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Um Werkstücke mit sich längs des Umfanges änderndem Krümmungsradius genau bearbeiten zu können, benutzt man Kopiermaschinen, bei welchen durch Abtastung einer Schablone mittels einer Kopierrolle od. dgl. das Werkzeug, beispielsweise eine Schleifscheibe, relativ zum Werkstück auf einer vorbestimmten Bahn geführt wird, so dass das Werkstück die durch die Schablone vorgegebene Kontur erhält.
Zu diesem Zweck wurden für Kopierschleifmaschinen u. dgl. bereits Steuerungen entwickelt, welche mit einer Schablone ausgestattet sind, die eine zylindrische Fläche mit sich längs des Umfanges änderndem
Krümmungsradius aufweist, an der eine im Maschinengestell gelagerte Kopierrolle längs einer Erzeugenden (Berührungsgerade) anliegt, wobei die Schablone, welche mit dem Werkstück starr verbunden ist, mittels eines
Antriebes längs der Kopierrolle bewegbar ist und wobei dem Werkstück eine am Maschinengestell gelagerte, motorisch angetriebene Schleifscheibe od. dgl. zugeordnet ist.
Eine Steuerung dieser Art offenbart die USA-Patentschrift Nr. 2, 351, 502. Das Werkstück führte dort unter der Wirkung der Schablone seine Bewegungen gegenüber der Schleifscheibe in der Weise aus, dass seine Aufnahme einfach um eine zur Schleifscheibenachse parallele Achse geschwenkt wurde. Dabei veränderte die
Berührungsstelle zwischen Kopierrolle und Schablone ständig ihre Lage im Raum, ebenso wie die
Berührungsstelle zwischen Schleifscheibe und Werkstück, jedoch wegen des in bezug auf den
Kopierrollendurchmesser viel grösseren Durchmessers der Schleifscheibe in anderem Verhältnis, so dass kein getreues Abbild der Schablonenkontur am Werkstück entstehen konnte. Änderungen im Durchmesser der
Schleifscheibe mussten diese Abweichungen bzw.
Unstetigkeiten noch verstärken ; ausserdem war kein Schleifen mit konstanter Bewegung der Schleifscheibe entlang der Werkstückfläche möglich, weil die
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes infolge der variablen Radien schwankte.
Mit steigender Anforderung an die Genauigkeit von gekrümmten Flächen wurde als unerlässliche
Voraussetzung für zufriedenstellende Ergebnisse erkannt, dass die jeweilige Berührungsstelle der Kopierrolle an der Schablone exakt der Berührungsstelle der Schleifscheibe an der Werkstückfläche entspricht, d. h., dass jeweils ihre Drehachse genau in der kurvennormalen Ebene durch die jeweilige Abtragstelle gemäss dem durch die
Schablone vorgegebenen Kurvenverlauf entspricht (Schleifen in der Kurvennormalen).
Gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 595506 sollte dieses Ziel durch Aufteilen der gewünschten krummen
Fläche in kreisbogenförmige Teile und Zuordnung einer ebenso in Kreisbogen aufgeteilten, mit dem Werkstück starr verbundenen Schablone zur ortsfesten Kopierrolle erreicht werden. Hiebei wurde eine zusätzliche, mit einer weiteren Steuerrolle zusammenwirkende Daumenfläche vorgesehen, um die Mittelpunkte der Schleifscheibe und der Kopierwalzen, die Berührungspunkte und die Krümmungsradien ausgerichtet zu halten. Die Berührungsstelle zwischen Kopierrolle und Schablone änderte dabei ebenso wie die Berührungsstelle zwischen Schleifscheibe und
Werkstück ihre Stelle im Raum. Dieses System liess sich nur bei Flächen anwenden, die in Teilkreisbogen aufteilbar sind.
Beim übergang von einem Krümmungsradius zum andern war eine exakte Wiedergabe des vorgegebenen Profils nicht gewährleistet. Änderungen im Schleifscheibendurchmesser erzwangen auch hier eine erneute Anpassung des Systems, und die Geschwindigkeit der Schleifscheibe entlang des Werkstückes war durch die Radienänderungen Schwankungen unterworfen.
Gemäss der österr. Patentschrift Nr. 169839 wurden daher Werkstück und Schablone nicht starr miteinander verbunden, und es wurden getrennte Nockensteuerungen mit zwei Urnocken vorgesehen, die mit einem Hebel zusammenwirkten, und die die Bewegung der Schleifscheibe relativ zum Werkstück so steuern sollten, dass der Mittelpunkt der Schleifscheibe stets in einer Normalebene auf der zu schleifenden Fläche lag. Dabei wurde das Werkstück um eine feststehende Achse gedreht, und es wurden Synchronmotore benötigt, um die
Steuerbewegungen des die Schleifscheibe tragenden Rahmens mit der Drehung des Werkstückes zu synchronisieren. Die Berührungsstellen sowohl zwischen Kopierrolle und Schablone als auch zwischen Schleifscheibe und Werkstück veränderten fortlaufend ihre Lage im Raum.
Die Vielzahl der Übertragungsorgane musste eine Quelle von Ungenauigkeiten bilden, so dass ein exaktes Schleifen der Kurvennormalen nur annähernd erreicht werden konnte. Die Urnocken waren nur für einen bestimmten Schleifscheibendurchmesser richtig, und die vorgesehene konstante Winkelgeschwindigkeit ergab ungleichförmige Geschwindigkeit der Werkstoffabtragung.
Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Steuerung für Kopierschleifmaschinen u. dgl., die die Nachteile der bekannten Steuerungen vermeidet und bei einfachem Aufbau ein präzises, schablonengetreues Schleifen in der Kurvennormalen mit wählbarer Geschwindigkeit der Werkstoffabtragung gestattet.
Dies ist bei einer Steuerung für Kopierschleifmaschinen u. dgl., welche mit einer Schablone ausgestattet ist, die eine zylindrische Fläche mit sich längs des Umfanges änderndem Krümmungsradius aufweist, an der eine im Maschinengestell gelagerte Kopierrolle längs einer Erzeugenden (Berührungsgerade) anliegt, wobei die Schablone, welche mit dem Werkstück starr verbunden ist, mittels eines Antriebes längs der Kopierrolle bewegbar ist und wobei dem Werkstück eine am Maschinengestell gelagerte, motorisch angetriebene Schleifscheibe zugeordnet ist, erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Schablone auf der der zylindrischen (ersten) Fläche gegenüberliegenden Seite eine zweite Begrenzungsfläche aufweist, die zwei gegeneinander versetzte zylindrische Führungsspuren besitzt, deren jede sich über die gesamte Länge der zweiten Fläche erstreckt,
und dass den beiden Führungsspuren zwei Führungsrollen od. dgl. zugeordnet sind, die auf entgegengesetzten Seiten einer durch die Achse der Kopierrolle und die Berührungsgerade der Rolle mit der Schablone gelegten Ebene auf einem
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Schlitten angeordnet sind, um die Schablone in Anlage an der Kopierrolle zu halten, wobei die beiden
Führungsspuren in dem dem konkaven Teil der ersten Fläche zugeordneten Bereich-im Querschnitt gesehen-im wesentlichen kongruent verlaufen, in dem dem konvexen, einspringenden Teil der ersten Fläche zugeordneten Bereich hingegen voneinander abweichen, um die Tangentialebene an die erste Fläche in der
Berührungsgeraden der Kopierrolle stets in einer Normallage zu der durch die Rollenachse und die
Berührungsgerade gelegten Ebene zu halten.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Steuerung wird sohin erreicht, dass die Kopierrolle bezüglich der Schablone immer die gleiche relative Lage einnimmt, wie das Werkzeug zum Werkstück. Bei ortsfest gelagerter Kopierrolle ändern die Berührungsgerade der Kopierrolle an der Schablone und die Berührungsgerade des mit der Schablone fest verbundenen Werkstückes an der Schleifscheibe ihre Stellung im Raum nicht. Das so gesteuerte Werkzeug liegt immer tangential an der entsprechenden Stelle des zu bearbeitenden Werkstückes an ; seine Drehachse befindet sich also stets in der kurvennormalen Ebene dieser Berührungsstelle.
Wird die Drehachse der Schleifscheibe in der durch die Achse der Kopierrolle und ihre Berührungsgerade gelegten Ebene-in dieser Ebene gegenüber dem Werkstück verschiebbar-angeordnet, so kann eine Änderung des Schleifscheibendurchmessers den Schleifvorgang nicht beeinflussen, da die Schleifscheibe das Werkstück stets in einer Geraden berührt, die mit der Berührungsgeraden der Kopierrolle an der Schablone in Richtung zur
Kopierrollenachse fluchtet.
Durch die Verwendung von zwei Führungsrollen wird Trägheitskräften entgegengewirkt, die die Schablone gegenüber der Kopierrolle-unter Auswandern der Berührungsgeraden aus ihrer richtigen Stellung -- ver- schwenken würden.
Die durch den Abstand der beiden Führungsrollen bedingte besondere Führungscharakteristik wird durch die unterschiedliche Formgebung der beiden zueinander versetzten Führungsspuren kompensiert. Die Drehachsen der beiden Rollen liegen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in einer Normalebene zu der durch die
Achse der Kopierrolle und die Berührungsgerade derselben mit der Schablone gehenden Ebene, wodurch das exakte Führen des Werkstückes in bezug auf die Kopierrolle und damit das Schleifen in der Kurvennormalen sichergestellt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung steht der die Führungsrollen tragende Schlitten unter dem Einfluss einer Feder od. dgl., mittels welcher die beiden Führungsrollen gegen die beiden Führungsspuren andrückbar sind, wobei die Kraft der Feder in der durch die Achse der Kopierrolle und die Berührungsgerade verlaufenden Ebene liegt. Hiedurch ist eine sichere Ausrichtung der Kopierrolle auf die Kurvennormale der Schablone und damit der
Schleifscheibe auf die Kurvennormale des Werkstückes gewährleistet.
Schliesslich ist gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die Kopierrolle über einen Riementrieb von einem Motor angetrieben und somit die Schleifgeschwindigkeit nach Bedarf wählbar. Bei konstanter Schleifgeschwindigkeit resultieren als Vorteile wegen der gleichmässigen Werkstoffabtragung präzise Flächen und Schonung der Schleifscheibe.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. l eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Kopierschleifmaschine mit einer Steuerung gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Ansicht der Schablone, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2 und Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4.
Die in Fig. l dargestellte Kopierschleifmaschine besitzt eine ringförmige Schablone
Eine die Schablone --1-- antreibende Kopierrolle --2-- liegt an der Innenfläche --3-- der Schablone an, und eine die Schablone führende schematisch dargestellte AndruckeinrichtUng --4-- liegt an deren Aussenflächen an, wobei sie die Schablone an die Kopierrolle--2--drückt. Ein Verbindungsglied --6-- trägt an einem Ende die ringförmige Schablone--l--und an seinem andern Ende ein Werkstück - -7--. Eine Schleifscheibe --8-- liegt an der Innenfläche--9--des Werkstückes--7--an. Damit sich die Schablone--l--so bewegen kann,
dass sie mit der Fläche--3--an der Kopierrolle--2--anliegt, ist das Verbindungsglied--6--in einer Halterung --10-- geführt. Eine Bewegung der Schablone--l-- bewirkt eine gleichartige Bewegung des Werkstückes--7--gegenüber der Schleifscheibe--8--.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Innenfläche--3--der Schablone--l--der Innenwand des Gehäuses eines Wankelmotors (s. Fig. 2). Die Kopierrolle--2--liegt an der Innenfläche--3-- der Schablone--l--längs der Geraden--11--an. Hier berühren die Kopierrolle--2--und die Innenfläche --3-- der Schablone --1-- einander tangentil. Die gemeinsame Tangentialebene ist durch die Gerade--T-T--dargestellt. Durch die Berührungsgerade --11-- ist eine Normalebene--P-l--zur Tangentialebene gelegt. Diese Ebene--P-l--steht auch auf der Fläche --3-- normal.
Die Kopierrolle--2--ist so angeordnet, dass ihre Achse--12--in der Ebene--P-l--liegt. Die Andrückeinrichtung--4--, welche an der Aussenfläche der Schablone--l--anliegt, weist zwei Führungsrollen--13, 14--auf. Die Drehachsen dieser Führungsrollen--13, 14--liegen in einer Ebene --P-2--, welche senkrecht zur Ebene--P-l--steht. Die andrückeinrichtung --4-- wird so an die Schablone--l--angedrückt, dass die Resultierende in der Ebene--P-l--liegt und durch die Berührungsgerade--11--verläuft.
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Die Aussenfläche der Schablone--l--besitzt eine obere und eine untere Führungsspur--15 bzw.
16--, welche Spuren mit den Führungsrollen --13 und 14--zusammenarbeiten. Die Führungsrollen --13, 14--sind auf einem Schlitten --17-- drehbar gelagert. Dieser Schlitten --17-- ist in einem Gehäuse --18-- geführt, welches am Maschinenbett--19--befestigt ist. Auf den Schlitten --17-- wirkt eine Feder --20-- ein, welche den Schlitten in der Ebene--P-l--gegen die Gerade --11-- hin drückt.
Dadurch werden die Führungsrollen --13, 14-- an ihre zugehörigen Führungsspuren--15, 16--der Schablone angepresst.
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, dass die obere und die untere Führungsspur --15, 16-- verschiedene Umrissformen besitzen. Die genaue Form der Führungsspuren--15, 16--wird von der Fläche--3-- bestimmt. Die Führungsspuren --15, 16-- überschneiden einander an jenen Stellen der Innenfläche--3--, an welchen ein Übergang von einer konvexen zu einer konkaven Form stattfindet. Der geringe Unterschied zwischen den beiden Führungsspuren--15, 16--ergibt sich aus der Tatsache, dass zwei in Laufrichtung
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14--a--15, 16--.
Die Innenwand eines Wankelmotorgehäuses besitzt einen sich ständig ändernden Krümmungsradius. Weil die Führungsrollen --13, 14-- gegeneinander versetzt sind, ändert sich die Form der Führungsspuren --15, 16- entlang des ganzen Umfanges. Der Formunterschied ist gering und in Fig. 2 nur an den einander überschneidenden Teilen der Führungsspuren dargestellt.
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Verbindungsglied-6-trägtVerbindungsgliedes --6-- trägt einen andern Halter--23--, an welchem das zu schleifende Werkstück --7-- befestigt ist. Das Verbindungsglied--6--kann sich um seine Längsachse frei drehen und kann
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--24-- befestigt. Der Umfangsbereich dieser Lagerplatte --24-- ist in einem Gehäuse --25-- angeordnet.
Das Gehäuse --25-- weist mehrere obere und untere Taschen-26 und 27-auf, welche an gegenüberliegenden Seitenflächen der Lagerplatte--24--anliegen.
Den Taschen--26, 27--wird Druckluft zugeführt, welche gegen die gegenüberliegenden Seiten der Lagerplatte--24--im Gehäuse--25--zur Wirkung kommt. Die Dimensionen der oberen und unteren Taschen--26, 27--und/oder der Luftdruck können so eingestellt werden, dass das Gewicht des Verbindungsgliedes--6--und der an ihm befestigten Bauteile kompensiert wird, so dass die ganze Anordnung auf einem Luftpolster frei beweglich ist. Alternativ könnte auch hydraulischer Druck verwendet werden. Man
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einer zur Achse senkrechten Ebene mit einer minimalen Reibung zulässt.
Um das Werkstück --7-- an der Schleifscheibe--8--vorbeizubewegen, wird die Schablone--l-- zwischen der Kopierrolle--2--und den Führungsrollen --13, 14-- vorwärtsbewegt, wobei alle Bereiche der Innenfläche durch die Stelle --11-- nach und nach hindurchgeführt werden. Zum Antrieb der Kopierrolle --2-- dient eine Welle--28--, welche in einem Lagergehäuse --29-- am Maschinengestell gelagert ist. Die Welle--28--ist mit einer Riemenscheibe--30--versehen, um welche ein Treibriemen--31--gelegt ist.
Der Treibriemen --31-- umschlingt auch eine Riemenscheibe--32--, welche an der Well --33-- eines Antriebmotors--34--befestigt ist. Der Motor --34-- hat eine konstante Drehzahl, um eine konstante Umlaufgeschwindigkeit der Schablone--l--zu bewirken.
Wenn sich die Kopierrolle--2--dreht, wird infolge ihrer Berührung mit der Innenfläche der Schablone --l-- auch letztere bewegt. Die Führungsrollen --13, 14-- drücken die Schablone--l--gegen die Kopierrolle --2--, so dass die Stelle --11-- der Berührung zwischen beiden stets am gleichen Ort verbleibt. Dabei wird die Schablone --1-- so geführt, dass die Tangentialebene--T-T--an ihrer Innenfläche an der Stelle --11-- der Berührung ihre Lage nicht verändert. Sie liegt stets senkrecht zur Ebene--P-l--. Wenn der Motor--34--mit konstanter Drehzahl läuft, wird somit die Schablone--l--mit konstanter Geschwindigkeit an der Stelle --11-- vorbeigeführt.
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gegenüber der Kopierrolle --2-- zu verschwenken, wobei die Stelle --11-- aus der Ebene--P-l-auswandern würde.
Die Achse der Schleifscheibe --8-- liegt in der gleichen Ebene--P-l--wie die Achse der Kopierrolle
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Die Schleifscheibe --8-- ist zusammen mit ihrem Antriebsmotor --35-- auf einem Schlitten-36- befestigt. Eine Gewindespindel-37-verläuft parallel zur Ebene-P-l-und ist von einer Mutter --38-- umschlossen, welche am Schlitten --36-- befestigt ist. Die Gewindespindel --37-- wird mittels eines Schrittmotors --39-- verdreht. Eine Drehung der Gewindespindel --37-- bewirkt eine Bewegung des Schlittens --36-- und der Schleifscheibe --8-- in der Ebene-P-l-.
Wenn die Drehachse der Schleifscheibe in der Ebene--P-l--angeordnet, in dieser Ebene jedoch verschiebbar ist, kann eine Änderung des Durchmessers der Schleifscheibe den Schleifvorgang nicht beeinflussen. Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, in der Schleifscheiben von unterschiedlichen Durchmessern bei--8-- strichliert dargestellt sind. Sie berühren das Werkstück --7-- stets an der Stelle welche mit der Stelle --11-- fluchtet, an der die Kopierrolle--2--an der Innenfläche der Schablone--l--anliegt. Die Grösse der Schleifscheibe --8-- verändert nicht die Gestalt der zu bearbeitenden Fläche, weil die Tangentialebene an diese Fläche stets senkrecht zur Ebene--P-l--, in der die Achse der Schleifscheibe verschiebbar ist, durch die Stelle verläuft.
Weil Werkstück-7-und Schablone-l-fest miteinander verbunden sind, bewegt sich das
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vertikaler Richtung hin- und herzubewegen. Zu diesem Zweck befindet sich ein vertikal verschiebbarer Schlitten --40-- zwischen dem Lager für die Schleifspindel und dem Schlitten-36--. Der Schlitten --40-- wird von einem Nocken --42-- auf dem Schlitten --36-- in vertikaler Richtung bewegt (s. Fig. 3). Der Schlitten
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trägt--40-- hervorgerufen wird.
Die Lagerung der Schleifscheibe --8-- auf dem Vertikalschlitten--40--begünstigt auch das Abheben der Schleifscheibe--8--. Zu diesem Zweck ist ein hydraulischer Zylinder--44--am Schlitten--36-vorgesehen.
Beim Betrieb der Schleifmaschine wird eine Schablone --1--, deren Umriss dem des Werkstückes entspricht, auf dem Halter --22-- befestigt. Bei angehobener Schleifscheibe --8-- wird das Werkstück
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-7-- am andern Halter --23-- befestigt.- zuzustellen. Beim Schleifen der Fläche --9-- reguliert der Schrittmotor --39-- das Ausmass, um welches die Schleifscheibe --8-- bei jedem Umlauf gegen die Fläche --9-- beigestellt wird, bis die endgültige Grösse erreicht worden ist.
Die Erfindung ist im vorstehenden Ausführungsbeispiel für das Schleifen von Innenflächen beschrieben worden. Die erfindungsgemässe Steuerung kann aber in gleicher Weise auch zum Schleifen von Aussenflächen angewendet werden. In diesem Fall entspricht die Aussenfläche der Schablone der gewünschten am Werkstück zu schleifenden Fläche. Die Kopierrolle liegt an der Aussenfläche an, und die Führungsrollen bewegen sich entlang der Innenfläche der Schablone.
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