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Verfahren und Maschine zur Prüfung von Feilen.
Bei den bisher bekannten Feilenprüfmaschinen wird in der Regel das Feilen mit der Hand nach- geahmt, d. h. es wird die Feile geradlinig über die Stirnfläche des ruhenden Prüfkörpers hin und her geführt und durch Anpressen des Prüfstückes gegen die Feilenfläehe ein Arbeiten der Feile ermöglicht.
Um ein einwandfreies Schneiden der Feile zu gewährleisten und ein Zusetzen, Verschmieren oder vor- zeitiges Abstumpfen derselben zu vermeiden, wird während des Rückhubes die Berührung zwischen
Feile und Werkstück aufgehoben. Auch die Bewegung des Prüfstückes über die feststehende Feile, d. h. die Umkehrung obiger Arbeitsweise, ist bekannt.
Bei diesem bekannten Verfahren sind die reine Arbeits- oder Schnittbewegung, die jeden Feilenzahn über das Werkstück führt und die Zerspanung bewirkt, sowie die Vorschubbewegung (Anstellbewegung), welche in ununterbrochener Folge immer neue Zähne mit dem Werkstück in Eingriff bringt und so für zwanglosen Spanabfluss sorgt, in der hin undher gehenden Bewegung zwischen Feile und Werkstück vereinigt. Das Verfahren ist langwierig und umständlich, da der leere Rückhub für die Zerspanung verloren ist und auch die Beschleunigung und Verzögerung zu Anfang und Ende jedes Arbeitshubes Zeitverluste bringt.
Es ist überdies als Prüfverfahren wenig geeignet, da die Grundvoraussetzungen jeder Prüfung, nämlich Unveränderliehkeit und Wiederholbarkeit der Versuchsbedingungen sowie eindeutige Messbarkeit der die Leistung bestimmenden Grössen, fehlen ; denn die Schnittgeschwindigkeit wechselt bei diesem Verfahren sowohl im Verlauf des einzelnen Arbeitshubes wie auch mit der Grösse des eingestellten Hubes und die reine Zerspanungsarbeit, die doch die
Grundlage für die Beurteilung jedes Zerspanungsvorganges bildet, ist wegen des absatzweisen ungleichförmigen Arbeitens der Maschine überhaupt nicht eindeutig messbar.
Es sind auch Maschinen mit ständig umlaufendem Prüfstück bekannt. Bei diesen ist jedoch die Schnittgeschwindigkeit nicht stets die gleiche und ausserdem keine Vorschubbewegung (Anstellbewegung) vorhanden, es wird daher immer an derselben Stelle der Feile und mit denselben Zähnen geschnitten und man erhält ein völlig falsches Bild über die Leistungsfähigkeit einer Feile.
Der wesentliche Unterschied des Verfahrens gemäss der Erfindung gegenüber den erwähnten bekannten Verfahren besteht in der Trennung der reinen Arbeits-oder Schnittbewegung von der Vorschubbewegung (Anstellbewegung). Der Prüfkörperist eine zylindrische Scheibe, welche verhältnismässig rasch umläuft und die Arbeitsbewegung ergibt. Die Vorsehubbewegung wird durch eine langsam hin und her gehende Bewegung zwischen Feile und Prüfkörper mit gleichbleibender Geschwindigkeit erzielt.
Diese Bewegung hat den Zweck, die hintereinanderliegenden Feilzähne in richtige Arbeitsstellung zum umlaufenden Prüfkörper zu bringen, nicht aber die Aufgabe, spanabhebende Arbeit zu leisten. Daraus ergibt sich die Möglichkeit ununterbrochener Arbeit mit gleichbleibender Geschwindigkeit, also die Vermeidung einer Trennung zwischen Feile und'Werkstück während des Feilenrückhubes. Ferner gelingt durch die Trennung der reinen Schnittbewegung von der Vorschubbewegung eine selbsttätige genaue Messung der reinen Zerspanungsarbeit, u. zw. durch Bestimmung der Arbeitsaufnahme des umlaufenden Prüfkörpers mit mechanischen, hydraulischen oder elektrischen Mitteln.
Um die für eine genaue Messung unerlässliche Unveränderliehkeit und Wiederholbarkeit der Versuchsbedingungen zu schaffen, wird die Umfangsgeschwindigkeit des umlaufenden Prüfkörpers, dessen Durchmesser mit fortschreitender Zerspanung ständig abnimmt, durch elektrische, hydraulische oder mechanische Mittel selbsttätig gleichgehalten. Die selbsttätige Aufzeichnung der auf diese Weise ermittelten reinen Zerspanungsarbeit in Abhängigkeit von der zerspanten Menge bzw. vom zurückgelegten Feilweg liefert ein klares Bild über die Brauchbarkeit der Feile und ermöglicht eine eindeutige Klassifizierung der Feilen nach Schneidfähigkeit, Schneidhaltigkeit und Lebensdauer.
Die Maschine gemäss der Erfindung ist auf der Zeichnung schematisch in mehreren Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1-3 zeigen eine Ausführungsform in drei Ansichten und teilweise im Schnitt, Fig. 4 zeigt eine andere Art des Prüfkörperantriebes und Fig. 5 die gleichzeitige Prüfung zweier Feilen.
Fig. 6-8 zeigen eine weitere Art des Prüfkörperantriebes und eine Einrichtung zur Messung der Zerspanungsarbeit.
Gemäss Fig. 1-3 wird die zu prüfende Feile F auf einem Schlitten 1 aufgespannt. Dieser trägt eine Mutter 2 und wird durch die Schraubenspindel J in der Richtung der Pfeile a und b auf und ab bewegt.
Geführt ist der Schlitten im Ständer 4. Die Spindel 3 trägt ein Kegelrad 5, das mit den auf der Welle 11 leer laufenden Kegelrädern 6 und 10 dauernd in Eingriff steht. Die auf der Welle 11 aufgekeilte Kupplungmuffe f verbindet abwechselnd das Rad 6 und das Rad 10 mit der z. B. von einem Elektromotor angetriebenen Welle 11, so dass jeweils der Drehsinn der Spindel 3, also auch die Bewegungsriehtung des Schlittens 1, umgekehrt wird. Zur abwechselnden Verbindung der Kupplungsmuffe 7 mit den Rädern 6 und 10 dient der Winkelhebel8, der durch Verschieben der Schaltstange 9 geschwenkt wird. Die Stange 9 wird vom Schlitten 1 in seinen Endlagen verschoben.
Der Prüfkörper S ist auf einer im Teil 21 gelagerten Welle 24 befestigt und wird über Riemenscheiben 23 und 25 von einem eigenen Motor angetrieben. Der Teil 21 trägt Zapfen 22, die im Ständer 4
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gelagert sind. Durch eine Gewichts-oder Federbelastung in der Richtung des Pfeiles P wird der Körper S gegen die Feile F gedrückt. Der Körper S dreht sieh in der Richtung des Pfeiles u (Fig. 1). Eine Rolle 12
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schleift der die Rolle 12 tragende Hebel 13 auf Kontakten M eines Widerstandes und regelt damit die Drehzahl des Antriebsmotors für S derart, dass die Umfangsgeschwindigkeit von S gleich gross bleibt.
Da sich der Durchmesser der Rolle 12 nicht ändert, ist ihre Drehzahl ein Mass für den zurückgelegten Feilweg. Dieser kann also durch ein von der Rolle 1 : 3 angetriebenes Zählwerk bestimmt und aufgezeichnet werden. Bei jeder vollen Umdrehung der Rolle 12 wird ein Kontakt geschlossen und damit ein Stromstoss in ein Zählwerk geleitet. Das Zählwerk schaltet bei jedem Stromstoss weiter und zeichnet auf einem mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegten Papierband nach einer bestimmten Anzahl von Stromstössen eine Marke. Der Abstand zweier solcher Marken gibt also den in einer aus der Papiergeschwindigkeit errechenbare Zeit zurückgelegten Feilweg an.
Die abgefeilten Späne werden durch ein Gehäuse 16 geleitet und auf der Waagschale 17 gesammelt.
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Eine Schraube 20 ist vom Ständer 19 elektrisch isoliert und derart einstellbar, dass bei einer gewählten Belastung der Waage der Unterteil der Schale 17 die Schraube 20 berührt und damit einen Strom schliesst.
Dadurch wird einerseits auf einem- mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegten Papierband eine Marke aufgezeichnet und anderseits die Entfernung der Späne von der Schale 17 eingeleitet, u. zw. durch Wegblasen mittels Druckluft, durch einen mechanischen Abstreifer (z. B. eine Bürste) oder elektromagnetisch. Durch die zuletzt erwähnten Marken wird die Zeit bestimmt, die zur Abnahme eines bestimmten Spangewichtes erforderlich ist. Man kann aber auch das während einer bestimmten Zeit abgenommene
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der auf einem mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegtem Papierband die Stellungen der Waagschale (und damit das Spangewicht) in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnet.
Die zur Abnahme der Späne aufgewendete Arbeit wird durch Messung der vom Antriebsmotor für 8 aufgenommenen elektrischen Energie bestimmt und durch ein schreibendes Messgerät während der Versuchsdauer selbsttätig aufgezeichnet.
Um zu vermeiden, dass die einzelnen Feilenzähne immer wieder in den von ihnen selbst erzeugten Rillen von S arbeiten, ist die Drehachse des Prüfkörpers um den Winkel a. gegen die Waagrechte geneigt (Fig. 2), so dass jeder Feilenzahn auf der Umfangsfläche von S während seiner Arbeit eine Schraubenlinie erzeugt. Damit ist die bei den bisherigen Feilenprüfmaschinen häufig beobachtete Erscheinung, dass ein Feilenzahn immer wieder in der von ihm selbst gefeilten Rille weiterarbeitet, vermieden.
Gemäss Fig. 4 wird die Prüfkörperantriebswelle 27 in Gleitschuhen 26 gelagert, die am Ständer 4 geradlinig geführt werden. Der Prüfkörper S wird über die Riemenscheibe 28 angetrieben.
Nach Fig. 5 werden die Feilen F und F'auf dem gemeinsamen Schlitten 1 aufgespannt. Die Antriebe der Prüfkörper S und S'sind vollkommen getrennt und mit allen früher beschriebenen Messeinrichtungen versehen. Die Schraubenspindel 3 bewegt die Mutter 2 und damit beide Feilen F und F' auf und ab und erzeugt auf diese Weise für beide Feilen die Vorschubbewegung. 24 und 24'sind die Wellen für die Prüfkörper S und S', 21 und 21'die Lagerteile für diese Wellen. P und P'geben wieder die Richtung der Gewichts-oder Federbelastung zur Anpressung der Prüfkörper S und S'an die Feilen F und F'an.
Ist der Prüfkörper bei der Einrichtung nach Fig. 1-3 oder Fig. 4 auf einen bestimmten Durchmesser abgefeilt, so wird sein Antriebsmotor selbsttätig abgeschaltet und der Prüfkörper von der Feile abgehoben. Nun wird auch der Antriebsmotor für die Schlittenbewegung abgestellt. Bei der Anordnung nach Fig. 5 wird der Schlittenantriebsmotor erst dann stillgesetzt, wenn beide Prüfkörper S und S'bis auf einen gewissen Durchmesser abgefeilt sind.
Zur Messung der Zerspanungsarbeit durch mechanische Hilfsmittel gemäss Fig. 6-8 wird von der Welle 55 die Riemenscheibe 43 auf der Welle 45 angetrieben. Deren Bewegung wird über das Reibradgetriebe 42,34 auf die Welle 33 und das Kegelrad 32 weitergeleitet, und durch das mit dem Rad 32 zusammenarbeitende Rad 31 werden das Rad 30, die Welle 29 und der auf 29 befestigte Prüfkörper S angetrieben. Das Rad 31 ist in einem Rahmen 38 gelagert. Der Zahndruck auf das Rad 31 versucht den Rahmen 38 um die Prüfkörperachse zu drehen. Als Gegenkraft wirkt ein durch die Stange 41 mit dem Rahmen 38 verbundenes Gewicht 41 A. Bei richtige Drehsinn der Zahnräder 30, 31, 32 wird das Gewicht 41 A in der Richtung des Pfeiles e (Fig. 7) durch den Zahndruck ausgeschwenkt.
Dadurch wird eine Bewegung der sich auf den Ansatz 39 des Rahmens 38 stützenden, belasteten Zahnstange 50 in der Richtung des Pfeiles c ermöglicht. Durch diese Bewegung werden das Zahnrad 51, die Welle 52 und das Zahnrad 53 gedreht und die Zahnstange 54 in der Richtung des Pfeiles d verschoben. Der mit 54 verbundene Schreibstift 56 zeichnet auf dem über die Trommel 49 laufenden Papierband das zur Zerspanung jeweils benötigte Drehmoment auf. Die Papiertrommel 49 wird von der Welle 45 über das Getriebe 46, 47, 48 mit gleichbleibender Geschwindigkeit gedreht.
Die Lagerteile der Wellen 29 und 33 sind durch den Teil 36 miteinander verbunden und um die
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sich durch die Kraft P (Fig. 8) die Lagerung von 29 um die Zapfen 37. Das Reibrad 42 greift dann an einem kleineren Kreis der Scheibe 34 an und erteilt bei gleicher Antriebsdrehzahl dem Prüfkörper S eine entsprechend seiner Durchmesserabnahme grössere Drehzahl. Die Umfangsgeschwindigkeit des
Prüfkörpers S bleibt also gleich gross.
Gewichte oder Federn, in der Richtung der Pfeile K (Fig. 6 und 8) wirkend, erzeugen den für das Reibradgetriebe 42,34 notwendigen Anpressdruck. Um ein Drehmoment der Kräfte in der Richtung K um die Achse der Zapfen 37 möglichst zu vermeiden, ist noch auf der
Welle 45 die Scheibe 44 frei drehbar gelagert, u. zw. derart, dass sie symmetrisch zum Rad 42 gegen die
Scheibe 34 gepresst wird. Zwei der Sehreibfedern 51 dienen zur Aufzeichnung des abgenommenen Span- gewiehtes und des zuriickgelegten Feilweges auf dem über die Trommel laufenden Papierbande. Die
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einer Verstopfung der Feilenzähne während der Prüfung benutzt werden.
Die Zerspanungsarbeit kann auch z. B. durch Messung des Drehmomentes mit Hilfe eines Torsions- dynamometers optisch oder elektrisch bestimmt werden. Ferner können auch die Prüfkörper und die Feilenschlitten gemeinsam angetrieben werden, wobei dann zur Messung der reinen Zerspanungsarbeit zwischen dem Prüfkörper und seinem Antrieb ein Drehmoment-, Leistungs-oder Kraftmesser einge- schaltet wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Prüfung von Feilen durch Spanabnahme von einem Prüfkörper, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Prüfkörper allein die verhältnismässig rasche Schnitt-oder Arbeitsbewegung macht, während der verhältnismässig langsame Vorschub, welcher in ununterbrochener Folge neue Zähne der Feile mit dem Prüfkörper in Eingriff bringt, durch eine Relativbewegung zwischen Feile und Prüfkörper in der Richtung der Feilenlängsachse bewirkt wird.