DE3138982C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Kopier­ bearbeiten eines Holzwerkstücks mit einem Scheibenfräsaggre­ gat als Formbearbeitungswerkzeug und einem zwischen Umlenk­ rollen umlaufenden Schleifband als Oberflächenbearbeitungs­ werkzeug, die jeweils um Schwenkachsen verschwenkbar an Schwingen gelagert, gemeinsam auf einer Vorschubeinrichtung angeordnet und unter Abtastung eines Formstücks entlang des in einer Spanneinrichtung gehaltenen Werkstücks verfahrbar sind, wobei der Scheibenfräser auf einer Drehachse umläuft, die parallel ist zu der durch die Spanneinrichtung festge­ legten Drehachse des Werkstücks.

Eine Maschine der eben genannten Art ist beispiels­ weise aus der DE-OS 28 21 788 bekannt. Sie dient zum Her­ stellen von relativ langen, schwach konturierten Werkstüc­ ken, wie z. B. Holzruder. Sowohl das Scheibenfräs-, als auch das Schleifbandaggregat befinden sich auf einem Schlitten, der in Vorschubrichtung verfahrbar angeordnet ist. Während der Scheibenfräser jedoch mit seiner Drehachse parallel zur Drehachse des Werkstückes ausgerichtet ist, läuft das Schleifband auf Umlenkrollen um, deren Drehachsen quer zu der Werkstückdrehachse angeordnet sind.

Die bekannte Vorrichtung hat sich bewährt, sie ist jedoch nicht dazu geeignet, komplizierte Werkstücke modellgetreu zu bearbeiten, die stark strukturiert bzw. konturiert sind. Tiefe Einschnürungen, d. h. konkave Ecken in der Profilgebung, wie sie bei gedrechselten Werkstücken vorkommen, können nicht hergestellt werden, da die in der Vorschubrichtung umlaufende Kontaktrolle des Schleifbandes das Maß der Strukturierung auf solche relativ flachen Mulden begrenzt, die dem Radius der Andrückrolle entsprechen.

Die US-PS 37 60 537 zeigt eine Maschine zum Kopierbearbei­ ten eines Holzwerkstückes, die parallel nebeneinander zwei Schleifbandaggregate aufweist. Beide Aggregate sind auf Schwingen gelagert, deren Schwenkachsen miteinander fluch­ ten. Das eine Schleifband dient zum Schruppen, das andere zum Schlichten. Im eigentlichen Bearbeitungsbereich weisen beide Schleifbandaggregate hintereinander zwei Führungs­ rollen auf, die jeweils im Querschnitt eine V-förmige Kon­ taktoberfläche besitzen. Die Schleifbänder nehmen daher im Bearbeitungsbereich im wesentlichen die vorgegebene V-Form der Andrück­ rollen an. Trotzdem ist auch diese bekannte Maschine nicht in der Lage, stark strukturierte Werk­ stücke mit tiefen Einschnürungen, d. h. konkaven Ecken, in radialer Richtung mo­ dellgetreu zu bearbeiten. Die Bearbeitung findet nämlich in dem Bereich zwischen den Führungsrollen statt. Dort ist die Formge­ bung aber nicht definiert, da das Band zwischen den Führungs­ rollen elastisch gehalten ist und sich schon aus diesem Grund keine punktgleiche Bearbeitung ergibt. Darüber hinaus flachen sich die Schleifbänder bedingt durch die Anlage am Werkstück zwischen den Führungsrollen ab, so daß die Schleifbänder eine etwa rechteckige Fläche des Werkstückes bearbei­ ten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Maschine der Eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auch stark profilierte Werkstücke insbes. mit einem in seiner Längsrichtung konkave Ecken aufweisenden Profil auf den Punkt baugleich mit einem vorgegebenen Modell bearbeitet werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem in seiner Längsrich­ tung konkave Ecken aufweisenden Profil das Schleifband in einer zur Drehebene des Scheibenfräsers parallelen Ebene benachbart zu diesem umläuft, die Schwenkachse der dem Schleifband zugeordneten Schwinge mit der Schwenkachse des Scheibenfräsers achsfluchtend angeordnet ist und das Schleifband gegen das Werkstück mittels eines - in Umlauf­ richtung des Schleifbandes gesehen - spitzwinklig abge­ schrägten Druckschuhs angedrückt ist.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Schleif­ band unter Abtastung des Formstückes analoge Bearbeitungs­ bewegungen ausführen kann wie der Fräser. Auch relativ tiefe Einschnitte, wie sie z. B. bei bisher ge­ drechselten Füßen von Bauerntischen vorkommen, können punktgleich nachgearbeitet werden. Der Scheibenfräser be­ stimmt unter Abtastung des Formstückes die Gestalt des Werkstückes, indem er die Form aus dem Vollmaterial heraus­ arbeitet, während das Schleifband die vom Fräser bestimmte Oberfläche glättet und punktgleich endbearbeitet.

Der das Schleifband gegen das Werkstück andrückende Druckschuh trägt dabei zur punktgleichen Erhaltung der vom Fräsaggregat erzeugten Werkstückform bei. Er stellt sicher, daß das Schleifband im Bearbeitungsbereich am Werkstück ledig­ lich in einem Punkt angreift und damit die vom Fräsaggre­ gat vorgegebene Form nicht verfälscht. Derartige Druckschuhe sind nun zwar auch schon aus der DE-AS 12 75 402 bekannt, dort dienen sie jedoch dazu, bei Längsprofilen Falze oder dergleichen scharfkantig zu formen. Eine Verbindung zur Erfindung besteht indes nicht, weil es dort nicht auf die punktgleiche Bearbeitung zweier paralleler Werkzeuge ankommt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Maschine mit den wichtigsten schematisch eingezeichneten Teilen,

Fig. 2 eine Detailseitenansicht des Scheibenfräs- und Schleifbandaggregates mit deren Lagerung und Kopiersteuerung und

Fig. 3 die Draufsicht auf ein stark konturiertes und mit erfindungsgemäßen Maschine bearbeitbares Werkstück.

In Fig. 1 ist eine Maschine 1 zum Kopierbearbei­ ten eines Werkstückes 2 gezeigt. Das Werkstück 2 selbst ist aus Fig. 3 besser zu erkennen. In Fig. 1 ist ein Rohling 3 mit quadratischem Querschnitt dargestellt, dessen Umriß in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Der Rohling 3 weist einen geringfügig größeren Durchmesser auf, als die dickste Stelle des in Fig. 3 gezeigten fertigen Werk­ stückes 2. Die Achse A des Rohlings 3 stellt gleich­ zeitig die Drehachse 4 des Werkstücks 2 dar. Das Werk­ stück 2 ist ein Kerzenständer mit rotationssymmetri­ scher Gestalt und insgesamt sechs Einschnürungen 5 und 6. Während die Einschnürungen 5 relativ bauchig sind, ist die Einschnürung 6 spitzwinklig.

Der Rohling 3 ist in der Maschine 1 mit seiner Drehachse 4 waagerecht in einer Spanneinrichtung 7 gehalten und kann mit Hilfe eines üblichen An­ triebs beispielsweise im Uhrzeigersinn für die Bearbeitung gedreht werden.

Der Spanneinrichtung 7 vorgelagert ist eine auto­ matische Beschickungseinrichtung 8 mit zueinander parallelen Führungen 9, zwischen denen im vorlie­ genden Fall die quadratischen Rohlinge 3 für die weitere Beschickung der Maschine 1 vorrätig gehalten wer­ den. Am unteren Ende der Führungen 9 sind Überga­ beelemente 10 vorhanden, die nach Bearbeitung ei­ nes Werkstückes 2 den jeweils in den Führungen un­ tersten Rohling 3 in die Spanneinrichtung 7 einset­ zen.

Ein Scheibenfräser 11′ eines Scheibenfräsaggregats 11 ist mit einer zur Werkstück­ drehachse 4 parallelen Drehachse 12 auf einer Schwinge 13 gelagert, die ihrerseits mit einer zur Werkstückdrehachse 4 parallelen Schwenkachse 14 am Gestell 15 der Maschine 1 verschwenkbar gelagert ist.

Das Scheibenfräsaggregat 11 wird als Formbearbei­ tungswerkzeug eingesetzt, das mit Hilfe eines Formstückes 16 in seiner Kopierbewegung gesteuert wird. Das Formstück 16 ist im vorliegenden Fall als Schablone ausgebildet, die am Gestell 15 gesichert gehalten ist.

Für den Abgriff des Formstückes 16 ist die Schwinge 13 mit einem Führungsarm 17 versehen, der an seinem freien Ende ein Abtastelement 18 in Form eines Abtaststiftes aufweist. Der Füh­ rungsarm 17 ist lösbar mit der Schwinge 13 verbunden und schließt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, mit der Schwinge 13 ungefähr einen Winkel α von 60° ein.

Neben dem Scheibenfräsaggregat 11 befindet sich ein von einer zweiten Schwinge 26 getragenes Schleifbandaggregat 19 , das ein über zwei Umlenkrollen 20 und 21 geführtes Schleifband 22 aufweist. Im Arbeitsbereich des Schleifbandes 22 ist dasselbe durch einen an der Schwinge 26 angeordneten Druckschuh 23 unterstützt, der insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Druckschuh 23 weist ei­ nen spitzwinkeligen Querschnitt auf und sorgt da­ für, daß das die eigentliche Bearbeitung vollzie­ hende Trum 24 des Schleifbandes 22 zwischen den Um­ lenkrollen 20 und 21 dachartig geführt ist. Be­ dingt durch einen spitzwinkeligen Querschnitt des Druckschuhs 23 wird auch erreicht, daß das Schleif­ band 22 im Arbeitsbereich spitzwinkelig gewölbt ist und damit auch enge und schmale Einschnürungen, wie z. B. die Einschnürung 6 des in Fig. 3 gezeig­ ten Werkstückes 2, bearbeiten kann. Sind dagegen weniger enge Oberflächenpartien zu bearbeiten, können beidseits des Druckschuhs 23 vorschiebbare Spreizschuhe 38 eingesetzt werden.

Die Umlenkrollen 20 und 21 sind jeweils am Ende eines ersten Schenkels 25 der L-förmig gestalteten Schwin­ ge 26 angeordnet, deren zweiter Schenkel 27 die Schwenklagerung des Schleifbandaggregates 19 am Ge­ stell 15 mit Hilfe einer Schwenkachse 28 besorgt.

Die Schwenkachse 28 fluchtet mit der Schwenk­ achse 14 des Fräsaggregates 11. Der erste Schen­ kel 25 schließt mit dem zweiten Schenkel 27 ungefähr einen Winkel β von 125° ein.

Auch dem Schleifbandaggregat 19 ist zur Steuerung der Kopierbewegung ein Bindeglied zwischen dem Formstück 16 und der Schwinge 26 in Form eines Füh­ rungsarmes 29 zugeordnet. Derselbe ist im wesent­ lichen genauso aufgebaut, wie der Führungsarm 17 und weist an seinem freien Ende ein Abtastele­ ment 30 in Form eines Abtaststiftes auf. Der Führungsarm 29 schließt mit dem zweiten Schen­ kel 27 ungefähr einen Winkel γ von 25° ein, wie dies ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Die beiden Führungsarme 17 und 29 sind im we­ sentlichen gleich lang ausgebildet. Bei beiden ist der Abstand zwischen dem jeweiligen Abtast­ element 18 bzw. 30 und der jeweiligen Schwenk­ achse 14 bzw. 28 gleich groß. Die Abtastelemen­ te 18 bzw. 30 beider Führungsarme 17 bzw. 29 greifen jeweils das glei­ che Formstück 16 ab, wenngleich seitlich etwas versetzt, wie dies ebenfalls für die Anordnung der beiden Werkzeuge 11′ und 22 nebeneinander gilt. Der Scheibenfräser 11′ ist, in Vorschub­ richtung gesehen, dem Schleifband 22 vorge­ ordnet, da zunächst die Fräs- und dann die Schleifbearbeitung erfolgen soll.

Beide Werkzeuge sind über Antriebe M antreibbar. Um eine möglichst punktge­ naue Bearbeitung zu erreichen und eine hohe Oberflächengüte sicherzustellen, läuft das Schleifband 22 im Gegen­ lauf und das Fräswerk­ zeug 11′ im Gleichlauf zum Werkstück 2 um.

Im vorliegenden Fall beträgt das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges 11′ zur mittleren Umfangsgeschwindigkeit des Werk­ stückes 2 ungefähr 33 : 1. Das Fräswerkzeug 11′ rotiert mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 100 m/sec, während die mittlere Umfangs­ geschwindigkeit des Werkstückes 2 ca. 3 m/sec ist.

Beide Werkzeuge 11′, 22 sind mit ihren Schwingen 13, 26 auf einer gemeinsamen Vorschubeinrichtung, z. B. in Form eines Schlittens 31 gelagert, der für die Bear­ beitung der Werkstücke 2 in Vorschubrichtung ver­ fahrbar ist.

Zur Beschreibung der Steuergeometrie der Werk­ zeuge 11′, 22 wird nachfolgend insbesondere auf die Fig. 2 Bezug genommen.

Die Werkstückachse 4 steht sowohl bei der betrach­ teten Fig. 2, als auch bei Fig. 1 jeweils auf der Bildebene senkrecht. In Fig. 2 ist um die als Punkt dargestellte Werkstückachse 4 der größtmög­ liche Durchmesser 32 eines Werkstücks 2 gestrichelt ein­ gezeichnet.

Der Scheibenfräser 11′ ist in zwei Stellungen ge­ zeigt, nämlich einmal mit durchgehenden Linien in seiner Bereitschaftsstellung und einmal mit Strichlinien in seiner Bearbeitungsstellung bei einem angemessenen Werkstückdurchmesser von 0.

Bei der zuletzt genannten Position befindet sich der Berührungspunkt 33 zwischen der Umfangslinie des Scheibenfräsers 11′ und dem gedachten Werk­ stück mit dem Durchmesser = 0 exakt auf der an­ gedeuteten Werkstückachse 4. Zwischen der Achse 4 und dem gestrichelt angedeuteten maximalen Werkstückdurchmesser 32 sind für eine Reihe von dazwischen liegenden Durchmessern die jeweiligen Berührungspunkte 33 markiert. Die Berührungspunkte 33 liegen jeweils auf einem Kreisbogen 34, dessen Mittelpunkt die Schwenkachsen 14 bzw. 28 sind, und der gleichzeitig durch das Formstück 16 und die Werkstückachse 4 führt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei beiden Werkzeugen 11′, 22 das Ver­ hältnis des Abstandes zwischen den jeweiligen Ab­ tastelementen 18, 30 und der Schwenkachse 14, 28 der jeweiligen Schwinge 13, 26 zu der Strecke zwischen den Berührungspunkten 33 am Werkstück 2 und den be­ treffenden Schwenkachsen 14, 28 exakt 1 : 1 beträgt.

Der Scheibenfräser 11′ ist auf seiner Schwinge 13 dergestalt angeordnet, daß in dem Berührungspunkt 33 mit einem beliebigen Werkstück die jeweilige Nor­ male 36 auf die dem Berührungspunkt 33 zugeordneten Werk­ zeugbereich im wesentlichen durch die Drehachse 4 des Werkstückes 2 und durch die Drehachse 12 des Scheibenfräsers 11′ führt. Hierdurch wird erreicht, daß in jedem Berührungspunkt 33 unabhängig vom Werk­ stückdurchmesser die Werkzeugbereiche jeweils links und rechts vom Berührungspunkt 33 jeweils den gleichen Winkel zu einer an das Werkstück 2 im Berührungspunkt angelegten Tangente einschließen. Der Abstand der Drehachse 12 des Scheibenfräsers 11′ zu der Drehach­ se 14 der Schwinge 13 ist im vorliegenden Fall grö­ ßer als der Radius des Kreisbogens 34. Diese Anord­ nung wurde gewählt, um sowohl das Fräsaggregat 11 als auch das Schleifenbandaggregat 19 von der Sei­ te her etwas gegenüber dem Werkstück 2 erhöht dassel­ be bearbeiten lassen zu können. Hierdurch erreicht man, daß die gegenüberliegende Seite der Werkstück­ achse 4 für die Beschickung mit den Werkstücken 2 frei­ bleibt und auch nach Bearbeitung der Werkstücke 2 ein automatischer Auswurf unter Ausnutzung der Schwer­ kraft möglich wird.

Das Schleifbandaggregat 19 ist in Abhängigkeit von der Anordnung des Scheibenfräsers 11′ so auf der Schwin­ ge 26 gelagert, daß diesmal die in dem jeweiligen Berührungspunkt 33 vorhandene Normale 36 auf die dem Berührungspunkt 33 zugeordneten Werkzeugbereich im wesentlichen durch die Drehachse 4 des Werkstücks 2 führt.

Damit ist sichergestellt, daß jeweils in den für die Bearbeitung wichtigsten Stellen, nämlich den Berührungspunkten zwischen den beiden Werkzeugen 11′, 22 die im Eingriff befindlichen Bereiche der Werkzeu­ ge 11′, 22 sich in einer analogen Angriffsposition befin­ den, bei der jeweils die den Berührungspunkten 33 be­ nachbarten Werkzeugbereiche mit einer durch den Angriffspunkt 33 geführten Tangente an das Werkstück 2 den gleichen Winkel einschließen. In Fig. 2 ist dies anhand des im Eingriff befindlichen Trums 24 des Schleifbandes 22 mit Hilfe der identischen Winkel ϑ demonstriert. Das Schleifaggregat 19 befin­ det sich in der gezeigten Stellung in Arbeits­ position und in Anlage an ein ideelles Werk­ stück mit dem Durchmesser = 0. Der Berührungs­ punkt 33 zwischen dem arbeitenden Trum 24 des Schleifbandes 22 mit dem gedachten Werkstück liegt deshalb auf der angedeuteten Werk­ stückachse 4. Links und rechts von dem Berührungs­ punkt 33 schließt das über den Druckschuh 23 dachar­ tig geführte Schleifband 22 jeweils den Winkel ϑ mit der durch den Berührungspunkt 33 geführten Tangen­ te ein. Die bereits erwähnte Normale 36 steht auf der Tangente senkrecht und führt auch durch die gestrichelt angedeutete Drehachse 12 des in Ar­ beitsposition angedeuteten Scheibenfräsers 11′.

Das Schleifbandaggregat 19 ist deshalb auf einer abgewinkelten Schwinge 25 angeordnet, um das Schleif­ band ungeachtet des Durchmessers des Werkstückes 2 im­ mer in der analogen Arbeitsposition am Werkstück 2 angreifen zu lassen, wie dies beim Scheibenfräser 11′ der Fall ist. Auf diese Art und Weise wird eine punktgleiche Bearbeitung durch die beiden Werkzeuge 11′, 22 und eine möglichst identische Nacharbeitung der durch das Formstück 16 vorgegebenen Form erreicht.

Die Zuordnung der Führungsarme 17 und 29 bzw. der Abtastelemente 18 und 30 zu den Schwingen 13 und 26 ist jeweils so, daß ein Gleichklang bei der Zu­ stellbewegung zwischen den Abtastelementen 18, 30 auf der einen Seite und den Werkstücken 2 auf der anderen Seite gegeben ist. Dies bedeutet, daß bei einer Zustellbewegung der Abtastelemente 18, 30 im Uhrzeiger­ sinn sich auch die durch die Abtastelemente 18, 30 gesteuerten Werkzeuge 11′, 22 im gleichen Maße im Uhrzeigersinn bewegen.

Beide Werkzeuge 11′, 22 sind durch Federn 37 im Zustell­ sinn belastet. Sie können mit Hilfe nicht gezeig­ ter Stelleinrichtungen in Bereitschaftsstellungen überführt werden, wie dies im vorliegenden Fall bei dem Scheibenfräsaggregat 11 gezeigt ist.

Claims (2)

1. Maschine zum Kopierbearbeiten eines Holzwerkstücks mit einem Scheibenfräsaggregat als Formbearbeitungswerk­ zeug und einem zwischen Umlenkrollen umlaufenden Schleif­ band als Oberflächenbearbeitungswerkzeug, die jeweils um Schwenkachsen verschwenkbar an Schwingen gelagert, gemein­ sam auf einer Vorschubeinrichtung angeordnet und unter Ab­ tastung eines Formstücks entlang des in einer Spanneinrich­ tung haltenen Werkstücks verfahrbar sind, wobei der Scheibenfräser auf einer Drehachse umläuft, die parallel ist zu der durch die Spanneinrichtung festgeleg­ ten Drehachse des Werkstücks, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Bearbeiten eines Werkstücks (2) mit einem in seiner Längsrichtung konkave Ecken aufweisenden Profil das Schleifband (22) in einer zur Drehebene des Scheibenfräsers (11′) parallelen Ebene benachbart zu diesem umläuft, die Schwenkachse (28) der dem Schleifband (22) zu­ geordneten Schwinge (26) mit der Schwenkachse (14) des Scheibenfräsers (11′) achsfluchtend angeordnet ist und das Schleifband (22) gegen das Werkstück (2) mittels eines - in Umlaufrichtung des Schleifbandes (22) gesehen - spitzwinklig abgeschrägten Druckschuhs (23) angedrückt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Schwingen (12, 26) gleich lange, dem Formstück (16) zugeordnete Führungsarme (17, 29) auf­ weisen, welche die Abtastelemente (18, 30) tragen.