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Vorrichtung zum beliebigen Einstellen und Gleichhalten der Umfangsgeschwindigkeit
(Schnittgeschwindigkeit) bei Änderung des Arbeitsdurchmessers an Werkzeugmaschinen
mit drehender Arbeitsbewegung, z. B. Drehbänken und Abstechmaschinen Die bekannten
Vorrichtungen an Werkzeugmaschinen mit einem stufenlos regelbaren Antrieb zum Gleichhalten
der Umfangsgeschwindigkeit (Schnittgeschwindigkeit) bei Änderung des Arbeitsdurchmessers
arbeiten in der Weise, daß stets Wege summiert werden. Da diese verhältnismäßig
groß sind, genügen zu ihrer Summierung nicht einfache Hebelmechanismen, sondern
es müssen Differentialgetriebe verwendet werden, die auch bei allem Streben nach
Vereinfachung stets einen ziemlich verwickelten Aufbau aufweisen und daher verhältnismäßig
teuer sind. Durch die Erfindung soll ein Weg gewiesen werden, solche Getriebe zu
vermeiden, indem die Bewegungen in Kräfte umgesetzt werden, die leichter als jene
zu summieren sind. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch die Bewegungen
des Planschlittens, durch die Einstellbewegungen der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung
und durch die Einstellbewegungen der Drehzahlregeleinrichtung des stufenlos regelbaren
Antriebs mittels Übertragungseinrichtungen Kräfte erzeugt oder gesteuert werden,
die bzw. dem Logarithmus des Produktes aus dem Arbeitsdurchmesser und -r, aus der
Schnittgeschwindigkeit und aus der Drehzahl proportional sind, und daß diese Kräfte
zur Einstellung eines den Verstellmotor für die Drehzahlregeleinrichtung des Antriebs
steuernden Schaltgliedes benutzt werden, wobei .die aus den Bewegungen des Planschlittens
und der Drehzahlregeleinrichtung des
Antriebs. sich ergebenden,
Kräfte in gleichem Sinne gegen die im entgegengesetzten Sinne wirksame Kraft aus
den Bewegungen der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung wirken. Diese Umwandlung
der Bewegungen in Kräfte kann in verschiedener Weise durchgeführt werden. Es können
z. B. durch die Bewegungen mittels Kurvenscheiben Federn gespannt und diese Spannkräfte
auf das Schaltglied übeitragen werden. Dabei kann man wenigstens eine der erzeugten
Federkräfte hydraulisch übertragen. Im besonderen hat sich eine Ausführung als vorteilhaft
gezeigt, bei welcher die durch die Bewegungen des Planschlittens und der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung
erzeugten Federkräfte im entgegengesetzten Sinne auf den Ventilkörper eines,den
Druck in einer Flüssigkeitsleitung bestimmenden Überströmventils übertragen werden
und der sich ergebende Flüssigkeitsdruck auf einen Steuerkolben wirkt, an dein in
entgegengesetztem Sinne die durch die Bewegungen der Drehzahlregeleinrichtung des
Antriebs erzeugte Federkraft angreift. Eine rein mechanische Kräfteübertragung kann
vorteilhaft in der Weise ausgebildet werden, daß die Kräfte als Drehkräfte auf eine
reibungsfrei gelagerte Welle übertragen werden, die das Schaltglied steuert. Dabei
hat sich eine Ausführung bewährt, bei der die als eine am Maschinengestell unverschieblich
gelagerte Längswelle ausgebildete Welle, auf welche die von der feststehenden -Drehzahlregeleinrichtung
des Antriebs herrührende Kraft in üblicher Weise, z. B. mittels eines Hebels, als
Drehkraft übertragen wird, eine achsparallele Druckfläche aufweist, an die sich
ein von den Federkräften aus den Bewegungen des Planschlittens und der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung
beeinflußter und vorteilhaft mit einer Druckrolle versehener Hebel legt, der am
Längsschlitten gelagert ist und sich mit diesem längs der Druckfläche bewegt. Weiter
ist es auch möglich, das Schaltglied durch elektromagnetische Feldkräfte zu bewegen,
die durch elektrische Ströme erzeugt werden, deren Stärke durch die Bewegungen der
drei maßgebenden Glieder beeinflußt wird. Dabei kann das Schaltglied unter der Wirkung
dreier feststehender stromdurchflossener Spulen stehen, deren Anziehkräfte durch
Änderung der sie durchfließenden Ströme mittels der drei Bewegungen geändert werden.
Man kann aber auch am Schaltglied drei im Magnetfeld permanenter Magnete bewegbare
stromdurchflossene Spulen anbringen und die Stromstärken in ihnen wie angegeben
beeinflussen. Die Änderungen der Stromstärken können vorteilhaft in der Weise durchgeführt
werden, daß die Bewegungen auf die Verstellvorrichtungen von drei den stromdurchflossenen
Spulen vorgeschalteten Regelwiderständen übertragen werden. Dabei hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, die Spulen so auszubilden, daß die Anziehkräfte in den Mittelstellungen
ihre Höchstwerte haben.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i in schematischer Darstellung eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung mit einer'mechanischen Umwandlung der Bewegungen in Kräfte unter
Einschaltung einer hydraulischen Übertragungsvorrichtung, Fig.2 eine rein mechanische
Übertragungsvorrichtung und Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der die Kräfte elektromagnetisch
erzeugt werden.
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In Fig. i ist mit i der Planschlitten einer Drehbank bezeichnet, der
auf einer verschiebbaren Führung ioo ruht und durch eine Planspindel 2 bewegt wird.
Die Drehungen der Planspindel2 werden mittels eines schlupflosen Getriebes 3, z.
B. eines Kettentriebs, auf eine Kurvenscheibe q. übertragen, die auf eine ebenfalls
an der Führung ioo gelagerte Druckfeder 5 wirkt. Die Kurvenscheibe q. ist so ausgebildet,
daß sie einen Federdruck erzeugt, der dem Logarithmus des Produktes aus dem Arbeitsdurchmesser
und n proportional ist. Der von der Druckfeder 5 ausgeübte Druck wirkt auf einen
Hebel 6, der um eine an der Führung iöo befestigte Drehachse 7 schwenkbar gelagert
ist. Auf den Hebel 6 wirkt weiter in einem zur Wirkung der Druckkraft der Druckfeder
5 entgegengesetzten Sinne die Kraft einer Druckfeder 8, die durch eine von der an
der Führung ioo angeordneten Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung 9 schlupf
los durch ein Getriebe io angetriebene Kurvenscheibe i t zusammengedrückt wird.
Auch die Kurvenscheibe i i ist so geformt, daß der Druck der Druckfeder 8 dem Logarithmus
der Schnittgeschwindigkeit proportional ist. Der durch die Druckfedern 5 und 8 belastete
Hebel 61egt sich gegen den Ventilkörper 12 eines Überströmventils 13, das in eine
Druckleitung 14 eingeschaltet ist. Die in die Leitung 14 in Richtung des Pfeiles
15 unter Druck einströmende Flüssigkeit kann einerseits durch eine Leitung 17 unter
Durchströmen des Überströmventils 13 abströmen und andererseits vor dem überströrnventil
in eine abgezweigte Druckleitung 18 eintreten, die beweglich, z. B. als Schlauchleitung
ausgebildet ist und in einen ortsfesten Zylinder i9 mündet, in dem ein Steuerkolben
2o angeordnet ist. Je nach der Stellung, in die der Ventilkörper 12 des Überströmventils
13 durch den Hebel 6 unter der Einwirkung der Federn 5, und 8 gebracht wird, wird
das Überströmventil mehr oder weniger geöffnet- und dadurch der Druck in der Leitung
18 erniedrigt oder erhöht. Die Druckfedern 5 und 8 und die Kurvenscheiben q. und
i i sind so bemessen, daß die in dem Druck der Flüssigkeitsleitung 18 wirksam werdenden
Komponenten aus den"Federkräftender Druckfedern 5 und 8 unmittelbar den Logarithmen
einerseits des Produktes aus dem Arbeitsdurchmesser und @z und andererseits aus
der Schnittgeschwindigkeit entsprechen. Dadurch ergibt sich in der Leitung 18 ein
Druck, der der Differenz dieser beiden Werte gleich ist. Dieser Druck wirkt auf
den Steuerkolben 2o.
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Andererseits steht der Steuerkolben 2o unter der Wirkung einer Druckfeder
21, die von einer Kurvenscheibe
22 zusammengedrückt wird. Diese
wird von der Welle 23 der Drehzahlregeleinrichtung eines stufenlos regelbaren Getriebes
24 angetrieben, von dessen Abtriebswelle 25 aus die Arbeitswelle 26 der Drehbank
ihren Antrieb erhält. Die Kurvenscheibe 22 ist so gestaltet, daß die von der Druckfeder
21 auf den Steuerkolben2o ausgeübte Kraft demLogarithmus der Drehzahl der Arbeitsspindel
26 proportional ist.
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Zwischen dem Arbeitsdurchmesser d, der Schnittgeschwindigkeit
v und der Drehzahl zi besteht die Beziehung n - d - z-r
= v, woraus sich durch Logarithmieren die Gleichung log ia + log
(d - uc) = log v
ergibt. Demgemäß befindet sich bei der dargestellten
Vorrichtung der Steuerkolben in seiner Nullstellung und Gleichgewichtslage, wenn
der Druck in der Leitung 18, der proportional log v - log (d # .-z) ist, mit dem
von der Druckfeder 21 ausgeübten Druck gleichwertig ist.
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Mit dem Steuerkolben 2o ist ein um eine ortsfeste Drehachse z7 schwenkbar
gelagerter Schalthebe1 z8 verbunden, durch den der nicht gezeichnete Verstellmotor
für die Drehzahlregeleinrichtung des Getriebes 24 auf langsamer oder schneller geschaltet
werden kann. Steht der Steuerkolben 20 und damit der Hebel 28 in seiner Mittelstellung,
weil zwischen den auf den Steuerkolben 2o wirkenden Kräften Gleichgewicht vorhanden
ist, dann entsprechen die Werte des Arbeitsdurchmessers, der Schnittgeschwindigkeit
und der Drehzahl der oben angegebenen Gleichung. Der Verstellmotor der Drehzahlregeleinrichtung
ist ausgeschaltet. ändert sich das Gleichgewicht der Kräfte dadurch, daß entweder
durch den Arbeitsvorgang der Arbeitsdurchmesser sich ändert, oder daß mit der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung
9 eine andere Schnittgeschwindigkeit eingestellt wird, dann wird dadurch auch das
Überströmventil 12 in eine andere Stellung gebracht und damit der Flüssigkeitsdruck
in der Leitung i8 und im Zylinder ig geändert. Infolgedessen bewegt sich der Steuerkolben
2o und bringt den Hebel 28 zum Ausschlag. Es wird dadurch einer der Kontakte 29
und 3o des Verstellmotors geschlossen und damit dieser Motor im Sinne einer Verkleinerung
oder Vergrößerung der Drehzahl in Tätigkeit gesetzt. Durch den Verstellmotor wird
gleichzeitig die Regelwelle 23 und die auf ihr befestigte Kurvenscheibe 22 bewegt
und damit der Druck der Druckfeder 21 im Sinne des Gleichgewichts mit dem Flüssigkeitsdruck
in der Leitung 1'8 geändert. Durch diese Änderung kehrt der Druckkolben 2.o in seine
Mittellage zurück, wodurch auch der Schalthebel 28 bewegt und der Kontakt 29 oder
30 wieder unterbrochen und damit der Verstellmotor stillgesetzt wird. Damit
sindwieder die einander zugehörigen Werte von d, v und n erreicht.
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Fig.2 zeigt eine abgeänderte Ausführung, bei der die von den Federn
5, 8 und 21 nach Fig. i ausgeübten Kräfte wie bei einer Waage als Drehkräfte auf
eine reibungsfrei gelagerte Welle übertragen «-erden. Diese Welle 5o ist als Längswelle
an dem Bett 5.1 der Werkzeugmaschine an ihren beiden Enden reibungsfrei, z. B. wie
gezeichnet, in Schneidenlagern 52 gelagert. Sie trägt ein eine achsparallele Druckfläche
bildendes Lineal 53. An dieses Lineal legt sich mittels einer Druckrolle 54 ein
Hebel 55, der unter der Wirkung der von den Federn 5 und 8 nach Fig. i ausgeübten
Kräfte steht und an dem Längsschlitten 56 gelagert ist. An einem Ende in der Nähe
des nicht gezeichneten Spindelstocks ist an der Längswelle 5o ein Hebel 57 angebracht,
auf den mittels eines Lenkers 58 die von der Feder 2i nach Fig. i ausgeübte Kraft
in entgegengesetztem Sinne zum Druck des Hebels 5,5 wirkt. Die Längswelle 5o dreht
sich bei Änderungen des Gleichgewichts der auf sie ausgeübten Drehkräfte und betätigt
dabei den Hebel 57, der hier gleichzeitig als Schaltglied für die Kontakte 2g und
3o der nicht gezeichneten Verstellvorrichtung der .Getrieberegeleinrichtung ausgebildet
ist. Dabei wird der Kraftschluß zwischen den Federn 5, 6 über den Hebel 55 und die
Druckrolle 5¢ einerseits und dem Lineal 53 an der Längswelle 5o. andererseits auch
bei den Längsbewegungen des Längsschlittens 56 erhalten, indem die Druckrolle 54
an der Druckfläche des Lineals 5.3 entlang rollt.
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Die Ausführung nach Fig. 3 zeigt eine mechanisch-elektrische Lösung,
bei der durch die Bewegungen des Planschlittens i, der Schnittgeschwindigkeitseinstellv
orrichtung 9 und der Drehzahlregeleinrichtung 23 des Getriebes elektromagnetische
Kräfte so gesteuert werden, daß sie ständig bzw. log d,-r, log v und log
ia proportional sind und in dem durch die Gleichung log ia -;- log (d - z) - log
v = o bestimmten Sinne auf das Schaltglied 28 für den Verstellmotor des stufenlos
regelbaren Getriebes wirken.
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Zum Einschalten des nicht gezeichneten Verstellmotors für die Drehzahlregeleinrichtung
des nicht dargestellten Getriebes dient auch hier der Schalthebel a8, der um die
ortsfeste Drehachse 27 schwenkbar gelagert isst. Er wirkt mit den beiden Kontakten
29 und 30 zusammen, durch deren Einschalten der Verstellmotor im Sinne der
Verkleinerung oder Vergrößerung der Drehzahl des Getriebes in Bewegung gesetzt wird,
während er bei der Mittelstellung des Schalthebels 28 ausgeschaltet ist. Der Schalthebel
28 wird durch eine reibungsfrei gelagerte, z. B. mittels einer Schwinge 31 aufgehängte
Schaltstange 32 verstellt, auf der die Kerne 33" 3(q. und 35 dreier gleicher Spulen
36, 37 und 38 befestigt sind. Sie erhalten ihren Strom von einem Stromnetz 39. In
den Stromkreis der Spule 36 ist ein Regelwiderstand qo eingeschaltet, der von der
Planspindel2 des Quersupports i über das Getriebe 3 eingestellt wird. Der Regelwiderstand
4o ist so bemessen und wird so eingestellt, daß er zusammen mit dem Eigenwiderstand
der Spule 36 ständig dem Wert
proportional ist, wodurch der Betriebsstrom der Spule 36 und damit ihre Anziehkraft
auf den Kern 33 proportional log (d - z) wird.
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In entsprechender Weise ist in den Stromkreis der Spule 37 ein Regelwiderstand
41 eingeschaltet,
der so bemessen ist und von der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorri.chtung
9 so gesteuert wird, daß der Betriebsstrom der Spule 3,7 und damit ihre Anziehungkraft
auf den Kern 34, proportional log v ist.
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Schließlich ist in den Stromkreis der Spule 38
ein Regelwiderstand
42 eingeschaltet, der so bemessen ist und von der Regelwelle 2g des Getriebes so
eingestellt wird, daß der Betriebsstrom' der Spule 3$ und damit ihre Anziehungskraft
auf den Kern 35 proportional log n ist.
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Die drei Spulen und ihre Kerne sind so angeordnet, daß die Kerne 33.
und 35 der Spulen 36 und 3;8 nach links in die Spulen hineingezogen werden, während
der Kern 3d. nach rechts in die Spule 3.7 hineingezogen wird. Demgemäß wirken die
elektromagnetischen Kräfte der Spulen 36 und 3,8 im gleichen Sinne gegen die. entgegengesetzt
dazu wirkende Kraft der Spule 37 und damit im Sinne der oben angegebenen Gleichung
auf die Schaltstange 32.
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Sind diese Kräfte gemäß der Gleichung- im Gleichgewicht, dann entsprechen
die Werte des Arbeitsdurchmessers d, der Schnittgeschwindigkeit v und der Drehzahl
n einander. Die Schaltstange 32 und der Schalthebel 28 stehen dann in ihrer Mittelstellung,
und der Verstellmotor der Getrieberegeleinrichtung ist ausgeschaltet.
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Wird durch den Arbeitsvorgang oder willkürlich der Arbeitsdurchmesser
d geändert oder mit der Schnittgeschwindigkeitseinstellvorrichtung 9 eine andere
Schnittgeschwindigkeit v eingestellt, dann ändern sich durch Änderung der Widerstände
4o bzw. 41 die Anziehkräfte der Spulen 36 bzw. 37. Infolgedessen ist das Gleichgewicht
der Kräfte an der Schaltstange 3,z gestört, sie bewegt sich und schaltet mittels
des Schalthebels 28 einen der Kontakte 29 oder 30 zin. Dadurch beginnt der Verstellmotor
zu laufen, durch den die Drehzahl n des Getriebes im erforderlichen Sinne geändert
wird; um sie den neuen Werten des Arbeitsdurchmessers bzw. der Schnittgeschwindigkeit
anzupassen. Dabei wird über die. Regelwelle 2,3 auch der Regelwiderstand
42 so geändert, daß wieder Gleichgewicht an der Schaltstange 32 entsteht. Sind die
zueinandergehärigen Werte von d, v und n erreicht, dann geht die Schaltstange
3,2. mit dem Schalthebel 28 in die Mittelstellung zurück, wodurch der Verstellmoto-r
ausgeschaltet wird. Der Regelvorgang ist beendet.
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Die dargestellte Ausführung kann in der Weise abgeändert werden, daß
die stromdurchflossenen Spulen 36, 37 und 38' an Stelle der Kerne 33., 34
und 3.5 auf der Schaltstange 3,2 befestigt und sie beeinflussende Dauermagnete angeordnet
werden, in deren Magnetfeldern sie sich bei Stromänderungen bewegen.