Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Nuten Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Nuten mit einem Werkzeug, das um eine Achse rotiert, die parallel zu den Nutenwänden und senkrecht zum Längsvorschub ge richtet ist.
Der Längsvorschub der bekannten Fräsmaschi nen der genannten Art wird mit einer Spindel ge steuert, wobei die Länge der Nuten durch Anschläge oder dergleichen bestimmt wird. Die Kombinationen aus Vorschubspindel und Anschlägen ergeben Schwierigkeiten bei der Wegumkehrung (Umsteue rung) und gewährleisten nicht die oft notwendige Genauigkeit. Aussderdem erfolgt bei den bekannten Maschinen die Tiefenzustellung während des Still standes des Längsvorschubs oder, wenn die Tiefen zustellung bereits während des Hin- oder noch wäh rend des Herganges erfolgt, geschieht dies bei zu grosser Geschwindigkeit des Längsvorschubs.
Diese Nachteile haben schon dazu geführt, statt einer Vorschubspindel für den Antrieb des Längs vorschubs einen Kurbelantrieb vorzusehen. Der Kur belantrieb hat gegenüber der vorher geschilderten Bauart den Vorteil der grossen Genauigkeit, weil die Vorschublänge durch die eingestellten Getriebegrö ssen gegeben ist und bei der gewählten Einstellung weder grösser noch kleiner sein kann. Ausserdem geht der Übergang vom Hin- zum Hergang kontinuierlich ohne besondere Umsteuerung, d. h. ohne Anschläge und ohne Wendegetriebe, vor sich. Der Kurbeltrieb hat den Nachteil, dass die Geschwindigkeit des Schie bers nicht konstant ist, so dass keine gewünschte Vorschubgeschwindigkeit eingehalten werden kann.
Es ist bereits bekannt, dem Kurbeltrieb ein Getriebe vorzuschalten, dass eine gleichförmige Drehbewegung in eine ungleichförmige umwandelt oder umgekehrt, um somit mindestens einem Teil des Vorschubweges annähernd einen bestimmten Geschwindigkeitsverlauf zu geben. Aber auch diese Vorrichtungen haben sich als unvollkommen erwiesen, weil die erwähnten Vor schaltgetriebe auf dem Prinzip der umlaufenden Kur belschleife beruhen und, da der hin und her gehende Kulissenstein Spiel benötigt, Rattermarken oder an dere Unsauberkeiten an der Werkstückoberfläche verursachen. Ausserdem bleibt ein gewissermassen nach einer Seite hin verschiebbarer Geschwindigkeits verlauf, der - wie bekannt - auf der endlichen Kurbellänge beruht.
Die zuletzt erwähnte Erschei nung könnte durch eine Geradschubkurbel vermie den werden. Diese weist aber ebenfalls einen Kulis senstein auf, so dass das Rattern noch verstärkt wird.
Zweck der Erfindung ist, diese Nachteile zu ver meiden.
Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine ist da durch gekennzeichnet, dass ein Kurbelgetriebe von einem stufenlos regelbaren Getriebe antreibbar ist, das unabhängig vom Kurbelwinkel rhythmisch ver änderbar ist. In einer besonderen Ausführungsform kann der Vorschub von einem Elektromotor ange trieben werden, dessen Drehzahl periodisch geregelt wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Ge schwindigkeitsverlauf des Kurbelgetriebes über einen wesentlichen Teil mindestens annähernd konstant sein.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform kann der die Tiefe der Nut oder des Schlitzes be stimmende Tiefenvorschub abhängig vom Kurbel- winkel der Kurbel gesteuert sein und im wesent lichen ausserhalb des konstanten Teiles des Geschwin digkeitsverlaufs des Längsvorschubs liegen, wodurch einerseits erreicht wird, dass der Tiefenvorschub keine Verlustzeit erfordert, anderseits ist dafür Sorge zu tragen, dass die Vergrösserung der Spanabnahme,
die durch das Zuschalten des Tiefenvorschubs zum Längvorschub verursacht wird, dadurch ausgeglichen wird, dass der Längsvorschub Währenddessen durch O geht.
Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform so ausgebildet sein, dass ein Teil des Regelbereiches des stufenlos regelbaren Getriebes zum Regeln des Geschwindigkeitsverlaufs und der andere Teil zum üblichen Regeln der Vorschubgeschwindigkeit ver wendet wird, weil somit nur ein Teil der Anlage kosten des stufenlosen Getriebes benötigt wird, wäh rend der andere Teil auf die Vervollkommnung des Antriebes entfällt.
Das so verwendete stufenlose Getriebe kann vor zugsweise so angeordnet sein, dass der Betrag des Gesamtregelbereiches des stufenlos regelbaren Getrie bes dividiert durch den abhängig vom Kurbelradius periodisch veränderten Teil des Regelbereiches gleich dem Stufensprung eines im Antrieb des Längsvor schubs angeordneten Stufengetriebes ist.
Beispiele der erfindungsgemässen Werkzeugma schine werden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teil einer Nuten-Fräsmaschine, Fig. 2 das Geschwindigkeitsschaubild einer be kannten und einer erfindungsgemässen Ausführungs form, aufgetragen über dem Schlittenweg, Fig. 3 das Getriebeschema eines als Fräsmaschine ausgebildeten erfindungsgemässen Beispiels, Fig. 4 das Drehzahlschema einer als Fräsma schine ausgebildeten Ausführungsform gemäss der Erfindung.
Auf einem Maschinenständer 10 (Fig.1) ist in einer vertikalen Querführung 11 ein Werkstück schlitten 12 verschiebbar gelagert. Für den Antrieb des Werkstückschlittens kann jede bekannte Einrich tung vorgesehen werden, im Ausführungsbeispiel ist eine Vorschubspindel 13 vorgesehen. Auf dem Ma schinenständer ist in einer horizontalen Längsfüh rung 14 ein Längsschlitten 15 verschiebbar gelagert. Der Längsschlitten nimmt eine einen Bohrnutenfrä ser 16 oder dergleichen tragende Pinole 17 auf, die in bekannter Weise die für das Nutenfräsen not wendige Tiefenverstellung ausführt.
In dem Maschinenständer 10 ist eine Kurbel welle 18 gelagert, die an dem oberen Ende eine Kurbel 19 trägt. Der Kurbelradius kann mit einer in den Kurbelzapfen 20 eingreifenden Spindel 21 eingestellt werden. Die Verbindung zwischen Kurbel zapfen und Längsschlitten stellt eine Kurbelstange 22 her. Die Grösse des Kurbelradius bestimmt den Längsweg des Längsschlittens 15. Auf der Kurbel welle 18 ist ein Schneckenrad 23 befestigt, in das eine Schnecke 24 eingreift.
Diese wird von einem aus Riemenscheiben 25, 26 und einem Riemen 27 be stehenden Riementrieb angetrieben. Die eine Scheibe 26 dieses Riementriebes sitzt auf -einer Abtriebswelle 28 eines stufenlosen Geschwindigkeitswechselgetrie- bes 29 irgendeiner bekannten Bauart. Als Beispiel ist ein Getriebe mit veränderlichen Kegelscheiben 30, 31 und dazwischen laufendem Riemen 32 oder Kette oder Ring gewählt. Die Veränderung der Ke gelscheiben, d. h. die Variierung des Getriebes, wird mit irgendeiner bekannten Steuereinrichtung vorge nommen, die in Fig. 1 als Steuerhebel 35 angedeutet ist. Der Steuerhebel liegt mit einer Rolle an einem Steuernocken 36. Der Steuernocken wird proportio nal der Kurbel angetrieben.
Im vorliegenden Beispiel sitzt er zusammen mit der Kurbel und der Schnecke auf der Kurbelwelle 18. Das stufenlose Getriebe 29 wird über ein weiteres Riemengetriebe 37 von einem Elektromotor 38 angetrieben.
Der gestrichelte Linienzug 39 in Fig. 2 zeigt die Geschwindigkeit 40 des Längsschlittens in Ab hängigkeit von seinem Längsweg 41 ohne das er findungsgemässe Wirken des Getriebes 30 bis 32. Hierbei entspricht der Betrag 42 dem an der Spindel 22 eingestellten Kurbeldurchmesser. Der gestrichelte Linienzug 39 ähnelt aus bekannten Gründen einer gewissermassen verfälschten halben Sinusschwingung. Dieser über den gesamten Längsweg unkonstante Geschwindigkeitsverlauf soll vermieden werden. Das wird dadurch erreicht, dass der mit der Kurbel um laufende Steuernocken 36 das stufenlose Wechsel getriebe so regelt, dass der Geschwindigkeitsverlauf die in Fig. 2 mit der ausgezogenen Linie 43 darge stellten Form annimmt, d. h. der Längsvorschub ist während des grössten Teiles seines Weges konstant.
Die Tiefenzustellung des Werkzeugs bzw. der Pinole erfolgt normalerweise nicht im Stillstand, d. h. nicht in den beiden Totpunkten, sondern geht bei laufender Maschine vonstatten mit einer Voreilung 46 und einer Nacheilung 47. (Es ist zu beachten, dass in Fig. 2 nur gewissermassen der Hinweg entspre chend dem Kurbelwinkel von 180 dargestellt ist. Der Herweg von 180 bis 360 Kurbelwinkel läuft in Fig. 2 von 46 nach 45 rückläufig ab.) Fig. 3 zeigt ein Getriebeschema entsprechend der Fig. 1, jedoch statt des Riementriebes zwischen dem stufenlosen Getriebe 30 bis 32 und dem Schnecken getriebe 23, 24 ist ein sechsstufiges Vorgelege (Ge schwindigkeitswechselgetriebe) eingefügt.
Die in Fig. 1 und 3 äquivalenten Teile sind mit gleichen Num mern bezeichnet. Das Vorgelege enthält 3 parallele Wellen 48, 49, 50. Auf der Welle 49 befindet sich ein dreifacher Schieberadblock 51, 52, 53, der mit den auf der Welle 48 verkeilten Zahnrädern 54, 55, 56 in Eingriff gebracht werden kann. Auf Welle 50 befindet sich ein zweifacher Schieberadblock 57, 58, der mit den fest mit der Welle 49 verbundenen Zahnrädern 59, 60 zum Kämmen gebracht werden kann. Das stufenlose Getriebe und das Vorgelege sind mit einem Schneckengetriebe 61, 62 verbunden.
Der Steuerhebel 35 ist im Schema der Fig. 3 über ein Kegelgetriebe 63, 64 mit den verstellbaren Ke gelscheiben verbunden. An der Kurbelwelle 18 ist noch ein weiteres Kegelgetriebe 65, 66 angeschlos sen, das über eine Kurbel 67 einen Lenker 68, einen Hebel 69 über eine weitere Welle 70, einen Hebel 71 und einen Lenker 72 eine Klinke 73 an treibt, die auf ein Klinkenrad 74 einwirkt, das den Tiefenvorschub des Werkzeugs 16 bzw. der Pinole 17 antreibt. Für einen Eilvorschub oder für das Zurückziehen des Werkzeugs kann ein gesonderter Motor 75 vorgesehen sein, der über eine Schalt kupplung 76 einer anderen geeigneten Kupplung, z. B. einer Rutschkupplung auf den Tiefenvorschub einwirken kann.
Einen Vorschlag für das Zusammenwirken des stufenlosen Getriebes mit einem mehrstufigen Vor gelege im Sinne der Erfindung zeigt das Drehzahl- Schaubild (Fig. 4), in dem wie üblich die waag rechten, strichpunktierten Linien die Wellen 28, 37a, 48, 49, 50 des Getriebes symbolisch darstellen. Auf, diesen Linien sind im logarithmischen Massstabe die Drehzahlen der betreffenden Wellen entsprechend den verschiedenen Getriebestufen aufgetragen. (Mit 37a ist die Antriebswelle des stufenlosen Getriebes bezeichnet.) Das Schema ist an sich bekannt und braucht nicht näher erläutert zu werden.
Ist der Gesamtregelbereich des stufenlosen Getriebes p und wird für das erfindungsgemässe Regeln (Fig. 2) ein Regelbereicht q benötigt und wählt man den Stu fensprung s des Vorgeleges
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so kann das zur Regelung nach Fig. 2 benötigte Getriebe gleichzeitig zum stufenlosen Regeln des üb lichen Vorschubantriebs verwendet werden. Die Er- findung ist auf die obige Beziehung zwischen s, p und<I>q</I> nicht beschränkt;<I>s</I> kann auch jede andere zweckdienliche Grösse haben, desgleichen p.
Machine tool for machining grooves The invention relates to a machine tool for machining grooves with a tool that rotates about an axis that is parallel to the groove walls and perpendicular to the longitudinal feed.
The longitudinal feed of the known Fräsmaschi NEN of the type mentioned is controlled with a spindle ge, the length of the grooves is determined by stops or the like. The combinations of feed spindle and stops cause difficulties in reversing the path (Umsteue tion) and do not ensure the often necessary accuracy. In addition, in the known machines, the depth infeed takes place while the longitudinal feed is at a standstill or, if the depth infeed already takes place during the outward or during the process, this happens when the longitudinal feed speed is too high.
These disadvantages have already led to a crank drive being provided instead of a feed spindle for driving the longitudinal feed. The crank drive has the advantage of high accuracy compared to the previously described design, because the feed length is given by the set gearbox sizes and can be neither larger nor smaller with the selected setting. In addition, the transition from going back to back is continuous without any particular change of direction, i. H. without stops and without reversing gear in front of you. The crank mechanism has the disadvantage that the speed of the slide is not constant, so that the desired feed speed cannot be maintained.
It is already known to connect a gear unit upstream of the crank mechanism, which converts a uniform rotary movement into a non-uniform one or vice versa, in order to give at least a part of the feed path approximately a certain speed profile. But these devices have proven to be imperfect because the aforementioned gearboxes are based on the principle of the revolving cure belschleife and, since the back and forth sliding block game requires chatter marks or other uncleanliness on the workpiece surface. In addition, there remains a course of speed which can be shifted to a certain extent to one side and which - as is known - is based on the finite crank length.
The last-mentioned phenomenon could be avoided with a straight-line crank. However, this also has a sliding block, so that the rattle is increased.
The purpose of the invention is to avoid these disadvantages.
The machine tool according to the invention is characterized in that a crank mechanism can be driven by a continuously variable transmission which can be rhythmically changed independently of the crank angle. In a particular embodiment, the feed can be driven by an electric motor, the speed of which is regulated periodically.
In a further embodiment, the speed curve of the crank mechanism can be at least approximately constant over a substantial part.
In a further particular embodiment, the depth feed determining the depth of the groove or slot can be controlled as a function of the crank angle of the crank and essentially lie outside the constant part of the speed curve of the longitudinal feed, which on the one hand ensures that there is no depth feed Requires loss of time, on the other hand, care must be taken that the increase in the chip removal,
which is caused by switching on the depth feed to the longitudinal feed, is compensated by the fact that the longitudinal feed goes through O during this time.
The machine tool according to the invention can be designed in a particularly advantageous embodiment that part of the control range of the continuously variable transmission is used to regulate the speed profile and the other part is used for the usual regulation of the feed speed, because only part of the system costs the continuously variable transmission is needed, while the other part is devoted to perfecting the drive.
The continuously variable transmission used in this way can preferably be arranged so that the amount of the total control range of the continuously variable transmission divided by the part of the control range, which is periodically changed depending on the crank radius, is equal to the increment of a stepped gear arranged in the drive of the longitudinal feed.
Examples of the machine tool machine according to the invention are explained with reference to the drawing. 1 shows the part of a slot milling machine that is essential for understanding the invention, FIG. 2 shows the speed diagram of a known embodiment and an embodiment according to the invention, plotted over the slide path, FIG. 3 shows the transmission diagram of an example according to the invention designed as a milling machine, Fig. 4 shows the speed diagram of a machine designed as a milling machine embodiment according to the invention.
On a machine stand 10 (FIG. 1), a workpiece slide 12 is slidably mounted in a vertical transverse guide 11. Any known device can be provided for driving the workpiece carriage, in the exemplary embodiment a feed spindle 13 is provided. On the machine stand Ma, a longitudinal slide 15 is slidably mounted in a horizontal longitudinal guide 14. The longitudinal slide takes a Bohrnutenfrä ser 16 or the like carrying quill 17, which performs in a known manner the not agile for the grooving depth adjustment.
In the machine frame 10, a crank shaft 18 is mounted, which carries a crank 19 at the upper end. The crank radius can be adjusted with a spindle 21 engaging in the crank pin 20. The connection between the crank pin and the longitudinal slide is made by a connecting rod 22. The size of the crank radius determines the longitudinal path of the longitudinal slide 15. On the crank shaft 18, a worm wheel 23 is attached, in which a worm 24 engages.
This is driven by a belt drive consisting of pulleys 25, 26 and a belt 27 BE. One pulley 26 of this belt drive is seated on an output shaft 28 of a continuously variable speed change gear 29 of any known type. A transmission with variable conical pulleys 30, 31 and a belt 32 or chain or ring running between them is selected as an example. The change in the conical disks, d. H. the variation of the transmission is made with any known control device, which is indicated in FIG. 1 as a control lever 35. The control lever rests with a roller on a control cam 36. The control cam is driven proportionally to the crank.
In the present example it sits together with the crank and the worm on the crankshaft 18. The continuously variable transmission 29 is driven by an electric motor 38 via a further belt transmission 37.
The dashed line 39 in Fig. 2 shows the speed 40 of the longitudinal slide as a function of its longitudinal path 41 without the inventive action of the gear 30 to 32. Here, the amount 42 corresponds to the crank diameter set on the spindle 22. The dashed line 39 resembles, for known reasons, a somewhat falsified half sinusoidal oscillation. This speed profile, which is inconsistent over the entire longitudinal path, should be avoided. This is achieved in that the control cam 36 running with the crank regulates the continuously variable transmission so that the speed profile assumes the form shown in FIG. 2 with the solid line 43 shown, ie. H. the longitudinal feed is constant for most of its travel.
The depth infeed of the tool or the quill does not normally take place at a standstill; H. not in the two dead centers, but takes place when the machine is running with an advance 46 and a lag 47. (It should be noted that in Fig. 2 only the outward path is shown to a certain extent corresponding to the crank angle of 180. The path from 180 to 360 crank angle decreases in Fig. 2 from 46 to 45.) Fig. 3 shows a gear scheme corresponding to Fig. 1, but instead of the belt drive between the continuously variable gear 30 to 32 and the worm gear 23, 24 is a six-stage countershaft ( Ge speed change transmission) inserted.
The equivalent parts in Fig. 1 and 3 are denoted by the same Numbers. The back gear comprises 3 parallel shafts 48, 49, 50. On the shaft 49 there is a triple sliding wheel block 51, 52, 53 which can be brought into engagement with the gears 54, 55, 56 wedged on the shaft 48. On shaft 50 there is a double sliding wheel block 57, 58, which can be brought to mesh with the gear wheels 59, 60 which are fixedly connected to shaft 49. The continuously variable transmission and the countershaft are connected to a worm gear 61, 62.
The control lever 35 is connected in the diagram of FIG. 3 via a bevel gear 63, 64 with the adjustable Ke gel discs. On the crankshaft 18, another bevel gear 65, 66 is ruled out, which drives a handlebar 68, a lever 69 via a further shaft 70, a lever 71 and a handlebar 72, a pawl 73 on a crank 67, which drives a ratchet wheel 74 acts, which drives the depth feed of the tool 16 or the quill 17. For a rapid feed or for the retraction of the tool, a separate motor 75 can be provided, the clutch via a switching clutch 76 of another suitable coupling, for. B. a slip clutch can act on the depth feed.
A suggestion for the interaction of the continuously variable transmission with a multi-stage before lay within the meaning of the invention shows the speed graph (Fig. 4), in which, as usual, the horizontal right, dash-dotted lines the shafts 28, 37a, 48, 49, 50 des Representing the transmission symbolically. On these lines, the speeds of the respective shafts are plotted on a logarithmic scale according to the various gear stages. (The drive shaft of the continuously variable transmission is designated with 37a.) The scheme is known per se and does not need to be explained in more detail.
If the overall control range of the continuously variable transmission is p and a control range q is required for the control according to the invention (FIG. 2) and the increment s of the back gear is selected
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so the gear required for the control according to FIG. 2 can be used at the same time for the stepless control of the common feed drive. The invention is not limited to the above relationship between s, p and <I> q </I>; <I> s </I> can also be of any other suitable size, as can p.