DE971208C - Einrichtung zum selbsttaetigen Stillsetzen eines motorisch angetriebenen Tisches oder Schlittens einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. DEZEMBER 1958

S 4914 Ib/49a

einer Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Stillsetzen eines motorisch angetriebenen Tisches oder Schlittens einer Werkzeugmaschine, dessen Antrieb bei der Annäherung des Tisches oder Schlittens an die vorbestimmte Arbeitsstellung durch einen auf einem Grobmaßstab verstellbaren Anschlag von Schnellgang auf Langsamgang umgeschaltet und in Abhängigkeit von einer mikrometrischen Feinmeßeinrichtung abgeschaltet wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) eines Feinmaßstabes mit den einzelnen Skalenstrichen zugeordneten Teilstrichgruppen;

b) einer fotoelektrischen Einrichtung, bestehend aus einer ein Verstärkerrelais für die Schalteinrichtung des Antriebes beeinflussenden Fotozelle, deren Stromkreis beim Einschalten der letzten Geschwindigkeitsstufe des Antriebes geschlossen wird, nebst Beleuchtungseinrichtung für den Feinmaßstab und Optik;

c) eines zwischen dem Feinmaßstab und der Fotozelle angeordneten Gitters mit Schlitzen, deren Anordnung der Anordnung der Striche in den

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Strichgruppen des Feinmaßstabes entspricht und das durch eine Mikrometerschraube einstellbar ist.

Es sind Werkzeugmaschinen bekannt, die in der Regel mit einem Kraftantrieb und einem Handantrieb versehen sind, von denen der erste dazu dient, die Schlitten (z. B. Tisch oder Bohrspindel) rasch in die ungefähre Lage zu bringen, indem die Schlittenbewegung an einer leicht ablesbaren Hilf βίο teilung überwacht wird, während der Handantrieb für langsame Bewegung vorgesehen ist und zur genauen Endeinstellung mittels Meßmikroskops auf den Feinmaßstab dient. Diese beiden Phasen der Schlittenbewegung werden als Grob- und Feineinstellung bezeichnet.

Es sind aber auch schon Einrichtungen an Werkzeugmaschinen vorgeschlagen worden, die das Umschalten des Schlittens von Schnellgang auf Langsamgang selbsttätig vornehmen, wenn sich der Schlitten der vorbestimmten Arbeitsstellung nähert, und den Schlitten schließlich mittels einer auf eine Ausschaltvorrichtung einwirkenden Feinmeßvorrichtung in der Arbeitsstellung stillsetzen. Eine bekannte Feinmeßeinrichtung besteht z.B. aus einem mit dem Schlitten bewegten und auf diesem einstellbaren Gleitstück, das gegen einen als Taster wirkenden Mikrometerkopf der am Bett befestigten elektrischen Steuervorrichtung stößt, wodurch zunächst das Verlangsamen und dann das Anhalten des Schlittens hervorgerufen wird. Diese Einrichtung hat den Mangel, daß beim Auftreffen des Gleitstückes auf den Mikrometerkopf ein Stoß entsteht und daß sie ganz am Rande des Schlittens liegen muß, was unbequem ist. Das Verdienst der Erfindung ist also in dem Vorschlag einer verbesserten und genauer arbeitenden Feinmeßvorrichtung zu erblicken.

Es ist auch bekannt, den Vorschubmotor für den Schlitten von Werkzeugmaschinen fotoelektrisch zu steuern und beispielsweise den Schlitten an einer vorbestimmten Stelle mittels einer Fotozelle stillzusetzen. Die bisherigen fotoelektrischen Steuerungen arbeiten aber nicht mit der erforderlichen Einstellgenauigkeit und gestatten nicht die mit der Erfindung erreichbare Schnelligkeit und Bequemlichkeit der Bedienung.

Bei den meisten Werkzeugmaschinen geschieht dieBestimmung der relativenLage des Werkzeuges zum Arbeitsstück nach dem Koordinatensystem. Es sind somit immer zwei Einstellungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen vorzunehmen.

Mit der neuen Feinmeßvorrichtung ist es dem Arbeiter möglich, nachdem er die Einstellung nach einer der beiden Koordinaten vorbereitet hat, einen Steuerhebel zu betätigen, wodurch der Tisch sich mit voller Geschwindigkeit in der gewünschten Richtung in Bewegung setzt, während er sich unverzüglich mit der Einstellung nach der zweiten Koordinate befassen kann. Der Tisch hält selbsttätig und mit größter Genauigkeit in der durch die erste Einstellung vorausbestimmten Arbeitslage an.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes an Hand einer Vorrichtung zur selbsttätigen Einstellung des motorisch längs verschiebbaren Tisches einer Werkzeugmaschine dargestellt. Eine ähnliche Vorrichtung könnte auch z.B. zur selbsttätigen Einstellung eines motorisch quer verschiebbaren Bohrspindelschlittens benutzt werden. Es zeigt

Fig. ι eine allgemeine Ansicht des Erfindungsgegenstandes im Aufriß,

Fig. 2 in schematischer Darstellung Einzelheiten der Maß- und Antriebsvorrichtungen,

Fig. 3 und 4 Querschnitte längs der Linie A-A und B-B der Fig. 1.

Die in Fig. 1, 3 und 4 dargestellte Maschine umfaßt einen das Werkstück tragenden Tisch 31, der von links nach rechts und umgekehrt verschiebbar ist, sowie eine zur Tischbewegung senkrecht verschiebbare Werkzeugspindel 39, die für den Vorschub des Werkzeuges noch senkrecht zur Tischoberfläche verstellt werden kann. 41 bezeichnet einen Antriebsmotor, der über einen Räderkasten 13 die Welle 14 in verschiedenen Geschwindigkeitsstufen antreibt, die ihrerseits über das Getriebe 33-34 die Leitspindel 35 des Tisches dreht.

In Fig. 2 und 3 bezeichnet 1 den Feinmaßstab, der am Tisch 31 angegliedert ist. 2 a, 2 b, 2 c usw. sind Teilstrichgruppen, deren Teilstrichzwischenräume innerhalb einer Gruppe ungleich sind, die Abstände von Gruppe zu Gruppe oder zwischen gleichgestellten Teilstrichen zweier benachbarter Gruppen hingegen dieselben sind.

Diese Teilstrichgruppen wirken mit dem Gitter 8 und der Fotozelle 9 zusammen, die später beschrieben werden sollen. Da das Gitter 8 in Wirklichkeit nicht zwei, wie einfachheitshalber dargestellt ist, sondern eine viel größere Zahl von entsprechenden Schlitzengruppen aufweist, sind auch auf jeden Fall eine gleiche Zahl von nebeneinanderliegenden Teilstrichgruppen durch das Gitter 8 auf die Fotozelle 9 wirksam.

Die Schlitze des Gitters 8 entsprechen der Anordnung der einzelnen Striche in den Strichgruppen. Gleichzeitig wird das Bild von mehreren Strichgruppen auf die Schlitzgruppen projiziert, was eine starke Stromschwankung in der Fotozelle 9 zur Folge hat und demnach eine Stromerzeugung im Stromkreis bis zum Relais 10, das als Verstärker wirkt, hervorruft. Die Wirkung des Verstärkerrelais 10 besteht dann darin, den Stromkreis des Elektromagneten 11 zu öffnen, so daß das Kupplungsglied 27 vom Rad 29 befreit wird. In dieser Weise wird die Kupplung zwischen Kraftantrieb und Tisch unterbrochen, und der Tisch bleibt stehen.

3 Q, 3 to, 3 c sind Striche, die in einem Mikroskop, dessen Strahlenweg mit 25 bezeichnet ist, beobachtet werden können; dieses Mikroskop hat ein Objektiv5, eine Strichmarke6 und ein Okular/; die genannten Striche können übrigens auch die Verlängerung eines gleichgestellten Teilstriches jeder Gruppe sein. 4 ist das Obj ektiv der fotoelektrischen Meßvorrichtung, die durch die Lichtquelle 40 beleuchtet ist.

Das Gitter 8 kann sich gegenüber dem Maßstab ι um kleine Weglängen verschieben. Diese Einstellung auf Bruchteile der Teileinheit geschieht durch die Mikrometerschraube 36 und deren Teiltrommel 37. Zum gleichen Zweck kann ebensogut der Feinmaßstab ι mittels einer Mikrometerschraube gegenüber dem Tisch verstellt werden.

9 ist die Fotozelle, die durch elektrische Leitungen mit einem Verstärkerrelais 10 verbunden ist, das mittels der Elektromagneten 11 und 12 die Steuerung des Räderkastens 13 veranlaßt und dadurch den Tisch entweder mit voller Geschwindigkeit oder in ein oder mehreren langsamen Gängen verschieben und auch vollständig anhalten kann.

Der Strom der Fotozelle 9 wird in der Verstärkerröhre 52 zur Betätigung des Schalters 50 verstärkt. Dieser Schalter unterbricht oder schließt den Stromkreis des Elektromagneten 11, je nachdem die Fotozelle dunkel oder hell wird.

Ein Schalter 51 schaltet entweder den Elektromagneten 12 oder 11 ein, je nachdem seine Spule von der Batterie 53 durch die Kontakte eines Ausschalters 19 erregt wird oder nicht. Der Steuerhebel 22 (Fig. ι und 2) schaltet die Batterie 53 ein, sobald er aus seiner senkrechten Ruhelage verschoben wird, wobei die Spule des Schalters 51 sowie die Elektromagneten 11 und 12 erregt werden können.
Der Ausschalter 19 ist dazu bestimmt, die Wirkung der Zelle 9 zwecks Stillsetzung des Antriebs so lange zu verhindern, bis die Abbildung der vorletzten Strichgruppe 2 α, 2 b, 2 c (in der Richtung der Tischverschiebung) am Gitter 8 vorbeigegangen ist, damit erst durch die Wirkung der gewünschten Strichgruppe, unter Ausschließung der anderen Gruppen, die selbsttätige Stillsetzung des Tisches bewerkstelligt wird. Dieser Ausschalter 19 ist durch die Tischverschiebung selbst gesteuert. Zu diesem Zweck trägt der Hilfsmaßstab 15, der am Tisch befestigt ist und der die Stillstandslage des Tisches ungefähr bestimmt, einen Läufer 16, der einen den Ausschalter 19 steuernden Vorsprung 17 vorweist. Dieser Ausschalter könnte auch durch die Antriebsglieder des Tisches gesteuert sein.

Die Maschine arbeitet in der folgenden Weise: Es sei angenommen, der Tisch befinde sich in Stillstand und solle z.B. auf Koordinate 900,40 mm gebracht werden Zu diesem Zweck wird der Läufer 16 auf den Teilstrich 900 des Hilfsmaßstabes 15 gebracht und das Gitter 8 durch Drehen derMikro·· meterschraube 36 auf Ablesung 0,40 der Teiltrommel 37 verschoben. Alsdann wird der Steuerhebel 22 (Fig. ι und 2) in die Stellung 23 gebracht (dieser Hebel 22 bewirkt — über nicht dargestellte Mittel — den Anlauf des Motors 41 in der gewünschten Drehrichtung und erregt über den Schalter 51 den Elektromagneten 12); dadurch wird der Tisch in Bewegung gebracht und verschiebt sich mit voller Geschwindigkeit.

Wenn sich nun der Tisch der Koordinate 900 nähert, drückt der Vorsprung 17 des Läufers 16 auf das Ende der Stange 18, die gesenkt wird und dadurch die Kontakte des Ausschalters 19 trennt.

Dieser Ausschalter befindet sich in einem zur Spule des Schalters 51 führenden Stromkreis, und sein öffnen hat zur Folge, daß der Strom im Elektromagneten 12 unterbrochen und der Elektromagnet

11 erregt wird. Der den beiden Magneten 11 und

12 gemeinsame Anker wird vom Magneten 11 angezogen und schwenkt um den Drehzapfen 28, wobei er das Schubrad 27 gegen den Kranz des langsam drehenden Rades 29 anpreßt.

Die Drehgeschwindigkeit der Welle 14 und infolgedessen die Verschiebungsgeschwindigkeit des Tisches werden auf diese Weise bedeutend herabgesetzt.

Wenn die Verlangsamung der Verschiebung des Tisches in mehreren Stufen erfolgen soll, sind mehrere Ausschalter 19 vorzusehen, und der Räderkasten muß für mehrere Geschwindigkeitsstufen eingerichtet sein; dabei werden die Ausschalter einer nach dem anderen zur Wirkung kommen, der letzte einige Zehntelmillimeter vor der endgültigen Stillstandslage des Tisches. Der Ausschalter für die letzte Geschwindigkeitsstufe vor dem Stillstand des Tisches kann auch den Stromkreis der Fotozelle schließen, so daß dieselbe nur durch die gewünschte Strichgruppe eine Wirkung erzeugen kann.

Da der Tisch nun mit stark verminderter Geschwindigkeit weiterbewegt wird, stellt sich die Strichgruppe 2a, 2 b usw., die der Koordinate 900 mm entspricht, in das Feld der fotoelektrischen Visiervorrichtung. Das durch das Objektiv 4 auf das Gitter 8 projizierte, dunkle Bild dieser Strichgruppe wird die Fotozelle verdunkeln, so daß sie über den Schalter 50 den Strom im Elektromagneten 11 unterbricht. Dadurch werden die gekuppelten Teile 27 und 29 gelöst und der Tisch stillgesetzt.

Die Abstände der Teilstriche in den Strichgruppen sind so gewählt, daß sich entweder nur das Bild eines einzigen Striches mit einem Schlitz des Gitters oder alle Striche gleichzeitig mit allen Schlitzen des Gitters überdecken. Im ersten Fall ist die Änderung der Lichtintensität auf die Fotozelle sehr schwach, im zweiten Fall wird jedoch jeder Lichtdurchgang durch das Gitter verhindert, und die Fotozelle kommt zur Wirkung. Man erreicht auf diese Weise eine viel genauere Stillsetzung des Tisches, als dies mit einem einzigen Strich möglich wäre, der übrigens ziemlich dick sein müßte, um die Fotozelle zur sicheren Wirkung zu bringen; denn die Überdeckung eines einzigen feines Striches mit einer Blende von nur einem Schlitz könnte keine genügende Verminderung der Lichtintensität hervorrufen.

Die Maschine umfaßt ferner, wie j ede Werkzeugmaschine, einen Handantrieb 24, mit dem ebenfalls eine langsame Verschiebung des Tisches 31 erreicht werden kann. Diese Verschiebung wird z. B. dazu benutzt, die Schnittiefe des Werkzeuges für Fräsarbeit einzustellen oder die für die Koordinaten als Ausgangspunkt bestimmte Stelle des Werkstückes in Übereinstimmung mit dem Werkzeug oder der Spindel zu bringen.

Der Tisch wird dabei durch Drehen des Hand-

rades 24 in diese Lage gebracht, und das Maß der Koordinate des Ausgangspunktes wird im Mikroskop 25 abgelesen. Die weiteren Verstellungen des Tisches werden hierauf durch die selbsttätige Vorrichtung erzielt.

Es versteht sich von selbst, daß die gleichen Anordnungen, die für den Tisch 31 Verwendung finden, auch auf dem die Werkzeugspindel 39 tragenden Schlitten angewendet werden können. Es

ist ferner auch klar, daß die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Beispiel beschränkt ist. Insbesondere wäre es möglich, für die Einstellung auf Bruchteile der Teileinheit anstatt des Gitters 8 die Verschiebung des Feinmaßstabes 1 oder des Objektivs 4 oder auch ein in den Weg der Lichtstrahlen eingeschaltetes Prisma oder Planglas, das bei seiner Verstellung eine hinreichende Verschiebung dieser Strahlen erzeugt, zu benutzen. Außerdem könnten für die selbsttätige Herabsetzung der Tischgeschwindigkeit an Stelle der vorstehend beschriebenen Mittel auch andere Mittel verwendet werden, z. B. eine der vorbeschriebenen fotoelektrischen Einrichtung ähnliche Vorrichtung. Auch könnte der Räderkasten anders eingerichtet sein, um die Herabsetzung der Tischgeschwindigkeit zu erzielen.

Der Hilfsmaßstab 15 und sein Läufer 16 könnten auch auf dem Maschinengestell befestigt wer-4en,· in diesem Fall würde ein mit dem Tisch oder dem Feinmaßstab verbundener Teil durch Vermittlung des Läufers die Geschwindigkeitsherabsetzung des Tisches veranlassen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum selbsttätigen Stillsetzen

   eines motorisch angetriebenen Tisches oder Schlittens einer Werkzeugmaschine, dessen Antrieb bei der Annäherung des Tisches oder Schlittens an die vorbestimmte Arbeitsstellung durch einen auf einem Grobmaßstab verstellbaren Anschlag von Schnellgang auf Langsamgang umgeschaltet und in Abhängigkeit von einer mikrometrischen Feinmeßeinrichtung abgeschaltet wird, gekennzeichnet durch dieKombination folgender Merkmale:

   b)

   a) eines Feinmaßstabes (1) mit den einzelnen Skalenstrichen (30, 3 b, 3 c.) zugeordneten Teilstrichgruppen (2ß,2&,2c...);
   einer fotoelektrischen Einrichtung, bestehend aus einer ein Verstärkerrelais (10) für die Schalteinrichtung des Antriebes beeinflussenden Fotozelle (9), deren Stromkreis beim Einschalten der letzten Geschwindigkeits stufe des Antriebes geschlossen wird, nebst Beleuchtungseinrichtung (40) für den Feinmaßstab und Optik (4);
   eines zwischen dem Feinmaßstab (1) und der Fotozelle angeordneten Gitters (8) mit Schlitzen, deren Anordnung der Anordnung der Striche in den Strichgruppen {μα, 2b, 2c...) des Feinmaßstabes (1) entspricht und das durch eine Mikrometerschraube einstellbar ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 359526, 588298, 604301, 647775, 652598, 673618, 686667, 692997;

   französische Patentschrift Nr. 813 090; USA.-Patentschrift Nr. 2 007 180;

   »Klöckner-Steuerungen für Werkzeugmaschinen«, 1938, S. 163 und 164;

   Geffken, Richter und Winkelmann: »Die lichtempfindliche Zelle als technisches Steuerorgan«, Deutschliterarisches Institut J. Schneider, Berlin-Tempelhof, 1933;

   Simon und Suhrmann: »Lichtelektrische Zellen und ihre Anwendung«, Springer-Verlag, 1932;

   Zworyin and Wilson: »Photocells an their Application«, Second Edition, John Wiley & Sons, New York, 1932;

   Siemens-Zeitschrift, Februar 1933, S. 39;

   AEG-Mitteilungen, Februar 1935, S. 58; Machinery, London, May 1934, S. 573;

   Werkstattstechnik, 1934, Heft 8, S. 160;

   Dissertation von Dr.-Ing. Hans Schütz: »Das Steuern von Fräsmaschinen durch Fotozellen«, 1936, Verlag Konrad Triltsch, Würzburg.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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