DE2027771A1

DE2027771A1 - Nachformmaschine, insbesondere Brenn schneidmaschine

Info

Publication number: DE2027771A1
Application number: DE19702027771
Authority: DE
Inventors: Ronald J Hamilton Ontario Luker (Kanada) B02b
Original assignee: Canadian Westinghouse + Company Ltd, Hamilton, Onatano (Kanada), Pat Anw, 8000München
Priority date: 1969-07-03
Filing date: 1970-06-05
Publication date: 1971-01-14
Also published as: CA876459A; US3660665A; FR2050468B1; GB1248023A; FR2050468A1; CH533494A

Description

München, den 5· Juni 1970. Patentanwalt _c 505/w.ss.

gg

Wldenm&ysratraS» 4f

β» ei aa

Canadian Westinghouse Company Limited in Hamilton, Ontario,

Kanada-

Nachformmasohine, .insbesondere-Brennschneidmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachformmasohine, insbesondere auf eine Brennschneidmasohine, deren Schneidbrenner Platten von bestimmtem Umriß nach einer optisch wahrnehmbaren Zeichnungsvorlage oder Schablone aus einer Blechtafel ausschneiden soll. ·

Solche Nachformmaschinen, die die Nachformarbeit mit einem Schneidbrenner vollziehen, sind an sich bekannt. Gewöhnlich sind sie mit einer Kreuzwagenführung oder einer pantographlsehen Lenkeranordnung versehen, die die Bewegung der mechanischen, magnetischen, optischen oder elektro-optlsohen Abtastvorrichtung längs der Schablone oder eines Linienmusters auf den am Werkstück angeordneten Schneidbrenner überkragt. Es ist auch bekannt, die mit dem Schneidbrenner gekuppelte Abtastvorrichtung durch ein ron einem zugeordneten Motor angetriebenes Reibrad anzutreiben, das auf einer zu den Flächen des abzutastenden Musters und des Werkstücks parallelen Oberfläche abrollt und

009883/1446

zwecks tangentialer Führung am Vorlagemuster bzw«, an der Schablone um eine zur Abrollfläche senkrechte Lenkachse drehbar gelagert ist. Dabei hat man weiterhin auch schon vorgesehen, auch die an anderer Stelle befindliche elektro-optische Abtastvorrichtung um eine senkrechte Achse drehbar zu lagern und ihre Drehbewegungen unmittelbar durch ein Getriebe oder durch einen Nachdrehmotor als Lenksteuerbewegung auf das Reibrad zu übertragen. Damit die elektro-optische Abtastvorrichtung bei automatischem Antrieb über dem abzutastenden Muster verbleibt, ist es notwendig, daß eine Verbindungslinie zwischen den Lenkachsen des Reibrades und der Abtastvorrichtung zu einer Bezugslinie des abzutastenden Musters parallel bleibt.

Schließlich ist es auch bekannt, bei einer Brennschneid-Nachformmaschine die Abtastvorrichtung und den Schneidbrenner gemeinsam am freien Ende eines kniehebelartigen Doppellenkers anzuordnen, der mit seinem anderen Ende um eine ortsfeste Achse schwenkbar gelagert ist. Die Verwendung dieser Nachformmaschinen die sich durch eine besonders einfache Lenkerführung zur Herstellung der erforderlichen Beweglichkeit beim Abtasten und Nachformen des Vorlagemusters auszeichnen!, 1st jedoch bisher auf besonders einfache Fälle beschränkt geblieben,, bei denen das Muster unmittelbar über dem Schneidbrenner angeordnet war und das Reibrad in der axialen Verlängerung der Brennaohse des Sohneidbrenners liegen mußte. Die Abtastvorrichtung außt© dabei von Hand geführt werden.. Eine selbsttätig® Naohformarbait mit Hilfe einer elektro-optischön Abtastvorrichtung war weder vorge-

009883/1U6

sehen, noch bei dieser Anordnung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit der vereinfachten Führung durch einen kniehebelartigen Doppellenker ausgerüstete Nachformmaschine zur selbsttätigen Naohformarbeit mit einem durch eine elektro-optische Abtastvorrichtung hinsichtlich der Lenkbewegungen gesteuerten, lenkbaren Reibrad verwendbar zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einer Nachformmaschine, insbesondere bei einer Brennschneid-Naohformmaschine, mit an einem kniehebelartigen Doppellenker angebrachtem, durch ein angetriebenes Reibrad auf der Abtastfläche bewegten, photo-optlsehen Abtastkopf, -der ebenso wie das Reibrad um eine zu dessen Abrollfläche senkrechte Lenkachse drehbar gelagert ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reibrad und der photo-optische Abtastkopf an einem um eine gemeinsame Lenkachse schwenkbar gelagerten Antriebsblock derart angeordnet sind, daß das Reibrad die Abrollfläche an einer vom Schnittpunkt der Lenkachse mit der Abrollfläche nur wenig versetzten Stelle berührt, der photooptische Abtastkopf wenigstens eine photo-empfindliohe Vorrichtung (Photozelle) aufweist, die einen in der Nähe des Lenkachsenschnittpunktes befindlichen Abschnitt einer auf der Abrollfläche angeordneten Vorlagezeichnung oder Schablone abtastet und zur Drehung um die gemeinsame Lenkachse derart angetrieben ist, daß eine Verbindungslinie zwischen einem Punkt des abgetasteten Flächenbereiches und dem Lenkachsenschnittpunkt mit der Abtastfläche stets zu einer Tangente an die Schablone oder Muster-

009883/1U6

zeichnung im Abtastbereich parallel bleibt.

Weitere Me%male für die bevorzugte Ausführung der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausführung einer als Brennschneidmaschine ausgebildeten Nachformmaschine nach der Erfindung, und zwar zeigen

Fig. 1 den Teilgrundriß einer bekannten Brennschneid-Nachformmaschine mit kniehebelartiger Doppellenkerführung des Abtast- und Schneidkopfes, Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch diese Ma-' sehne nach der Linie 2-2 von Fig.l,

Fig. 3 den schematischen Grundriß einer Brennschneid-Nachformmaschine nach der Erfindung, Fig. k einen Querschnitt durch diese Maschine nach der

Linie k-k von Flg. 3,
Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch den Antriebskopf

einer derartigen Maschine in größerem Maßstab, Fig. 6 eine Einzelheit des Antriebskopfes im senkrechten Schnitt nach Linie 6-6 von Fig. 5 und

Fig. 7 ein elektrisches Sohaltdiagramm für den Antriebskopf der Maschine.

Fig. 1 und 2 zeigen in sehr sohematischen Darstellungen die Schneidkopfführung einer Doppellenker-Brennschneldmasohine bekannter Ausführung mit zwei Lenkern 8 und 9, die in einem

009883/1U8

Gelenk 10 zusammenliegen und von denen der Lenker 8 an einer senkrechten Achse 11 schwenkbar gelagert ist. Der Lenker 9 trägt an seinem freien Ende einen mit Gaszuführungsleitungen versehenen Brennschneidkopf 12 und einen darüber angeordneten Führungsstift I3, Das zu schneidende Material, z.B. eine Blechtafel 1^, liegt auf einer mit Querrippen versehenen Tischplatte 151 und die nachzufahrende Schablone ist an der Unterseite einer oberen Tragplatte 16 befestigt. Fährt man nun mit dem Führungsstift 13 von Hand oder auf sonstige Weise um die Schablone und ist der Schneidbrenner 12 in Betrieb, so wird von der Blechtafel 14- eine Platte abgeschnitten, deren Gestalt der an der Tragplatte l6 befestigten Schablone entspricht.

Ersetzt man den Führungsstift 13 durch ein angetriebenes Reibrad, so kann das Reibrad, wenn es eine lenkbare Lagerung aufweist, gleichfalls an der Schablone abrollen. Es ist jedoch nicht zweckmäßig, die Schablone optisch an der gleichen Stelle abzutasten, an der sie von dem Reibrad berührt wird. Das Reibrad wird daher nach einer Seite des optischen Erfassungspunktes " versetzt angeordnet. Dabei müssen sich jedoch, wie bereits ausgeführt wurde, bei einer derartigen Maschine zur Sioherstellung, daß die optische Abtastvorrichtung ihre relative Lage zur abzutastenden Sohablone beibehält, der Schneidbrenner, die Lenkachse des Reibrades und der optische Abtastpunkt sämtlich auf der gleichen Bahn bewegen, und eine Verbindungslinie zwischen der Lenkachse der optischen Abtastvorrichtung und der Lenkachse des Reibrades muß zu einer festen Bezugslinie parallel bleiben.

009883/1446

Die Anordnung der Schablone an der Unterfläche einer Tragplatte ist überdies ein wesentlicher Nachteil.

In Fig. 3 und 4 ist nun eine Doppellenkermaschine nach der Erfindung dargestellt. Auch bei dieser Ausführung weist die Maschine zwei Lenker 1? und 18 auf, die durch ein Gelenk 19 verbunden und um eine Achse 20 schwenkbar gelagert sind. Der Lenker 18 besteht hier jedoch gemäß Fig. 4 aus einem U-förmigen Rahmen dessen oberer Schenkel 21 eine elektro-optische Abtastvorrichtung 22 und dessen unterer Schenkel 23 den Schneidbrenner 24 trägt. Die Schablone ist hier an der Oberfläche einer Tragplatte 25 angebracht, während die zfc schneidende Blechtafel 2? am Maschinenbett 26 abgestützt ist, auf dem auch eine die Schwenkachse 20 tragende Säule 28 sitzt.

In Fig. 5 sind nun die Einzelheiten der Mlektro-optischen Abtastvorrichtung 22 in größerem Maßstab dargestellt. Das den Schneidkopf antreibende Reibrad 29 sitzt fest auf einer Schrägwelle 30, die an ihrem anderen Ende mit einem gleichfalls fest angebrachten Reibrad 31 versehen ist. Dieses Reibrad steht in Reibungseingriff mit der Stirnfläche eines Zahnrades 32, das ve» einem Zahnritzel 33 von der Welle des Antriebsmotors 34 . angetrieben wird. Das Zahnrad 32 ist am Gehäuse 35 der Vorrichtung mit einer zylindrischen Nabe 36 an Lagern 37 und 38 frei drehbar gelagert. Zwischen den Reibrädern 29 und 31 befindet sioh eine photö-optisohe Abtastvorrichtung 39· Sie besteht gemäß Fig. 6 aus einem Block 40, der mit zwei Photozellen 41 und 42 und mit einer Glühbirne 43 versehen ist. Zusammen mit

009883/1U6

diesen Teilen ist der Block 40 mittels einer Stellschraube 44 und einem daran angebrachten Rändelkopf 45 an einer zugeordneten Skala des Antriebsblockes 46 verschiebbar. Der Antriebsblock 46 weist eine senkrechte hohle Lenkwelle 47 auf, mit der er in der Hohlnabe 36 des Zahnrades 32 mit Kugellagern frei drehbar und gegen Axialverschiebung gesichert ist. Die hohle Lenkwelle 47 dient als Durchführung für die elektrischen Leitungsdrähte des photo-optisohen Abtastkopfes, die an obere Schleifringe 48,49,50 usw. eines am Kopfende der Lenkwelle 47 angeordneten Isolators angeschlossen sind. Durch Stromabnehmerbürsten 51*52,53 usw. kann der photo-optische Abtastkopf mit anderen Zubehörteilen des Schaltkreises verbunden werden. An ihrem oberen Ende ist die Lenkwelle 4? mit einem Nachrehmotor 54 durch eine Klauenkupplung 55 verbunden.

Gemäß Fig. 7 sind die Photozellen 41,42 mit ihren Ausgangsseiten an einen Impulsregler 56 angeschlossen, der das von den Photozellen erzeugte Steuersignal über einen Verstärker 57 an den umsteuerbaren Nacnjrehmotor 5^ weiterleitet. An eine Klemme 5.8 ist eine Stromquelle von z.B. 110 V und 60 Perioden angeschlossen, deren Strom über einen Regler 59 an den Verstärker 57 und an den Antriebsmotor 3^ weitergeleitet wird. Das Schaltbild nach Fig. 7 ist vereinfacht mit Einzelleitern dargestellt worden, doch kann jede Verbindungslinie einer Mehrzahl von elektrischen Leitern entsprechen und auch die in Fig. 5 dargestellten Schleifringe, z.B. 48, und die zugeordneten Sohleifbürsten, z.B. 51» enthalten.

009883/1U6

Weist die Vorrichtung die in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführung auf, so wird die auf der Tragplatte 25 befindliche Schablone beim Einschalten des Gerätes von der Glühbirne 43 des Abtastkopfes beleuchtet. Das Licht wird von der Schablone an die Phtozellen 4-1 und 42 Reflektiert, wobei die Reflektlonshelligkeit von der Art und Lage der Schablone abhängt. Sind die Aufnahmeflächen der beiden Photozellen 41 und 42 nicht vollständig gleich und nimmt man an, daß die Schablone nur aus einer Linie besteht, die ein anderes fieflektionsvermogen hat als die sie umgebende Fläche, und befindet sich wenigstens eine Stelle der abzutastenden Linie im Bereich einer der Photozellen, so werden die beiden Photozellen unterschiedliche Impulse erzeugen, wenn die abzutastende Linie nicht vollkommen gleich- » mäßig von den beiden Photozellen erfaßt wird. Ist dies der Fall und erzeugen die beiden Photozellen unterschiedliche Impulse, so liefert der Impulswandler 56 ein bestimmtes Steuersignal, wenn die Photozelle 42 von der abzutastenden Linie stärker belichtet wird als die Photozelle 41, und es ergibt sich ein anderes Steuersignal, wenn die Belichtungsverhältnisse für die beiden Photozellen umgekehrt sind. Diese gegensinnigen Steuersignale, z.B. von gegensinniger Polarität, werden dem Verstärker 57 zugeleitet und erzeugen ein Steuersignal, das bei Weitergabe an den Nachdrehmotor 54 eine Drehung der Motorwelle in der einen oder anderen Umlaufrichtung und mit einer Geschwindigkeit verursacht, die von dem Unterschied der von den Photozellen 41 und 42 erzeugten Impulse abhängt. Der Naohdrehmotor 54 wird daher

009883/1U6

in einer Drehrichtung und mit einer Drehzahl umlaufen, die von der Größe des Überlappungsgrades der von den Photozellen 41 und kZ aufgenommenen Helligkeitswerte abhängen. Der Nachdrehmotor 5^ ist mit dem Antriebsblock 56 mechanisch gekuppelt, der die Lenkausschläge des Reibrades 29 steuert und bei richtigem Zusammenarbeiten der Teile dafür sorgt, daß das Reibrad 29 ständig eine Lage einnimmt, die zu einer Tangente an die Schablone parallel liegt.

Die genaue Arbeitsweise der photo-optischen Abtastvor- ä richtung bedarf leiner weiteren Erläuterung, weil derartige Abtastvorrichtungen mit einer oder mehreren Photozellen und den zugeordneten Schaltelementen an sich bekannt sind. Es ist nur notwendig, daß die photo-elektrische Aufnahmevorrichtung zwischen den %fteibrädern 29 und 31 angeordnet 1st und etwa im Bereich der senkrechten Lenkachse der Reibräder liegt. Dies läßt sich beispielsweise durch Anordnung des die Photozellen tragenden Blockes im Bereich der senkrechten Lenkachse oder durch eine optische Kupplung der Photozellen mit an dieser _Λ Stelle befindlichen faseroptischen Aufnahmevorrichtüngen erreichen. Die Reibräder werden von dem Nachdrehmotor 5^ gelenkt und von dem Motor 3*f angetrieben. Der an die Klemme 58 angelegte elektrische Strom wird dem Antriebsmotor Jk über den Regler 59 zugeleitet. Der Regler 59 ermöglicht es einer Bedienungsperson, die Drehzahl des Motors Jk zu regeln und gemäß de* vom Impulswandler 56 aufgenommenen Steuersignalen entweder die Drehzahl oder die Unlaufriohtung des Antriebsmotors 3k zu steuern.Läift *

009883/UA6

der Motor 34 um, so treibt er mit dem Ritzel 33 auch das Zahnrad 32 an. Dieser Antrieb wird zunächst auf das Reibrad 31 und über die Welle 30 auch auf das Reibrad 29 übertragen. Das letztere steht mit der Oberfläche der Tragplatte 25 in Eingriff, auf der sich die Schablone befindet. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, wird das Reibrad 29 von dem Nachdrehmotor 5^ gelenkt und zu der Schablone tangential gehalten. Wird es nun mit einer von dem Motor 34 bestimmten Geschwindigkeit angetrieben, so bewegt es den Abtastkopf 22 auf der Oberfläche der Tragplatte 25 in einer durch die Schablone bestimmten Richtung und mit einer von der Drehzahl des Motors 34 bestimmten, konstanten Geschwindigkeit. Das Reibrad 29 liegt zur senkrechten Lenkachse versetzt, wie auch der optische Abtastkopf mit den Photozellen 4l,42 etwas versetzt zur Lenkachse angeordnet ist. Der Grund für diese Versetzungen ist dem Fachmann ohne weiteres verständlich.

Da sich die Lenkachse für die Photozellen mit der Lenkachse für die Antriebsräder deckt, entfällt das Erfordernis, daß eine diese beiden Achsen verbindende Linie zu einer festen Bezugslinie parallel bleiben muß, und daher ist es nicht erforderlich, eine pantographische oder Parallelführung vorzusehen. Wenn der Nachdrehmotor $h die Photozellen 41,42 dreht, lenkt er zugleich auch das Reibrad 29, und der Abtastkopf 22 tastet die Schablone mit einer Geschwindigkeit ab, die durch die Drehzahl der Antriebsräder bestimmt ist. Da gemäß Fig. 4 der obere Schenkel 21 des Lenkers 18 mit dem unteren Schenkel 23 starr verbunden 1st,

009883/1446

folgt der Schneidbrenner 2k allen Bewegungen des Abtastkopfes 22. Im Betriebszustand der Vorrichtung schneidet der Schneidbrenner 2k daher aus dem Werkstück 27 eine Platte, die mit dem UrariS der auf der Tragplatte 25 befindlichen Schablone übereinstimmt.

Die Übereinstimmung der Lenkachsen des Antriebsrades und des photo-optischen Abfeastkopfes ist das wesentliche Kennzeichen der Erfindung. Für dieses Merkmal können auch unterschiedliche Anordnungen und Antriebsarten für den Aufzeichnungskopf und für den Schneidbrenner vorgesehen werden. Da sich die erwähnten Lenkachsen decken sollen, kann der Berührungspunkt des Reibrades 29 an der Schablone bzw. der sie tragenden Fläche nicht mit der Lenkachse zusammenfallen, sondern muß in der dargestellten Weise einseitig dazu versetzt liegen.

009883/1U6

Claims

Patentansprüche:

(1.JNachformmaschine, insbesondere-Brennschneidmaschine, mit an einem kniehebelartigen Doppellenker angebrachtem, durch ein angetriebenes Reibrad auf der Abtastfläche bewegten, photo-optischen Abtastkopf, der ebenso wie das Reibrad um eine zu dessen Abrollfläche senkrechte Lenkachse drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibrad (29) und der photo-optische Abtastkopf (4φ .Λ3) an einem um eine gemeinsame Lenkachse (4-7) schwenkbaren Antriebsblock (46) derart ange-' ordnet sind, daß das Reibrad (29) die Abrollfläche an einer vom Schnittpunkt der Lenkachse mit der Abrollfläche nur wenig versetzten Stelle berührt, der photo-optische Abtastkopf (40 - 43) wenigstens eine · photo-empfindliche Vorrichtung (Photozelle) aufweist, die einen in der Nähe des Lenkachsenschnittpunktes befindlichen Abschnitt einer auf der Abrollfläche angeordneten Schablone abtastet und zur Drehung um die gemeinsame Lenkachse (47) derart angetrieben ist, daß eine Verbindungslinie zwischen einem Punkt des abgetasteten Flächenbereiches und dem Lenkachsenschnittpunkt mit der Abtastfläche stets zu einer Tangente an die Schablone im Abtastbereich parallel bleibt.

2. Nachformmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photo-empfindliohe Vorrichtung (40 - 43) unmittelbar im Bereich der gemeinsamen Lenkachse (47) angeordnet ist.

3. Nachformmaschine nach Anspruch !,.daflurch gekennzelch-

009883/UA6

net, daß die Versetzung des Berührungspunktes, des Reibrades (29) vom Lenkachsenschnittpunkt mit der Abrollflache so bemessen ist, daß von der Lenkdrehung andernfalls erzeugte Änderungen der Antriebsgeschwindigkeit des Reibrades kompensiert werden.

k. Nachformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die gemeinsame Lenkdrehung des Reibrades (29) und der photo-optisehen Abtastvorrichtung (4-0 - ^3) antreibende Nachstellmotor (5^) koaxial zur Lenkachse (^?) in deren Verlängerung angeordnet ist.

5. Nachformmaschine nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lenkdrehung antreibende Nachstellmotor (5*0 in Abhängigkeit von der von der photo-empfindlichen Vorrichtung des Abtastkopfes wahrgenommenen Lichthelligkeit erregt wird.

6. Nachformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der photo-optische Abtastkopf (4-0) zwei neben dem Reibrad (29) angeordnete Photozellen (4-1,^2) aufweist, die einen vor dem Lenkachsenschnittpunkt mit der Abtastfläche befindlichen Teil einer optisch wahrnehmbaren Schablone abtasten und deren über einen Impulswandler (56) weitergeleitete:· Impulse den die LenkcW antreibenden Nachdrehmotor (5^) derart steuern, daß eine Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt der von den Photozellen des Abtastkopfes wahrgenommenen Abtastfläche und dem Lenkachsenschnittpunkt mit der Abtastfläche mit einer in diesem Bereich an die Schablone gelegten Tangente einen konstanten Winkel einschließt.

009883/UA6

7. Naohformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der photo-optische Abtastkopf (*JO) an dem das Reibrad (29) tragenden und mit der gemeinsamen Lenkachse (^7) versehenen Antriebsblock (4·6) mittels einer Stellschraube (*|4,^5) bezüglich der Lenkachse an einer Skala lagenverstellbar ist.

009883/U46