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Fühlergesteuerte Nachformwerkzeugmaschine Die Aufgabe, auf einer fühlergesteuerten
Nachformwerkzeugmaschine, z. B. einer Gesenkfräsmaschine, ein Werkstück nach einem
identischen Musterstück herzustellen, kann grundsätzlich als gelöst gelten. Nicht
gelöst ist bisher jedoch die Aufgabe, nach einem Musterstück das negative Gegenstück
als Werkstück herzustellen, d. h. nach einer Patrize eine Matrize, und umgekehrt.
Zwar gibt es bereits eine Reihe von Veröffentlichungen, die diesen Aufgabenbereich
behandeln. Jedoch ist man bei allen bisherigen Überlegungen über einen wesentlichen
Punkt hinweggegangen, der die Herstellung des Gegenstücks bei erhöhten Anforderungen
an genaue Übereinstimmung mit dem Musterstück unmöglich macht, nämlich den EinfluB
der endlichen Fräser- und Fühlerdicke. Die Verhältnisse seien an Hand der Fig. i
erläutert. Es soll ein Werkstück W als Matrize zu denn als Patrize hergestellten
Musterstück M gefräst werden: Der Fräser ist mit Fr, der Fühler oder Taster mit
T" bezeichnet. Es sei der Punkt A, des Bearbeitungsvorganges herausgegriffen und
angenommen, daB Fräser und Taster am Ende je eine Kugelkappe gleichen Durchmessers
besitzen. Dann liegt der Taster in einem Punkte A, unterhalb seiner Mittelachse
am Musterstück, der Fräser in einem Punkte A.' oberhalb seiner Mittelachse am Werkstück
an. Nachdem der Arbeitsvorgang um einen gewissen Betrag fortgeschritten ist, ist
der Punkt B, des Tasters bzw. Bö des Fräsers erreicht. B, liegt jetzt oberhalb der
Mittelachse des Tasters, Bo' unterhalb der Mittelachse des Fräsers. Beim Taster
hat also die Mittellinie den Weg b, beim Fräser nur den Weg a zurückgelegt.
Da jedoch infolge der starren Bindung zwischen Taster-und Fräserweg ein solcher
Differenzweg nicht möglich
ist, so ergibt sich daraus, daß das fertige
Werkstück W eine andere bearbeitete Linie aufweisen muß als die, die durch die abgetastete
Kurve des Musterstücks M dargestellt wird. In der Nichtberücksichtigung dieser Erkenntnis
ist in erster Linie der Grund zu sehen, warum es bei den bisherigen Steuerungen
nicht möglich ist, eine Patrize von einer :Matrize bzw. umgekehrt herzustellen.
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Ausgehend von der oben erläuterten Erkenntnis wird durch die Erfindung
ein Weg gezeigt, der diese Aufgabe löst, und zwar dadurch, daß der Fühler so ausgestaltet
ist, daß er bei der Herstellung einer Patrize (Matrize) nach einer Matrize (Patrize)
gewissermaßen eine fiktive Gegenform abtastet. Zur Abtastung dieser jeweiligen Gegenkurve
zur herzustellenden Kurve ist der mit dem Muster in Berührung kommende Teil des
Fühlers (Fühlerkopf) gegenüber der Fühlerachse außermittig dreh- und gleitbar angeordnet
in der Weise, daß er sich infolge der bei der Fühlerauslenkung entstehenden, auf
ihn wirkenden Kraft in dem Punkt der Normalen zum Musterkörper einstellt, an dem
er auf der Gegenkurve anliegt und erst bei Erreichen dieses Punktes eine die Fühlerauslenkung
bewirkende Kraft auf den Fühlhebel übertragen wird.
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Bei einer Steuerung für elektrisch betriebene Kopierfräsmaschinen
für das Umrißfräsen mit einem allseitig ausschwenkbaren Taster und einem Quadrantenwähler
ist zur selbsttätigen Einstellung des Quadrantenwählers ein zusätzlicher Hilfsfühler
vorgesehen der außermittig angeordnet ist und bei seiner Auslenkung den Quadrantenwähler
verstellt. Diese Anordnung ist jedoch vom Gegenstand der Erfindung sowohl hinsichtlich
des Aufbaues wie hinsichtlich der Wirkung grundsätzlich verschieden. Denn einmal
ist der eigentliche, die Steuerbefehle abgebende Fühlerkopf nach wie vor in der
Fühlerachse angeordnet, während er beim Gegenstand der Erfindung außermittig liegt,
und außerdem ist die erwähnte Anordnung nicht geeignet, bei der Herstellung der
Patrize nach einer Matrize die endliche Fühlerdicke zu berücksichtigen.
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Zum Verständnis der Erfindung sei zunächst auf Fig. 2 verwiesen. Es
sei angenommen, daß eine Kurvenscheibe hergestellt werden soll, und zwar eine Hohlkurve
durch einen Fräser F,., während der Fühler T" eine entsprechende Vollkurve an dessen
Außenumfang abtastet. Gemäß der Erfindung soll nun der Taster T" derart ausgeführt
werden, daß er nicht die Vollkurve, sondern die fiktive Hohlkurve abtastet, d. h.
der Berührungspunkt P zwischen Fühlerumfang und Fräserumfang soll immer auf der
Kurve K liegen. Das bedeutet, daß der Abstand Ma' - Mo an allen Steuerpunkten gleich
der Summe der Radien von Fräser und Fühler sein muß. Ein solcher Fühlerkopf ist
in der Fig. g dargestellt. Die Achse A des Fühlers fällt mit der Fräserachse zusammen.
Die eigentliche Fühlerachse A' ist jedoch um den Betrag 2 R außermittig. Drehbar
um die Achse A' ist eine Rolle Ro vom Radius R, die am Musterstück anliegt.
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Der Abtastvorgang sei an Hand der Fig. 4a und 4b erläutert. Es sei
angenommen, im Punkt Po sei ein Steuerkommando gegeben worden, weil der Fühler die
Kurve K berührt hat. Damit er entsprechend dem allgemein üblichen Arbeitsverfahren
vom Modell wieder freikommt, muß die im Punkt Po einsetzende Steuerbewegung von
der Kurve weg verlaufen. Die Steuerbewegungen sind durch die beiden seitlichen Pfeile
L (Leitvorschub) und F (Fühlvorschüb) angedeutet. Die einsetzende Steuerbewegung
muß also eine Bewegung in Richtung des Fühlvorschubes F sein, wodurch der Mittelpunkt
Mo des Fräsers und damit der Fühlerachse nach dem Punkt Ml gelangt. Es sei eine
waagerechte Lage der Fühlerachse A angenommen, so daß also auf die Rolle R, die
Schwerkraft wirkt. Durch die Bewegung von Mo nach Ml kommt R, frei und nimmt dadurch
die Lage Ri ein. Ihr Mittelpunkt wandert von Mö nach 1l1'. Im Punkt Ml ist der auf
den Fühlhebel wirkende Schub so weit abgeklungen, daß sich die Steuerkontakte wieder
geöffnet haben. Der in Richtung F verlaufende Fühlvorschub wird abgeschaltet und
dafür jetzt der in Richtung L verlaufende Leitvorschub eingeschaltet. Dabei bewegt
sich der Mittelpunkt Ml in die Lage M2. Die Rolle R, wird hierbei mitgezogen. Das
Kräfteparallelogramm ist links herausgezeichnet. Am Mittelpunkt Mi greift eine nach
rechts wirkende Kraft k an. Diese läßt sich zerlegen in eine in Richtung der Kurvennormale
wirkende Kraft r und eine tangential wirkende Kraft t. Unter der Wirkung dieser
tangential wirkenden Kraft t verschiebt sich die Rolle aus der Lage Ri' so lange,
bis die Kraft t verschwunden ist. Das ist aber in der Stellung R2' der Fall, wo
die Verbindungslinie von M2 und M2 die. Kurvennormale von K darstellt. Jetzt wird
wieder ein Steuerbefehl gegeben, und zwar im gleichen Sinne wie im Punkt Mo, d.
h. M2 wandert senkrecht nach oben, R2' wird frei. Es folgt dann wieder eine Bewegung
in Richtung L, ein Nachziehen der Rolle Ra und so fort. Man erkennt aus dieser Darstellung,
daß tatsächlich gar nicht die Patrize abgetastet wird, sondern eine fiktive Matrize.
Hierdurch wird entsprechend den gegebenen Erläuterungen der Einfluß der endlichen
Dicke von Fühler und Fräser ausgeschaltet.
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Es ist gar nicht erforderlich, daß sich Ra beim Freiwerden etwa an
die Kurve zurück anlegt, es ist auch durchaus möglich, daß bei der Aufwärtsbewegung
von Mo nach Ml sich auch Mo' nach Ml' bewegt, wie es in Fig. 4b dargestellt ist.
R,' ist dann so lange frei, bis die Rolle bei der Waagerechtbewegung von Ml nach
M2 an der Kurve K anliegt. Dann würde sie genau wie im Falle der Fig. 4a in die
Stellung R2 gezogen.
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Das oben beschriebene Arbeitsverfahren kommt zur Anwendung, wenn es
sich darum handelt, Körper in zwei Dimensionen (Kurvenscheiben) zu bearbeiten. Bei
der Herstellung von dreidimensionalen Körpern, etwa bei Gesenken, liegen die Verhältnisse
entsprechend. Eine hierfür brauchbare Fühlerausbildung ist in Fig. 5 dargestellt.
Die Tasterachse A' ist ebenfalls wieder gegenüber der Fühlerachse A versetzt. Der
Tasterkopf T" wird von einer Schiene Sch getragen, die in einer Führung F
gleiten kann. In der Verlängerung der Tasterachse liegt eine Spitze Sp, die durch
Zugfedern Fd gegen eine Kreisschale K,. ' gedrückt j wird. Zur Erläuterung der Wirkungsweise
dieser Einrichturig
sei auf Fig. 6 verwiesen. Es soll das als Patrize
ausgebildete Musterstück M in der Matrize W des Werkstückes nachgebildet werden.
Die genaue Übereinstimmung zwischen Werkstück und Modell läßt sich nur dann erreichen,
wenn der Tasterkopf T" nicht die tatsächliche Patrizenkurve von M, sondern mit einem
fiktiven Tasterkopf Tä die Kurve der Matrize umfühlt. Aus dem eingezeichneten mit
P bezeichneten Kraftpfeil sieht man, daß sich durch einen Druck auf den Taster T.
dieser zusammen mit seiner Schiene Sch so weit verschiebt, daß zwischen der
Spitze Sp und der Kurve K,. die gleiche Kraftrichtung herrscht wie an der Berührungsnormalen
zwischen T" und M. Der Fräser stellt sich also jeweils in die Achse mit einem fiktiven
Tasterkopf Tä, so daß auch hier wieder die endliche Dicke von Fräser und Fühler
ausgeschaltet ist.
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Der Aufbau der neuen Tasteinrichtung ist ganz schematisch in Fig.
7 dargestellt. Wesentlich ist die Versetzung der Achsen A und A' und die Ausbildung
des Fühlers selbst in der Weise, daß er wie im Falle des Ausführungsbeispiels (Fig.
6) nicht eine Patrize, sondern eine fiktive Matrize abtastet.
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Am Fühler selbst ändert sich grundsätzlich nichts, wie Fig. 8 zeigt.
Die Übertragung der Tastbewegung auf die Kontakte usw. kann. urigeändert bleiben,
lediglich bei der Bemessung der Rückzugsfeder R, wird darauf zu achten sein, daß
sie stark genug ist, um eine Kontaktgabe bzw. ein Kontaktöffnen nicht eher zuzulassen,
bis sich der Fühler unter der entstehenden Berührungskraft in der Kurvennormalen
richtig eingestellt hat.