-
Nachstelleinrichtung für einen Bearbeitungsstahl
-
Die Erfindung betrifft eine Nachstelleinrichtung für einen Bearbeitungsstahl,
insbesondere zur Befestigung am Schlitten einer spanabhebenden Werkzeugmaschine,
mit einem Stahlhalter, der mittels eines auf ein Stellglied einwirkenden Antriebskolbens
gegenüber einem Befestigungssockel verschiebbar ist.
-
Die Abmaße von auf spanabhebenden Werkzeugmaschinen hergestellten
Werkstücken müssen innerhalb exakt vorgegebener Toleranzgrenzen liegen. Bei der
Serienfertigung braucht theoretisch eine Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Kopierdrehbank,
während der Fertigung der einzelnen Werkstücke nicht verstellt zu werden. Der Bearbeitungsstahl
nützt sich jedoch im Laufe der Fertigung einer Serie ab, so daß sich die Abmessungen
der Werkstücke der oberen Toleranzgrenze zunkchst nähern und diese dann überschreiten,
falls der Stahl nicht vorher nachgestellt wird. Im letztgenannten Fall ist eine
Nachbearbeitung notwendig.
-
Das während der Fertigung einer Serie notwendige Nachstellen, oder
die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung, verteuern die Serienanfertigung beträchtlich.
Das Nachstellen des Bearbeitungsstahls ist eine Arbeit, die mit Sachkenntnis und
sorgfältig durchgeführt werden muß.
-
Die aufgrund der Stahlabnutzung notwendige Nachstellung kann im Bereich
von Bruchteilen eines Millimeters liegen. Diese Nachstellung ist dadurch erschwert,
daß hierzu gewöhnlich Klemmschrauben geöffnet und nach dem Verstellen des Stahls
wieder angezogen werden müssen. Beim Festziehen der Klemmschrauben wird gewöhnlich
der Stahl nochmals verrückt. In der Praxis wird dem häufig dadurch Rechnung getragen,
daß über das festere Anziehen der Klemmschrauben die gewünschte Stahllage einzustellen
versucht wird. Dabei kann der Stahlhalter beschädigt werden. Insgesamt ist jedenfalls
die Nachstellung eines Bearbeitungsstahls umständlich und zeitraubend.
-
Es sind für die Großserienfertigung vollautomatische Werkzeugmaschinen
bekannt, die mit Magnetbandsteuerung arbeiten. Bei solchen Werkzeugmaschinen kann
eine Stahl nachstellung in das Steuerprogramm aufgenommen werden.
-
Mittels elektrischen Schrittmotoren lässt sich dann zur Stahlnachstellung
der Schlitten verstellen. Derartige Werkzeugmaschinen sind aufwendige Systeme. Es
lassen sich nicht Systemteile an einfacheren Werkzeugmaschinen einsetzen, die hierfür
nicht ausgerüstet sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nachstelleinrichtung eingangs genannter
Art vorzuschlagen, die sich an Werkzeugmaschinen anbauen lässt und eine einfache
Nachstellung des Bearbeitungsstahls erlaubt.
-
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß zur schrittweisen,
in einer Richtung erfolgenden Nachstellung des Stahls mittels Schaltimpulsen ein
bei jedem Schaltimpuls gegen einen Anschlag bewegter Antriebskolben vorgesehen ist,
daß der Antriebskolben ein Stellrad um einen vom Kolbenhub abhängigen Winkel dreht,
daß das Stellrad über eine in einer Richtung wirksame Kupplung und eine Stellwelle
an einem Untersetzungsgetriebe angreift, das den Stahlhalter nachstellt, und daß
ein Rückstellimpuls deti#kntriebskolben und das Stellrad aber nicht den Stahlhalter
in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt. Bei jedem Schaltimpuls wird der Stahlhalter
schrittweise nachgestellt. Dabei ist die bei jedem Schritt erfolgende Nachstellbewegung
kleiner als der Toleranzbereich.
-
Die Stahlnachstellung ist auf einfache Weise möglich.
-
Sobald festgestellt wird, daß der Stahl soweit abgenutzt ist, daß
die Abmaße eines Werkstücks einer Serie sich dem Ende des Toleranzbereichs nähern,
wird ein Schaltimpuls ausgelöst. Dies erfordert keine besonderen Fertigkeiten.
-
Auf den Schaltimpuls stellt die Nachstelleinrichtung dann selbsttätig
den Stahlhalter so nach, daß das nächste zu fertigende Werkstück in der Nähe des
anderen Grenzwertes des Toleranzbereichs liegt. Der gesamte Nachstellbereich des
Stahlhalters ist so bemessen, daß er viele Nachstellschritte ermöglicht. Außerdem
kann der Nachstellwert pro Schaltimpuls an der Nachstelleinrichtung selbst eingestellt
werden.
-
Ersichtlich wird durch die Nachstelleinrichtung das Nachstellen des
Stahls so vereinfacht, daß Stillstandszeiten zur Stahlnachstellung praktisch entfallen.
Außerdem ist die Gefahr der Produktion von Ausschuß oder nachzubearbeitender Werkstücke
entscheidend verringert.
-
Die Nachstelleinrichtung lässt sich ohne Schwierigkeiten an den verschiedensten
spanabhebenden Werkzeugmaschinen einsetzen. Deren Leistungsfähigkeit wird dadurch
verbessert.
-
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist das Stellrad ein Zahnrad
und der Antriebskolben greift mit einer Verzahnung an diesem an. Vorzugsweise ist
neben dem ersten Antriebskolben ein zweiter Antriebskolben angeordnet, der gleichsinnig
mit diesem arbeitet, in seiner ausgefahrenen Stellung jedoch nicht anschlägt.
-
Damit ist erreicht, daß die Endstellung jedes Nachstellschrittes spielfrei
eingestellt wird.
-
Um den Stahlhalter nach jedem Nachstellschritt zu fixieren, ist erfindungsgemäß
am Befestigungssockel eine Klemmstange drehbar gelagert, die mit einem freien Ende
an den Stahlhalter ragt und an dem freien Ende mit einem exzentrischen Umfangsabschnitt
versehen ist und an der ein Betätigungshebel angebracht ist. Vor der Nachstellung
wird der Stahlhalter durch Drehen der Klemmstange freigegeben, danach wieder angezogen.
Eine derartige Klemmvorrichtung ist bei verschiedenen Stahlhaltern einsetzbar.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Stahlhalter greift vorzugsweise der Betätigungshebel
mit seinem freien Ende an einem Kolben an, der auf das Schaltsignal in Richtung
der Freigabe des Stahlhalters und auf das Rückstellsignal in Richtung der Klemmung
des Stahlhalters bewegt wird.
-
Die Nachstellung des Stahls beträgt üblicherweise Bruchteile eines
Millimeters. Mit dem Auge ist schwer zu
überprüfen, ob die gewünschte
Nachstellung tatsächlich erfolgt ist. In Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb
an dem Befestigungssockel eine Meßuhr angebracht, deren Meßstift an einen an dem
Stahlhalter befestigten Bolzen anschlägt.
-
Der Schaltimpuls und der Rückstellimpuls ist vorzugsweise aus einer
Pneumatik abgeleitet. Der Schaltimpuls lässt sich durch einen einfachen Tastschalter
manuell erzeugen. Es kann aber auch zur Steuerung der Nachstelleinrichtung eine
selbsttätig arbeitende Anlage vorgesehen sein, bei der ein bearbeitetes Werkstück
mit einer Meßuhr gemessen wird, die dann, wenn sich das Maß des Werkstücks seiner
Toleranzgrenze bis auf einen bestimmten an der Meßuhr eingestellten Wert genähert
hat, einen Impuls abgibt, welcher gespeichert wird und vor Beginn der Bearbeitung
eines nächsten Werkstücks die Nachstelleinrichtung schaltet.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Zeichnungsbeschreibung und den Unteransprüchen einzeln oder in Kombination.
-
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Nachstelleinrichtung im Schnitt
längs der Linie I-I nach Fig. 2, Fig. 2 die Nachstelleinrichtung nach Fig. 1 im
Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie
III-III nach Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV nach Fig. 1 und
Fig. 5 eine Anlage zur Steuerung der Nachstelleinrichtung.
-
Ein Befestigungssockel 1 ist mit Bohrungen 2 versehen, an denen er
sich mittels Schrauben an einem Schlitten einer Werkzeugmaschine festlegen lässt.
In einer Schwalbenschwanzführung 3 des Befestigungssockels 1 ist ein Tragteil 4
für einen Stahlhalter 5 verschieblich gelagert.
-
Zur starren Festlegung des Stahlhalters 5 am Tragteil 4 sind eine
Verzahnung 6 und T-förmige Führungen 7 vorgesehen. Letztere dienen der Einstellung
der Höhenlage des Stahlhalters 5. Die Verbindung zwischen dem Tragteil 4 und dem
Stahlhalter 5 ist an sich bekannt. Im Rahmen der Erfindung ist sie ohne Bedeutung
und wird im folgenden als starr angenommen. Das gleiche gilt für die Befestigung
eines Bearbeitungsstahls 8 am Stahlhalter 5 (vgl.
-
Fig. 5).
-
Das Tragteil 4 weist einen Vorsprung 9 auf, mit dem es in den Befestigungssockel
1 eingreift. In eine Bohrung 10 des Vorsprungs 9 ist ein Gewindezapfen 11 starr
eingesetzt. Dieser ist einerseits mittels einer Mutter 12 und einer Kontermutter
13 gegen einen an ihm vorgesehenen Ringrand 14 angezogen. Andererseits ist er von
einer Blockierspindel 15 und einer Gegenspindel 16 gegen Verdrehung gesichert.
-
Fluchtend zur Achse des Gewindezapfens 11 ist in den Befestigungssockel
1 eine Hülse 17 mit Innengewinde 18 eingesetzt. Diese ist ähnlich wie der Gewindezapfen
11 mit Mutter 19 und Kontermutter 20 festgezogen.
-
In das Innengewinde 18 der Hülse 17 und in ein Gewinde 21 des Gewindezapfens
11 greift eine Gewindebuchse 22 ein. Die Gewindebuchse 22, die Hülse 17 und der
Gewindezapfen 11 arbeiten als Differentialspindel. Um die
Gewinde
möglichst spielfrei einstellen zu können, sind zwei Maßnahmen getroffen. Einerseits
ist in eine axiale Bohrung 23 des Gewindezapfens 11 eine Stiftschraube 24 mit konisch
zulaufendem Kopf 25 vorgesehen, der auf drei Messingbolzen 26 einwirkt, welche gegen
das Innengewinde der Gewindebuchse 22 drücken. Die Stiftschraube 24 ist mittels
einer Gegenschraube 27 feststellbar. Andererseits ist die Hülse 17 mit radialen
Bohrungen 28 und Spreizschrauben 29 versehen. Ein Anziehen der Spreizschrauben 29
führt zu einer Verspreizung der Hülse 17, so daß damit das Spiel zwischen dem Außengewinde
der Gewindebuchse 22 und dem Innengewinde 18 der Hülse 17 einstellbar ist. Zur Einstellung
der Spreizschrauben 29 sind Bohrungen vorgesehen.
-
Die Gewindebuchse 22 weist einen Innensechskant 30 auf.
-
In diesem sitzt ein Sechskant 31 einer Stellwelle 32.
-
Die Stellwelle 32 besteht aus zwei mittels einer Kugelkupplung verbundenen
Teilen 33 und 34. Dabei sitzen in drei über den Umfang des Teils 33 verteilten Ausnehmungen
Kugeln 35, die in Ausbuchtungen des Teils 34 eingreifen. Mittels eines konischen,
in dem Teil 33 gelagerten Stiftes 36 sind die Kugeln 35 in die Ausbuchtungen des
Teils 34 gedrückt. Zum Entkuppeln der beiden Teile 33 und 34 wird der Stift 36 gegen
die Wirkung einer Feder 37 von außen so zurückgedrückt, daß sich die Kugeln 35 aus
den Ausbuchtungen des Teils 34 lösen können.
-
In dem Befestigungssockel 1 sind Lagerschalen 38 angeordnet, in denen
das Teil 34 der Stellwelle 32 gelagert ist. Außerdem ist an den Lagerschalen 38
ein Zahnrad 40 gelagert. Zwischen dem Zahnrad 40 und dem Teil 34 sind
zwei
Rollenkupplungen 39 vorgesehen. Bei entsprechenden Abmessungen genügt eine Rollenkupplung.
Anstelle der Rollenkupplung kann auch eine Drehkeilkupplung oder ähnliches eingesetzt
werden. Wichtig ist, daß die Kupplung 39 nur die Drehung einer Richtung von dem
Zahnrad 40 auf das Teil 34 der Stellwelle 32 überträgt. Solche Kupplungen sind marktbekannt.
-
In die Verzahnung 41 des Zahnrads 40 greifen zwei Antriebskolben 42
und 43 ein, die hierfür mit entsprechenden Verzahnungen 44 und 45 versehen sind
(vgl. Fig.
-
3). Die Antriebskolben 42 und 43 sind in im Befestigungs sockel ausgebildeten
Zylindern 46 und 47 geführt.
-
Zur Begrenzung des Hubs des Antriebskolbens 42 ist am Ende seines
Zylinders 46 ein einstellbarer Anschlagbolzen 48 angebracht. Der Anschlagbolzen
48 ist hierfür in einem Gewinde 49 des Befestigungssockels 1 geführt. Er ist mit
einer Klemmvorrichtung versehen, die mit einer konisch zulaufenden Stiftschraube
50 und von dieser beaufschlagten Messingbolzen 51 arbeitet, die sich mit dem Gewinde
49 verklemmen lassen. Für den Antriebskolben 43 ist kein ähnlicher Anschlagbolzen
48 vorgesehen.
-
Unten in die Zylinder 46 und 47 münden Abzweigungen 52 und 53 einer
Druckleitung 54. Oben in den Zylinder 47 des Antriebskolbens 43 mündet eine Abzweigung
55 einer Rückstell-Druckleitung 56 (vgl. Fig. 3 und 4).
-
In dem Befestigungssockel 1 ist in einem Drucklager 57 eine Klemmstange
58 gelagert. Mit dem freien Ende 59 ragt die Klemmstange an das Tragteil 4 des Stahlhalters
5. Im dem Tragteil 4 zugewandten Umfangsabschnitt 60 ist das freie Ende 59 so exzentrisch
ausgebildet, daß
in einer Verdrehstellung das Tragteil festgeklemmt
und in einer anderen Verdrehstellung das Tragteil frei ist.
-
Die Verdrehstellungen werden durch einen Betätigungshebel 61 eingestellt,
der an einem Vierkant 62 der Klemmstange 58 sitzt. Der Betätigungshebel 61 ist im
Befestigungssockel 1 untergebracht. Sein freies Ende 63 greift in einen weiteren
Kolben 64, der in einer Zylinderbohrung 65 des Befestigungssockels 1 geführt ist.
Einerseits mündet in die Zylinderbohrung 65 die Druckleitung 54.
-
Andererseits ist an die Zylinderbohrung 65 die Rückstell-Druckleitung
56 angeschlossen.
-
Auf dem Befestigungssockel 1 ist eine handelsübliche Meßuhr 66 mit
einem Meßstift 67 befestigt. Der Meßstift 67 schlägt an einem Bolzen 68 an, der
durch einen Längsschlitz 69 des Befestigungssockels geführt ist und in den Vorsprung
9 des Tragteils 4 eingeschraubt ist.
-
Die beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Nachstelleinrichtung
arbeitet etwa folgendermaßen: In der Ausgangsstellung, beispielsweise bei Beginn
der Fertigung einer Serie gleicher Teile, ist das Tragteil 4 bzw. der Stahlhalter
5 so eingestellt, daß er in maximalem Abstand von dem Befestigungssockel 1 steht.
Dies ist dadurch erreicht, daß der Stift 36 eingedrückt wird und das Teil 33 mit
dem Sechskant 31 so verdreht wird, daß sich das Tragteil 4 entgegen der Richtung
des Pfeiles P (vgl. Fig. 1) bis zum Anschlag bewegt. Die Endstelftung ist etwa erreicht,
wenn die Gewindebuchse 22 gegen den Ringrand 14 schlägt. In dieser Stellung wird
der Schlitten justiert. Im Zuge der Bearbeitung der- Werkstücke wird sich der Stahl
abnutzen. Solange die gefertigten Werkstücke
im Toleranzbereich
liegen, ist nichts zu unternehmen.
-
Sobald sich die Abmaße der gefertigten Werkstücke der Toleranzgrenze
nähern, ist eine Stahlnachstellung erforderlich. Diese erfolgt dadurch, daß auf
die Druckleitung 54 ein Schaltimpuls gegeben wird. Dieser Schaltimpuls bewegt die
Kolben 64, 42 und 43. Die Bewegung des Kolbens 64 hat zur Folge, daß der Betätigungshebel
61 verschwenkt und damit die Klemmstange 58 so verdreht wird, daß ihr ezzentrischer
Umfangsabschnitt 60 die Lage einnimmt, in der das Tragteil 4 frei ist. Die Antriebskolben
42 und 43 bewegen sich beide in gleicher Richtung und führen über ihre Verzahnung
44 und 45 zu einer Drehung des Zahnrads 40. Über die Rollenkupplung 39 verden die
gekoppelten Teile 33 und 34 der Stellwelle 32 verdreht. Dadurch dreht der Sechskant
31 die von der Gewindebuchse 22, der Hülse 17 und dem Gewindezapfen.ll gebildete
Differentialspindel. Dies führt zu einer Verschiebung des Tragteils 4 in Richtung
des Pfeiles P.
-
Der Verschiebeweg ist durch das Anschlagen des Antriebskolbens 42
an dem Anschlagbolzen 48 begrenzt. Auch wenn der Antriebskolben 42 anschlägt, drückt
der Antriebskolben 43 weiter, so daß das Tragteil 4 unter Druck, d.h. spielfrei,
in seiner Verschiebestellung gehalten wird. Anschließend wird über die Rückstell-Druckleitung
ein Impuls auf den Kolben 64 und den Kolben 43 geleitet.
-
Der Kolben 64 verschwenkt dabei den Betätigungshebel 61.
-
so, daß dieser die Klemmstange 58 dreht, wodurch diese mit ihrem exzentrischen
Umfangsabschnitt das Tragteil 4 festklemmt. Eine starre Lage des Bearbeitungsstahls
ist dadurch begünstigt, daß einerseits die Nachstelleinrichtung am Tragteil zieht
- nicht drückt - und andererseits die in Klemmrichtung erfolgende Drehung der Klemmstange
58 entgegen der Zugrichtung erfolgt.
-
Der Rückstellimpuls drückt außerdem den Antriebskolben 43 zurück,
dementsprechend wird über die Verzahnung das Zahnrad 40 zurückgestellt. Es ist dabei
über die Rollenkupplung 39 von der Stellwelle entkuppelt. Es bringt jedoch den Antriebskolben
42 in die Ausgangslage zurück.
-
Wird eine weitere Nachstellung erforderlich, wiederholen sich die
beschriebenen Vorgänge. Auf der Meßuhr 66 ist abzulesen, daß und in welchem Maße
die Nachstellung erfolgt ist.
-
Der auf jeden Schaltimpuls erfolgende Nachstellweg ist durch die Einstellung
des Anschlagbolzens 48 zu wählen.
-
Die Einstellung erfolgt dabei so, daß der Nachstellweg mit Sicherheit
kleiner als der Toleranzbereich ist. Es soll gewährleistet sein, daß bei einer Nachstellung
vor dem Erreichen der einen Toleranzgrenze durch die Nachstellung die andere Toleranzgrenze
nicht überschritten wird. Der je Schaltsignal erfolgende Nachstellweg ist auch von
der Dimensionierung der Differentialspindel abhängig. Der Nachstellweg lässt sich
durch Einbau einer anderen Differentialspindel mit einer anderen Differentialübersetzung
ändern.
-
Der Ausbau der Differentialspindel 11, 17, 22 ist nach Lösen der Spindeln
15, 16 und der Muttern 12, 13, nach Abziehen des Tragteils 4 sowie nach Lösen der
Muttern 19, 20 möglich. Günstig ist dabei, daß der Ausbau von der der Stellwelle
32 gegenüberliegenden Seite des Befestigungssockels 1 erfolgt, da hierbei das Zahnrad
40 nicht ausgebaut werden muß.
-
In einem Ausfühungsbeispiel ergab sich speziell folgendes:
Wird
der Anschlagbolzen so eingestellt, daß der Antriebskolben 42 mit maximalem Hub arbeiten
kann, ergibt sich beispielsweise eine Winkeldrehung des Zahnrads von 150.
-
Mit einer Differentialspindel, bei der eine volle Umdrehung der Gewindebuchse
22 zu einer Verschiebung des Gewindezapfens 11 um 0,25mm führt, ergibt sich bei
maximalem Hub des Antriebskolbens 42 eine Verstellung von 104pm. Die Differentialspindel
ist einfach austauschbar.
-
Setzt man eine Differentialspindel ein, die bei einer Umdrehung zu
einer Verschiebung um 87Mm führt, erhält man beim Maximalhub des Antriebskolbens
42 eine Nachstellung um 3,6##. Die Hubhöhe des Antriebskolbens 42 ist mittels des
Anschlagbolzens 48 stufenlos einstellbar.
-
Es ist also leicht möglich, die je Schaltimpuls gewünschte Nachstellung
im Mm-Bereich einzustellen. Die jeweilige Einstellung kann an der Meßuhr 66 kontrolliert
werden.
-
Die Rückstellung der Nachstelleinrichtung durch Entkuppeln der Kugeln
35 und Drehen des Teils 33 ist erst nach sehr vielen Nachstellschritten nötig.
-
In Fig. 5 ist ein Schaltschema für ein selbsttätiges Nachstellen des
Stahls 8 skizziert. Die Druckleitung 54 und die Rückstelleitung 56 sind an ein Magnetventil
70 angeschlossen, das beaufschlagt ist und elektrisch über einen Schalter 72, einen
Impulsspeicher 73 und eine Meßuhr 74 mit einem elektrischen Kontakt 75 gesteuert
wird.
-
Der zulässige Toleranzbereich eines Werkstücks 76 ist in Fig. 5 bei
der Meßuhr angedeutet. Solange die Abmaße des Werkstücks 76 weit innerhalb des zulässigen
Toleranzbereichs liegen, erfolgt nichts. Sobald die Abmaße eines Werkstücks an den
strichliert angedeuteten Meßwert S gelangen, wird von der an sich bekannten Meßuhr
74 ein
elektrisches Signal über den Kontakt 75 an die Schaltung
73 gegeben. Diese speichert das Signal. Eine sofortige Nachstellung wäre unzulässig,
da während des Messens ein weiteres Werkstück vom Stahl 8 bearbeitet werden kann.
-
Erst wenn das weitere Werkstück aus der Werkzeugmaschine entnommen
ist, wird ein Schalter 72 geschlossen, so daß das Schaltsignal auf das Magnetventil
70 gelangt und jetzt zur Stahlnachstellung führt. Ist die Meßuhr an einem eigenen
Meßplatz vorgesehen, dann erfolgt die Nachstellung vor der Fertigung des nach dem
gemessenen Werkstück als übernächsten gefertigten Werkstücks. Misst die Meßuhr direkt
an der Werkzeugmaschine das gerade eingespannte Werkstück, dann kann die Verstellung
vor dem Einspannen des nächsten Werkstücks erfolgen. Mit dieser Anlage sind die
Möglichkeiten der Herstellung von Werkstücken mit Abmaßen außerhalb der Toleranzgrenzen
weitestgehend reduziert.
-
L e e r s e i t e