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Zwei- oder dreidimensionale KoPiereinrichtung für Werkzeug maschinen
Im Bereich der modernen, industriellen Serienfertigung hochwertiger Wirtschaftsgüter
werden in immer größeren Umfange Prägeformen, sowie Gießformen für Metalle oder
Kunststoffe benötigt, wobei an die Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit der mit Hilfe
solcher Formen oder Formwerkzeuge erzeugten Gegenstände außerordentlich hohe Anforderungen
gestellt werden, da sie im Regelfall mit einer Vielzahl gleichfalls serienmäßig
geformter Werkstücke verbunden werden mfissen und größere Toleranzen teils aus konstruktiven
und teils aus verarbeitungstechnischen Gründen nicht in Kauf genommen werden können.
In herkömmlicher Weise werden räumlich ge-
-riimste Formgestalten
aufweisende Gieß- oder Prägeformen im Wege des sog. Kopierfräsens entweder als Positiv-
oder als Negativform aus einem Vollmaterialblock heraus-gearbeitet, wobei der Konturverlaui
eines Modelles mittels eines Tastfingers abgegriffen und durch Vermittlung von tJbertragungsgliedern
in einem bestimmten Übertragungsverhältnis aul einen Fräser übertragen wird. Soweit
hierifir geeignete Modelle zur Verfügung stehen, lassen sich die gewj;nschten Formen
ohne größeren Aufwand an Nacnarbeis mit Hilte der bekannten Nachformfräseinrichtunen
erzeugen. In vielen Fällen müssen die beabsichtigten Konturformen der Gieß-bzw.
Prägeformen jedoch von Orginalstücken oder aber von Modellen abgenommen werden,
die die Berücksichtigung der Materialdicke des in diesen Formen zu erzeugenden Präge-bzw.
Gießteiles nur in den zur Aufspannebene des Werkstückes gekrümmter Flächen zulassen.
Dementsprechend werden bei den derzeit gebräuchlichen Nachform-Fräsverfahren von
einem, durch ein Orginalstück bzw. einem diesen entsprechenden Modell abgeformte
Gieß- oder Prägeformen mindestens im Bereich gekrümmter oder im Winkel zur Aufspannebene
gerichte--ter Flächen um den Betrag der beabsichtigten Materialdicke des mit hilfe
einer solchen Einrichtung-zu formenden Gegenstandes nachgearbeitet, was einen außerordentlich
hohen Arbeitsaufwand und damit eine entsprechendeVerteuerung der jeweiligen Gieß-
bzw. Prägeform bedingt.
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Die Erfindung geht demzufolge aus von einer zwei- oder dreidimensionalen
Kopiereinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Kopierfräsmaschinen zum Nachformen
räumlich gekrümmter biodelle, vorzugsweise von Tiefziehwerkzeugen für bleche oder
Gießformen für Metalle oder Kunststoffe, mittels eines Taststiftes und eines Fräsers
mit verhältnis gleichen Abmessungen und kreisrundem Querschnitt bei lediglich in
einer Achse unterschiedlicher Übertragung zwischen Taststift bzw.
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Modell und Werkzeug bzw. Werkstück.
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Der Erfindung liegt hierbei die Aufgabe zugrunde, eine Kopiereinrichtung
zum Nachformen, insbesondere NachÏrPser, zu schaffen, welche eine einstellbar, über
die gesamte If.oell-bzw. Werkstückoberfläche hin gleichbleibende, bzw. en bestimrten
Stellen eine vorherbestimmbare Abweichung vom Moden in Richtung der Hauptachsen
des Werkzeuges, insbesondere -rers, bzw. des TaststiStes gestattet und vorzugsweise
dazu verwendbar ist, von einem Gegenstand oder einem Modell eine Gieß-bzw. Prägeform
nachzufrägen, welche die Materialst-rke einschließlich gegebenenfalls auftretender
Behnungshereiche, dieses Gegenstandes bericksichtigt, so deß Nacharbeitungen der
mit Hilfe dieser Kopiereinrichtung erzeugten Gieß- bzw.
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Prageformen vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß die Schneide -des Werkzeuges an jeder beliebigen Punkt einen einer beabsichtigten
Abweichung zwischen dem iilodell und dem nachgeformten Werkstück, insbesondere einer
zu berücksichtigenden Materialdicke, entsprechenden Abstand zum zugehörigen Punkt
der Tastfläche des Taststiftes aufweist.
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Vorzugsweise ist hierzu der Taststift gegenüber dem Werkzeug, insbesondere
einem Fräser, sowohl in seiner Länge, als auch in seinem Halbmesser um den Betrag
der beabsichtigten Abweichung vom Modell verkleinert und die zu dessen Hauptachse
senkrechte Stirnfläche des Werkzeuges, insbesondere Fräsers, mit einer, in ihrem
Radius dem Betrag der beabsichtigten Abweichung vom Modell entsprechenden Umfangsabrundung
versehen.
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Die beabsichtigte Abweichung vom Modell ist hierbei durch die gewünschte
Berücksichtigung der Materialdicke eines mit Hilfe eines derart im Wege des Nachformfräsens
erzeugten Präge- bzw. Gießwerkzeuges herzustellenden Gegenstandes festgelegt. Demzufolge
entspricht in der praktischen Anwendung der Erfindung der Betrag der Abweichung
vom Modell dem Betrag der Materialdicke des mit Hilfe des im Wege des Nachformfräsens
zu erzeugenden Gieß- bzw. Prägewerkzeuges her zustellenden Gegenstandes. Beispielsweise
entspricht bei der Herstellung eines Prägewerkzeuges zum Tiefziehen von Blechen
e
beabsichtigte Abweichung vom Modell der Dicke des mit ilie des Prägewerkzeuges zu
verformenden Bleches und ist der Taststift gegenüber dem Fräser sowohl hinsichtlich
seiner Länge als auch seines Halbmessers å jeweils um den Betrag der Decke des mit
Hilfe des im Nachformfräsverfahren zu erzeugenden Prägewerkzeuges zu bearbeitenden
Bleches verkleinert. Gleichfalls entspricht der Radius der Umfangsabrundung der
Stirnfläche des Werkzeuges der Materialstärke des Bleches, welches mit Hilfe des
im Wege des Nachformfräsverfahrens herzustellenden Prägewerkzeuges bearbeitet werden
soll. Die erfindungsgemäße Kopiereinrichtung kann vorteilhafterweise auch zur Erzeugung
von Formen für Gegenstände mit unterschiedlicher Materialdicke, wie dies insbesondere
bei Gießformen häufig vorkommt, verwendet werden, wobei dann jeweils nacheinander
die Bereiche untereinander gleicher Materialdicke nachgefräst werden und jeweils
für die Bereiche unterschiedlicher Materialdicke und damit unterschiedlicher beabsichtigter
Abweichung vom Modellentsprechend unterschiedlicher Fräser- und Taststifte eingesetzt
werden.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Taststift
eine ebene kreisfläcliige Tastfläche mit spitzwinkeligem tibergang zu seiner Mantelfläche
aufweist, wodurch ein exaktes Abtasten der räumlich gekrümmten Flächen des Modelles
und insbesondere eine verzerrungsfreie Ubertragung der abgetasteten Modellkontur
auf den Fräser gewährleistet ist.
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Zur Anpassung eines mittels der erfindungsgemäßen Kopieren richtung
nachzuformenden Prägewerkzeuges an die gegebenenfalls örtlich auftretende Materialstärkenänderung
des mittels eines solchen Prägewerkzeuges zu verformenden Bleches, insbesondere
in Zonen sehr starker Verformung, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
vorgesehen, daß der Radius der Umfangsabrundung der Werkzeugstirnfläohe um einen
zusätzlichen Teilbetrag, insbesondere um den eineinhalbfachen Betrag der
beabsichtigten
Abweichung vom Modell größer ist, als der Radius der Umfangsabrundung der Stirnfläche
des Taststiftes.
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Durch diese jeweils von Fall zu Fall, insbesondere in Abhängigkeit
von der Fließfähigkeit des mittels des zu formenden Prägewerkzeuges zu verformenden
Materials und den Radien der beabsichtigten Krümmungen des Prägestückes festzulegende
Vergrößerung des Radius der Umfangsabrundung der Werkzeugstirnfläche, insbesondere
der Fräserstirnfläche, ermöglicht eine Berücksichtigung der sich durch das Fließen
des Materials während des Prägens in Bereichen starker Krümmung ergebenden Schwächungen
der Materialdicke des Mittels des Prägewerkzeuges zu verformenden Bleches, wobei
die Abweichung vom Modell nicht linear zur Vergrößerung des Radius der Umfangsabrundung
der Werkzeugstirnfläche ist. Beispielsweise ergibt eine Vergrößerung der Umfangsabrundung
der Werkzeugstirnfläche um den Betrag der halben Materialstärke lediglich im Bereich
des gekrümmten ueberganges zwlschen zwei spitzwinkelig zueinander ausgerichteten
Werkstück- bzw. Prägeformflächen eine, um etwa 22 % der Materialstärke, insbesondere
Blechstärke, geringere Abweichung vom Modell, während in den anschließenden Bereichen
ebener Werkstückflächen die Abweichung vom Modell gleichbleibend der vollen Blechstärke
entspricht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen werden,
daß der Taststift mit einer, an seine Tastfläche anschließenden Umfangsabrundung
versehen und der Radius der Umfangsabrundung der Stirnfläche des Werkzeuges, insbesondere
Fräsers, um den Betrag des Radius der Umfangsabrundung des iaststiftes vergrößert
ist. Durch die verhältnisgleiche Abrundung von Taststift und Werkzeug, insbesondere
Fräser, werden Verzerrungen in der obertragung der abgetasteten Modellkontur vermieden.
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Die erfindungsgemße Kopiereinrichtung kann in Verbindung mit jeder
herkömmlichen Nachform- bzw. Nachfarmfräsmaschine angewandt werden, wobei lediglich
ein in der vorbeschriebenen Weise erfindungsgemäß gestalteter Taststift, sowie ein
erndungsgemäß
mit einer bestimmten Abrundung versehener Fräser
oder aber auch ein geeigneter Kugelkopffreser erSorderlich sind, so daß der technische
und wirtschaftliche Aufwand ür die Anwendung der erfindungsgemäßen Kopiereinrichtung
außerordentlich gering ist.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand
zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.
In der Zeichnung zeigt die Figur 1 in übereinander liegender Darstellung die Konturverläufe
eines Modelles und eines diesem unter Berücksichtigung einer Blechstärke nachgeformten
Prägewerkzeuges, sowie eine mehr oder minder schematische, ineinander geschachtelte
Darstellung eines erfindungsgemäßen Taststiftes und eines entsprechend gestalteten
Fräsers, Figur 2 gleichfalls in übereinander liegender Darstellung die Konturverläufe
eines Modelles und eines diesem unter Berücksichtigung sowohl der Blechstärke als
auch unter Berücksichtigung der Blechstärkenverringerung im Bereich starker Krümmungen
des Prägestückes nachgeformten Prägewerkzeuges.
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In der Figur 1 der Zeichnung ist der gekrümmte Konturverlauf eines
Modelles mit 1 und der bereits nachgeformte Konturverlauf eines für die Blechbebitung
bestimmten Prägewerkzeuges mit 2 bezeichnet. Die beiden Konturverläufe 1 und 2 sind
in der Zeichnung übereinander liegend und mit dem der angenommenen Stärke des mittels
des Prägewerkzeuges zu bearbeitenden Bleches entsprechenden Abstand oneinander dargestellt.
Zwischen den beiden Konturverläufen 1 und 2 ist in gestrichelten Linien der Konturverlauf
3 angedeutet, wie er sich beim Nachformen des Konturverlaufes 1 des Modelles unter
Verwendung einer herköminlichen Kopiereinrichtung ergeben würde. Dabei
ire
die Materialdicke, welche von den Linien 2 und 3 eingeschlossen und durch schraffierte
Flachen hervorrn;£hoben ist, durch Nacharbeitung abzutragen, um einen unter Beriicksichtigung
der Blechstsrke D parallelen Konturverlauf des Modelles und des nachgeiormten Prägewerkzeuges
zu erreichen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Taststift 4 verwendet, welcher
bei einem kreisrunden Querschnitt über seine gesamte Lange hin, eine Zylinderform
aufweist und eine ebene, kreisflächige Rastfläche 5 bestitzt, wobei im gezeigten
Ausführungsbeispiel die Tastfläche 5 im rechten Winkel an die Mantelfläche -6 des
Taststiftes 4 anschließt. In Verbindung mit dem-Daststilt 4 wird ein zylindrischer
Fräser 7 verwendet, dessen zu seiner Rotationsachse senkrechte Stirn fläche 8 über
eine Umfangsabrundung 9 in die Mantelfläche 10 übergeht.
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Gegenüber dem Fräser 7 ist der Taststift 4 hinsichtlich seiner Länge
um einen der Blechdicke des mit Hilfe des Prägewerkzeuges 2 zu bearbeitenden Bleches
entsprechenden Betrag D verkürzt. Ferner ist der Taststift 4 hinsichtlich seines
Halbmessers gegenüber dem Fräser 7 gleichfalls um den Betrag D der Blechstärke verkleinert.
Aus der allseitigen Verkleinerung des Taststiftes 4 um den Betrag D der Blechstärke
ergibt sich in Verbindung mit-der kreisrunden Form des Taststiftes 4 eine Berücksichtigung
der Blechstärke D in jeder Ebene. Der Radius R der Umfangsabrundung 9 des Fräsers
7 entspricht dem Betrag D der Blechstärke, so daß die wirksame Oberfläche des Fräsers
7 an jedem beliebigen Punkt einen gleichen, dem Betrag D der Blechstärke entsprechenden
Abstand zum entsprechenden Punkt des Taststiftes 4 aufweist.Bei Verwendung eines
Taststiftes 4 mit abgerundetem uebergang von der Tastfläche 5 zur Mantelfläche 6
muß der Radius R der Umfangsabrundung am Fräser 7 um den Betrag D der-Blechstärke
größer gewählt werden, als der Abrundungsradius des Taststiftes 4. Beispielsweise
ist bei Verwendung eines Taststiftes 4 mit einem Abrundungsradius von 2 mm und einer
zu berücksichtigenden Blechstärke D von 0,8 mm ein mit einem Radius R von 2,8 mm
abgerundeter Fräser 7- bzw.- bei einer Taststiftabrwidung von 3 mm und einer zu
b'erücksichtiS.nden Blechstärke D von 1 mm ein mit einem -radius
R
von 4 mm abgerundeter Fräser 7 zu wählen.
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Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der gekrümmteK5nturverlauf
eines Modelles mit 1a und der bereits nachgeformte Konturverlauf eines für die Blechverarbeitung
bestimmten Prägewerkzeuges mit 2a bezeichnet. In den Bereichen der tlbergangskrümmungen
12 zwischen zwei jeweils in spitzen Winkeln zueinander ausgerichteten Werkstückflächen
15? und 14 sind durch die Linien 2a und15 begrenzte, sichelförmige Felder 16 durch
Schraffierung hervorgehoben, welche die infolge des Fließens des mittels des Prägewerkzeuges
zu verformenden Bleches auftretenden Blechstärkenänderungen im Bereich der Krümmungen-12
aufzeigen. In den Bereichen glattflächiger Konturen 13 und 14 des Prägewerkzeuges
weisen die Konturverläufe 2a des nachgeformten Prägewerkzeuges und la einen unter
Berücksichtigung der Blechstärke D parallelen Verlauf auf. In den Krümmungsbereichen
12 weist jeweils der Konturverlauf 2a des Prägewerkzeuges einen grösseren Krümmungsradius
auf, als der Konturverlaufla des Modelles, sodaß in diesen Bereichen der Abstand
zwischen den beiden Konturverläufen 2a und 1a geringer ist, als die Blechstärke
D. Diese durch die schraffierten Fleder 16 markierten Abweichungen der Konturverläufe
zwischen dem nachgeformten Prägewerkzeug und dem Modell entsprechen der Berücksichtigung
der Verringerung der Blechstärke D im Bereich starker Krümmungen, infolge des beim
Prägen unvermeidlichen Fließens des Materials. Zur Erzielung lediglich im Bereich
der Krümmungen 12 voneinander abweichender Konturverläufe 2a des Prägewerkzeuges
und la des Modelles ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein Fräser 7a verwendet
worden, dessen zu seiner Rotationsachse senkrechte Stirnfläche über eine Umfangsabrundung,
deren Radius R1 um den eineinhalbfachen Betrag der Blechstärke D größer ist, als
der Radius der Umfangsabrundung der Tastfläche 5 des Taststiftes 4. Gegenüber dem
bei Verwendung eines Fräsers mit dem Radius R ( R = Radius der Umfangs abrundung
des Taststiftes plus dem Betrag der Blechstärke D) parallelen Konturverlauf la und
2a des Modelles und des Prägewerkzeuges ergibt sich bei Verwendung
eines
Fräsers 7a mit einer Umfangsabrundung mit dem Radius (X gleich Radius der Umfangsabrundung
des Taststiftes plus dem eineinhalbfachen Betrag der Blechstärke D) lediglich an
den gekrü:ten übergangen 12 zwischen spitzwinkelig zueinander gerichteten ebenen
Fichcn 13 und 14 ein gegenüber dem Modell mit einem größeren }t1iius n,.krümmter
Konturverlauf. Dabei wird der zur Erzielung einer die jeweils auftretende Blechstärkenänderung
im Bereich starker Krümmungen 12 berücksichtigenden Abweichung zwischen dem Konturverlauf
1a des Modelles und 2a des Prägewerkzeuges erforderliche Abrundungsradius R1 des
Fräsers 'a von Fall zu Fall in Abhängigkeit von der Fließfähigkeit des mit dem Prägewerkzeug
zu bearbeitenden Blechmaterials unc von der Stärke der Krümmung zu wählen. sein.
Dabei kann als Richtmaß gelten, daß eine Vergrößerung des Abrundungsradius Rl um
den Betrag der halben Blechstärke D eine Abweichung des Konturverlaufes 2a des Prägewerkzeuges
vom Konturverlauf 1a des Modelles um etwa 22 % bewirkt. Fiir diesen Fall ist bei
einem Taststift 4 mit einem Abrundungsradius von 1 mm und einer Blechstärke von
0,8 mm ein Abrundungsradius R1 von 2,2mm zu wählen bzw. bei einem Abrundungsradius
von 2 mm des Taststiftes und einer Blechstärke von 5 mm ein Abrundungsradius R1
des Fräsers um 6,5 mm.