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Vorrichtung zur Formgebung der Kurvenscheiben von sogenannten Koordinatenfräs-und
-schleifmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Formgebung
der Kurvenscheiben von sogenannten. Koordinätenfräs- und -schleifmaschinen, bei
denen die Bewegung zwisichen Werkstück und Werkzeug in zwei zueinander rechtwinkligen
Richtungen durch eine umlaufend@e Trommelkurve (Längsvorschub) und eine an dieser
gleichachsig angeordneten Kurvenscheihe (Querbewegung) erzeugt wird.
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Seit einiger Zeit hat unter der Beze::chnung Koo.rdinatenkurvenfräs-
und -schleifmas.chinen eine Maschinengattung zunehmende Bedeutung erlangt, die dazu
dient, b.elieMg geformte, in einer oder mehreren Ebenen liegende Umrißfiä.chen vom
Körpern Moder Nuten, Schlitzen,. Vertiefungen von mehr ,oder minder unregelmäßiger
Fo-rm in beliebmg gestalteten Körpern durch Fräsen o,d@b-r Schleifen zu bearbeiten,
ohne daß dabei ein Urstück oder eine ihm entsprechende Schablone im Nachform- (Kopier-)
Verfahren durch unmittelbares Abtasten nachgebildet wird. Bei .diesen Mas,chinen
wird vielmehr d,-,e zur Erzeugung der verlangten Werkstückform oder zur Bestreichung
der für die Bearbeitung vorgegebenen Flächen notwendigeR@elativbewegung zwischen
Werkstück und Werkzeug bei in einer Ebene liegenden Kurven durch zwei, bei beliebig
im Raum verlaufenden Kurven oder Flächen durch drei als Trommel-, Umfangs- .oder
Hutkurven ausgebildete Leitkurven erzeugt. Jede von ihnen bestimmt die Bew"e:-,urng
des Werkstückes oder Werkzeuges in einer unveränderlichen, mit der Wirkrichtung
(Koordvnate@nachs.e) der anderen Kurve nicht zusammenfallenden Richtung (Ko@ordinatenachse),
und nur durch das Zusammenwirken aller Steuerkurven ergibt sich die verlangte Werkstück-oder
Flächenform.
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Diese Einrichtung gestattet es, u. a. unabhängig von der Form der
zu bearbeitenden Werkstückflächen, in einfachster, Weise die
Geschwindigkeitsverhältnisse,
z. B. für den Werkzeug- oder Werkstückvorschub, in jeder in Betracht kommenden Achsrichtung
zu beherrschen und jede verlangte Kurven- oder Flächenform nachzubilden; die Maschinen
sind damit für jede Aufgabe verwendbar und lassen sich durch Auswechseln der Leitkurven
verhältnismäßig leicht den besonderen Verhältnissen anpassen, die bei dem jeweiligen
Werkstück vorliegen. Voraussetzung hierfür ist nur eine sorgfältige Herstellung
der Leitkurvenundinsbesondereihrepeinlichgenauie Abstimmung aufeinander, da hiervon
die Formentreue der Nachbildungen abhängt. Die bisher dabei eingeschlagenen Wege
haben sich mit der Zeit als verbesserungsbedürftig erwiesen, weil sie einerseits
mit einem großen Zeitaufwand verbunden sind, andererseits selbst bei linwendung
aller erdenklichen. Vorsichtsmaßnahmen in schwierigen Fällen rein fertigungstechnisch
kein genügend genaues Arbeiten gestatten.
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An einem Beispiel möge dies erläutert werden.
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Zu bearbeiten Seen die Flansch- und Stegflächen einer Motorpleuelstange
p mit 1-förmigetn Querschnitt (Abt). i). Unter der Annahme, daß das Werkzeug tv
(Fräser oder Schleifscheibe) ortsfest angeordnet ist, muß das Werkstück auf einem
Kreuzschlitten gelagert werden, dessen Längs- und Querschlitten je durch eine Leitkurve
l1 und l.. bewegt werden. Die Leitkurven werden zur möglichst vollkommenen Vermeidung
von Spiel zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen zweckmäßig auf einer gemeinsamenAchse
umlaufend auf dem Längsschlitten der Maschine gelagert. Daraus ergibt sich die in
Abb. 2 im Grundriß dargestellte Anordnung.
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Die Leitkurve 11 hat die Gestalt einer Trommelkurve; sie- steuert
die Bewegung des Werkstückes in der Richtung vorn dessen Längsachse A-A, indem sie,
sich gegen die ortsfeste Roller, abstützend, durch eine nicht dargestellte Einrichtung
in glefi,chmäßiige Drehung versetzt wird. Die Leitkurve 1, ist als umlaufende ebene
Kurvenscheibe ausgeführt und achsengleich mit der Kurve l1 gelagert, mit der sie
auch umläuft. Auf ihr liegt die mit dem Querschlitten der Maschine starr verbundene
Roller., auf; der Querschlitten erhält auf diese Weise die notwendige Bewegung in
Richtung B-B senkrecht zur Längsachse des Werkstückes. Beide Bewegungen zusammen
ergeben die Umrißform der äußeren oder inneren Flanschflächen der Pleuelstange.
Offensichtlich muß aber die Umrißform der Leitkurve l2 peinlich genau auf die Stirnflächenfo,rm
der Trommelkurve l1 abgestimmt sein, wenn die verlangte Werkstückform zustande kommen
soll. Dieses Abstimmen der beiden Kurven auf-,einander bereitete bisher in der Werkstatt
heträchtliche Schwierigkeiten. Während es verhältnismäßig leicht ist, die Erhöhungen
lt, der Trommelkurve nach bekannten Regeln und Verfahren dem für den Längsvorschub
des Werkstückes p zu beachtenden Geschwindigkeit.sgesetz entsprechend, festzulegen
und auf dem Trommelmantel unter den zugehörigen Drehwinkeln aufzutragen, gelingt
es nur sehr schwer, die zugehörigen Erhöhungen der ebenen Kurvenscheibe 12 genau
genug auszuführen, weil eese als Leitstrahlen m einem Polarkoordinatensystem - auftreten
und zunächst rechnerisch in Abhängigkeit von den Drehwinkeln der Kurve l, bestimmt
werden müssen. Die geringste Ungenauigkeit in der Übertragung des Rechnungsergebnisses
auf die zur Herstellung der Kurvenscheibe dienende Platte ruft nach deren Einsbau
in die Maschine Formverzerrungen an dem zu bearbeitenden Werkstück in einem Maß
hervor, daß kein brauchbares Ergebnis zustande kommt. Das Errechnen der Leitstrahlenlängen
ist zudem sehr zeitraubend, weil zur Sicherung genügender Genauigkeit beim A.nxeiißen
und Ausarbeiten der Kurve meist eine sehr große Anzahl von Kurvenpunkten bestimmt
werden muß.
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Diesen übelständen abzuhelfen, ist Aufgabe der Erfindung. Sie besteht
darin, daß der mit der Trommelkurve für den Längsvorschub synchron angetriebene
und gemäß der Tro-mmelkurvenform axial bewegte Kurvenscheibenrohling von einem Werkzeug
bearbeitet wird, das diese Axialbewegung mitmacht und in radialer Richtung von einer
ruhenden Schablone gesteuert wird, die dem Längenprofil des zu bearbeitenden Werkstückes
entspricht. Auf diese Weise wird die Leitkurvenscheibe l2 für die Querbewegung zwangsläufig
und rein mechanisch in Abhängigkeit von der Form der fertig bearbeiteten Trommelkurve
1, für die Längsbewegung im unmittelbaren Nachformverfahren erzeugt. Die
Form der Schablone, die das Längenprofil des zu bearbeitenden Werkstückes aufweist,
wird dabei selbsttätig aus einem Orthogonalkoordinatensystem in ein Polarkoordinatensystem
übertragen.
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Die Maßnahme, Schablonen für Formfräsmaschinen durch Rückkopieren
herzustellen, indem ein fertig bearbeitetes Werkstück durch einen Kopierstift abgetastet
wird, der einen das Fräswerkzeug tragenden Schlitten g0genüber dem Schablonenrohling
bewegt, ist an sich bekannt. Neu ist jedoch, das Rückkopieren zur Anfertigung einer
Polarkoordinatenkurvenscheibe zu benutzen, deren Leitstrahlenlängen auf die zugeordneten
Erhöhungen einer Trommelkurve abgestimmt sein müssen,
und diese
Kurvenscheibe aus einer .in Orthogonalkoordinaten gegebenen Urform abzuleiten und
zu diesem Zweck den Kurvenscheibenrohling und die fertig bearbeitete Trommelkurve
auf gemeinsamer umlaufender Welle auf beinern Unterschlitten anzuordnen, dessen
Längsbewegung durch Entlanggleiten der Tromm.elkurvenbahn an. einem feststehenden
Anschlag erzeugt wird, und der einen das Werkzeug enthaltenden Querschlitten trägt,
dessen Querbewegung durch ständige Anlage eines Anschlages an einer feststehenden,
dem Län,gsprofil der zu bearbeitenden Werkstückob.erfläche entsprechendenSchablone
bestimmt wird.
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Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Vorrichtung, bei der
der Krafts-chluß zwischen Querschlitten und Schablone durch ein Kolhengetriebe erzeugt
ward und die es ermöglicht, das Anstellen des für die Bearbeitung des Kurvenscheibenrohlings
dienenden Werkzeuges mit dem Schalten des Krafts.chlußkolbengetriebes zu kuppeln
und in zwei Schaltstufen so auszuführen, daß eine Sicherung gegen fehlerhaftes Auftreffen
des Werkzeuges y auf den Leitkurvenscheibenkörper geschaffen wird.
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Die erfindungsge -mäße Vorrichtung ist an einem Ausführungsbeispiel
in den Abb. 3 lind 4 im Aufriß und Grundriß skizzenmäßig dargestellt.
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Ein Sockel i trägt auf Gleitführungen 2, 3 einen Kreuzschlitten mit
.einem Uilters,chl:tten 4 und einem .senkrecht dazu auf Gleitführungen 5, 6 beweglichen
Querschlitten 7.
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Auf dem Unterschlitten 4. ist in einem Lagerbock 8 eine Welle 9, gegen
Längsverschiebung gesichert, gelagert. Auf ihr sitzt außerhalb des Bockes 8 die
Trommelkurve l,., die in der Fräs- oder Schleifmaschine die Längsbewegung des Werkstück-
oder Werkzeugschlittens zu, steuern hat. Sie ist ihrer späteren Bestimmung entsprechend
fertig bearbeitet und durch einen Keil oder in sonst geeigneter Weise starr mit
der Welle g verbunden. Am anderen Ende trägt die Welle in gleicher Weise die für
die Herstellung der Leitkurvenscheib;e l2 bestimmte un- oder vorbearbeitete Platte.
Durch ein nicht dargestelltes, im Back 8 untergebrachtes Getriebe wird die Welle
9 mit gleichförmiger Geschwindigkeit gedreht. Dabei rollt die Trommelkurvell auf
der am Sockel -ortsfest angeordneten Stützrolle r1 ab, gegen die sie dauernd etwa
Üurch ein am Schlitten 4 befestigtes, über eine Rolle am Sockel i laufendes, gewichtbielastetes
Seil (nicht dargestellt) gezogen wird. Die Drehbewegung der Trommel 11 wird auf
diese Weise in eine Längsbewegung des -: Kreuzschlittens 4, 7 auf den Gleitführungen
2, 3 umgesetzt. Der Quersichlittem 7 liegt nahe vor der Leitkurvenscheibenplattel2
auf dem Unterschlitten, mit .seiner Längsachse parallel zur Plattenebene ausgerichtet,
und trägt das für die Bearbeitung der Platte L2 erforderliche Werkzeug io mit dem
zugehörigen Antriebsmotor i i. Die Werkzeugachse ist rechtwinklig zur Ebene der
Platte d2 gerichtet und .damit parallel zur Gleitrichtung des Unterschlittens 4.
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Auf der dem Werkzeug io benachbarten S.chmals,eite des Querschlittens
7 ist eine Stützrolle 12 angeordnet, die während der Bearbeitung der Platte 12 durch
das Werkzeug i o kraftschlüssig auf einer am Sockel i ortsfest angebrachten Schablone
13 aufliegt. Die Schablone weist in maßgetreuer Nachbildung das Längenprofil des
für die Bearbeitung auf der Fräs- oder Schleifmaschine vorgesehenen Werkstückes
auf, für das die anzufertigende Kurvenscheibe bestimmt ist, und ist mit ihrer Längsachse
gegenüber der Gleitbahn des Unterschlittens genau in der Lage ausgerichtet, die
das Werkstück später gegenüber dem Unterschlitten der Fräs- oder Schleifmaschine
einnehmen soll. Der Kraftschluß zwischen der Schablone 13 und der Stützrolle 12
am Querschlitten 7 während der Bearbeitun2g der Platte l2 wird zweckmäßig hydraulisch
hergestellt; ein Ausführungsbeispiel hierfür wird weiter unten behandelt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist ohne weiteres zu übersehen.
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Durch die Drehbewegung .der Trommelkurve l, wird der Kreuzschlitten
mit der zu bearbeitenden Leitkurvenscheibenplatte l2 und dem sie bearbeitenden Werkzeug
io unter Einhaltung des in der Trommelkurvenform festgelegten Geschwindigkeitsgesetzes
in Richtung der Längsachse des Unterschlittens. 4 verschoben. Gleichzeitig bewegt
sich die Stützrolle 12 des Querschlittens 7 an der Schablone 13 entlang, die das
Längenprofil des später auf der Fräs- oder Schleifmaschine zu bearbeitenden Werkstückes
aufweist und infolgedessen in unmittelbarem innerem Zusammenhang mit der Trommelkurve
l, steht. Die Schablonenform wird über die Stützrolle 12 als Querbewegung auf den
Querschlitten 7 übertragen, und zwar völlig zwangsläufig in Abhängigkeit von
der Längsbewegung, so daß die Umrißform der I,eitkurvenscheibe l2 ebenfalls
zwangsläufig aufs genaueste mit der Form der Trommelkurve l1 in überein:stimmung
kommt. Ungenauigkeiten in der Herstellung der Trommelkurve führen auf keinen Fall
zu Formverzerrungen an den später zu bearbeitenden Werkstücken, sondern verursachen
höchstens geringe Änderungen oder Verlagerungen der .geforderten Vorschubgeschwindigkeit
in einzelnen :eng benachbarten Flächenteilen der Werkstücke, was für die
Arbeitsgenauigkeit
der Maschine durchaus bedeutungslos ist.
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Die fertig bearbeitete Kurvenscheibe l., muß beim Einbau in eine Fräs-
oder Schleifmaschine in der Anordnung nach Abb. 2, bei der das Werkstück >> hochkant
stehend auf dem Querschlitten aufgespannt ist, gegenüber der Trommelkurve ll um
go` gedreht auf der Welle g befestigt -werden.
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Bei einer besmiders zweckmäßigen Ausführungsform der Vörrichtung wird,
wie bereits oben erwähnt. der Kraftschluß zwischen der Stützrolle 12 des Querschlittens
; und der Schablone 13 hydraulisch hergestellt. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit,
das Anstellen des für die Bearbeitung der Leitkurvenscheibenplatte h bestimmten
Werkzeuges 1o mit dem Schalten des Kraftschlußgetriebes zu kuppeln und in zwei Schaltstufen
so auszu-,führeri, daß eine Sicherung gegen fehlerhaftes Auftreffen des Werkzeuges
auf den Leitkurvenscheibenkörper geschaffen wird. Eine geeignete Anordnung ist in
den Abb. 5 und 6 dargestellt.
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Ein Lagerbock 1:1 auf dem Unterschlitten .l trägt eine parallel zu
den Führungen des Querschlittens 7 ausgerichtete Stange 15 mit einem Kolben 16.
der von einem mit dem Querschlitte117 verbundenen Zylinder 17 umschlossen wird.
Der Druckmittelfluß zti und aus dem Zylinder 17 -wird durch einen Hahn 18 jgesteuert.
Je nach der Beaufschl.agung mit dem Druckmittel gleitet der Zylinder in der einen
oder anderen Richtung über den feststehenden Kolben und verschiebt dabei den Querschlitten.
Die Druckmittelleitungenselbst sowie der Anschluß des Hahnes 18 an eine Druekmittelquelle
sind nicht dargestellt, um die übersiclitlichkeit der Zeichnung nicht zu beeinträchtigen.
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Auf dem Hahnküken sitzt eine Gabel 1g, die zum Umschalten des Hahnes
durch einen bei 2o gelagerten doppelarmigen, von Hand zu bedienenden Hebel 21 gedreht
werden kann. Zu diesem Zweck tritt ein am unteren Hebelende angeordneter Bolzen
22 zeitweilig in. Eingriff mit der Gabel. Ein seitlich aus dem oberen Arm des Hebels
21 vorstehender Bolzen 23 greift dauernd in eine am Werk- l zeughalter 2.1 angeordnete
Führung 25 ein. Der Werkzeughalter ist in Richtung seiner Längsachse in einer Gleitführun-
26 gelagert 5 5 und wird beim Schwenken des Hebels 21 um 2o durch die beschriebene
Anordnung auf die Leitkurvenscheibenplatte l._ zu oder voll ihr weg bewegt.
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In der Ruhestellung der Vo.rrichtu.ng ist der Hebel 21 gemäß Abb.6
in seine Endstellung gegen das riemenscheibenseitige Ende des Werkzeughalters 24.
ausgelenkt. Der Bol zen 22 am unteren Hebelende -reift dabei in die Gabel i g auf
dem Kühen des Hahnes 18 i ein und hält den Hahn in der Stellung. in der er den Zutritt
des Druckmittels zum Zylinder 17 auf der Seite. der Kolbenstange 15 frei-,' gibt.
Der Zylinder und mit ihm der Querschlitten 7 sind in die in Abb.S gezeichnete Endstellung
ausgefahren. in der die Stützrolle 12 von der Schablone 13 getrennt ist. Gleichzeitig
ist der Werkzeughalter 2.1 so weit von der Platte/. -weggefahren. daß das
Werkzeug r o beim Ein- oder Ausspannen d.:r Platte T)lcht stört.
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Wird der Hebel 21 in die Mittelstellung I in Abb. 6) gebracht - diese
Stellung kann wie die beiden Endstellungen durch einen Schnappstift o. dgl. fühlbar
Beinacht oder gesichert werden -_, so schwenkt der Bolzen 22 die Gabel i c) und
damit das Küken des Hahnes 1 S in die in Abb. 6 strichpunktierte Stelhing. Die Bcaufschlagun.g
des Zylinders 17 mit dem Druckmittel wird dabei gewechselt; das Druckmittel tritt
vor die freie Stirnfläche des Kolbens 16 und schiebt den Zylinder mit dem Querschlitten
,^ gegen die Schablone 13. Diese Bewegung endet mit dein Auftreffen der Stützrolle
12 auf die Schablone 13. Der so lier-.;estellte hraftschluß zwischen Rolle und.
Schablone bleibt bis zur nächsten Umsclialtung des Hahnes 18 aufrechterhalten. Gleichzeitig
ist der W erkzeubhalter 2.4 der Leitkurvenscheibenplatte l.., genähert -worden,
steht aber noch vor deren ihm zugekehrten F] äch e.
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Beim W eiters-clialten des Hebels 21 in die Endstellung II, nach Abb.
6 tritt der Bolzen 22 am Hebel 21 aus der Gabel -g aus. Die Stellung des Hahnes
18 -wird nicht geän.:lert; dagege11 -wird der Werkzeughalter 2.1 durch den Bolzen
23 vollends so -weit gegen die Platte h
vorgeschoben, daß das Werkzeug 1o
in seine Arbeitsstellung kommt.
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Umgekehrt ---ird beim Ausfahren des Querschlittens 7 in seine Ruhestellung
zunächst das Werkzeug genügend -weit von der Platte l; zurückgezogen, bevor der
Schlitten sich in Bewegung setzt, so daß eine hinreichende Sicherheit gegen falsche
Bedienung der Vorrichtung besteht.
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Für die Feineinstellung des Werkzeuges 1o gegenüber der zu bearbeitenden
Umrißfläche der Plattei" und für die Spaivustellung während der Bearbeitung ist
ein Schraubentrieb 27 vorgesehen, der den schieberartig ausgebildeten Oberteil des
Querschlittens 7 parallel zur Läri@,-sachse des Schlittens zu verstellen gestattet.
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Die Vorrichtung kann insoweit vereinfacht -werden, als auf die Anfertigung
eines besonderen Unterschlittens 4. verzichtet -wird. Als Unterschlitten kann der
entsprechend beweglicbe Schlitten einer Koord,iilntetifr@is- oder
-schleifmaschine
verwendet werden; auf ihn wird der Querschlitten 7 der Vorrichtung unmittelbar aufgesetzt.
Die Stützrolle r1 für die Trommelkurve h und die Schablone 13 sind in diesem Fall
am Maschinenbett anzubringen.
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An die Stelle der unmittelbaren Verschiebung des Querschlittens 7
durch .das Ablaufen der Rolle 12 auf der Schablone 13 kann auch eine mittelbare
Verschiebung treten, bei der die Querbewegung des Schlittens mit bekannten Mitteln
durch hydraulische, @eIektrische oder @elektrisch@optische Hilfssteuerungen herbeigeführt
-wird.