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Vorrichtung zur Führung einer Werkzeughalterung auf einer
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geschlossenen Bahn Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung
einer Werkzeughalterung auf einer im wesentlichen ebenen geschlossenen Bahn mit
vorgebbarer Exzentrizität in bezug auf ein maschinenfestes Teil.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine an eine Funkenerosionsmaschine
ansetzbare Vorrichtung zum Erodieren konischer Durchbrüche. Es ist allgemein bekannt,
für bestimmte Anwendungsgebiete ein Werkzeug gegenüber einem Werkstück zusätzlich
zu einer im wesentlichen linearen Relativbewegung eine in seitlicher Richtung auspendelnde
Relativbewegung zu erteilen. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der
deutschen Offenlegungsschrift 2 238 698 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung weist
einen beweglichen Arbeitstisch auf, der um die Achse einer Werkzeughalterung kreisende
Translationsbewegungen ausführen kann. Die Antriebsvorrichtung dieser bekannten
Anordnung weist eine den Radius der Kreisbewegung in Abhängigkeit von der Vorschubbewegung
der Werkzeughalterung verändernde Steuervorrichtung
auf. Hierzu
dient eine zur Achse der Werkzeughalterung parallele Antriebsspindel, welche eine
in ihrer Exzentrizität bezüglich der Spindelachse verstellbare und mit dem Arbeitstisch
im Eingriff stehende Kurbel trägt. Dabei ist auf einer zur Spindelachse senkrechten
Achse ein zweiarmiger Hebel gelagert, dessen einer Arm mit dem Arbeitstisch in Verbindung
steht, während sein anderer Arm eine Steuerkurve trägt.
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Die gewünschte Auslenkung der Werkzeughalterung wird über den Steuerhebel
von einer vorgefertigten Steuerkurve abgetastet.
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Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der US-Patentschrift 3 809 852 bekannt,
bei welcher eine translatorische Bewegung für die Halterung des Werkzeuges von einem
Führungsstift entlang einer vorgegebenen Bahn abgetastet wird.
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Den bekannten Einrichtungen ist jedoch gemeinsam der Nachteil eigen,
daß die Herstellung der erforderlichen Steuerkurven oder Steuerbahnen mit erheblichem
Aufwand verbunden ist. Dabei fällt nicht nur der finanzielle Aufwand ins Gewicht,
sondern es wird insbesondere auch der Zeitaufwand als störend empfunden, welcher
erforderlich ist, um zunächst eine Steuerkurve oder Steuerbahn zu fertigen, die
beim eigentlichen Herstellungsverfahren der gewünschten Form abzutasten ist.
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Außerdem sind derartige Vorrichtungen wenig flexibel, da die Arbeitsweise
der Vorrichtung stets an starre vorgegebene Steuerkurven gebunden ist.
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Weiterhin sind die bekannten Vorrichtungen in ihrem Aufbau verhältnismäßig
kompliziert und benötigen einen verhältnismäßig großen Raum.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
näher erläuterten Art zu schaffen, welche bei
außerordentlich kompaktem
Aufbau zugleich auf besonders einfache Weise eine praktisch beliebige Vielfalt von
verschiedenen Bewegungsformen der Werkzeughalterung gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß eine senkrecht
zu der Bahnebene linear verschiebbare Zylinderbuchse vorgesehen ist, die um die
Mittelsenkrechte der Bahnebene drehbar gelagert ist, daß die Zylinderbuchse eine
gegenüber der Mittelsenkrechten der Bahnebene geneigte Schrägbohrung aufweist, daß
in die Schrägbohrung ein entlang ihrer Längsachse verschiebbare, gegenüber der Zylinderbuchse
drehfest angeordneter Schrägbolzen mit seinem einen Ende hineinragt, an dessen aus
der Schrägbohrung hervorstehendem anderem Ende das Werkzeug anbringbar ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des
Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein besonders wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
liegt darin, daß sie bei allgemein kompaktem Aufbau insbesondere eine sehr geringe
Bauhöhe aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in besonders vorteilhafter
Weise an einer Funkenerosionsmaschine anzubringen, welche zum Erodieren konischer
Durchbrüche oder zum Erodieren von Durchbrüchen mit beliebigen anderen Formen verwendbar
ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus,
daß die Einstellung der gewünschten Formen bei Durchbrüchen oder dergleichen rasch
und leicht ausführbar ist.
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hin weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber bekannten
Anordnungen liegt darin, daß die erzielbare Genauigkeit nicht von der Fertigungsgenauigkeit
bzw. von Toleranzen bei vorgefertigten Steuerkurven oder Steuerbahnen abhängt.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine bevorzugte
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes entlang der Linie I-I in der Fig. 3,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung entlang
der Linie lI-II in der Fig. 3, Fig. 3 einen Grundriß der in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Vorrichtung und Fig. 4 verschiedene Formen von Durchbrüchen, welche mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung herstellbar sind.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt, welche insbesondere zur Aufnahme und zur Führung einer
Halterung für eine pendelnde Elektrode einer Funkenerosionseinrichtung anwendbar
ist. Vorzugsweise ist die Anordnung dabei derart getroffen, daß die Halterung 23
eine nur pendelnde Bewegung ausführt. In einer alternativen Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes könnte jedoch ein Werkzeug auch beispielsweise an den rotierenden
Zapfen 15 angeschlossen werden, wenn beispielsweise eine zentrische Bearbeitung
für Kugellagersitze hergestellt werden soll.
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Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform dient lediglich zur Veranschaulichung
des Erfindungsgegenstandes, wobei zu bemerken ist, daß außer den oben genannten
Anwendungsfällen ganz allgemein gemäß der Erfindung exzentrische Bahnbewegungen
ausgeführt werden können, die auch für beliebige andere Zwecke verwendbar sind.
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Das Kernstück der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine
Zylinderbuchse 10, die in einer Kugelführungsbuchse 24 entlang ihrer Mittelsenkrechten
11 auf und ab bewegbar geführt ist. Die Zylinderbuchse 10 weist eine gegenüber der
Mittelsenkrechten 11 unter einem spitzen Winkel geneigte Schrägbohrung 12 auf, in
welcher ein Schrägbolzen 13 innerhalb einer Kugelführungsbuchse 14 gleitbar gelagert
ist.
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An den Schrägbolzen 13 ist nach unten ein konzentrisch zu der Zylinderbuchse
10 angeordneter Zapfen 15 angebracht. Der Schrägbolzen 13 mit dem nach unten ragenden
Zapfen 15 ist gegenüber der Zylinderbuchse 10 gegen Verdrehung durch einen Stift
18 gesichert, der fest in dem Zapfen 15 sitzt und innerhalb der Zylinderbuchse 10
verschieblich geführt ist.
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Der Stift 18 ist parallel zu dem Schrägbolzen 13 in einer entsprechenden
Bohrung in der Zylinderbuchse 10 verschieblich geführt. Die Zylinderbuchse 10 mit
dem Schrägbolzen 13 ist einschließlich dem nach unten ragenden konzentrischen Zapfen
15 sowie zusammen mit der Kugelführungsbuchse 24 sowie mit einer äußeren Lagerschale
25 für die Kugelführungsbuchse 24 drehbar gelagert. Die Lagerung für die im wesentlichen
aus den obigen Teilen bestehende drehbare Anordnung wird aus den beiden oberen Kugellagern
26 und 27 sowie aus einem unteren Kugellager 28 gebildet. Die beiden oberen Kugellager
26 und 27 sind auf der Höhe der Zylinderbuchse 10 angeordnet, so daß die Lagerschale
25 für die Kugelführungsbuchse 24 in den beiden oberen Kugellagern 26 und 27 gehalten
ist.
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Das untere Kugellager 28, welches gemäß der Darstellung in der Zeichnung
als Doppelkugellager ausgebildet ist, dient zur drehbaren Lagerung des Zapfens 15.
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Der Zapfen 15 sowie der nach oben in die Schrägbohrung 12 der Zylinderbuchse
10 hineinragende Schrägbolzen 13 sind senkrecht zu der Mittelsenkrechten 11 der
Zylinderbuchse 10 verschiebbar gelagert, und zwar mittels eines in einer Kugelführungsbuchse
17 hin und her bewegbaren Querbolzens 16.
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Durch den Querbolzen 16 ist der Stift 18 hindurchgeführt, und zwar
in der Weise, daß der Stift 18 fest im Querbolzen 16 sitzt.
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Die Lagerung des Zapfens 15 gemeinsam mit der Halterung 23 für ein
Werkzeug sind gegenüber der Zylinderbuchse 10 und deren entsprechenden Lagerteilen
durch einen aus der Zeichnung ersichtlichen Kreuzschlitten verbunden, so daß grundsätzlich
der mit der Zylinderbuchse 10 gemeinsam drehbare Zapfen 15 ebenso wie die an der
äußeren Lagerschale des unteren Kugellagers angebrachte Halterung 23 senkrecht zu
der Mittelsenkrechten 11 entlang zwei zueinander senkrecht stehenden Koordinaten
verschiebbar sind Durch de Kreuzschlitten-Verbindung ist die Halterung 23 daher
in einer zu der Mittelsenkrechten 11 unter einem rechten Winkel angeordneten Ebene
bewegbar.
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Nachfolgend soll auf die Art und Weise näher eingegangen werden, in
welcher diese Bewegung der Halterung 23 herbeigeführt und gesteuert werden kann.
An ihrer Oberseite weist die Zylinderbuchse 10 einen Ansatz 29 auf, der im wesentlichen
als zylinderförmige Hülse ausgebildet ist, die mittels einer Kugelführungsbuchse
30 drehbar gelagert ist.
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Der Ansatz 29 weist eine Ringnut19 auf, in welcher das eine Ende eines
Steuerhebels 20 eingreift. Dieses Ende des Steuerhebels 20 ist gabelförmig ausgebildet,
wobei an den beiden Gabelzinken, welche den Ansatz 29 auf der Höhe der Ringnut 19
beidseitig umgreifen, jeweils nach innen stehende Kugellager 21 bzw. 22 angebracht
sind, welche durch die beiden Kreisringflächen geführt werden, welche die Ringnut
19 bilden. Der Steuerhebel 20 mit den beiden Kugellagern 21 und 22 ist aus der Fig.
3 am deutlichsten ersichtlich.
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Bei der in der Fig. 1 dargestellten Einstellung ist gemäß den obigen
Ausführungen der Zapfen 15 konzentrisch zu der Zylinderbuchse 10 angeordnet. Wenn
die Zylinderbuchse 10 durch eine entsprechende Schwenkbewegung des Steuerhebels
20 etwas angehoben wird, so bleiben der Schrägbolzen 13 sowie der Querbolzen 16
zusammen mit dem Zapfen 15 und dem Stift 17 zwar auf gleicher Höhe, zugleich werden
jedoch diese genannten Teile gemäß der Darstellung in der Fig. 1 nach links verschoben.
Diese Verschiebung nach links kommt dadurch zustande, daß der Schrägbolzen 13 beim
Anheben der Zylinderbuchse 10 aus der Schrägbohrung 12 herausgleitet, so daß aufgrund
der gegenüber der Mittelsenkrechten 11 geneigten Anordnung der Schrägbohrung 12
eine nach links gerichtete translatorische Bewegung zustandekommt. Wenn nuamehr
in dieser nach links verschobenen Stellung des Zapfens 15 gemäß den obigen Ausführungen
die Zylinderbuchse 10 einschließlich der zugehörigen Teile in Drehung versetzt wird,
so wird die Halterung 23 auf einer Kreisbahn bewegt, deren Radius der oben erläuterten
Linksverschiebung entspricht.
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Bei dieser Bewegung behält die Halterung 23 ihre Stellung im Raum
bei, so daß diese Halterung und ein daran angebrachtes Werkzeug keine Rotationsbewegung
um die eigene Achse
ausführen. Hingegen rotiert der Zapfen 15 mit,
so daß wahlweise durch Anbringung an der Halterung 23 oder am Zapfen 15 entweder
eine Bahnbewegung eines Werkzeuges wahlweise mit oder ohne Eigenrotation herbeigeführt
werden kann.
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Durch eine entsprechende feste Einstellung des Hubes der Zylinderbuchse
10 kann die Halterung 23 über den exzentrisch angeordneten und im Kreuzschlitten
geführten Zapfen 15 auf einer Kreisbahn bewegt werden. Durch eine entsprechende
Schwenkbewegung des Steuerhebels 20 kann jedoch der Hub der Zylinderbuchse 10 momentan
derart verändert werden, daß während der Drehbewegung oder während der Rotation
der Zylinderbuchse 10 die Exzentrizität des Zapfens 15 und damit auch die Exzentrizität
der Halterung 23 laufend verändert werden.
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Auf diese Weise können beliebige vorgegebene Bahnen der Halterung
23 erzeugt werden, die jedoch in ein und derselben Ebene liegen. Wenn der in seiner
Gesamtheit in den Fig. 1 und 2 dargestellte Werkzeughalterungskopf in vertikaler
Richtung bewegt wird, während zugleich der Hub der Zylinderbuchse 10 im Werkzeughalterungskopf
verändert wird, so lassen sich beispielsweise bei einer Verwendung des Werkzeughalterungskopfes
an einer Funkenerosionsmaschine mit einer in der Halterung 23 angebrachten Elektrode
Durchbrüche in Bauteilen wie Schnittplatten für eine Stanzeinrichtung erzeugen,
wie sie in der Fig. 4 veranschaulicht sind.
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In der Fig. 4a sind Durchbrüche dargestellt, bei welchen die Exzentrizität
der Halterung 23 gegenüber der flittelsenkrechten 11 der Zylinderbuchse 10 über
die Dicke der Schnittplatte entweder konstant gehalten wurde oder kontinuierlich
verändert wurde. Gemäß der Darstellung in der Fig. 4a kann ein Durchbruch erzeugt
werden, der sich wahlweise
von oben nach unten entweder erweitert
oder verengt. Dazu ist es lediglich erforderlich, bei fortschreitender Vertikalbewegung
des Werkzeughalterungskopfes über eine entsprechende Schwenkbewegung des Steuerhebels
20 den Hub der Zylinderbuchse 10 und damit die Exzentrizität der Halterung 23 zu
vergrößern oder zu verkleinern.
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Die Schwenkbewegung des Steuerhebels 20 kann beispielsweise dadurch
in geeigneter Weise gesteuert werden, daß der Steuerhebel 20 als zweiarmiger Hebel
ausgebildet wird, dessen eines Ende gabelförmig ausgebildet ist und in die Ringnut
19 der Zylinderbuchse 10 eingreift, während das andere Ende entweder an einem maschinenfesten
Teil befestigt ist oder entlang einer Steuerkurve geführt ist. Durch entsprechende
Wahl des Hebelverhältnisses bzw. durch entsprechende Einstellung der jeweiligen
Länge der beiden Hebelarme oder durch entsprechende Ausbildung der Steuerkurve läßt
sich erreichen, daß der Hub der Zylinderbuchse 10 nach einer vorgebbaren Funktion
von der Höhenverstellung des Werkzeughalterungskopfes verändert wird.
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Wenn die Exzentrizität der Halterung 23 über einen Teil der Vertikalbewegung
des Werkzeughalterungskopfes auf Null eingestellt ist und während eines weiteren
Teiles dieser Vertikalbewegung sich stetig verändert, können beispielsweise die
in der Fig. 4b schematisch dargestellten Durchbrüche in einer Schnittplatte erzeugt
werden.
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Es lassen sich mit der oben im einzelnen näher erläuterten Steuerung
des Hubes der Zylinderbuchse 10 jedoch auch unregelmäßige Formen von Durchbrüchen
in einer Schnittplatte erzeugen, die in Extremfällen nicht einmal symmetrisch in
bezug auf die Mittelachse sein müssen, wie sie in der Fig. 4c
dargestellt
sind. Grundsätzlich kann auch der Hub der Zylinderbuchse 10 während einer Umdrehung
ihrer Rotationsbewegung verändert werden, so daß beispielsweise Durchbrüche erzeugt
werden können, die erheblich von der Kreisform abweichen.
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Wenn die Hubbewegung der Zylinderbuchse 10 in geeigneter Weise auf
die Drehbewegung der Zylinderbuchse 10 mit ihren zugehörigen Bauteilen abgestimmt
ist, lassen sich mit der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung praktisch
beliebige Formen von Durchbrüchen mit einer in der Halterung 23 eingespannten Elektrode
bei einer Funkenerosionsmaschine hervorrufen. Natürlich können auch beliebige andere
geeignete Werkzeuge in die Halterung 23 oder in den Zapfen 15 eingesetzt werden,
um komplizierte Bearbeitungsvorgänge oder Fo rmgebungsvo rgänge herbeizuführen.
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- Satentansprüche -
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