Linien dargestellt, während die gestrichelten Linien seine Form in kaltem Zustand nach F i g. 4 angeben. Gemäß dem Prinzip der hydraulischen Kopiersysteme nimmt das Steuerorgan 22 des Kopierventils in dem Zylinder 21 stets seine neutrale Gleichgewichtsstellung ein. Unter Einwirkung der Wärmedehnung des Schlittens wird es in F i g. 5 also mit dem Zylinder in bezug auf das Gestell der Maschine und in bezug auf die Schablone um 0,2 mm nach rechts verstellt. Nun wird aber der Fühler 11 mit der Schablone ständig in Berührung gehalten, so daß sich die Mitte des den Fühler tragenden Hebels 28, d. h. sein Schwenkpunkt 32, in bezug auf das Gestell der Maschine um 0,1 mm nach rechts verstellen müßte. Die von dem Schlitten 6 getragene Achse 39 des Verstellhebels 38 hat sich um 0,2 mm nach rechts verstellt, während sich ihr durch die Ausgleichsstange 47 zurückgehaltener Zapfen 46 nicht bewegt hat. Der Verstellhebel hat also um einen Winkel »Z>« auf dem Schlitten 6 geschwenkt, wobei sich die Achse 32 in bezug auf den Schlitten 6 um 0,1 mm nach links, jedoch zugleich in bezug auf das Gestell der Maschine, da sich dieser Teil des Schlittens 6 in bezug auf das

Gestell selbst um 0,2 mm nach rechts verstellt hat, um 0,1 mm nach rechts verstellt. Dies ist einwandfrei die zu erfüllende Bedingung.

Die für die Wärmedehnungen angegebenen Zahlen und die angegebenen Verhältnisse der Hebelarme sind nur ausgewählte Beispiele mit einfachen Zahlen, um die Schlußfolgerung unter Außerachtlassung der unterschiedlichen Schräglagen der einzelnen Organe zu erleichtern, jedoch leuchtet ein, daß sich der Mechanismus leicht den Erfordernissen der Kinematik anpassen läßt, um einen praktisch einwandfreien Ausgleich herbeizuführen.

Beispielsweise haben die Bewegungen der Ausgleichsstange 47 eine unbedeutende Amplitude, so daß das hintere Ende dieser Stange ohne weiteres an dem Werkzeugschlitten 6 starr befestigt sein könnte, statt an diesem mit Hilfe des Bolzens 49 angelenkt zu werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Kompensieren von Wärmedehnungen an Teilen einer Werkzeugmaschinen-Kopiersteuerung mit einem im Werkzeugschlitten beweglich angeordneten Kopier-Steuerorgan, das mit dem Kopiertaster über einen am Schlitten schwenkbar angeordneten, doppelarmigen Kopiersteuerhebel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt (32) des Kopiersteuerhebels (28) gegenüber dem Werkzeugschlitten (6) etwa in dessen Verschieberichtung lageveränderlich ist und wenigstens mittelbar mit dem freien Ende einer am werkzeugseitigen Ende des Werkzeugschlittens (6) festen Ausgleichsstange (47) verbunden ist, deren Wärmedehnungskoeffizient von dem des Werkzeugschlittens verschieden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkpunkt (32) des Kopiersteuerhebels (28) an den Enden der Hebelarme (36, 37) eines Verstellhebels (38) angeordnet ist, der in dem Schlitten (6) mit einer rechtwinklig zur Verschieberichtung liegenden Welle (39) um diese schwenkbar ist, die über einen weiteren Hebelarm (45) mit der Ausgleichsstange (47) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Ausgleichsstange (47) angelenkte Hebelarm (45) der Welle (39) längenveränderlich ist.