DE624345C - Vorrichtung zur Ausgleichung von Schwankungen der Vorschubgeschwindigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausgleichung der Schwankungen in der Vorschubgeschwindigkeit abwechselnd hydraulisch hin und her bewegter Werkstück-5 oder Werkzeugträger an Werkzeugmaschinen, vorzugsweise an Hobelmaschinen, dann aber auch an anderen Werkzeugmaschinen, wie z. B. Fräsmaschinen, Schleifmaschinen u. dgl., bei Änderung des Schlittenwiderstandes.

Die Vorschubgeschwindigkeit des hin und her bewegten Werkstück- oder Werkzeugträgers bei Werkzeugmaschinen ist abhängig von der Vorschubkraft und dem Widerstände, den der Maschinenschlitten zu überwinden hat. Dieser ist im wesentlichen bestimmt durch den Spanquerschnitt oder die Härte des zu bearbeitenden Werkstückmaterials. Vergrößert sich der Spandruck, so wird die Vorschubgeschwindigkeit bei gleichbleibender Vorschubkraft abfallen, vermindert sich der Spandruck, so wird der Maschinenschlitten schneller voreilen. Die Schwankungen in der Beschleunigung des Vorschubes rufen auf der bearbeiteten Werkstückoberfläche Unebenheiten hervor, die um so größer sind, je größer die Schwankungen sind und je großer die Vorschubgeschwindigkeit ist, von der sie ausgehen. Diese Unebenheiten beeinträchtigen die Güte der geleisteten Arbeit außerordent-Hch.

Bei Werkzeugmaschinen, bei denen sehr große Vorschubgeschwindigkeiten üblich sind, wie z. B. bei Hobelmaschinen mit hydraulischer Vorschubbetätigung, wirken sich die durch wechselnden Schnittdruck entstehenden Geschwindigkeitsänderungen bei der Verspanung ganz besonders nachhaltig aus. Bei diesen wohnt dem mit großer Beschleunigung hin und her getriebenen Maschinenschlitten eine große lebendige Kraft inne. Diese bewirkt, daß bei Eintritt einer Vergrößerung des Schnittdrucks das Werkzeug in schwungvollem Anlauf gegen die Widerstandsvergrößerung anläuft und dann ruckartig zum Stillstand kommt, der so lange anhält, bis die Treibmittelpumpe den Druck im hydraulischen Vorschubzylinder so weit erhöht hat, daß der Maschinenschlitten sich auch gegen den erhöhten Schnittwiderstand wieder in Bewegung setzt und diese auf die vorher bestehende Geschwindigkeit wieder gesteigert hat. Bei einer Verkleinerung des Schnittwiderstandes wird dagegen das Werkzeug infolge der dem Maschinenschlitten innewohnenden lebendigen Kraft ruckartig vorschnellen und dabei den Druck des im hydraulischen Zylinder und seinen Zuleitungen befindlichen Treibmittels zur Entspannung bringen. Im Gegensatz zu Werkzeugmaschinen mit kleiner Schlittengeschwindigkeit, bei welchen dieselbe nicht so deutlich in Erscheinung tritt, hat daher bei Maschinen mit großer Schlitten-

geschwindigkeit jede Änderung des Schlittenwiderstandes eine sprunghaft auftretende Änderung der normalen Vorschubgeschwindigkeit im Gefolge, die sich auf der bearbeiteten Werkstückoberfläche durch zumeist scharf abgegrenzte Unebenheit deutlich bemerkbar macht.

' Dieser Nachteil wird noch verstärkt durch den Umstand, daß das hydraulische Treibmittel (öl) in seiner Dichte elastisch ist. Dies hat wiederum zur Folge, daß jeder stoßartig auftretenden Änderung der Vorschubbeschleunigung eine Anzahl von Beschleuni-. gungswellen folgt, die nur langsam abklingen und ihre Spur in Form von wellenartigen Unebenheiten auf einer langen Strecke der bearbeiteten Oberfläche hinterlassen. Diese Nachteile zwingen oftmals dazu, das Werkstück einer nochmaligen Bearbeitung zu unterziehen, um die entstandenen Unebenheiten zu beseitigen.

Die Behebung der beschriebenen Nachteile hat sich bisher als sehr schwierig erwiesen. Es sind zwar bereits einige Vorrichtungen bekanntgeworden, die bei wechselndem Schnittdruck Schwankungen der Vorschubbeschleunigung ausgleichen sollen; eine befriedigende Lösung hat das Problem durch die bekanntgewordenen Vorrichtungen jedoch noch nicht gefunden. DieUrsache liegt offenbar darin, daß diese Vorrichtungen erst" dann in Wirkung gesetzt werden, nachdem die Änderung der Vorschubgeschwindigkeit bereits eingetreten ist, so daß die Auswirkung dieser Vorrichtungen infolge vieler Zwischenglieder viel zu spät erfolgt und die inzwischen auf der bearbeiteten Werkstückoberfläche entstandenen Unebenheiten nicht mehr beseitigen kann.

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung ist z, B. neben dem hydraulischen Antriebe des Maschinenschlittens noch ein mechanischer Hilfsantrieb vorgesehen, der mit jenem von der gleichen Treibmittelpumpe betätigt wird und erst dann zur Unterstützung bzw. zur Bremsung der Vorschubgeschwindigkeit zusätzlich in Bewegung kommt, nachdem eine Erhöhung oder Verminderung des Schnittdrucks eingetreten ist. Zum Antriebe dieser Hilfseinrichtung dient ein in seiner Umlaufrichtung umkehrbarer Motor. Die Zeitdauer, die für das Umschalten dieses Motors erforderlich ist, bestimmt diejenige Vorschubstrecke, um die die Wirkung dieser Vorrichtung der Änderung des Schnittdruckes nacheilt. Um die infolge von Schnittdruckänderungen entstehenden Unebenheiten auf einen möglichst kurzen Raum zu beschränken, ist diese bekannte Vorrichtung von vornherein zur Verwendung bei Fräsmaschinen bestimmt, also bei Maschinen mit verhältnismäßig kleiner Vorschubgeschwindigkeit, bei denen außerdem gewöhnlich Werkzeuge mit verhältnismäßig großer Schneidfläche verwendet werden, die schon an und für sich dem Auftreten scharf abgegrenzter Unebenheiten etwas vorbeugen. Bei Maschinen mit großer Vorschubgeschwindigkeit ist diese Vorrichtung dagegen untauglich, weil in der Zeit, die für das Umschalten des Hilfsmotors notwendig ist, der Maschinenschlitten bereits eine so große Strecke durchlaufen hat, daß die durch Änderung des Schnittwiderstandes entstandenen Unebenheiten nicht mehr abzugleichen sind.

Bei einer anderen bekanntgewordenen Vorrichtung dieser Art, bei der drei Treibmittelpumpen in der Weise mitwirken, daß die eine Pumpe mit konstanter Förderung den normalen Vorschub bewirkt, eine zweite Pumpe den hydraulischen Vorschub bei Erhöhung des Schnittwiderstandes unterstützt und eine dritte Pumpe einen veränderlichen Gegendruck bei Verringerung des Schnittwiderstandes erzeugt, müssen drei mit je mehreren Ventilkolben versehene Verteilungsschieber eine sehr umständliche und zeitraubende Treibmittelverteilung ausführen, um einen , Ausgleich der Vorschubschwankungen herbeizuführen. Auch diese Vorrichtung wirkt daher viel zu träge, um eineni Ausgleich im erläuterten Sinne zu erzielen.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten nacheilenden Geschwindigkeitsregulierungen wird bei dem Gegenstande der Erfindung ein unmittelbar und sofort wirkender Ausgleich der eintretenden Schwankungen dadurch erreicht, daß durch den hydraulisch hin und her bewegten Werkstück- oder Werkzeugträger eine Gewindespindel mittels einer Gewindemutter ohne Selbsthemmung in mit dem Hube umkehrende Drehung gesetzt wird, auf der zwei Schwungscheiben lose drehbar angeordnet sind, die durch ein von der Schlittenverschiebung unabhängiges Antriebsorgan mit entsprechender Geschwindigkeit gegenläufig in ständigem Umlauf gehalten und nach dem Hubwechsel wechselweise mit der Gewindespindel gekuppelt werden, so daß die den umlaufenden Schwungscheiben innewohnende Iebendige Kraft eine Vergleichmäßigung der Vorschubgeschwindigkeit bei Änderung des Schnittwiderstandes herbeiführen. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin,' daß im Augenblick des Hubwechseis beide Schwungscheiben von der Gewindespindel abgekuppelt sind und die Zusammenkupplung der einen oder anderen Schwungscheibe erst erfolgt, nachdem der Schlitten die Spindel bereits in entsprechender Richtung zum Umlauf gebracht hat. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei-

spiel der Erfindung an einer Langtischhobelmaschine mit hydraulischer Vorschubeinrichtung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι einen Aufriß der mit der Vorrichtung ausgerüsteten Maschine im Vertikalschnitt,

Abb. 2 einen Grundriß zu Abb. i,
Abb. 3 die Umschaltung der Ausgleichvorrichtung beim Hubwechsel der Maschine.

ίο Bei der in der Zeichnung dargestellten Hobelmaschine wird der Werktisch 2 auf dem Maschinenbett ι in bekannter Weise dadurch hin und her bewegt, daß eine Pumpe 3 aus dem Behälter 4 öl ansaugt und mittels eines vom Werktisch gesteuerten Umschaltorgans 5 abwechselnd entweder durch die als Rohrleitung ausgebildete Kolbenstange 6 in den Zylinder 7 oder durch die Kolbenstange 8 in den Zylinder 9 drückt. Die Hubzylinder 7 bzw. 9 sind an der Unterseite des Werktisches befestigt, während die Enden der Kolbenstangen 6 bzw. 8 an dem Vorderende bzw. Hinterende desi Maschinenbettes 1 verschraubt sind. Erfindungsgemäß ist nun nach Abb. 1 und 2 im Bett der Maschine eine mit großer Steigung geschnittene Gewindespindel 10 drehbar gelagert, die durch eine am Werktisch umdrehbar befestigte Spindelmutter 11 bei ihrem ' Hinundhergange ohne Selbsthemmung in der einen oder anderen Richtung zum Umlauf gebracht wird. Die Gewindespindel 10 ist über das Ende des Maschinenbettes. 1 hinaus verlängert und trägt auf dieser Verlängerung zwei Schwungscheiben 15, 16, die lose drehbar, aber axial unverrückbar sind und auf ihren beiden einander zugekehrten Seiten je einen Zahnkranz und eine Kupplungshälfte tragen. Durch eine auf der verlängerten Gewindespindel 10 axial verschiebbare, aber undrehbare Kupplungsmuffe 19 kann entweder Schwungscheibe 15 oder 16 mit der Spindel 10 gekuppelt werden, während bei Mittelstellung der Kupplungsmuffe 19 beide Schwungscheiben 15, ιό von der Gewindespindel 10 abgekuppelt sind.

Die Schwungscheiben 15, 16 werden gemeinsam durch ein Kegelrad 18 von einem ständig in einer Drehrichtung umlaufenden und von dem hydraulischen Tischantriebe unabhängigen Motor 17 in gegenläufigem Umlauf gehalten und wechseln ihre Drehrichtung nicht. In Abb. 1 und 2 stellt 17 ein Kreiselrad, bekannter Ausführung dar, das von der Umlaufpumpe 23 mit regelbarer Geschwindigkeit angetrieben wird. In der Druckleitung dieser Pumpe 23 ist vor dem Kreiselrade 17 eine Überlauf leitung vorgesehen, die durch ein Überdruckventil 24 verschlossen wird und zum Saugbehälter 25 zurückführt.

Die Förderleistung der Umlaufpumpe 23 wird so eingestellt, daß die Schwungscheiben 15, 16 im ausgekuppelten Zustande eine gegenüber der vom Maschinenschlitten 2 bei der vorgesehenen Vorschubgeschwindigkeit zum Umlauf gebrachten Gewindespindel 10 etwas erhöhte Umdrehungszahl haben. Durch diesen Überschuß an Umdrehungszahl wird die Eigenreibung der Gewindespindel 10 nach ihrer Kupplung mit der Schwungmasse aus- -geglichen, so daß nach der Einkupplung der betreffenden Schwungmasse die Gewindespindel 10 mit derjenigen Geschwindigkeit umläuft, die der hydraulischen Vorschubgeschwindigkeit des Maschinenschlittens entspricht.

Die Verschiebung der Kupplungsmuffe 19 von der einen zur anderen Eingriffseite wird selbsttätig durch den hydraulisch hin und her bewegten Schlitten der Werkzeugmaschine bewirkt. In der Zeichnung ist eine diesem Zweck dienende, an sich bekannte Umschaltvorrichtung veranschaulicht, bei der zwei am Werktisch 2 auf erforderlichen Abstand eingestellte Knaggen 21 und 21' einen in der Mitte des Maschinenbettes 1 angeordneten, um einen mittleren Drehzapfen schwenkbaren Steuerhebel 29 beim jedesmaligen Hubwechsel aus der einen Schrägstellung in die andere umlegen, der mittels der Zugstange 28 und eines Umschalthebels 22 die Muffe 19 verschiebt.

Abb. 3 läßt die Stellung der Einzelteile dieser Umschaltvorrichtung im Augenblick des Hubwechsels erkennen, von dem aus sich der Werktisch in Richtung des eingezeichneten Pfeils in Bewegung setzt. Der Steuerhebel 29 und der Hebel 22 stehen in diesem Augenblick senkrecht, die Muffe 19 befindet sich in der Mittellage, und beide von der Schraubspindel 10 abgekuppelte Schwungscheiben 15, 16 laufen lose in gegenläufiger Richtung um. Setzt sich aus dieser Stellung heraus der Werktisch 2 in Bewegung, so bringt er zuerst die Schraubenspindel 10 durch die Spindelmutter 11 in entsprechender Richtung zum Umlauf.

Die Knaggen 21 und 21' sind auf den einander zugekehrten Seiten abgeschrägt und sind mit einer um einen Befestigungsbolzen schwenkbaren Klinke 26 und 26' ausgerüstet, deren Beweglichkeit durch einen Anschlag der Knagge so begrenzt ist, daß die Klinke 26 sich nur nach rechts (Abb. 3), die Klinke 26' dagegen sich nur nach links aus ihrer senkrechten Lage ausschwenken läßt.

Der Steuerhebel 29 ist an seinem oberen Ende mit zwei zahnartigen Ansätzen versehen; steht der Hebel 29 senkrecht, so können die Knaggen 21 und 21' über diese Ansätze eben noch, ohne. anzustoßen, hinweggleiten.

Die Schwenkbarkeit des Umsteuerhebels 29

ist begrenzt durch den Bolzen 27, der aui einem im Maschinenbett angeordneten Hebel um einen Drehzapfen schwenkbar ist und durch einen Führungsschlitz des Hebels 29 hindurchragt.

Mit dem Vorrücken des Werktisches 2 in der Pfeilrichtung der Abb. 3 schiebt Klinke 26 den Bolzen 27 um ein solches Stück nach rechts, bis sie über 27 hinübergleitet. Damit wird der Steuerhebel 29 schräg gestellt, die Zugstange 28 nach rechts verschoben und die Muffe 19 mit der Schwungscheibe 15 gekuppelt, die damit ihr Schwungmoment auf die Gewindespindel 10 überträgt. Am Ende der Verspanungsstrecke wird, wie aus Abb. 1 ersichtlich ist, die Schräge der Knagge 21' über den linken, jetzt tiefliegenden Ansatz des Hebels 29 hinübergleiten, gegen den rechten; Ansatz stoßen und den Hebel 29 wieder in die senkrechte Stellung zurückschwenken. Dabei wird gleichzeitig mittels der Zugstange 28 die Muffe 19 aus der Kupplung mit der Schwungscheibe 15 gelöst, so daß die Schraubspindel 10 im Augenblick auch dieses Hubwechsels von dem Schwungmoment befreit ist.

Die Bewegung des Werktisches in der Pfeilrichtung geht so weit, bis die Klinke 26' über den Bolzen 27 hinübergehoben ist; alsdann, erfolgt die durch Umschalter S bewirkte Umkehr der hydraulischen Tischbewegung. Dabei wird zunächst wiederum die Gewindespindel 10 durch den Werktisch 2 mittels der Spindelmutter 11 zum Umlauf gebracht, und zwar jetzt in der Richtung, die dem Tischrücklauf entspricht. Alsdann stößt die Klinke 26' gegen den Bolzen 27 und schiebt diesen jetzt nach links, wodurch der Steuerhebel 29 in die der Abb. 1 entgegengesetzte Schrägstellung gerückt und die Kupplungsmuffe 19 mit der Schwungscheibe 16 gekuppelt wird. Am Ende des Tischrücklaufes wiederholen sich alsdann dieselben Bewegungen der Umschaltorgane in umgekehrter Richtung. Es ist ersichtlich, daß im Augenblick der beiden Hubwechsel beide Schwungscheiben 15, 16 ausgekuppelt sind, beim Rechtsgange des Werktisches 2 die Schwungscheibe 15 und beim Linksgange des Tisches die Schwungscheibe 16 mit der Schraubspindel 10 gekuppelt ist. Selbstverständlich müssen die Tischknaggen 21 und 21' so eingestellt sein, daß die Umschaltung der Schwüngscheiben zur selben Zeit erfolgt wie der durch: den hydraulischen Antrieb bewirkte Wechsel der Tischbewegung. ^l

Trifft das Werkzeug auf seinem Verspanungswege plötzlich auf eine Materialverdickung, wie in Abb. i! angedeutet, so würde der Werktisch 2 plötzlich eine Geschwindigkeitsverzögerung erfahren, die, wie oben ausgeführt, um so größer sein muß, je größer die Geschwindigkeit ist, mit der der Werktisch gegen die Widerstandsvergrößerung anläuft. Das Beharrungsvermögen der mit der Gewindespindel 10 gekuppelten Schwungmasse wird jedoch in diesem Augenblick unmittelbar und sofort dem Werktisch 2 einen zusätzlichen Antrieb erteilen und den Geschwindigkeitsabfall ausgleichen, bis die Druckpumpe 3 η_ο die Menge des in dem betreffenden hydraulischen Hubzylinder wirkenden Treibmittels genügend erhöht hat, um den Vorschub auch bei erhöhtem Schnittwiderstande mit gleicher Geschwindigkeit fortzusetzen. Einen entsprechenden Ausgleich bewirken die Schwungmassen natürlich, wenn eine Verminderung des Schnittwiderstandes eintritt. Insbesondere aber verhindert das Beharrungsvermögen der umlaufenden Schwungmassen diejenigen Vorschubschwankungen, die durch die Elastizität des Treibmittels hervorgerufen werden und auf* andere Weise nicht zu beseitigen sind.

Im Verhältnis zu der Leistung der Druckpumpe 3 ist die Leistung der Umlaufpumpe 23 nur sehr klein, da diese nur die Schwungscheiben 15, 16 mit der der Vorschubgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit in Umlauf zu halten hat. Einen dauern-' den Einfluß auf die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens in dem Sinne einer für den hydraulischen Schlittenantrieb zusätzlichen Leistung soll dieUmlaufpumpe23 nicht ausüben.

An Stelle der in den Zeichnungen dargestellten Zahnkupplungen für die Umsteuerung der Schwungmassen kann natürlich auch eine Reibungskupplung, elektromagnetische Kupplung o. dgl. verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf ihre Anwendung bei Hobelmaschinen, sondern erstreckt sich auch auf die Verwendung bei solchen Werkzeugmaschinen, bei denen kleinere Vorschubgeschwindigkeiten üblich sind, wie z. B. auf Fräsmaschinen, Schleifmaschinen u. dgl. Bei diesen ist die Umlaufgeschwindigkeit der Schwungscheiben der verhältnismäßig langsamen Vorschubgeschwindigkeit des Maschinenschlittens anzupassen; hierbei kann der hin und her gehende Werkstück- oder Werkzeugträger an Stelle der Gewindespindel 10 und der Spindelmutter 11 auch mit einer Zahnstange versehen werden, durch die in am Maschinenbett 1 gelagertes Ritzel.angetrieben wird, dessen Drehung durch Schnecke und Schneckenrad sich auf eine horizontale Welle überträgt, auf der in gleicher Weise, wie in Abb. 1 und 2 dargetellt, die Schwungmassen 15, 16 umlaufen. Schnecke und Schneckenrad müssen dann mit so großer Steigung geschnitten sein, daß auch hier keine Selbsthemmung eintritt.

Claims (2)

1. Patentansprüche:
   ι. Vorrichtung zur Ausgleichung von Schwankungen der Vorschubgeschwindigkeit abwechselnd hin und her bewegter Werkstück- oder Werkzeugträger an Werkzeug-, vorzugsweise Hobelmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß durch den in bekannter Weise hydraulisch hin und her bewegten Maschinenschlitten (2) eine Gewindespindel (10) ohne Selbsthemmung mittels einer Mutter (11) in mit dem Hube umkehrende Drehung gesetzt wird, auf deren Ende zwei Schwungscheiben (15, 16) lose drehbar angeordnet sind, die durch ein von der Schlittenverschiebung unabhängiges, regulierbares Antriebsorgan

   (17) mit entsprechender Geschwindigkeit gegenläufig in ständigem Umlauf gehalten und durch den Schlitten (2) nach dem Hubwechsel wechselweise mit der Gewindespindel (10) gekuppelt werden und dadurch die Geschwindigkeit des Maschinenschlittens (2) gleichförmig erhalten, während im Augenblick der Umsteuerung die Schwungscheiben entkuppelt sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsorgan für die umlaufenden Schwungmassen (15, 16) ein an sich bekanntes Kreiselrad (17) verwendet wird, das durch, eine besondere Umlaufpumpe (23) angetrieben wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen