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Publication number: DEF0005935MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 31. März 1951 Bekanntgemacht am 28. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Tasteinrichtung, insbesondere für Kopierfräsmaschinen. Bei diesen Tasteinrichtungen ist es erforderlich, daß das Werkzeug feinfühlig und rasch der Bewegung des Tasters am Modell folgt. Die Erfindung zeigt eine elektrisch betätigte hydromechanisohe Einrichtung zu diesem Zweck, die es ermöglicht, das Kopieren eines Modells entweder im Zeilenverfahren oder im Umrißverfahren durchzuführen.

Das Abtasten des Modells erfolgt durch einen Taster, der erfindungsgemäß über in waagerechter und senkrechter Richtung wirksame elektrische Kommandogeber Ventile elektrisch, steuert, die die Bewegungsrichtung des Werkzeugträgers hydromechanisch beeinflussen und den Taster stets am Modell in Anlage halten. In Tiefstlage steuert der Taster den in senkrechter Richtung wirksamen Kommandogeber für das Ventil derart, daß der hydromechanische Antrieb den Werkzeugträger abwärts bewegt, wobei die Tiefstlage des Tasters einstellbar ist. Zur Abtastung einer senkrecht zum Taster verlaufenden Ebene sind zwei in dieser Ebene senkrecht zueinander bewegliche Kommandogeber angeordnet, die von dem Taster betätigt werden, während zur Abtastung ■ von Höhenunterschieden in Richtung der Tasterachse ein weiterer elektrischer Kommandogeber zur Steuerung des die senkrechte Bewegungsrichtung des Werkzeugträgers · hydromechanisch beeinflussenden Ventils am Taster selbst vorgesehen ist.

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Um den Taster in steter Anlage an einem kurvenförmigen Modell zu halten, ist ein Steuerring-vorgesehen, der zentral zur Tasterachse ange'dfdhet "in" seiner Ebene" verstellbar ist und durch

. 5 um ihn herum vorgesehene Elektromagneten betätigt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen.

In der Zeichnung zeigen

Fig. ι bis 5 in schematischer Anordnung die Zusammenhänge zwischen dem Tastkopf und den Steuerorganen beim Zeilenverfahren und

Fig. 6 bis 7 a dieselbe Anordnung beim Umriß-

verfahren. ■ ■· . "<■' ■ ^: ■-

Mit dem Vertikalschlitten der nicht dargestellten Fräsmaschine ist in bekannter Weise der Tastkopf T verbunden. Er besteht aus einem Gehäuse 1, das im Inneren mit einem zentralen Ringflansch 2 versehen ist, der sich von der oberen Seite des Gehäuses nach innen erstreckt. Dieser Ringflansch 2 dient als Führung für einen Ringkörper 3, der zentral axial einen Bolzen 4 aufnimmt. Eine von außen zu bedienende Feststellschraube 5 durchdringt den Ringflansch 2 in einem senkrechten Langloch 6 und den Ringkörper 3 bis zum Bolzen 4. 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 9, deren Seitenflanken g_a und g_b etwa im Winkel von 90 ° aufeinander zu laufen. Am unteren Ende des zentralen Ring.-flansches 2 ist radial verschiebbar ein Steuerring 10 .gelagert. Der Ringflansch 2 besitzt zu diesem Zweck eine ringförmige Innennut 11, in die der Steuerring 10 mit einem Ringflansch 12 verschieb-

. bär eingreift. Die freie außenliegende Mantelfläche des Ringkörpers ist im unteren Teil 13 ballig ausgeführt. Die Innenbohrung des Steuerringes 10 ist ebenfalls keilförmig ausgebildet, und zwar so, daß die Seitenflanken io_a und io₆ mit den Seitenflanken 9„ und g_b 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 1 abstützt.

Vom Tastergehäuse 1 erstreckt sich zentral nach oben ein zylinderförmiger Ansatz 15, in dem ein Kommandogeber 16 angeordnet ist. Dieser Kommandogeber besteht aus Induktionsspülen i6_fl und einem Eisenkern i6₆. Der Eisenkern ist auf einem ■ zum Bolzen 4 gehörenden Schaft 17 angeordnet, der «einerseits unter Wirkung einer Druckfeder 18 steht. Im Inneren des Tastkopfes sind in Höhe des Steuerringes 10 mehrere, vorzugsweise acht Schalitmägnete M₁ bis M₈ (s. Fig. 6) sternförmig angeordnet, deren bewegliche Eisenkerne sich gegen den Schältring 10-anlehnen. Ein Magnet, z.B. der Magnet M₈, trägt auf dem freien Ende seines Kernes einen Eisenkern 19, der zum System eines Kommandogebers 20 mit Induktionsspulen 21 ge-

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hört. Diese! Induktionsspulen' sind-in Richtung de'r Magnietachse in einem zylinderförmigen Ansatz 22 des Tastergehäuses angeordnet (Fig. 1).

In axialer Richtung zum Bolzen 4 ist im Tastkopf T der Taster 23 gelenkig und· höhenverschiebbar gelagert. Er besitzt auf einem Teil seiner Länge einen balligen, vorzugsweise kugelförmigen Abschnitt 24, der in einer Kugelpfanne25fd.es 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 4 und des Tasters 23 besitzen trichterförmige Ausnehmungen 29 und 30, 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 10 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.

Zum Verständnis der Wirkungsweise der Einrichtung ist schematisch ein Teilstück 38 eines Modells eingezeichnet. Die Oberfläche des Modells ist mit 38_C, zwei senkrechte Seitenflächen mit 38^ und 38^ eine schräge Fläche mit 38_rf und eine Grundfläche mit 38^ bezeichnet.

Die elektrischen Kommandoempfänger 39, 40, 41 beeinflussen Steuereinrichtungen, die vorzugsweise als Schieberventile 39^, 4O_n und 4I₀ 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 verbunden. Die freien Enden der Kolbenstange der entsprechenden Arbeitskolben 45_a 46_a, 47_a wirken in bekannter Weise auf die einzelnen Schlitten der Fräsmaschine, die die räumliche Bewegung des Fräskopfes erzeugen. Der Kolben 45 _a ruft z.B. die Senkrech tbewegung, der Kolben 46,, die Querbewegung und der Kolben 47_tt die Längsbewegung hervor. Zur Bestimmung der Laufrichtung des Tastkopfes dient ein Handhebel. 48, der über Kontakte X₁ bis X₈ (Fig. 6) die Laufrichtung bestimmt. " ■ "['

Die Bewegüngsvorgänge beim Fräsen einer !

Räumform im Zeilenverfahren sind wie folgt:

Die Ausgangsstellung des Tastköpfes 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 X₈ schließt, ^!der den Kern des Magneten M₈ in Richtung auf den Steuerring io

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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_a, 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.

' . Wenn der Taster 23 auf der Modellfläche 3S₀ aufsetzt (Fig. 2), hebt er den Ringkörper 3, bringt den Kommandogeber 16 in Mittellage, schließt damit auch den Kommandoempfänger 39 mit seinem Steuerventil 39«, und die Bewegung des Vertikalschlittens hört auf. Beim Heben des Ringkörpers 3 kann sich nun der Steuerring 10 unter Wirkung des Magneten M₈ nach links bewegen, wobei der Kommandogeber 20 aus der Mittellage gerät und den Kommandoempfänger 40 mit seinem Steuerventil 4O_H beeinflußt, so daß das Ventil geöffnet wird und Drucköl freigibt, das den Arbeitskolben 4O₁₁ beaufschlagt, wodurch der Vertikalschlitten, z. B. von links nach rechts, bewegt wird. Wenn der Taster 23 die waagerechte Wand 38,, des Modells verläßt und an die senkrechte Wand 38₆ kommt (Fig. 3), drückt die Feder 14 den Ringkörper 3 nach unten. Der Steuerring 10 geht auf Mittellage, schiebt den Kommandogeber 20 auf Mi'ttellage und setzt damit die Vorschubbewegung des Arbeitskolbens 46,, über Kommandoempfänger 40 still, während der vertikale Vorschub nach unten, ausgelöst durch Kommandogeber 16 und Kommandoempfänger 39, einsetzt.

Bei einer schrägen Modellfläche 38^ (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 20 arbeiten, eine vereinigte Vertikal- und Querbewegung des Schlittens über die Arbeitszylinder 45 und 46 erfolgt.

- Beim Anfahren des Tasters 23 an eine senkrechte Modellwand 38^ (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 9O°-Ausnehmung 29 hoch und schiebt den Ringkörper 3 durch den Bolzen 4 in die höchste Stellung. Der Ringkörper 3 holt mit der unteren Flanke g_a den Steuerring 10 und damit den Kommandogeber 20 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 Ärbeitskolberi 4S_a in der entgegengesetzten Richtung mit Drucköl, beaufschlagt wird. Der Taster 23 wird somit an der senkrechten Wand nach oben geführt.

¹ ''" 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 K^ 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.

Soll mit der Maschine im Umrißverfahren gearbeitet werden, erfolgt die Zuschaltung einer zweiten Kontaktsteuerung 50 (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_ß und 4i_e ein. Um diese Scheibe liegen auf einem Kreis sternförmig die Kontakte S₁ und 5*₈, die den Magneten M₁ bis M₈ zugeordnet sind. Diese Magneten sind gegenüber den Kontakten um 45° _Nversetzt. Vor Beginn des Umrißverfahrens ist der Tastkopf T wie folgt um- , zustellen:

Der Ringkörper 3 (Fig. 6) wird mit der Feststellschraube 8 in der Mittellage gehalten, wodurch der Steuerring 10 nach allen Richtungen hin frei beweglich ist. Der Ringflansch 32 wird mittels der go Feststellschraube 35 am Taster 23 in der Höhe bis zum Eingriff mit dem Steuerring 10 verstellt. Der ballige Flansch 13 des Steuerringes 10 zentriert den Ring 33 und damit den Taster 23. Nun muß noch der Eingriff der Feststellschraube 5 gelöst werden, dairiit der Bolzen 4 frei beweglich ist.

Wenn jetzt der Steuerhebel 48 nach rechts gelegt wird und der Kontakt /C₈ den Magneten M₈ in Tätigkeit setzt, wird der Taster 23 ebenfalls nach rechts ausgelenkt. Hierbei wird der Kommandogeber 20 aus seiner Mittellage gebracht und damit auch der Kommandoempfänger 40 mit seinem Steuerventil 4O_a geöffnet und der Arbeitskolben 4O₀ mit Drucköl beaufschlagt. Beim Öffnen des Steuerventils 4O₍₁ wird die Kontaktscheibe 51, die durch die Wandung des Schlitzes 53 mitgenommen wird, gegen den Kontakt S₁ gedrückt. Dieser Kontakt S₁ schaltet den Magneten M₁, der gegenüber dem Kontakt um 45⁰ ver.setzt angeordnet ist und eine Anlage des Tasters am Modell 58 bewirkt und ihn gleichzeitig in Laufrichtung hält. Die Handsteuerung 48, K_a 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 X15 diesem Augenblick an die Führung des Tasters selbsttätig.

Kommt der Taster 23 an die rechte äußere Kante des Modells (Fig. 7), verliert er seine seitliche Anlage, die der Magnet M₁ gehalten hat. Der Magnet M₁ drückt nun durch das Freiwerden des Tasters durch seine Versetzung um 45 ° gegenüber dem Kontakt S₁ den Steuerring 10 und damit den Taster 23 seitlich weg, aber. immer so, daß der Taster mit dem Modell Fühlung behält.. Der Kommandogeber 20' öffnet durch den Kommando-

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empfänger 41 das Steuerventil 4i_ß, daß nunmehr einen Ölstrom freigibt, der den Arbeitskolben 47 _α 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 zjvangläufig gehalten.

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 K₈ (Fig. 6 und 7) entweder von Hand oder mechanisch in Abhängigkeit von der kombinierten Stellung der Steuerschieber bewirkt. 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 Druckölzufluß 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 2>g_a 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. 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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Tasteinrichtung zum Kopieren nach Model-Jen, insbesondere für ,Kopierfräsmaschinen, da-■'■ durch gekennzeichnet, daß der Taster (23) über in waagerechter und senkrechter Richtung wirksame elektrische Kommandogeber (16, 20, 20') Ventile (39, 40, 41) elektrisch steuert, die die Bewegungsrichtung des Werkzeugträgers hydro mechanisch beeinflussen und den Taster stets am Modell in Anlage halten.
2. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (23) in Tiefstlage den in senkrechter Richtung wirksamen Kommandogeber (16) für das Ventil (39) steuert und daß der hydromechanische Antrieb den Werkzeugträger abwärts bewegt, wobei die Tiefstlage des Tasters einstellbar ist.
3. Tastemrictitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung einer senkrecht zum Taster verlaufenden Ebene zwei in dieser Ebene senkrecht zueinander bewegliche Kommandogeber (20, 20') angeordnet sind, die von dem Taster betätigt werden, während zur Abtastung von Höhenunterschieden in Richtung der Tasterachse ein weiterer elektrischer Kommandogeber (16) zur Steuerung des die senkrechte Bewegungsrichtung des Werkzeugträgers hydromechanisch beeinflussenden Ventiles (39«) am Taster selbst vorgesehen ist.
4. Tasteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Steuerring (10), der zentral zur Tastachse (23) angeordnet in seiner Ebene verstellbar ist und durch um ihn herum vorgesehene Elektromagneten (M₁ bis M₈) betätigt wird und daß der Taster (23) in steter Anlage an einem kurvenförmigen Modell verbleibt. . go
5. Tasteinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (10) durch eine am Taster (23) vorgesehene Einrichtung, z. B. einen Zentrierkonus (g_a, g_b, io_a, iOj) zentrierbar ist und daß nur der auf Bewegung in der Tasterachse ansprechende elektrische Kommandogeber (16) wirksam wird.
6. Tasteinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (10) mechanisch mit dem Taster verbindbar ist und durch die Elektromagneten (M₁ bis M₈) einseitig verschoben wird, um den Taster in steter Anlage an ein Umrißmodell zu halten, und daß die beiden vom Taster senkrecht zu seiner Achse betätigten elektrischen Kommandogeber (20, 2o') sowohl die die Bewegungsrichtung des Werkzeugträgers beeinflussenden Ventile (4O₀, 41„) als auch eine den Elektromagneten zugeordnete Anzahl Schaltkontakte (S₁ bis S₈) steuern.
7. Tasteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch no gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (.S₁ bis S₈) im Kreis entsprechend den den Taster (23) betätigenden Elektromagneten angeordnet sind und'durch eine Kontaktscheibe (51) geschlossen werden, die ihrerseits durch zwei auf die Steuerventile (4O₀, 4I₀) wirkende und die. Scheibe (51) gemeinsam verstellende, von den durch den Steuerring (10) betätigten elektrischen Kommandogebern (20, 20') beeinflußte elektrische Kommandoempfänger (40, 41) mit ihren Ventilen (4O_a, 41J betätigt werden.
8. Tasteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kommandoempfänger (40, 41) die die Schaltkontakte (S₁ bis S₈) für die Magneten (M₁ bis M₈). schließende Kontaktscheibe (51) über zwei mit

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Langlöchern (53, 54) versehene Stangen steuern, die zum Mittelpunkt des Kontaktkreises der Schaltkontakte (S₁ bis S₈) unter einem den Bewegungsrichtungen der elektrischen Kommandogeber (20, 20') entsprechenden Winkel längs beweglich sind und über die sich kreuzenden Langlöcher (53, 54) an einem Zapfen der Kontaktscheibe (51) angreifen.
9. Tasteinrichtung nach Anspruch 6 und 7, gekennzeichnet durch eine Schaltung der für die Elektromagnete (M₁ bis M₈) vorgesehenen Schaltkontakte (S₁ bis S_s), durch die die Taster unter einem vorbestimmten Andruckwinkel zur Tangente des jeweiligen Berührungspunktes an das Modell angedrückt wird.
10. Tasteinrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (S₁ bis ^₈) durch einen von Hand betätigten Schalthebel (48) wahlweise geschlossen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen