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Einrichtung zum maßgerechten Verschieben von Schlitten, insbesondere
an Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum maßgerechten Verschieben
von Schlitten unter Kontrolle der Schlittenendstellung durch Endmaße, insbesondere
an Werkzeugmaschinen, und beschreibt eine verbesserte, neue Ausbildung einer solchen
Einrichtung: Es ist bekannt, an Werkzeugmaschinen den Schlitten, der entweder das
Werkzeug oder das Werkstück tragen kann, mit Hilfe von Endmaßen um einen vorgegebenen
Betrag genau zu verschieben. Das Endmaß oder auch eine Kombination von mehreren
Endmaßen kommt zwischen je einem Anschlag am Schlitten und am Bett zu liegen und
bestimmt so den Betrag,der Schlittenverschiebung. Das Endmaß oder mehrere hintereinandergereihte
Endmaße können entweder von Hand eingelegt oder aus einem in der Maschine eingebauten
Satz von Endmaßen ausgewählt werden; letzteres kann auch automatisch oder halbautomatisch
geschehen.
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Es ist bekannt, daß die verlangte Grenze der relativen Schlittenverstellung
nicht allein abhängig ist von der Stelle des Anschlages, sondern auch von der Elastizität
der verschiedenen Organe und von den Kräften, denen sie allgemein unterworfen sind.
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Um eine gleichbleibende Genauigkeit der Schlittenverstellung zu erreichen,
wurde bereits vorgeschlagen, die Kraft, die auf den Anschlag
wirkt,
auf einer vorher bestimmten Größe zu halten, die wenigstens gleich ist der Kraft,
die die Verstellung des Schlittens bewirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum maßgerechten
Verschieben des Schlittens, insbesondere an Werkzeugmaschinen, bei denen die Begrenzung
der Verschiebung mit Hilfe von Endmaßen erfolgt, so auszubilden, daß die Einstellung
des Schlittens mit einem Höchstmaß von Genauigkeit möglich ist.
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Um die durch die Elastizität der Endmaße und der Anschläge verursachte
ungenaue Einstellung des Schlittens zu berücksichtigen, ist bereits vorgeschlagen
worden, die Endmaße einseitig gegen den Zapfen einer Meßuhr anschlagen zu lassen,
die mit .dem Bett des Schlittens fest verbunden. ist. Diese Einrichtung setzt jedoch
eine Bedienung von Hand voraus und macht eine schnelle Verschiebung des Schlittens
durch mechanische oder hydraulische Mittel unmöglich. Dieser bekannte Vorschlag
kann insbesondere dann nicht angewendet werden, wenn die Verstellung des Schlittens
,auf automatischem Wege erfolgen soll.
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Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß
die Endmaße um den Betrag der Stauchung, die sie in der Arbeitsstellung zwischen
den Anschlägen erfahren, länger sind als ihr Nennmaß und daß Mittel zur Gleichhaltung
des Druckes auf die Endmaße (im folgenden als Me#ßidruck bezeichnet) vorgesehen
sind. Die Forderung, den Meßdruck bei solchen Einrichtungen konstant zu halten,
ist bekannt und unerläßlich und wird-d@aher auch bei der als Erfindung gekennzeichneten
Einrichtung befolgt, indem der Schlitten mit konstantem Druck gegen die Endmaße
oder Kombination von Endmaßen anfährt. Die Endmaße sind dabei um den Betrag länger
als ihr Nennmaß, um den sie durch den Meßdruck -gestaucht werden. In der Arbeitsstellung
hat daher das Endmaß genau die Länge des Nennmaßes.
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Für die Durchführung des Erfindungsgedankens sind somit zwei Gesichtspunkte
von ausschlaggebender Bedeutung. Zunächst einmal muß der Meßdruck bei jeder Einstellung
des Schlittens den gleichen Meßdruck auf das Endmaß ausüben, damit das Endmaß stets
um den gleichen Betrag gestaucht bzw. gekürzt wird. Nur auf diese Weise ist es möglich,
die Endmaße erfindungsgemäß um den Betrag der Stauchung länger als ihr Nennmaß zu
machen. .Da der Meßdruck in der Arbeitsstellung immer den. gleichen Wert haben soll,
müssen alle Endmaße um den gleichen Prozentsatz ihres Nennmaßes länger als dieses
sein.
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Hinsichtlich des Msßdruckes ist auch noch folgender Umstand zu beachten:
Selbst wenn der Schlitten stets mit der gleichen Kfaft verschoben wird, so bedeutet
das noch nicht, daß der Schlitten auch immer mit dieser Kraft gegen das Endmaß drückt.
Der Meßdruck ist vielmehr noch abhängig von der Reibung des Schlittens auf dem Bett
und daher von der Belastung des Sdhlittens. Zur Erzielung eines konstanten Meßdruckes
ist es daher unerläßlich, die Belastung des Schlittens möglichst gleich zu halten.
Zu der Erfindung gehört daher auch der Vorschlag, daß das zu bearbeitende Werkstück
in bezug auf das Bett fest eingespannt und der Schlitten zur Aufnahme des Werkzeuges
eingerichtet ist. Da die Gewichte der verschiedenen Werkzeuge sich nur wenig voneinander
unterscheiden, wird bei Beachtung dieses Vorschlages tatsächlich eine fast vollkommen
konstante Belastung des Schlittens erreicht. Würde man das Werkstück auf den Schlitten
einspannen, so müßte man mit stark wechselnder Belastung rechnen, da diese von der
Größe bzw. von dem Gewicht des zu bearbeitenden Werkstücks abhängt.
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Der Meßdruck .und der Querschnitt der Endmaße müssen natürlich so
gewählt sein, daß die Spannung in den Endmaßen unterhalb der Elastizitätsgrenze
des Materials bleibt, d. h., die Stauchung der Endmaße (durch den Meß.druck muß
linear und reversibel sein, das Endmaß muß nach dem Aufheben des Meßdruckes wieder
seine ursprüngliche Länge annehmen.
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Hat beispielsweise ein Endmaß aus Stahl eine Länge von 62 cm und einen
Querschnitt von 2,55 cm2, so berechnet sich die Stauchung bei einem Meßdruck von
r6oo kg zu
Das Endmaß wird also bei einem Meßdruck von r6oo kg um o,186 mm gekürzt; um den
gleichen Betrag muß also das Endmaß von vornherein länger als sein Nennmaß gemacht
werden, damit es unter dem Meßdruck genau sein Maß erhält.
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Das Übermaß für die Endmaßkörper, die beispielsweise aus einem homogenen
weichen Stahl sein können, wird zweckmäßig in der Maschine bestimmt, für die sie
verwendet werden sollen, um ,dabei gleichzeitig den Einfluß der Schlittenreibung
auf die Meßkraft mit zu berücksichtigen, der in seiner Größe nicht genau vorhergesehen
werden kann. Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es also unbedingt erforderlich,
die Einrichtung so zu gestalten, daß die maximal zulässige Spannung der Endmaße
in keinem Falle überschritten wird. Diese Gefahr ist besonders in dem Moment groß,
wo der Schlitten mit seinem Anschlag an das Endmaß herangeführt wird und dieses
gegen den Anschlag am Bett drückt. Es muß dafür gesorgt werden, daß der Schlitten
mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit den letzten Teil seines Weges in Richtung
auf das Endmaß zurücklegt und dieses ohne Stoß gegen den Anschlag am Bett drückt.
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In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt: daß nach einem nicht zum
Stand der Technik gehörenden Vorschlag bei einer Einrichtung zum maßgerechten Verschieben
eines hydraulisch angetriebenen Schlittens in eine durch Endmaße kontrollierte Stellung
die Schlittengeschwindigkeit kurz vor Erreichen der gewünschten Schlittenstellung
zwecks Verringerung des von dem Schlitten
auf die Meßflächen ausgeübten
Druckes zwangsweise verhindert wird.
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Ferner ist es bereits bekannt, daß zwei voneinander unabhängige Druckflüssigkeitssysteme,
die nacheinander, d. h. also bei einer bestimmten ausgezeichneten Schlittenstellung,
durch den Schlitten gesteuert, die Bewegung derselben übernehmen, um die obengenannte
Wirkung zu erreichen. Das zweite Flüssigkeitssystem hält dabei die Kraft, mit der"
der Schlitten an einen Anschlag drückt, auf einer vorher bestimmten Größe, die wenigstens
gleich ist der Kraft, die das Verschieben des Schlittens hervorruft. Demgegenüber
verwendet die als Erfindung gekennzeichnete Einrichtung ein einziges Druckflüssigkeitssystem
zur Verschiebung des Schlittens, und es wird zwischen dem Endmaß und dem Anschlag
am Bett eine Steuerstange angeordnet, die mittels eines an ihr befestigten Kolbens
den Weg der den Schlitten verschiebenden Druckflüssigkeit verengt und dadurch die
Schlittengeschwindigkeit herabsetzt, wenn der Schlitten das Endmaß gegen die Steuerstange
drückt, und mittels eines zweiten Kolbens kurz vor dem Endpunkt der Schlittenbewegung
den Druckflüssigkeitsraum mit einem Abfluß verbindet und dadurch den Schlitten zum
Stillstand bringt.
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Durch die soeben erwähnte Einrichtung wird zwar der Schlitten zum
Stillstand gebracht. Gleichzeitig wird aber auch der Druck der den Schlitten bewegenden
Flüssigkeit und damit der Meßdruck bis auf praktisch dert Wert Null herabgesetzt,
was aber den grundsätzlichen Erfindungsgedanken, nämlidh der Aufrechterhaltung eines
konstanten Meßdruckes, widersprechen würde.- So muß also zusätzlich eine Einrichtung
vorgesehen werden, die nach dem Zurruhekommen des Schlittens wieder den ursprünglichen
Flüssigkeitsdruck auf den Schlitten herstellt, so daß der vorher bestimmte Meßdruck
wieder genau vorhanden ist. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, .die Einrichtung
so zu gestalten, daß die soeben erwähnte Steuerstange kurz vor dem Ende ihres Hubes
einen elektrischen Schalter betätigt, der einen auf einen Steuerschieber wirkenden
Hubmagneten einschaltet, derart, daß der Steuerschieber die Leitungen und Räume,
durch die die Flüssigkeit zur Bewegung des Schlittens geleitet wird, wieder unter
den vollen Druck der Flüssigkeit setzt.
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In den Fig. i und 2 ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, bei der die Verschiebung,des Schlittens in der soeben geschilderten
Weise vor sich geht. Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Fig. i, nämlich einen Teil
der Steuervorrichtung für die Schlittenbewegung in einer anderen Arbeitsstellung,
um die Wirkungsweise der Einrichtung besser erkennen zu lassen.
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Auf einem feststehenden Bett 2 ist ein Schlitten i verschiebbar angeordnet.
Der Schlitten i kann entweder zur Aufnahme des Werkstücks, vorzugsweise aber zur
Aufnahme.des Werkzeuges eingerichtet sein, um die Belastung des Schlittens i konstant
zu halten. Die Verschiebung des Schlittens i auf dem Bett 2 erfolgt hydraulisch,
und zwar mittels eines in bezug auf das Bett feststehenden Kolbens 3. Die Druckflüssigkeit
kann entweder durch die Leitungen 13 und 14 vor den Kolben oder durch- die Leitung
15 hinter den Kolben gepreßt werden. Wenn die Flüssigkeit über die Leitung 14 vor
den Kolben gedrückt wird, so bewegt sich der Schlitten i mit einem daran befindlichen
Anschlag 6 auf ein Endmaß 5 und drückt dieses gegen einen Anschlag g, der am Bett
2 befestigt ist. Das Endmaß oder eine Kombination von Endmaßen ruht in einem Halter
q., der senkrecht zur Zeichenebene auf dem Bett verschoben werden kann. Es können
mehrere solcher Halter q. nebeneinander angeordnet sein, in denen die verschiedenen
Endinäße zur Auswahl bereitliegen. Durch entsprechende Verschiebung des Halters
q. wird das gewünschte Endmaß zwischen die Anschläge gebracht.
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Zur Riickführung-des Schlittens von dem Endmaß wird die Druckflüssigkeit
über die Leitung 15 hinter den Kolben gepreßt. Die Druckflüssigkeit wird von einer
Pumpe i i erzeugt. Der Druck, mit welchem die Druckflüssigkeit auf den Schlitten
wirkt, also der sogenannte Meß-druck, wird durch ein Ventil 25 auf einen vorgegebenen
Wert genau eingeregelt und an einem Manometer 23 abgelesen. Die Richtung der Schlittenbewegung
wird zeit Hilfe eines Schiebers 16 eingestellt, der je, nach seiner Stellung entweder
den Weg 13, 1q. oder den Weg 15 für die Druckflüssigkeit freigibt.
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In dem Weg 13, 1q., also im Wege, den die Druckflüssigkeit bei der
Bewegung des Schlittens i auf das Endmaß hin nimmt, liegt nun eine Einrichtung,
die gemäß der Erfindung ausgebildet ist und einmal dafür sorgt, @daß der Anschlag
6 das Endmaß.5 bei seinem Auftreffen auf das Endmaß zunächst ohne Stoß gegen den
Anschlag g am Bett drückt, und außerdem den gleichbleibenden Meßdruck während der
Arbeitsstellung des Schlittens gewährleistet. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Endmaß
5 und dem Anschlag g am Bett 2 ein Gehäuse 8 am Bett befestigt, in dem eine Steuerstange
7 in Längsrichtung gegen eine Federkraft verschiebhar ist. Die Steuerstange 7 trägt
zwei Kolben 7a und 71, und wird von einer Feder io nach links gedrückt.
Wenn der Schlitten i gegen das Endmaß 5 gefahren wird und das Endmaß gegen die Steuerstange
7 nach rechts drückt, so verengt der Steuerkolben 7" mit seinem konischen Teil den
Weg der Druckflüssigkeit 13, 14 allmählich und schließt ihn schließlich ganz. Bevor
der Kolben 7a die Schließstellung erreicht hat, öffnet der Kolben 7b eine Abflußleitung
48, so daß der Druck der Flüssigkeit in dem Gehäuse 8 und in den Leitungen 13, 14
auf den Wert Null absinkt.
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Die hydraulische Verstellung des Schlittens in seine Meßstellung unter
Gewährleistung eines konstanten Meßdruckes geht im einzelnen auf folgende Weise
vor sich: Durch die Leitung 14 tritt die Druckflüssigkeit vor den feststehenden
Kolben 3 und bewegt den Schlitten i nach rechts auf das Endmaß 5 hin. Fig. 2 zeigt
die Stellung der Steuerstange 7, bevor
der Schlitten das Endmaß
dagegen drückt. Schließlich schiebt der Anschlag 6 am Schlitten i das Endmaß 5 gegen
die Steuerstange 7 und drückt diese entgegen der Kraft der Feder io nach rechts.
Dabei sperrt der Kolben 7" den Durchfluß der Druckflüssigkeit aus der Leitung 12,
13 in die Leitung 14. allmählich ab und verlangsamt auf diese Weise die Geschwindigkeit
des Schlittens immer mehr. Bevor jedoch der Kolben 7" die Steuerkante 17 erreicht
und den Durchfluß -der Druckflüssigkeit völlig absperrt, gibt der ebenfalls an der
Steuerstange 7 starr befestigte Kolben 7b die Leitung 18 frei, die über ein Ventil
ig in den Abfluß führt. Dadurch sinkt der Druck im Gehäuse 8 und in der Leitung
13 bis auf den Wert Null ab, und der Schlitten i kommt zum Stillstand.
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Auf ihrer letzten kurzen Wegstrecke hat nun die Steuerstange 7 mit
einem an ihrem rechten Ende befestigten Stift einen elektrischen Schalter 2o geöffnet.
Durch die Öffnung des Schalters 2o wird ein Elektromagnet 21 stromlos. Solange der
Elektromagnet 2i vom Strom durchflossen wird, hält er einen Steuerschieber 22 entgegen
einer Federkraft in seiner oberen Stellung fest. Wenn :der Elektromagnet 21 durch
die Öffnung des Schalters 2o stromlos wird, gibt er den Steuerschieber 22 frei,
der nun unter der Wirkung der Feder nach unten fällt. In dieser unteren Stellung
gibt der Steuerschieber 22 einen Weg für die Druckflüssigkeit aus der Leitung 12
in die Leitung 18 frei. Die Druckflüssigkeit tritt nun mit ihrem vollen Druck in
die Leitung 18 und damit auch in das Gehäuse 8 und in .die Leitungen 13 und 14:.
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Die Stellung der Steuerstange 7 am Ende der letztgenannten Funktion
ist in Fig. 3 der Deutlichkeit halber nochmals dargestellt. Die Druckflüssigkeit
aus der Leitung 18 tritt nun durch den engen Ringspalt, den der Kolben 7a mit der
Steuerkante 17 bildet, in :die Leitung i¢ ein und schiebt den Schlitten i, :das
Endmaß 5 und die Steuerstange 7 mit dem vollen, vorher bestimmten Meßdruck gegen
den am Bett festen Anschlag g. Der Ringspalt zwischen dem Kolben 7a und der Steuerkante
17 verengt sich dabei allmählich und bewirkt, daß die Schlittengeschwindigkeit bis
zum Ende der Bewegung immer kleiner wird.
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Die vorstehend geschilderte Aufeinanderfolge der Schlittenbewegung,
nämlich zunächst schnelle Heranführung des Schlittens än das Endmaß, dann Verzögerung
der Schlittenbewegung und schließlich völliger Stillstand des Schlittens, darauf
erneute, sich allmählich verzögernde Bewegung des Schlittens bis zum festen Anschlag
unter dem vollen; vorher bestimmten Meßdruck, ist ein wesentliches Merkmal der Arbeitsweise
der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei ist die letzte Wegstrecke des Schlittens
nach seinem Stillstand möglichst kurz zu bemessen, um jeden Stoß auf das Endmaß
zu verhindern. Auf diese Weise wird erreicht, daß einmal die Stauchung des Endmaßes
5 keinen unzulässig hohen Wert erreicht und außerdem der vorgeschriebene Meßdruck
stets eingehalten wird. Um den Schlitten von .dem Endmaß 5 weg zu bewegen und in
seine Ausgangsstellung zurückzuführen, wird, der Schieber 16 nach rechts gezogen,
wodurch die Leitung 15 zur Druckleitung wird und :die Leitungen 13 und 14 als Rückflußleitungen
für die Druckflüssigkeit dienen. Die Druckflüssigkeit tritt jetzt aus der Leitung
15 .hinter den Kolben 3 und bewegt den Schlitten i nach links. Die rücklaufende
Flüssigkeit muß jetzt durch den verhältnismäßig engen Ringspalt zwischen dem Kolben
7a und der Steuerkante 17 treten. Um nun aber der ablaufenden Flüssigkeit, einen-
größeren Durchgang und damit einen widerstandslosen Rückfluß zu gewähren, ist in
dem Gehäuse 8 noch ein Kolben 2q. vorgesehen, hinter den ebenfalls aus der Leitung
15 die Druckflüssigkeit tritt. Die Druckflüssigkeit bewegt den Kolben 24 entgegen
der Wirkung einer Feder nach links und öffnet damit eine unmittelbare Verbindung
der Leitung 13 mit der Leitung 1q., so daß ein Umweg für :die rücklaufende Flüssigkeit
unter Umgehung des Gehäuses 8 entsteht.
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Zu Beginn der rückläufigen Schlittenbewegung geht die federbelastete
Steuerstange nach links und schließt den Schalter 2o, so daß der Elektromagnet 21
wieder vom Strom durchflossen wird. Der Elektromagnet 2i hebt den Steuerschieber
22 an und verbindet auf diese Weise die mit dem Gehäuse 8 in Verbindung stehende
Leitung 18 mit dem Abfluß.
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Um die Pumpe 8 während der ganzen Zeit, wo der Schlitten i in seiner
Endlage, d. h. in seiner Arbeitsstellung, verharren muß, von der Arbeit zur Aufrechterhaltung
des Flüssigkeitsdruckes zu entlasten, kann der Schlitten in dieser Lage durch mechanische
oder hydraulische Mittel oder durch beides festgeklemmt werden. Die Pumpe 8 kann
man dann stillsetzen.
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Geringe Differenzen im Meßdruck, die durch unterschiedliche Reibkräfte
zwischen Schlitten und Bett, Kolben und Zylinderwand entstehen können, sind für
den praktischen Zweck, dem die Einrichtung dient, ohne nachteilige Bedeutung.