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Vorrichtung zum Steuern eines
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Schlittens von Werkzeugmaschinen Zusatz zu Patent...
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(Patentanmeldung P 26 37 462.9) Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.
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Bei Werkzeugmaschinen, insbesondere Wälzfräsmaschinen, die über einen
verhältnismäßig großen Bereich für den Tiefenvorschub und den Längsvorschub verfügen,
die also ein großes Verstellfeld bestreichen müssen, ergeben sich Schwierigkeiten
für eine Kopiereinrichtung, wenn diese nur einen verhältnismäßig kleinen Kopierhub
ausführen soll. Das ist insbesondere bei Wälzfräsmaschinen und ähnlichen Maschinen
der Fall. Es wäre unwirtschaftlich, wenn die Kopiereinrichtung für das gesamte Verstellfeld
ausgelegt würde.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche
Kopiereinrichtung für einen kleinen Kopierhub auf einem großen Verstellfeld, das
aus dem gesamten Tiefenvorschubhub und dem gesamten Längsweg gebildet wird, zu schaffen.
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Eine Vorrichtung zum Steuern und Positionieren nach dem Haupt patent
bietet einen günstigen Ansatz für eine vorteilhafte Kopiereinrichtung. Die Erfindung
geht daher von dem Hauptpatent, insbesondere dem Anspruch 2 aus.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung
gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Eine solche Vorrichtung vereinigt den Vorteil, daß das Einrichten
der Maschine vereinfacht und die dafür erforderliche Zeit abgekijrzt wird, insbesondere
auch den Vorteil, daß die Endposi tion des Schlittens schonend und sehr genau angefahren
wird mit dem Vorteil, daß trotz des großen Verstellfeldes eine für einen verhältnismäßig
kleinen Kopierweg geeignete einfache Kopiereinrichtung vorgesehen sein kann.
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Eine besonders einfache Kopiereinrichtung ergibt das Merkmal des Anspruchs
2.
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Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung beschreibt Anspruch 3.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung hervor.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das
die Figuren 1 bis 3 zeigt.
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Es zeigen Fig. 1 eine Wälzfräsmaschine, auf der die Erfindung angewendet
ist; Fig. 2 das Schema einer Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 3 schematisch
die Kennlinien der für die Erfindung verwendeten elektrischen Wegaufnehmer.
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Fig. 1 zeigt eine Zahnrad-Wälzfräsmaschine, auf der die Erfindung
angewendet ist. Das Werkstück 1, ein Stirnrad, das mit einem W21zfräs2r 2 bearbeitet
wird, ist mit Hilfe einer Spannvorrichtung 3 auf der Planscheibe 4 einer Werkstückspindel
5 aufge sapnnt. Die Werkstückspindel ist im Maschinengestell 6 drehbar gelagert
Sie wird von einem Antriebsmotor 12 aus und über ein nach gezeichnetes Getriebe
sowie über eine Übertragungswelle 7 ur; über ein nicht gezeichnetes Schneckengetriebe
angetrieben.
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Der Wälztraser o ist in einem Shiftschlitten 8 drehbar gelagert.
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Die cazugchörige Schlittenführung 9 ist schwenkbar auf einem Lånbssch'itten
10 gelagert und zwar so, daß der Wälzfräser auf seine Zahnsteigung und den Schrägungswinkel
der Werkstückzälin.
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einstellt werden kann. Mit Hilfe des Längsschlittens kann der Wäizfräser
parallel zur Achse der Werkstückspindel verschoben werden (bei Maschinen mit Differentialgetriebe)
oder parallel zu den Werkstückzähnen (bei Maschinen, die nach dem sogenannten Grant-Verfahren
arbeiten). Die Führung für den Längsschlitten ist auf einem Tiefenvorschubschlitten,
in den Ansprüchen und im folgenden Schlitten 11 genannt, gelagert, der rechtwinkelig
zur Achse der Werkstückspindel auf dem Maschinengestell 6 verschoben werden kann.
Mit dem Schlitten (Tiefenvorschubschlitten) kann der Durchmesser und die Zahntiefe
des Werkstücks gewählt und eingestellt werden. Läsvorschub, Drehung des Wälzfräsers
und
Rotation des Werkstücks werden von dem Antriebsmotor 12 aus
über ein im Prinzip bekanntes Getriebe angetrieben. Zum Antrieb des Tiefenvorschubs
ist ein nicht gezeichneter in einem Zylinder geführter Hubkolben vorgesehen. Zum
Shiften des Wälzfräsers ist ein weiterer Elektromotor, ein sogenannter Shiftmotor
13 vorgesehen, der über ein nicht gezeichnetes Getriebe und eine ebenfalls nicht
gezeichnete Schraubspindel auf den Shiftschlitten einwirkt.
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Das Werkstück 1 oder seine Spannvorrichtung oder ein Spanndorn kann
mittels eines Reitstockes 14 abgestützt werden. Der Reitstock ist längsverschiebbar,
dafür antreibbar und festklemmbar auf einem Gegenhalterbock 15 gelagert, der auf
dem Maschinengestell aufgeschraubt ist oder mit diesem eine Einheit bildet.
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Zum Festspannen des Werkstücks auf der Planscheibe bzw. Werkstückspindel
kann eine antreibbare Spanneinrichtung vorgesehen des Tiefenvorschubs sein. Zum
Steuernsdes Schlittens 11 und zu seiner Positionierung ist eine Vorrichtung 17 vorgesehen,
die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. In einem Träger 18, der am Maschinengestell
6 befestigt ist, sind auf Führungsstangen 19, 20 ein erster Nockenschlitten 21 und
ein zweiter Nockenschlitten 22 längsverschiebbar geführt. Der erste Nockenschlitten
21 kann von einer Kurbel 23 aus mittels einer Schraubspindel 24 und einer Spindelmutter
25 verstellt werden. Die Verbindung der Spindelsutter mit dem ersten Nockenschlitten
wird unten beschrieben. Die beiden Nockenschlitten können mit einer Mikrometerschraube
26 relativ zueinander eingestellt werden. Auf dem ersten Nockenschlitton ist ein
Nocken, Umschaltnocken 27 genannt, fest angeordnet. Auf dem zweiten Nockenschlitten
sind ein Schaltnockon 28 und ein
Sichcrheitsnocken 29 fest angeordnet,
deren genaue Lage unten beschrieben ist. Diese Nocken und die unten beschriebenen
Nocken werden abgetastet von einem Mehrfachschalter 30 (in Fig. 2 versetzt gezeichnet),
der fest am Schlitten 11 angebracht ist. Ferner iSt am Schlitten 11 ein induktiver
Wegaufnehmer 31 befestigt, d<r die Endposition des Schlittens relativ zum zweiten
Nockensc}slitten bestimmt, wenn der Schlitten mit dem Taststift 32 des ntauirühmers
gegen einen Anschlag 33 des auf die Endposition eingestellten zweiten Nockenschlittens
fährt. Der Tiefenvorschub des Schlittens wird dann abgeschaltet und ein Eilrücklauf
eingeschaltet.
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Mit dtm induktiven Wegaufnehmer werden kleine geradlinige Wege in
analoge elektrische Signale umgewandelt. Hierzu kann ein Difterentialtransformator
mit beweglichem Kern dienen. Der Kern sitzt auf dem Taststift 32, der beim Berühren
des Anschlags 33 wirksam wird. Induktive Wegaufnehmer sind bekannt und im Handel
erhältlich. Der induktive Wegaufnehmer wirkt über nicht gezeichnete Ventile auf
den besagten Hubkolben. Ein derartiges elektrohydraulisches System ist unter der
Bezeichnung @'elektrohydr-ulischer Linearverstärker" (electro-hydraulic linear amplifier)
im Handel erhältlich. (Firma Hartmann + Lämmle oHG, Rutesheii, Bundesrepublik Deutschland)
(Zeitschrift Ölhydraulik und Pneumatik, 18. Jahrgang, Nr. 5, Mai 1974, S. 1 bis
4).
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Der Schaltnocken ist so eingestellt, daß er einen festen Abstand vor
dem Berühren des Taststiftes an dem Anschlag markiert. So kann beispielsweise der
auf den Schaltnocken 28 auflaufende Schalter des Mehrfachschalters 30 4 bis 5 mm
Vorschubweg vor der Endposition tätig sein indem er den Eilvorlauf des Schlittens
auf
die Einlaufgeschwindigkeit zum Positionieren umschaltet, beispielsweise
auf eine Geschwindigkeit von 500 mm/min. od. dgl.
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Der Sicherheitsnocken 29 ist einen kleinen Wegbetrag nach der Wirkung
des induktiven Wegaufnehmers gesetzt. Er schaltet den Vorschub ab, falls der Wegaufnehmer
versagen sollte. Die Kombi~ nation des Schaltnockens 28 mit dem induktiven Wegaufnehmer
31 wird verwendet, wenn der Schlitten außerhalb des Werkstücke auf Frästiefe geht
und die Zahnlücken im Längsvorschub mit Längsschlitten 10 fräst. Die Frästiefe wird
eingestellt, indem zunächst der erste Nockenschlitten so ausgerichtet wird, daß
der Umschaltnocken den Außendurchmesser des Werkstücke markiert, ohne beim Arbeiten
wirksam zu sein (Ankratzpunkt). Von da aus wird der zweite Nockenschlitten mit Hilfe
der Mikrometerschraube so eingestellt, daß der Anschlag 33 mit dem Taststift die
Zahntiefe bestimmt. Für die Zahntiefe oder den Zahnlückengrund wirkt der erste Nockenschlitten
also als Mittel für eine Grobeinstellung und der zweite Nockenschlitten mit der
Mikrometerschraube als Feineinstellung.
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Soll auf der Maschine im Tauchverfahren gearbeitet werden, dann wird
der Umschaltnocken 27 des ersten Nockenschlittens wieder auf den Außendurchmesser
des Werkstücks eingestellt oder etwas davor. Die Zahntiefe wird wieder anhand der
Mikrometerschraube mit dem zweiten Nockenschlitten bzw. seines Anschlages 33 einem
stellt. Beim Arbeiten ist jetzt der Umschaltnocken wirksam, der veranlaßt, daß der
Eilvorlauf auf einen gewählten Tauchvorsehub, z.B. zwischen 0,5 bis 100 mm/min.
od. dgl. umgeschaltet wird.
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Der Schaltnocken 28 ist unwirksam. Der Sicherheitenocken bleibt
schaltbereit.
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Damit der Schlitten nicht nach jedem Fräsvorgang den gesamten Weg
zurückzufahren braucht, ist am Träger ein Rücklaufnocken 34 vorgesehen, der auf
einen Schalter des Mehrfachschalters 30 wirkt.
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Dieser Nocken kann über den gesamten Tiefenvorschub des Schlittens
verstellt werden. Er ist der einzige Nocken der beim Einrichten der Maschine versetzt
werden muß, was aber nicht sehr genau zu sein braucht, da er lediglich den Eilrücklauf
des Schlittens abschaltet.
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Für das Endabschalten des Rücklaufes des Schlittens ist am Ende des
Rücklaufweges ein Abschaltnocken 35 fest installiert, der den Eilrücklauf des Schlittens
am dem Werkstück abgekehrten Ende des Tiefenvorschubweges abschaltet. Als Sicherheit
beim evt.
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Überfahren dieses Nockens ist mit einem kleinen Abstand dahinter ein
Sicherheits-Abschaltnocken 36 vorgesehen. Auch diese Nocken wirken auf Schalter
des Mehrfachschalters 30.
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Abgesehen von dem Rücklaufnocken 34, für den kein genaues Setzen erforderlich
ist, sind sonst keine Nocken vorgesehen, die versetzt werden müssen. Die Nocken
auf der Werkstückseite des Yorschubweges werden zusammen mit dem Anschlag für die
Frästiefe eingestellt. Die Nocken für die Endabschaltung auf der anderen Seite des
Vorschubweges sind fest installiert.
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Um die Vorrichtung zum automatischen Fräsen von Zahnrsdblöcken mit
Stirnrädern verschiedenen Durchmessers benutzen zu können, ist in einer Ausgestaltung
der Erfindung die Spindelmutter 25 nicht fest mit dem ersten Nockenschlitten verbunden
sondern über eine Kolbenstange und einen nicht gezeichneten Kolben, der in ,einem
hydraulischen Zylinder 38 dicht geführt ist. Kolben und
Zylinder
bilden in bekannter Weise zwei Kammern, die über Anschlüsse 39,40 wahlweise mit
Druckmittel beschickt werden können.
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Damit kann die Lage des ersten Nockenschlittens relativ zur Spindelmutter
25 verändert werden. Sie können zwei Stellungen zueinander einnehmen. Die eine wird
dadurch bestimmt, daß Spindelmutter und erster Nockenschlitten fest aufeinanderliegen
(auf der dem Zylinder 38 zugewendeten Seite). Die andere Lage wird von einem Anschlagklotz
41 od. dgl. bestimmt, der mittels einer !tikrometerschraube 42 auf einer Führungsstange
43 eingestellt werden kann, die im ersten Nockenschlitten gelagert ist. Der eingestellte
Abstand der Spindelmutter 25 zum besagten Anschlag hl entspricht dem radialen Unterschied
zwischen den Außendurchmessern der beiden zu fräsenden Zahnräder. Zunächst wird
mit dem Kolben im Zylinder 38 der erste Nockenschlitten in die eine Lage relativ
zur Spindelmutter 25 gebracht und so das eine Zahnrad gefräst und danach wird auf
die andere Lage umgeschaltet und das andere Zahnrad bearbeitet. Selbstverständlich
kann diese Einrichtung auch so weitergebildet werden, z.B. durch Mehrfachanschläge,
daß mehr als nur zwei Lagen des ersten Nockenschlittens relativ zur Spindelmutter
25 möglich sind. Diese Einrichtung kann auch zum Steuern eines sogenannten Mehrschnittverfahrens
verwendet werden, indem in der einen Lage der erste Längsvorschub durchgeführt wird
und in der anderen Lage oder den an-<!eren Lagen der zweite Längsvorschub bzw.
die weiteren Längsvorschübe oder Tauchvorschübe.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Möglichkeit
vorgesehen sein, daß zwischen dem Maschinengestell 6 oder dem damit verbundenen
Träger 18 für die Nockenschlitten
und dem ersten Nockenschlitten
21 ein Endmaßstab eingelegt werden kann, was das Anfahren einer genauen Frästiefe
beim Fräsen von Schneckenrädern erleichtert.
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Die beschriebene Maschine hat ein verhältnismäßig großes Verstellfeld,
das ein Rechteck darstellt, dessen Seiten aus dem gesamten Tiefenvorschub, ausgeführt
von dem Schlitten 11, und dem gesamten Längsvorschub, ausgeführt von dem Längsschlitten
10, gebildet wird. An jedem Ort dieses Verstellfeldes soll eine Kopiereinrichtung
70 mit einem verhältnismäßig kleinen Kopierweg wirksam sein.
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Zu diesem Zweck ist am Längsschlitten 10 eine austauschbare Schablone
71 vorgesehen, die von einem zweiten induktiven Wegaufnehmer 72 abtastbar ist, der
am den Tiefenvorschub ausführenden Schlitten 11 angebracht ist. Dieser zweite Wegaufnehmer
72 gibt wie der erste Wegaufnehmer 31 Signale an ein Steuergerät 73.
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Der erste und zweite induktive Wegaufnehmer haben gleiche oder proportionale
Kennlinien. Fig. 3 zeigt schematisch die Kennlilien 74,75 von gleich ausgelegten
Wegaufnehmern 31,72. Auf der Ordinate ist jeweils U1 für den ersten induktiven Wegaufnehmer
31 und U2 für den zweiten induktiven Wegaufnehmer 72 aufgetragen, und zwar von den
O-Linien aus nach oben positive nach unten negative Werte. Die Abszissen stellen
jeweils den Weg St bzw. S2 der Taststifte 32 bzw. 76 dar, die beispielsweise über
je einen beweglichen Kern jeweils auf einen Differentialtransformator wirken. Die
beiden Wegaufnehmer sind im Steuergerät 77 so geschaltet, daß der zweite Wegaufnehmer,
der die Schablone abtastet eine Steuerfunktion hat, während der erste Wegaufnehmer
31 dem zweiten Wegaufnehmer nachläuft, was im Steuergerät s.B.
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auf dem Prinzip einer bekannten Brückenabgleichung (bridge balance)
erwirkt werden kann.