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Belastungskontroll- und -regelvorrichtung an Werkzeugmaschinen Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Regelung der Belastung von Werkzeugmaschinen
mit dem Ziele, die höchstmögliche Arbeitsbelastung für jeden an einem Werkstück
zu bearbeitenden Durchmesser zu erzielen.
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Weder große noch kleine Werkzeugmaschinen weisen bisher Vorrichtungen
auf, von denen man ablesen oder auf andere Weise ersehen kann, ob sie mit ihrem
höchsten Wirkungsgrad, d. h. mit voller Belastung betrieben werden. Eine Drehbank
wird üblicherweise so eingestellt, daß sie ein Werkstück mit einer bestimmten Geschwindigkeit
bearbeitet, das mit wesentlich höherer Geschwindigkeit bearbeitet werden könnte,
wodurch die Bearbeitungszeit entsprechend herabgesetzt werden würde. Selbst der
erfahrenste Benutzer belastet eine Werkzeugmaschine nicht bis zur obersten Belastungsgrenze,
aus Furcht, daß die Oberfläche des Werkstückes beschädigt oder das Werkzeug übermäßig
abgenutzt werden oder brechen könnte.
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Die Schnittbelastung hängt bei vorgegebener Drehzahl hauptsächlich
vom Durchmesser oder von der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes und auch von
der Beschaffenheit des Werkstückmetalls ab, die in zweiter Linie bestimmend für
den Arbeitswiderstand ist. Man kann in einem einzigen Schnitt ohne Beschädigung
des Werkstückes eine bestimmte Menge herunterarbeiten und wird hierbei im allgemeinen
die Maschine wesentlich unter ihrer zulässigen Belastung arbeiten lassen. Die Belastung
kann dann vergrößert werden durch Vergrößerung der Schnittiefe oder der Schnittgeschwindigkeit.
Die Beschaffenheit des Metalls begrenzt in bestimmter Weise die Schnittiefe und
diese
kann auch noch veränderlich sein mit der Schnittgeschwindigkeit. Es ist der Zweck
dieser Erfindung, den Benutzer der Maschine jederzeit mit Hilfe von Instrumenten
über die jeweilige Belastung der Maschine in 'Prozenten der Vollbelastung und auch
über die jeweilige Arbeitsgeschwindigkeit in Durchmesserwerten des Werkstückes unterrichtet
zu halten. Der Durchmesser des Werkstückes ist gleichzeitig ein Maßstab für die
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes. Diese Kontrolle gibt dem Maschinenbenutzer
die Möglichkeit, den Bearbeitungsvorgang genau zu messen und die Werkzeugmaschine
auf voller Leistung und auf ihrer wirksamsten Schnittgeschwindigkeit zu halten,
ohne die Oberfläche des Werkstückes zu verletzen. Der wichtigste Faktor ist eine
ständige Kontrolle der tatsächlichen Maschinenbelastung in Prozenten der Höchstbelastung,
wobei die Maschinenbelastung durch Vergrößerung der Spanstärke oder der Werkstückgeschwindigkeit
oder . beider nahe an der vollen Belastung gehalten werden kann. jedoch hilft die
Anzeige des Durchmessers des Werkstückes, das höchst wirksam bei einer augenblicklichen
Spindelgeschwindigkeit bearbeitet wird, dem Benutzer der Maschine bei der Wahl der
richtigen Maschineneinstellung durch Einstellen der richtigen Spanstärke und der
für diese Spanstärke geeigneten Geschwindigkeit, um eine größte und wirksame Maschinenbelastung
während des ganzen Bearbeitungsvorganges aufrechtzuerhalten.
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Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung. Die Zeichnung veranschaulicht zur Erläuterung, ein Ausführungsbeispiel
ohne Beschränkung auf dieses. Gewisse Verkörperungen veranschaulichen das Grundsätzliche
der Erfindung. Die Zeichnung zeigt schematisch die Anttiebsvorrichtung der Werkzeugmaschine
unter .Beschränkung auf die Spindel, das Spannfutter, das Werkstück und das Schneidwerkzeug.
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In der Zeichnung bedeutet i das Werkstück, das auf der einen Seite
vom Spannfutter 2, auf der anderen Seite von der Reitstockspitze 3 getragen wird.
Die angedeutete Maschine ist also als Drehbank gedacht, und das Werkzeug 4 nimmt
bei seiner Längsbewegung einen Span von der Umfangsfläche des Werkstückes ab. Das
Spannfutter 2 sitzt auf dem Ende der Drehbankspindel 5, deren Lager nicht dargestellt
sind. Das andere Ende 6 der Spindel 5 ist genutet und trägt ein zwecks Geschwindigkeitswechsels
längs verschiebbares Zahnräderpaar 8, 9. Von diesen fest miteinander verbundenen
Zahnrädern besitzt 8 einen größeren Durchmesser ' als 9. Nach der Zeichnung befindet
sich das Zahnrad 8 im Eingriff mit einem Zahnrad io auf einer Vorgelegewelle i i:
Man kann jedoch das Zahnräderpaar 8, 9 auf der genuteten Welle 6 ver-' schieben,
bis das Zahnrad 9 mit dem größeren Zahnrad 12 auf der Vorgelegewelle i i in Eingriff
kommt, wodurch die Geschwindigkeit der Drehbankspindel 5 vergrößert wird. Das Zahnrad
12 ist ein Teil eines Zahnradpaares 12, 13, dessen anderer I Teil 13 mit dem Zahnrad
14 der Welle 15 des Antriebsmotors 16 kämmt. Der Motor kann mit veränderlicher Geschwindigkeit
betrieben werden. Er ist als Gleichstrommotor dargestellt, dessen eine Seite durch
die Leitung 17 mit dem einen Pol 18 der Gleichstrpmquelle verbunden ist, während
er anderseits über eine Leitung 2o, einen Regulierwiderstand 21, Leitung 22, Abzweigung
23 und Leitung 24 mit dem anderen Pol 25 der Gleichstromquelle in Verbindung steht.
Der Widerstand 21 dient zum Regeln der Geschwindigkeit des Motors 16, und die Drehzahl
der Spindel 5 kann somit auf zwei Arten, nämlich einerseits mittels des Zahnräderwechselgetriebes,
anderseits durch Regelung der Motorgeschwindigkeit, verändert werden.
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Die Stromabzweigung 23 liefert ein Potential an ein Milliamperemeter
26. Dieses Instrument ist so geeicht, daß man von seiner Skala die jeweilige Belastung
in Prozenten der vollen Belastung des Motors 16 ablesen kann. Wenn also die Werkzeugmaschine
arbeitet, erhält der Benutzer der Maschine jederzeit durch das Instrument 26 Kenntnis
von der augenblicklichen Belastung und davon, ob diese Belastung sich der vollen
für die Maschine vorgesehenen Belastung nähert, bei der sie mit bestem Wirkungsgrad
arbeitet. Durch Änderung der Geschwindigkeit der Drehbankspindel und Regelung der
Schnittiefe oder des Grades einer anderen Maschinenleistung kann der Benutzer die
jeweilige Belastung der Maschine ändern und sie so nahe wie möglich bei der Vollbelastung
halten, um dadurch aus der Maschine das Höchstmaß an Leistung mit dem höchsten Wirkungsgrad
herauszuholen. Dies ist ein wichtiger Zweck der Erfindung.
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Ein Generator 27 ist vorgesehen, der in Einklang mit der Spindel 5
angetrieben wird. Dieser Antrieb kann unmittelbar durch die Spindel, wie dargestellt,
oder durch Zahnrad- oder Riemenübertragung erfolgen. Dabei ist die vom Generator
gelieferte Spannung proportional der Umlaufdrehzahl der Spindel 5 und damit des
Werkstückes. Der Generator 27 ist durch Drähte 28 und 29 mit einem Milliamperemeter
30 verbunden, das auf Werkstückdurchmesser geeicht ist. Diese Eichung gibt
die Möglichkeit, eine bestimmte Umfangsgeschwindigkeit für ein Werkstück von entsprechendem
Durchmesser vorzusehen, um dieses bei der gegebenen Spindelgeschwindigkeit bearbeiten
zu können. In Wirklichkeit zeigt das Milliamperemeter 3o die durch den Generator
27 erzeugte Spannung an, die tatsächlich durch die Spindeldrehzahl bestimmt wird.
Die Umfangsgeschwindigkeit eines Werkstückes ist direkt proportional seinem Durchmesser.
je kleiner der Durchmesser ist, desto kleiner ist die Umfangsgeschwindigkeit bei
einer gegebenen Spindeldrehzahl. Bei geeigneter Eichung des Instrumentes 3o kann
man von ihm den Durchmesser des bearbeiteten Werkstückes ablesen. Zweckmäßig wird
die Teilung so ausgeführt, daß der kleinste Durchmesser in der Nähe des oberen Endes
und der größte Durchmesser in der Nähe des unteren Endes der Skala liegt. Der Benutzer
kann die Geschwindigkeit der Spindel
sowohl mittels des Zahnräderwechselgetriebes
als mittels des Widerstandes 21 einstellen, um die geeignete Umfangsgeschwindigkeit
für die Bearbeitung eines Werkstückes von ausgewähltem Durchmesser vorzusehen. Die
Skalen der Meßinstrumente können für verschiedene Arten von Metall oder Stahl ausgewählt
werden. Auf diese Weise kann der Benutzer der Maschine sich nicht nur nach dem Belastungsanzeiger
26 richten, sondern es steht ihm auch ein Anzeiger zur Verfügung, der ihm Aufschluß
darüber gibt, ob die gewählte Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes geeignet ist,
die Werkzeugmaschine voll zu belasten. Diese beiden Faktoren geben die Möglichkeit,
die Werkzeuginaschine stetig entsprechend ihrer vollen Belastungsfähigkeit auszunutzen
und dadurch die volle Nutzleistung der Maschine unter ihren günstigsten Arbeitsbedingungen
zu erzielen.
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Bei einer gegebenen Umfangsgeschwindigkeit verschiedener Werkstücke
sind ihre Durchmesser eine umgekehrte Funktion ihrer Drehzahlen. Die Arbeitsbelastung
gemäß Anzeige auf dem Instrument 26 ist eine Funktion der Umfangsgeschwindigkeit
des Werkstückes, der Schnittiefe und der Vorschubgeschwindigkeit. Von diesen drei
veränderlichen Größen ist die Umfangsgeschwindigkeit direkt proportional dem Durchmesser
der zu bearbeitenden Fläche, und sie kann demgemäß eingestellt werden, bevor die
Schnittiefe und der Vorschub für die gewünschte durch das Instrument 26 angezeigte
Arbeitsbelastung eingestellt werden.