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Tasteinrichtung zum Kopieren nach Modellen insbesondere für Kopierfräsmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Tasteinrichtung zum Kopieren nach Modellen, insbesondere
für Kopierfräsmaschinen, im Zeilen- und/oder Umrißverfahren, wobei im Tastergehäuse
ein allseitig bewegbar gelagerter Taster und zwei vom Taster beim Abtasten einer
senkrecht zur Tasterachse verlaufenden Ebene betätigten, in dieser Ebene senkrecht
zueinander beweglichen Kommandogebern und ein weiterer, beim Abtasten von Höhenunterschieden
in Richtung der Tasterachse vom Taster betätigter Kommandogeber angeordnet sind
und diese Kommandogeber die Steuereinrichtungen schalten, die über Antriebsorgane
die erforderlichen Schlittenbewegungen der Maschine auslösen. Bekannte Tasteinrichtungen
dieser Art unterliegen in ihrer Verwendung verschiedenen Beschränkungen. So ist
z. B. bei einer bekannten Tasteinrichtung der Taster nur in axialer Richtung und
in einer Richtung quer dazu verschiebbar, so daß er nur ein Zeilenabtasten ermöglicht,
und da weiter die Kommandogeber (Meßköpfe) nur stufenweise schalten, kann auch die
Schaltung der Nachformantriebe nur schrittweise erfolgen.
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Andere bekannte Tasteinrichtungen erlauben zwar ein Abtasten des Modells
im Raumkoordinatensystem, da aber die Kommandogeber (Meßköpfe) ebenfalls stufenweise
ansprechen, wird der \Tachformvorgang auch wieder schrittweise durchgeführt.
Die
mit Hilfe der bekannten Tasteinrichtung hergestellten Werkstücke bedürfen somit
zur Erzeugung glatter Oberflächen einer besonderen Nacharbeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile auszuschalten
und eine Tasteinrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe das Werkzeug am Werkstück
feinfühlig und rasch der Bewegung des Tasters am Modell folgt, also ein synchroner,
stufenloser Lauf erreicht und eine Abtastung beliebig geometrisch geformter Modelle
bei steter Anlage des Tasters, sowohl zum Zeilen- als auch zum Umrißabtasten, ermöglicht
wird.
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Das Hauptkennzeichen der Erfindung besteht darin, daß zur Betätigung
eines oder beider der senkrecht zur Tasterachse wirkenden Kommandogeber um den Taster
herum ein in seiner Ebene durch um ihn herum angeordnete Schuborgane, z. B. Elektromagnete,
verschiebbarer und mit dem Taster form- und kraftschlüssig zusammenwirkender., als
Steuerorgan dienender Steuerring angeordnet ist und der in Richtung der Tasterachse
wirkende Kommandogeber vom Taster unmittelbar betätigt wird. Die Kommandogeber erzeugen
elektrische Schaltimpulse, durch welche Ventile gesteuert werden, die ihrerseits
die Bewegungsrichtung des Werkzeugträgers hydromechanisch beeinflussen. Das Steuerorgan
kann entweder gegenüber dem Taster zentriert werden, wodurch nur der auf Bewegungen
in Richtung der Tasterachse ansprechende Kommandogeber wirksam wird, oder das Steuerorgan
kann mechanisch mit dem Taster selbst verbunden werden, um bei einseitiger Verschiebung
durch die Schuborgane den Taster in steter Anlage an ein Umrißmodell zu halten.
Einzelheiten und weitere Merkmale ergeben sich aus den nachfolgend an Hand der Zeichnung
beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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In der Zeichnung zeigen.
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Fig. i bis 5 in schematischer Anordnung die Zusammenhänge zwischen
dem Tastkopf und den Steuerorganen beim Zeilenverfahren und Fig. 6 bis 7 a dieselbe
Anordnung beim Umrißverfahr.en.
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Mit dem Vertikalschlitten der nicht dargestellten Fräsmaschine ist
in bekannter Weise der Tastkopf T verbunden. Er besteht aus einem Gehäuse i, das
im Inneren mit einem zentralen Ringflansch 2 versehen ist, der sich von der oberen
Seite des Gehäuses nach innen erstreckt. Dieser Ringflansch --
dient als Führung
für einen Ringkörper 3, der zentral axial einen Bolzen q. aufnimmt. Eine von außen
zu bedienende Feststellschraube 5 durchdringt den Ringflansch 2 in einem senkrechten
Langloch 6 und den Ringkörper 3 bis zum Bolzen ¢. Die Spitze der Feststellschraube
5 kann in eine Ringnut 7 des Bolzens eingreifen. Eine weitere von außen zu bedienende
Feststellschraube 8 ergreift durch den Ringflansch 2 mit ihrer Spitze den Ringkörper
3. Nahe seinem unteren Ende besitzt der Ringkörper 3 eine keilförmige Ringnut g,
deren- Seitenflanken 9a und 9b etwa im Winkel von go ° aufeinander zu laufen. Am
unteren Ende des zentralen Ringflansches 2 ist radial verschiebbar ein Steuerring
io gelagert. Der Ringflansch 2 besitzt zu diesem Zweck eine ringförmige Innennut
i i, in die der Steuerring io mit einem Ringflansch 12 verschiebbar eingreift. Die
freie außenliegende Mantelfläche des Ringkörpers ist im unteren Teil 13 ballig ausgeführt.
Die Innenbohrung des Steuerringes io ist ebenfalls keilförmig ausgebildet, und zwar
so, daß die Seitenflanken ioa und lob mit den Seitenflanken 9a und gb des Ringkörpers
.2 formschlüssig zusammenarbeiten. Der Ringkörper 3 steht unter Wirkung einer Druckfeder
14, die sich einmal gegen die Stirnfläche des Ringkörpers und zum anderen gegen
die obere Wand des Gehäuses i abstützt.
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Vom Tastergehäuse i erstreckt sich zentral nach oben ein zylinderförmiger
Ansatz 15, in dem ein Kommandogeber 16 angeordnet ist. Dieser Kommandogeber besteht
aus Induktionsspulen 16" und einem Eisenkern 16b. Der Eisenkern ist auf einem zum
Bolzen q. gehörenden Schaft 17 angeordnet, der seinerseits unter Wirkung einer Druckfeder
18 steht. Im Inneren des Tastkopfes sind in Höhe des Steuerringes io mehrere, vorzugsweise
acht Schaltmagnete Ml bis M8 (s. Fig. 6) sternförmig angeordnet, deren bewegliche
Eisenkerne sich gegen den Schaltring io anlehnen. Ein Magnet,. z. B. der Magnet
M8, trägt auf dem freien Ende seines Kernes einen Eisenkern icg, der zum System
eines Kommandogebers 2o mit Induktionsspulen 21 gehört. Diese Induktionsspulen sind
in Richtung der Magnetachse in-. einem zylinderförmigen Ansatz 22 des Tastergehäuses
angeordnet (Fig. i).
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In axialer Richtung zum Bolzen q. ist im Tastkopf T der Taster 23
gelenkig und höhenverschiebbar gelagert. Er besitzt auf einem Teil seiner Länge
einen Balligen, vorzugsweise kugelförmigen Abschnitt 2q., der in einer Kugelpfanne
25 des Tastergehäuses gelagert ist. Die Kugelpfanne ist in einer Schraubmuffe 26
angeordnet. Von der inneren Seite der Kugelpfanne erstreckt sich ins Tastergehäuse
eine zylindrische Bohrung 27 in Größe des kugelförmigen Abschnittes 24 und von der
anderen Seite nach außen eine kleinere Bohrung 28, die aber so groß ist, daß der
Taster in der Schraubmuffe eine pendelnde Bewegung ausführen kann. Die beiden sich
gegenüberliegenden Stirnseiten des Bolzens q. und des Tasters 23 besitzen trichterförmige
Ausnehmungen 29 und 3o, die mit ihren Mantelflächen eine Kugel 31 einschließen.
Im Inneren des Tastkopfes ist auf dem Taster eine Hülse 32 aufgeschoben, die sich
mit einem Ringflansch 33 spielfrei über den Balligen Flansch 13 des Steuerringes
io schieben kann. Durch die Nabe 34 der Hülse ist eine von außen zu bedienende Feststellschraube
35 geführt, die mit ihrer Spitze in eine Ringnut 36 des Tasters eingreifen kann.
Der Durchbruch für die Feststellschraube 35 ist im Tastergehäuse als Langloch 37
ausgebildet.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise der Einrichtung ist schematisch
ein Teilstück 38 eines Modells eingezeichnet. Die Oberfläche des Modells ist mit
38a, zwei senkrechte Seitenflächen mit 386
und A, eine schräge
Fläche mit 38,1 und eine Grundfläche mit 38e bezeichnet.
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Die elektrischen Kommandoempfänger 39, 40, 41 beeinflussen Steuereinrichtungen,
die vorzugsweise als Schieberventile 39a, 40a und 41" ausgebildet sind. Diese Ventile
stehen auf der, einen Seite über eine Rohrleitung 42 mit einer Druckpumpe 43 in
Verbindung, die aus einem Vorratsbehälter 44 Druckmittel, z. B. öl, fördert.
Die Gegenseiten. der Ventile sind über Rohrleitungen mit den Arbeitszylindern 45,
46, 47 verbünden. Die freien Enden der Kolbenstange der entsprechenden Arbeitskolben
45. 46a, 47a wirken in bekannter Weise auf die einzelnen Schlitten der Fräsmaschine,
die die räumliche Bewegung des Fräskopfes erzeugen. Der Kolben 45" ruft z. B. die
Senkrechtbewegung, der Kolben 46" die Querbewegung und der Kolben 47a
die
Längsbewegung hervor. Zur Bestimmung der Laufrichtung des Tastkopfes dient ein Handhebel
48, der über Kontakte K1 bis K8 (Fig. 6) die Laufrichtung bestimmt.
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Die Bewegungsvorgänge beim Fräsen einer Raumform im Zeilenverfahren
sind wie folgt: Die Ausgangsstellung des Tastkopfes T und seine Einstellung sei
die in Fig.1 angegebene. Der Steuerhebel 48 wird zur Bestimmung der Laufrichtung
des Tasters und somit des Fräsers in die zu fahrende Richtung gelegt, z. B. nach
rechts, wobei er den Kontakt K8 schließt, der den Kern des Magneten M$ in Richtung
auf den Steuerring 1o zu in Bewegung setzt. Dieser Steuerring kann aber von dem
Magneten M8 nicht verschoben werden, weil auf dem Ringkörper 3 ein Druck, ausgeübt
von der Feder 14, wirkt, der stärker ist als die Magnetkraft. Der vertikale Kommandogeber
16 ist in dieser Stellung aus seiner Mittellage gebracht und beeinflußt durch induktive
bzw. kapazitive Änderung den Kommandoempfänger 39 mit seinem Steuerventil
39, das Drucköl für den Arbeitszylinder 45, der den Vertikalschlitten bewegt,
freigibt, so daß sich der Tastkopf T auf das Modell 38 zu nach unten bewegt, da
dieser mit dem Vertikalschlitten verbunden ist.
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Wenn der Taster 23 auf der Modellfläche 38a aufsetzt (Fig. 2), hebt
er den Ringkörper 3, bringt den Kommandogeber 16 in Mittellage, schließt damit auch
den Kommandoempfänger 39 mit seinem Steuerventil 39a, und die Bewegung des
Vertikalschlittens hört auf. Beim Heben des Ringkörpers 3 kann sich nun der Steuerring
1o unter Wirkung des Magneten M$ nach links bewegen, wobei der Kommandogeber 2o
aus der Mittellage gerät -und den Kommandoempfänger 4o mit seinem Steuerventil 40a
beeinflußt, so daß das Ventil geöffnet wird und Drucköl freigibt, das den Arbeitskolben
46Q beaufschlagt, wodurch der Vertikalschlitten, z. B. von links nach rechts, bewegt
wird.
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Wenn der Taster 23 die waagerechte Wand 38,
des Modells verläßt
und an die senkrechte Wand 38b kommt (Fig. 3), drückt die Feder 14 den Ringkörper
3 nach unten. Der Steuerring 1o geht auf Mittellage, schiebt den Kommandogeber 20
auf Mittellage und setzt damit die Vorschubbewegung des Arbeitskolbens 46" über
Kommandoempfänger 4o still, während der vertikale Vorschub nach unten, ausgelöst
durch Kommandogeber 16 und Kommandoempfänger 39, einsetzt.
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Bei einer schrägen Modellfläche 38d (Fig. 4) bringt die Feder
14 über den Ringkörper 3 den Taster 23 immer zur Anlage an die Modellfläche, wodurch,
da sowohl der Kommandogeber 16 als auch der Kommandogeber 2o arbeiten, eine vereinigte
Vertikal- und Querbewegung des Schlittens über die Arbeitszylinder 45 und 46 erfolgt.
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Beim Anfahren des Tasters 23 an eine senkrechte Modellwand 38e (Fig.
5) wird der Taster ausgelenkt. Da die Kugelpfanne 25 ein Absinken des Tasters verhindert,
rollt die Kugel 31 zwischen Bolzen 4 und Taster 23 an der gö°-Ausnehmung 29 hoch
und schiebt den Ringkörper 3 durch den Bolzen 4 in die höchste Stellung. Der Ringkörper
3 holt mit der unteren Flanke 9" den Steuerring 1o und damit den Kommandogeber 2o
in die Mittellage, die Druckölzufuhr zum Arbeitszylinder 46 wird unterbrochen und
damit hört die Querbewegung auf. Der Kommandogeber 16 wird durch das Verschieben
des Ringkörpers 3 aus der Mittellage in die Gegenrichtung gebracht, so daß der Arbeitskolben
45a in der entgegengesetzten Richtung mit Drucköl beaufschlagt wird. Der Taster
23 wird somit an der senkrechten Wand nach oben geführt. Ist er oben an der freien
Modellkante angekommen, drückt ihn die Feder 14 wieder in die Mittellage, wie Fig.
2 zeigt. Legt man nun den Steuerhebel 48 (Fig.5) nach links in die gestrichelte
Lage, so wird der Magnet M4 über den Kontakt K4 eingeschaltet, und der Taster läuft
nach links. Die Zeilensteuerung, die hierbei noch in Tätigkeit tritt, kann mechanisch
oder hydraulisch erfolgen. Der Handhebel 48 kann natürlich durch zwei an der Maschine
befindliche Umkehrkontakte ersetzt werden, so daß in diesem Falle die Umkehr der
Bewegungsrichtung selbsttätig erfolgt.
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Soll mit der Maschine im Umrißverfahren gearbeitet werden, erfolgt
die Zuschaltung einer zweiten Kontaktsteuerung 5o (Fig. 6). Diese Kontaktsteuerung
besteht aus einer Kontaktscheibe 51 mit einem Mitnehmerstift 52. Dieser Mitnehmerstift
greift in Schlitze 53 und 54 der Ventilstangen 55 und 56 der Ventile 4o" und 41a
-ein. Um diese Scheibe liegen auf einem Kreis sternförmig die Kontakte S1 und S.,
die den Magneten M1 bis M$ zugeordnet sind. Diese Magneten sind gegenüber den Kontakten
um 45° versetzt. Vor Beginn des Umrißverfahrens ist der Tastkopf T wie folgt umzustellen
Der Ringkörper 3 (Fig. 6) wird mit der Feststellschraube 8 in der Mittellage gehalten,
wodurch der Steuerring 1o nach allen Richtungen hin frei beweglich ist. Der Ringflansch
32 wird mittels der Feststellschraube 35 am Taster 23 in der Höhe bis zum Eingriff
mit dem Steuerring 1o verstellt. Der ballige Flansch 13 des Steuerringes 1o zentriert
den Ring 33 und damit den Taster 23. Nun muß noch der Eingriff der Feststellschraube
5 gelöst werden, damit der Bolzen 4 frei beweglich ist.
Wenn jetzt
der Steuerhebel 48 nach rechts gelegt wird -und der Kontakt K8 den Magneten M8 in
Tätigkeit setzt, wird der Taster 23 ebenfalls nach rechts ausgelenkt. Hierbei wird
der Kommandogeber 2o aus seiner Mittellage gebracht und damit auch der Kommandoempfänger
¢o mit seinem Steuerventil 40a geöffnet und der Arbeitskolben 46" mit Drucköl beaufschlagt.
Beim Öffnen des Steuerventils 4o" wird die Kontaktscheibe 5 i, die durch die Wandung
des Schlitzes 53 mitgenommen wird, gegen den Kontakt S1 gedrückt. Dieser Kontakt
S1 schaltet den Magneten Ml, der gegenüber dem Kontakt um 45° versetzt angeordnet.
ist und eine Anlage des Tasters am Modell 58 bewirkt und ihn gleichzeitig
in Laufrichtung hält. Die Handsteuerung 48, K8 wird, sobald diese Bewegung eingeleitet
ist und die Kontaktscheibe 51 zur Anlage an den Kontakt S1 gekommen ist,
außer Betrieb gesetzt. Die Kontaktscheibe 51 übernimmt von diesem Augenblick an
die Führung des Tasters selbsttätig.
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Kommt der Taster 23 an die rechte äußere Kante des Modells (Fig. 7),
verliert er seine seitliche Anläge, die der Magnet Ml gehalten hat. Der Magnet M1
drückt nun durch das Freiwerden des Tasters durch seine Versetzung um 45° gegenüber
dem Kontakt S, den Steuerring io und damit den Taster 23 seitlich weg, aber immer
so, daß der Taster mit dem Modell Fühlung behält. Der Kommandogeber 2ö öffnet durch
den Kommandoempfänger 41 das Steuerventil 44, daß nunmehr einen Ölstrom freigibt,
der den Arbeitskolben 47" beaufschlagt. Gleichzeitig wird die Kontaktscheibe 51
durch -,die Wandung des Schlitzes 54 in gleicher Richtung bewegt wie der Steuerring.
Da aber die Kontakte, welche von dem Steuerring betätigt werden, immer einen Magneten
schalten, der um 45' versetzt ist, wird der Vorschub der Maschine und die Anlage
des Tasters am Modell zwangläufig gehalten.
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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Anlage des Tasters kann bei der
praktischen Ausführung an Stelle der Erregung von am Umfang verteilten Magneten,
z. B. acht Magneten, ein Magnet verwendet werden, der an einem Ring od. dgl. befestigt
ist, welcher kontinuierlich mit Hilfe eines Drehfeldempfängers od. dgl. synchron
in Übereinstimmung mit einem Drehfeldgeber od. dgl. bewegt wird. Er kann hierdurch
den Magneten und damit die Grundrichtung des Tasters stufenlos in jede Stellung
einstellen, die der Geber angibt. Die Stellung des Drehfeldgebers wird dabei entsprechend
der Kontaktstellungen des Kontaktfingers K1 bis Kg (Fig. 6 und 7) entweder von Hand
oder mechanisch in Abhängigkeit von der kombinierten Stellung der Steuerschieber
bewirkt.
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In einem Kreis werden also in jedem Achtel (Fig. 7 a) die Anlage gegen
das Modell und zugleich der Vorschub von einem zum anderen Kontakt übernommen. Beim
Umrißfräsen mit Tiefenzeilenbeistellung muß die mit der Kugelpfanne versehene Schraubmuffe
26 etwas nach unten verdreht werden, so daß der Taster 23 mit dem Bolzen 4 den Kommandogeber
16 etwas öffnet, wodurch der Vertikalvorschub bis zum Modellboden nach unten garantiert
wird. Der Druckölzufiuß in den Zylinder 45 kann aber nur eine Bewegung nach unten
ausüben, wenn ein dem Zylinder 45 zugeordnetes Ventil 57 geöffnet ist. Nach jedem
Umfahren des Modells wird dieses Ventil kurz geöffnet, so daß ein Zeilenvorschub
nach unten erfolgt. Hat der Taster 23 den Boden 58' des Modells erreicht, so hebt
er sich bis zur Mittellage des Kommandogebers 16, schließt das Steuerventil 39a
und beendet somit den Vertikalvorschub. Es ist also bei einem vorbestimmten Zeilenvorschub
in der Nähe des Bodens so, daß der bestehende Restvorschub unabhängig vom eingestellten
Zeilenvorschub arbeitet.
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Diese Einrichtung kann sinngemäß auch Anwendung finden bei jeder anderen
Werkzeugmaschine, die ein Arbeiten in drei Dimensionen des Raumes (längs, quer,
tief) selbsttätig bewirken soll.