DE673618C - Vorrichtung zum selbsttaetigen Steuern der Vorschuebe eines Werkzeuges oder Werkstueckes in mehreren aufeinander senkrechten Richtungen bei Kopierarbeiten - Google Patents

Description

Es ist bekannt, eine Kopie nach einem Älodell mit Hilfe von Photozellen dadurch herzustellen, daß das synchron mit dem Werkstück umlaufende Modell durch eine Lichtquelle mit scharfer geradliniger Schattengrenze beleuchtet und die Grenze zwischen Licht und Schatten durch eine mit Optik versehene Photozelle abgetastet wird. Mit der durch elektrische Kupplungen bewegten Photozelle kann durch mechanische Übertragung ein Werkzeug, z. B. ein Fräser, gesteuert werden, der auf diese Weise eine Kopie des Modells herstellt. Es ist auf diese Weise auch möglich, das umlaufende, mit scharfer Schattengrenze beleuchtete Modell zuerst mit einem Film kinematographisch aufzunehmen und sozusagen als Modellersatz das projezierte Bild abzutasten. Ferner läßt sich naturgemäß der Film auch durch gezeichnete Bilder von Hand herstellen, so daß die Herstellung eines Modells überflüssig wird.

Kopierfräseinrichtungen der beschriebenen Art haben sich infolge ihrer grundsätzlichen Nachteile in der Praxis nicht bewährt. Zunächst muß das Werkstück umlaufen können, was bei den größeren, unregelmäßiggeformten Teilen des Maschinenbaues, Gesenke aller Art, Flügel von Schiffspropellern und Turbinen usw., fast nie der Fall ist; ferner können Flächen nicht mehrkopiert werden, welche in Richtung der Licht-Schatten-Grenze liegen oder vom Licht nicht mehr getroffen werden können. Es ist außerdem nur möglich, mit Fingerfräsern zu arbeiten, wobei nur die Spitze des Fräsers, die in der Achsrichtung liegen muß, den einem bestimmten Modellpunkt entsprechenden Punkt am Werkstück bearbeitet. Beim Arbeiten mit Scheibenfräsern, Profilmesserköpfen usw., bei welchen am Umfang gearbeitet \vird, ist die Einriebtung unbrauchbar, weil das fertige Werkstück infolge des Fehlers, der durch den Fräserradius entsteht, nicht dem Modell entsprechen kanu.

Es ist ferner bekanntgeworden, bei Drehbänken das Werkzeug in zwei Hauptrichtungen durch zwei Kurven so zu steuern, daß das Werkstück (Drehkörper) das gewünschte Profil erhält und die Bahngeschwindigkeit des Werkzeuges annähernd gleich bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß Kurven, die als ISTuten in eine Trommel eingearbeitet sind, durch Stifte abgetastet werden und unter Zwischenschaltung geeigneter Übertragungselemente das Werkzeug steuern. Derartige Vorrichtungen lassen sich aber nicht zur Be-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hans Scltüz in Offenbach, Main.

arbeitung unregelmäßig gekrümmter Werkstücke verwenden, die keine Drehkörper sind. Die Erfindung geht von der Erwägung aus, daß eine Kopiereinriclnung, welche ein unregelmäßig geformtes Werkstück nach einer Zeichnung herstellen soll, sich in der Praxis nur einführen kann, wenn erstens als Zeichnung wirklichkeitsgetreue Schnitte durch das zu bearbeitende Werkstück in vergrößertem ίο oder verkleinertem Maßstab verwendet werden können, wenn zweitens mit Walzenfräsern, Scheibenfräsern u. dgl. gearbeitet werden kann und wenn drittens der Kopiervorgang fortlaufend und ohne äußeren Eiufluß geschieht, d.h. wenn auch ein automatischer Übergang von Schnitt zu Schnitt stattfindet. Da man bei dieser Forderung in drei Raumkoordinaten arbeiten muß. sind bei normaler Ausführuiigsform der Erfindung drei Photozelleu notwendig', welche die weiter unten beschriebenen Aufgaben haben, Λ'on den drei Zellen sind ernndungsgemäß zwei geradlinig beweglich und eine fest angeordnet. Die Zellen werden von Kurven bzw. Marken beeinflußt die sich auf einem fortlaufenden, mit mehr oder weniger großer Geschwindigkeit bewegten Fapierband befinden. Die einzelnen Photozellen betätigen geeignete Relais, welche durch elektromagnetische Kupplungen sowohl Verschiebungen der Frässpindel senkrecht und waagerecht als auch in axialer Richtung steuern. Gleichzeitig werden durch dieselben elektromagnetischen Kupplungen die beiden beweglichen· Zeilen selbst verschoben. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes an Hand der Bearbeitung eines Schraubenflügels für Schiffspropeller schematisch dargestellt, und zwar zeigt

^o Abb. ι die gesamte Einrichtung einschließlich Werkzeugmaschine mit Drehtisch und Schraubenflügel,

Abb. 2 zwei abgewickelte Zylinderschnitte durch den Flügel in üblicher Darstellung, jedoch der Anschaulichkeit halber in richtiger Höhe übereinander gezeichnet,

Abb. 3 den Walzenantrieb für das Papierband.

Auf dem Drehtisch 1 einer Horizontalfräsmaschine 2 ist das Werkstück, ein Schiffspropeller 3, aufgespannt. Der Drehtisch 1 wird durch das Schneckenrad 4 und die Schnecke 5 angetrieben. Auf die Schneckenwelle 6 treibt unter Zwischenschaltung der notwendigen Zahnräder und des elektromagnetischen Wendegetriebes 7 der Motor 8. Außerdem ist mit der Schneckenwelle 6 über Zahnräder die Gewindespindel 9 gekuppelt, auf welcher sich eine Wandermutter 10 mit der Photozelle 11 verschiebt. Die Horizontalfräsmaschine 2 wird für den vorstehenden Zweck in waagerechter Richtung, also auf dem Bett, nicht verschoben, sondern der Spindelschlitten 12 verschiebt sich mit dem Fräser 13 mit Hilfe der Gewindespindel 14 nur in senkrechter Richtung. Die Gewindespindel 14 wird über die notwendigen Zahnräder und das elektromagnetische Wendegetriebe 15 durch den Motor 16 angetrieben. Mit der Gewindespindel 14 durch Zahnräder gekuppelt ist eine Welle 17, an deren Ende sich eine weitere Gewindespindel iS befindet. Die Enden der beiden Gewindespindeln 18 und 9 sind in dem Lagerbockig, der die Photozelle 20 trägt, achsengleich gelagert. Auf der Gewindespindel iS ist eine Wandermutter 21 angeordnet, welche die Photozelle 22 trägt. Diese Photozelle 22 ist auf einer Scheibe 23 befestigt, welche durch einen nicht dargestellten Motor in Umdrehung versetzt wird, und kann auf dieser Scheibe radial verstellt werden. Die Mitte der Scheibe 23 befindet sich in einer geraden Linie mit den Abtastpunkten der Zellen 11 und 20. Unter den drei Zellen 11, 20 und 22 verschiebt sich, angetrieben durch die Walzen 25 und 26, ein Papierband 24, das so breit ist, daß es-von den Zellen π und 22 in zwei Abschnitten voll bestrichen werden kann. Die Walze 25 wird über Zahnräder von dem Motor 27 angetrieben, der in weiten Grenzen regelbar ist. Auf dem Papierband 24 sind links die Steuerlinien 28, 2S₀, 28;, usw. für die Zelle 11, rechts die Kurven 29, 29.,, 29^, usw. für die Zelle 22 und in der Mitte die Markierungen 30, 30,,, 30^ usw. für die Zelle 20 aufgezeichnet.

Zur Erläuterung der verschiedenen Aufgaben der Steuerung ist zunächst noch folgendes zu sagen:

Die Zelle 11 wirkt über einen bekannten >o° Verstärker auf die elektromagnetische Kupplung 7 in der Weise, daß die Wandermutter 10 nach links verschoben wird, wenn'die Zelle beleuchtet, nach rechts, wenn sie durch eine aufgezeichnete Linie verdunkelt wird. Dadurch, daß die Zelle im hellen Papier nach links steuert, die Linie aber infolge der sofort bewirkten Verdunkelung nicht überschreiten kann, ist sie gezwungen, bei fortschreitendem Papierband dieser Linie zu folgen. Sie wird also bei der dargestellten zickzackförmigen Linie hin und her wandern. Jeder Verschiebung der Wandermutter 10 entspricht eine Drehung des Drehtisches 1, da beide starr gekuppelt sind. Mau kann z.B. die Über-Setzung so wählen, daß 1 mm Verschiebung der Mutter 10 einer Drehung des Tisches 1 um I Winkelgrad entspricht.

Die Zelle 22-wirkt ebenfalls in bekannter Weise durch einen Verstärker derart auf das Wendegetriebe 15, daß die Wandermutter 21 nach links verschoben wird, wenn während

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des Umlaufes kein Impuls auftritt, nach rechts, wenn die umlaufende Zelle an irgendeiner Stelle des Unilaufkreises durch eine aufgezeichnete Linie verdunkelt wird. Grundsätzlich ist also die Wirkungsweise der umlaufenden Zelle 22 dieselbe wie diejenige droben beschriebenen Zelle 11. Da das Wendegetriebe 15 auch die senkrechte Verschiebung des Spindelschlittens 12 antreibt, so entspricht jede Verschiebung der Wandermutter 21 einer Höhenverschiebung des Spindelschlittens. Die Übersetzung kann man beispielsweise so wählen, daß 1 mm Verschiebung der Wandermutter 11 einer Höhenverschiebung von 3 mm des Spindelschlittens, entsprechend dem Maßstab der Zeichnung, entspricht. Der Radius der umlaufenden Zelle 22 wird dementsprechend auf ¹J₅ des Radius des Fräsers 13 eingestellt.

Als Beispiel für die Arbeitsweise der Steuerung sind durch den Schraubenflügel 3 in der üblichen Weise zwei Zylinderschnitte 31 und 32 gelegt, deren Abwicklungen 31,, und 32_U in Abb. 2, bezogen auf dieselbe Grundlinie 33, dargestellt sind.

Die Aufzeichnung der Linien und Marken auf dem Papierband geht folgendermaßen vor sich: der Schraubenflügel wird, wie gesagt, in üblicher Weise durch die Abwicklungen von Zylinderschnitten, die in gleichmäßigen Abständen gelegt sind, dargestellt. Diese Schnitte werden in einem bestimmten Maßstab, ζ. B. ι : 5, entsprechend dem Verhältnis der Höhenverschiebung des Spindelschlittens 12 zur Verschiebung der Mutter 21, längs einer der Grundlinie 33 entsprechenden Bezugslinie 33_a aufgezeichnet, und zwar so, daß von den zwischen den Berührungspunkten der senkrechten Tangente 31,, (Abb. 2) liegenden beiden Kurvenhälften eine als Spiegelbild 29 und eine in wirklicher Form 2g„ erscheint. Die Kurven 29 und 29,, entsprechen also dem Schnitt 3i_fl nach der Linie 31. Die Kurve 29,,, welche genau so aufgezeichnet wird, entspricht der Abwicklung 32,, nach der Schnittlinie 32 usw. Der Abstand zwischen Ende der einen und Anfang der nächsten Kurve kann etwa doppelt so groß sein wie der Durchmesser des Umlaufkreises der Zelle 22. Für die Aufzeichnung der geraden Linien 28, 2S₀ usw. bestimmt man jeweils zwei Punkte, welche die Richtung derselben festlegen. In der Längsrichtung des Papierbandes entsprechen sie den Mittelpunkten der umlaufenden Zellen 22,, und 22,, am Anfang und am Ende einer Abwicklung, in der Querrichtung dem Winkel, in welchem die Fräserachse in diesem Anfangspunkt zum Flügel steht, z. B. von einer gedachten Mittellinie des Flügels gemessen. i°=imm. Man erhält durch Verbindung dieser Punkte gerade j Linien, welche denselben Winkel zur Papierquerrichtung haben, solange auf demselben Zylinderschnitt gearbeitet wird, deren Winkel ! sich aber mit dem Durchmesser des Schnittzylinders vergrößert.

Um zu verhindern, daß die Photozelle 22 am Anfang und Ende der Kurve 29 nach links steuert, sind die Fanglinien 2Q₁. und 2q_d eingezeichnet.

Beim Übergang von der Kurve 2Q auf die Kurve 29,, muß die Wirkungsweise der Zelle 22 umgekehrt werden, d. h. sie muß auf dieser unteren Hälfte im Hellen nach rechts, bei Verdunkelung nach links steuern. Dies wird dadurch erreicht, daß die Zelle 20 an diesen Stellen von den Marken 30 Impulse erhält, durch welche ein Relais die Zuleitungen des Verstärkers der Zelle 22 zu der elektromagnetischen Wendekupplung 15 umschaltet. Am besten wird man die Funktion der Zelle 22 auf kurze Zeit ganz unterbrechen, um einen sicheren Übergang von der Fanglinie 29^ zur Fanglinie 29,. zu erreichen.

Jede zweite Marke, in der Zeichnung 30 S5 und 3o_b, hat den weiteren Z\veck. durch eine nicht dargestellte Schalteinrichtung die Spindel der Fräsmaschine auf den nächsten Zylinderschnitt umzuschalten, also um ein vorher genau festgelegtes Maß zurückzuziehen oder vorzusteuern, z. B. von Schnitt 31 auf Schnitt 32. Auch diese Wirkung kann mit bekannten Mitteln leicht erreicht werden. Die Einrichtungen dazu sind also nicht dargestellt.

Erteilt man dem Papierband in der Pfeilrichtung eine gleichbleibende Geschwindigkeit, so steuert die Zickzacklinie 28 usw. den Drehtisch 1 und den Flügel so hin und her. daß die Bahngeschwindigkeit unabhängig vom Radius des Schnittzylinders stets gleich bleibt. die Winkelgeschwindigkeit sich aber entsprechend ändert. Man würde also bei horizontalem Flügelschnitt gleichbleibenden Fräsvorschub haben. Da die Flügelschnitte wechselnde Neigung haben, muß die Papierbandgeschwindigkeit, also die Drehzahl des Papiertransportmotors 27, abhängig gemacht werden von der Leistungsabgabe des Hauptmotors für den Spindelantrieb. Die Anordnung, den Vorschub einer Fräsmaschine von der Belastung des Hauptantriebes regeln zu lassen, ist gleichfalls bei direktem Vorschubantrieb · bekannt und deshalb nicht dargestellt. Xatürlich kann man auch durch Regelung des Motors 27 von Hand die Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers beliebig beeinflussen.

Würde man, was auch denkbar ist, dieDrehjewegung des Flügels anstatt mit der Zelle 11 mechanisch steuern, so müßte man den Papiervorschub von dieser Bewegung abhängig machen und hätte den großen Xachteil, daß man für jeden Zylinderschnitt eine

besondere Übersetzung zwischen Papierbewegung, und Drehbewegung einschalten müßte. Die Korrektur des Fräserdurchmessers durch die umlaufende Zelle 22 hat den Vorteil, daß , 5 die Schnitte 3I₀, Z²a ·» ihrer wirklichen Form aufgezeichnet werden können. Will man mit der Vorrichtung Werkstücke bearbeiten, welche keine Drehteile sind, also durch parallele ebene Schnitte dargestellt werden ίο können, Gesenke usw., so wird die Welle 6 auf die Horizontalverschiebung der Fräsmaschine 2 geleitet, und man erhält für die Linien 28, 2S₀ usw. gleiche Neigung zur Querrichtung des Papiers.

:s Ferner ist es auch möglich, die Vorrichtung zum Arbeiten mit sog. Fingerfräsern zu verwenden, bei welchen die Schneide halbkugelförmige Gestalt hat. Hier muß der Umlaufradius der Zelle 22 im Verhältnis der Verkleinerung auf den Kugelradius eingestellt werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum selbsttätigen Steuern der Vorschübe eines Werkzeuges oder Werkstückes in mehreren aufeinander senkrechten Richtungen bei Kopierarbeiten, insbesondere beim Fräsen von Gesenken oder Flügeln von Schiffsschrauben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegungen in den drei Raumkoordinatenrichtungen durch ebensoviel Photozellen gesteuert werden, die durch je eine Kurve oder gerade Linie (28, 29, 30) beeinflußt werden, welche auf einem beliebig langen, durch einen besonderen Motor angetriebenen Band (24) aufgezeichnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bearbeiten nach Zylinderschnitten von sich vor- und zurückdrehenden Werkstücken (3) die Linien (28, 2S₀, 2S₆) zum Steuern der Drehbewegung des Werkstückes mit der Querrichtung des Bandes (24) Winkel von solcher Größe einschließen, daß sich beim Fräsen auf verschiedenen Abständen von der Drehachse bei gleichbleibender Bandgeschwindigkeit gleiche Fräsgeschwindigkeiten ergeben.
3. 3. Vorrichtung'zum selbsttätigen Steuern der Vorschübe eines Werkzeuges oder Werkstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bearbeiten von Werkstücken nach ebenen und unter sich parallelen Schnitten, also bei geradlinig hin und her gehendem Werkstück und feststehender Werkzeugmaschine oder feststehendem Werkstück und geradlinig hin und her gehender Werkzeugmaschine, die Linie zum Steuern der Hinundherbewe- 6h gung (28) zu der Querrichtung des Bandes (24) stets gleiche Neigung erhält.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Bandvorschubes (27) von der Leistungsabgabe des Fräsmotors derart beeinflußt wird, daß der Bandvorschub bei höherer Fräserleistung verlangsamt, beim Nachlassen der Leistung beschleunigt

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen