DE921241C - Hydraulischer Vorschubantrieb fuer Schlitten von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 17. JANUAR 1955

C 3969 Ib/4pa

Es ist bekannt, den Schlittenvorschub bei Werkzeugmaschinen mittels eines Druckölmechanismus zu steuern, der ein Ventil besitzt, dessen die Vorschubgeschwindigkeit bestimmender Öffnungsgrad entweder mit der Hand oder durch auf der Maschine vorgesehene feste Anschläge gesteuert wird.

Bei diesen bekannten Einrichtungen wurde die einerseits durch Veränderungen der Verschiebekraft der Schlitten und andererseits durch von der Temperatur abhängige Zähigkeitsunterschiede des Öls erforderliche Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit nur durch mit konstantem Druck oder konstanter Flüssigkeitsmenge arbeitende hydraulische Ventile bewirkt, die durch die Veränderungen des Druckes im ölumlauf gesteuert wurden, aber von der Vorschubbewegung der Schlitten unabhängig waren. Alle diese Regelungsverfahren weisen den Nachteil auf, erst nach einer bestimmten Verzögerung zur Wirkung zu kommen, was jede Genauig- so keit des Vorschubes aufhebt; ferner können sie bei sehr kleinen Geschwindigkeiten nicht einwandfrei arbeiten.

Es sind auch hydraulische Steuerungsvorrichtungen bekannt, bei denen am beweglichen Schlitten ein Nocken angeordnet und ein Übertragungsorgan vorhanden ist, das mit einer Schraubenspindel verbunden ist und sich zur Steuerung des hydraulischen Ventils auf dem Nocken abstützt, wobei zwischen dem Übertragungsorgan und dem hydraulischen Ventil ein Vermittlungsorgan angeordnet ist. Es ist offenbar, daß diese Häufung von Vermittlungsorganen zwischen dem beweglichen Schlitten, der Schraubenspindel und dem hydraulischen Ventil mit der gewünschten Präzision der Verschiebesteuerung nicht vereinbar ist.

Die Erfindung liefert eine Druckölsteuerungseinrichtung, die unter Beibehaltung der Arbeits-

weise und Nachgiebigkeit der Druckersteuerung den Vorschub mit der gleichen Genauigkeit und Regelmäßigkeit wie die mechanische Vorschubsteuerungseinrichtung ermöglicht. Die Erfindung wendet zur Steuerung des Vorschubes der Organe einer Werkzeugmaschine eine Drucköleinrichtung eines Typs an, bei dem das Drucköl in dauerndem Umlauf fließt, wobei die Verschiebungen des Schlittens durch das dauernde ίο Verstellen einer im Kreisumlauf vorgesehenen Öffnung gesteuert werden, und zwar indem dieses Verstellen die Öldrücke auf dem S teuer kolben des Schlittens ändert. Das hierzu dienende Steuerorgan besteht aus einem kolbenartigen Ventil, das in seiner Wirkung etwa einem an einer Kopierschablone anliegenden Taster entspricht.

Das Abtastventil wirkt mit einer zu den Verschiebungen des Schlittens parallelen Leitspindel zusammen, die mechanisch z. B. durch die Spindel einer Drehbank in Drehung versetzt wird. Daher hat jede durch Zunahme oder Abnahme des Vorschubwiderstandes verursachte Störung der Regelmäßigkeit der Schlittenvorschubbewegung momentan eine Änderung der Rückwirkungen der Leitspindel auf den Abtaster und infolgedessen eine leichte Verschiebung des Abtasters zur Folge, die die Steuerung des Drucköls und somit den hydrau-HschenDruck des Schlittenvorschubes entsprechend berichtigt.

Bei einem bekannten hydraulischen Vorschubantrieb für Schlitten von Werkzeugmaschinen, bei dem das Druckmittel für den Vorschubkölben durch ein gegen Federdruck in einem ortsfesten Gehäuse verschiebbares kolbenartiges Ventil regelbar ist, der bei Abweichung des Schlittenweges von dem durch ein Leitgewinde bestimmten Sollwert des Vorschubweges verschiebbar ist, dient eine auf einer festen Leitspindel auch von Hand angetriebene Mutter zur Steuerung des den Druckmittelzufluß zu dem Vorschubzylinder regelnden' kolbenartigen Ventils. Erfindungsgemäß soll aber die Steuerung des Ventils unmittelbar durch die Leitspindel selbst erfolgen, wozu die mit einem Zapfen oder Schneckenrad des Schlittens im Eingriff stehende Leitspindel axial verschiebbar ausgebildet ist und mit ihrem als Stößel ausgebildeten einen Ende entsprechend dem vom Schlitten auf die Leitspindel ausgeübten Flankendruck auf das kolbenartige Ventil einwirkt.

Die Spindel kann somit leichte Verschiebungen in Richtung ihrer Achse ausführen, und der Abtaster wirkt auf die Spindel selbst zurück, an deren Gewinde sich ein fester Punkt des Schlittens abstützt.

Durch die Heranziehung der Leitspindel als Steuerstößel wird der Steuermechanismus sehr vereinfacht. Im einfachsten Falle braucht am Schlitten lediglich eine in das Gewinde der Leitspindel eingreifende Nase vorhanden zu sein, deren auf die Flanken des Leitspindelgewindes ausgeübter Druck vermittels der axial beweglichen Leitspindel das in einem ortsfesten Gehäuse angeordnete kolbenartige Ventil steuert.

Durch eine solche Anordnung arbeitet die erfindungsgemäße Maschine sowohl bei niedrigen Geschwindigkeiten als auch bei sehr hohen Drehzahlen sehr genau.

Die automatische Steuerungsvorrichtung wird zweckmäßig mit ausrückbaren Vorrichtungen kombiniert, die eine Steuerung von Hand und beschleunigte Bewegungen, nämlich Schnellvorschub oder Schnellrücklauf, gestatten.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, dessen Arbeitsschema die Abb. 1 zeigt.

Die Abb. 2 bis 5 zeigen die dem Prinzipschaltbild der Abb. 1 entsprechende praktische Ausbildung, die einen mit dem Gestell fest verbundenen Abtaster besitzt, wobei die Abb. 3 bis 5 einzelne Schnitte gemäß VIII-VIII, IX-IX und X-X der Abb. 2 sind.

Die Abb. 1 zeigt das zum Vorschub eines Schlittens 1 angewandte Prinzip, bei dem parallel zur Hauptspindel eine Leitspindel 2 angeordnet ist, die mechanisch durch beispielsweise einen gesonderten Motor mit Getriebe 3 stetig angetrieben wird und in mit dem Maschinengestell 4 fest verbundenen Lagern axial verschiebbar gelagert ist. Der verschiebbare Schlitten 1 ist mit einem Block 5 fest verbunden.

Die Druckölsteuervorrichtung ist bekannter Art und weist einen Kolben 6 auf, der mit dem Schlitten 1 über den Block 5 fest verbunden ist. Der Kolben 6 gleitet in einem am Maschinengestell 4 befestigten Zylinder 9.

Eine Zahnradpumpe ro saugt aus dem Behälter 11 Öl an und ispeist damit über die Rohrleitung 13 stetig den Ringraum 12 des Zylinders 9, in dem der Druck durch das durch die Feder 15 belastete Zweiwegventil 14 konstant gehalten wird. Vom Ringraum 12 aus fließt das öl durch Kanäle 16 und 17 und durch das unter dem Druck der Feder 19 stehende Rückschlagventil 18 in den Raum 20, in dem der Druck durch die Steuerkante 21 des Ventils 7 kontrolliert wird, wobei das Ventil 7 unter der Wirkung der Feder 8 dauernd bestrebt ist, den öldurchfluß zu öffnen. Das öl fließt dann über die Rohrleitung 22 zum Behälter 11 zurück. Die hydraulische Einrichtung ist mit ihrem Ventil 7 und mit ihrer Steuerkante 21 mit dem Maschinengestell 4 fest verbunden. Auf das Ventil 7 wirkt unmittelbar die Spindel 2, deren Ende einen Stößel 23 bildet. Zu diesem Zweck ist die Spindel 2 axial verschiebbar, wie dies mit e schematisch angedeutet ist. Die Rückwirkung auf das Spindelgewinde wird unmittelbar ausgeübt, weil in die Gewindegänge ein fester Zapfen 28 des Schlittens 1 eingreift.

Die Arbeitsweise ist wie folgt: Bei Ingangsetzen der Pumpe 10 stellt sich das Gleichgewicht der Drücke für die Lage des Schlittens ein, in der der Bolzen 23 in Berührung mit dem Ventil 7 liegt. Wenn die Spindel 2 in Drehung versetzt wird, verschiebt die sich auf dem Zapfen 28 des Schlittens abstützende Spindel 2 das Ventil 7 nach der der Ver-Schiebung des Schlittens entsprechenden Richtung.

Im Falle eines Verschiebungswiderstandes nach rechts verschiebt der Zapfen 28 die Spindel 2 nach links, wodurch das Ventil 7 eingedrückt und im Raum 20 ein Überdruck hervorgerufen wird, so daß eine zusätzliche Kraft entsteht, die diesen Vorschubwiderstand überwindet; das Gleichgewicht stellt sich somit sofort wieder ein.

Eine Verminderung des Verschiebungswiderstandes bewirkt entgegengesetzte Vorgänge.

Somit bewirkt jede Störung in der Gleichmäßigkeit der Vorschubbewegung des Schlittens eine geringe Verschiebung des Ventils 7, die den Vorschub des Schlittens entsprechend berichtigt.

Das Stillsetzen der Spindel 2 bewirkt sofort den Rückgang der auf beiden Seiten des Kolbens herrschenden Drücke in die Gleichgewichtslage und das Anhalten des Schlittens 1.

Die Abb. 2 bis 5 veranschaulichen die praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Mechanismus

ao zur Steuerung der Längsverschiebung von Drehbankschlitten mit zusätzlichen Hilfsmitteln, die eine Steuerung von Hand und eine schnell arbeitende Steuerung ermöglichen.

Die Drehbank besitzt eine Antriebsriemenscheibe 29, die auf dem Ende der Spindel 30 des Spindelstocks 31 verkeilt ist, von dem aus das Vorschubgetriebe 32 mittels Riemen 33 und einer auf der Antriebswelle des Vorschubgetriebes verkeilten Riemenscheibe 34 angetrieben wird. Zwei außen auf dem Getriebegehäuse angeordnete Elektromagneten 35 und 36 dienen zum Antrieb eines Getriebes mit festen Übersetzungsverhältnis und zur momentanen Umkehrung der Drehrichtung der abtreibenden Welle 37. Im Übertragungsweg sind zwei auswechselbare Ritzel 38 und 39 eingeschaltet, mit denen der gewählte Vorschub eingestellt werden kann.

Die Welle 37 wird mit der Leitspindel 2 über eine elektrisch angetriebene, auch als Bremse dienende Kupplung und zwei Ritzel 40 und 41 gekuppelt.

Die Kupplung besteht aus einem Doppelkegel 42" und 42^δ, der mit einer Welle 43 fest verbunden ist. die in zwei Lagern 44 und 45 gleitet und entweder ihre Bewegung in der Lage »Gekuppelt« von dem mit der Welle 37 verbundenen Hohlkegel 46 erhält oder sich in ihrer Lage »Bremsung« auf dem mit Gestell 4 verbundenen festen Hohlkegel 47 festklemmt.

Eine auf der Welle 43 angebrachte und sich mit ihr drehende Feder 48 drückt auf ein gegen den festen Kegel 47 anliegendes Kugeldrucklager 49 und stützt sich hierzu an einem auf der Welle 43 angeordneten einstellbaren Ring 50 ab. Wenn keine andere Axialkraft auf die Welle 43 wirkt, hält die Feder 48 die beiden Kegel 42" und 46 in der Lage »Gekuppelt« im Eingriff.

Am Ende der Welle 43 und gleichachsig zu ihr ist das Gehäuse eines am Maschinengestell befestigten Elektromagneten 51 angeordnet, das eine Spule 52 enthält. Ein Anker 53 kann bei Nichterregung des Magneten durch eine Feder 54, die stärker als die Feder 48 ist, die Welle 43 in die Lage »Bremsung« verschieben, die durch die in den Ankerkern 53 eingeschraubte und durch die Mutter 56 gekonterte Einstellungsschraube 55 bestimmt ist.

Eine eine automatische und eine Steuerung von Hand ermöglichende Einrichtung ist unter dem Schlitten 1 befestigt. Sie enthält ein Schneckenrad 27, welches mit der Leitspindel 2 durch die mit dem Gehäuse 72 fest verbundenen Lager 70 und 71 dauernd im Eingriff gebalten wird (Abb. 5). Eine Schnecke 23" (Abb. 4), die durch das Handrad 73 angetrieben wird, greift in ein sich in dem Träger 72 drehendes Schneckenrad 25 ein.

In der Achse des Rades 25 ist eine Welle 76 axial verschiebbar; zur gemeinsamen Drehung sind sie durch einen Längskeil "J¹J verbunden.

Das untere Ende der Welle 76 trägt einen vollen Kegel 78, der sich unter der Wirkung der Feder 79 mit dem hohlen Kegel 80 zu verbinden sucht, auf dessen Achse 81 das Schneckenrad 27 aufgekeilt ist.

Das obere Ende der Welle 76 geht durch den Anker 82 des im Gehäuse 72 eingebauten Elektromagneten 83 hindurch. Bei Erregung der Spule 84 des Elektromagneten 83 wird der volle Kegel 78 über das Längsdrucklager 85 und den mit der Welle 76 verstifteten Ring 86 gegen den. Druck der Feder 79 aus dem hohlen Kegel 80 herausbewegt.

Das Ventil 7 wird zusätzlich durch einen am Ende der Leitspindel 2 angeordneten Elektromagneten 66 gesteuert. Eine Feder 87, die wesentlich stärker als die Feder 8 ist, stützt sich gegen das im Endlager 60 angeordnete Kugeldrucklager 88 ab und drückt gegen einen auf der Leitspindel 2 gs gelegten Ring 89 und damit die Leitspindel 2 gegen den Abtaster 7.

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist wie folgt: Wenn die Maschine mit geöffneten elektrischen Stromkreisen stillgesetzt ist, sind sämtliche Hilfeelektromagneten gelöst; infolgedessen hat der Anker 53 des Elektromagneten 51 durch den Druck der Feder 54 die Welle 43 abgedrückt und damit die beiden Kegel 42* und 47 miteinander gekuppelt, wodurch eine Drehung der Leitspindel 2 verhindert wird.

In der Schlittensteuerungsvorrichtung verhindern die durch die Feder 79 gegeneinandergedrückten Kegel 78 und 80 jede Drehung des Zahnrades 27, da die aus dem Rad 25 und der Schnecke 23" bestehende Vorrichtung unverrückbar ist. Das an einer Drehung gehinderte Rad 27 spielt dann die Rolle des Zapfens 28, der im Schaltbild der Abb. 1 mit dem Schlitten fest verbunden ist. Die Leitspindel 2 ist durch die an ihrem Ende angeordnete Feder 87 gegen das Ventil 7 gedruckt, das durch vollständige Abdeckung der Abflußrohrleitung 22 durch den Ventilrand 21 abgeschlossen wird.

Nach Ingangsetzen der Druckölvorrichtung stellt sich der Kreislauf für eine dem Gleichgewicht der Kräfte auf den beiden Seiten des Kolbens 6 entsprechende Lage ein, wie es an Hand des prinzipiellen Schaltbildes der Abb. 1 beschrieben wurde.

Beim Einkuppeln der Spindel 30 wird das Vorschubgetriebe 32 angetrieben, dessen Drehrichtung und Vorschub vorher durch Erregung der Elektro-

magneten 35 und 36 und Austausch der Räder 38 und 39 gewählt wurden. Ein selbsttätiger Vorschub wird jedoch durch die Entkupplung der Kegel 46 und 42" verhindert.
Dann wird der Elektromagnet 51 erregt. Die Wicklung 52 zieht den Anker 53 an, wodurch die Welle 43 unter der Wirkung der Feder 48 die Kegel 42* und 47 voneinander trennt, dagegen die Kegel 46 und 42° und infolgedessen die Welle 43 mit der Welle 37 kuppelt.

Die Drehbewegung wird durch die Räder 40 und 41 auf die bei 60 abgestützte Leitspindel 2 übertragen und damit Rad 27 zu drehen versucht. Die auf das feste Rad 27 wie der Zapfen 28 des Schaltbildes 1 drückende Leitspindel 2 be- oder entlastet das Ventil 7, was den Vorschub der Schlitten bewerkstelligt.

Die Anwendung einer Leitspindel zur Steuerung

der Verschiebungen des Schlittens erlaubt außer den durch die Erregung der Elektromagneten 35 und 36 bestimmten festen Verhältnissen nicht, die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens während eines gleichen Arbeitszyklus freiwillig zu ändern.

Die Leistung der Pumpe 10 ist so gewählt, daß die Reihe der Arbeitsvorschübe durch Mittelwerte der Drosselung des Ventile 7 erfüllt werden können, wobei die schnellen Vorschübe nach den beiden Richtungen dadurch erhalten werden, daß das Schließen und vollständige öffnen des Ventils willkürlich bewirkt wird.

Zum schnellen Rücklauf der Schlitten zum Endlager 60 hin wird der im Gehäuse 72 untergebrachte Elektromagnet 83 erregt, wodurch die Kegel 78 und 80 von dem Druck der Feder 79 entlastet werden und das Zahnrad 27 sich frei drehen kann. Die durch die Feder 87 gedrückte Leitspindel 2 schließt das Ventil 7 vollständig ab, der Druck nimmt in 20 zu und verschiebt den Kolben 6 und damit den Schlitten 1 in schnellem Rücklauf zum Endlager 60 hin. Wenn die Elektromagneten 83 und 66 gleichzeitig erregt werden, wird die durch den Magneten 66 angezogene Leitspindel 2 vom Ventil 7 entfernt, das durch seine Feder 8 die Rücklau fr ohr leitung 22 vollständig öffnet; der Öldruck fällt im Raum 20 vollständig ab und bewirkt den schnellen Vorschub des Kolbens 6 und des Schlittens 1 zum Spindelstock 31 hin.

Die Verschiebung der Schlitten kann auch von Hand gesteuert werden. Wenn der Elektromagnet 83 nicht mehr erregt ist und die Kegel 78 und 80 gekuppelt sind, bewirkt eine Drehung des Handrades 73 in der einen oder anderen Richtung über die Schnecke 23" und das Schneckenrad 25 die Drehung des Schneckenrades z'j und die axiale Verschiebung der Leitspindel 2 in der einen oder anderen Richtung.

Das durch seine Feder 8 gegen die Leitspindel 2 gedruckte Ventil 7 folgt der Leitspindel und vergrößert oder vermindert den ölabfluß über den Kanal 22 und bewirkt durch die Zunahme oder Abnahme des Druckes im Raum 20 die Bewegung des Kolbens und damit des Schlittens in der gewünschten Richtung.

Wie bei der selbsttätigen. Vorschubbewegung wird jedem durch eine regelmäßige Drehung des Handrades 73 auf die Spindel 2 ausgeübten Druck zwangläufig eine regelmäßige Bewegung der Schlitten entsprechen; andererseits wird durch Anhalten des Handrades 73 durch das selbsttätig entstehende Gleichgewicht der Öldrücke auf den beiden Seiten des Kolbens sofort das Stillstehen der Schlitten bewirkt.

Es ist zu bemerken, daß die Steuerung der Einkupplung der selbsttätigen Wahl der Vorschübe, ihrer Drehrichtung, des Rückganges oder schnellen Vorschubes der Schlitten nur beispielsweise in Form elektromagnetischer Organe beschrieben wurde, ohne die Merkmale der Erfindung zu beschränken; sie werden entsprechend gewählt, um in einer einfachen Weise einen gewählten. Arbeitszyklus durchzuführen, wobei diese verschiedenen Arbeiten mit der Hand, hydraulisch oder durch jedes andere Mittel ausgeführt werden können.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Hydraulischer Vorschubantrieb für Schlitten von Werkzeugmaschinen, bei dem das Druckmittel für den Vorschubkolben durch ein gegen Federdruck in einem ortsfesten Gehäuse verschiebbares kolbenartiges Ventil, regelbar ist, das bei Abweichung des Schlittenweges von dem durch ein Leitgewinde bestimmten Sollwert des Vorschubweges verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Ventils (7) unmittelbar durch die Leitspindel (2) selbst erfolgt, wozu die mit einem Zapfen (28) oder Schneckenrad (27) des Schlittens (1) im Eingriff stehende Leitspindel (2) axial verschiebbar ausgebildet ist und mit ihrem als Stößel (23) ausgebildeten einen Ende entsprechend dem vom Schlitten (1) auf die Leitspindel (2) ausgeübten Flankendruck auf das Ventil (7) einwirkt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Handantrieb (73, 23", 25, 76) für das Schneckenrad (27), mit dem die Leitspindel (2) sowohl unabhängig von der automatischen Vorschubsteuerung als auch zusätzlich zu ihr von Hand axial verschiebbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Schlitten (1) und der Leitspindel (2) lösbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Handantrieb (73, 23°, 25, 76) und dem in die Leitspindel (2) eingreifenden Schneckenrad (27) eine sehaltbare Kupplung (78 bis 80) vorgesehen ist.

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 638 554; USA.-Patentschrift Nr. 2 235 085; schweizerische Patentschrift Nr. 185 729.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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