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Selbsttätige Nachformeinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere
Fräsmaschinen Zum Herstellen von Formstücken durch ilfetallbearbeitung nach Schablone
oder Muster werden in bekannter Weise Fühlers.teiterungen benutzt, deren Fühler
an der Schablone oder am Muster fortbewegt, werden. Insbesondere erfolgt so die
Bearbeitung von Werkstücken durch Fräsen mit den bekannten Kopierfräsmaschinen.
Diese Maschinen arbeiten im allgemeinen derart, daß die Auslenkung des Fühlers durch
die Schablone I-ontakte schließt oder öffnet, die eine entsprechende Änderung der
Arbeitsrichtung-@der einzelnen Schlitten herbeiführen. Für Maschinen, die besonders
große ZVerkstücke bearbeiten und bei denen deshalb das Muster und das Werkstück
nicht auf einer Maschine unterzubringen sind, ist eine Anlage aus zwei Maschinen
bekannt, von denen die eine auf ihrem Schlitten das Muster mit dem Fühler und die
andere das Werkstück mit dem Werkzeug trägt. Bei. diesen ist zur Übertragung der
Bewegung -der Fühler nicht mit dem Werkzeug verbunden, sondern mit
einem
Generator. dessen Geschwindigkeitsänderungen sich durch Spannungsschwankungen bemerkbar
machen und auf einen analer eigentlichen Werkzeugmaschine angebrachten Motor übertragen
werden.
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Die hekanntenFühlersteuerungen haben den Nachteil, daß beim Abtasten
von Umrissen einer Schablone jedesmal ein Richtungswechsel des Fühlers vorgenommen
werden muß. wenn dieser einen Winkel von 9o' durchlaufen hat.
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Der Aufbau der Fühlersteuerung wird -dadurch sehr verwickelt, und
bei elektrischen Steuerungen sind besondere Umsteuervorrichtungen (Umschaltrelais)
erforderlich. Das ist auch bei bekannten Kopierfräsmaschinen der Fall, die mit einem
Lichtstrahl als Fühler und einer photoelektrischen Anlage zur Erzeugung von Spannungsschwankungen
-zwecks, Steuerung Lies elektrischen Antriebs -vön das Werkzeug tragenden Kreuzschlitten
dienen.
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Alle bekannten Maschinen haben außerdem den Nachteil,- daß durch`
die 'ungleichen Vor= schubgeschwindigkeiten, die - sich durch die Abweichungen in
der Form ergeben, ungünstige Bearbeitungsverhältnisse in bezug auf Arbeitsdauer,
Oberflächengüte und Werkzeugbeanspruchung auftreten.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Sie bezieht
sich auf eine selbsttätige N achformeinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere
Fräsmaschinen, bei der die Vorschubgeschwindigkeit trotz Änderung der Vorschubriclitung
gleichbleibend ist.
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Diese gleichbleibende Geschwindigkeit wird erfindungsgemäß erzielt
durch eine Abwälzbewegung zwischen einer angetriebenen Führungsrolle und einem Muster,
wobei sich kreuzende _ Steuerschlitten. eine Zwischensteuerung betätigen, -welche
erst ihrerseits die Bewegung der das Werkstück tragenden Arbeitsschlitten beeinflußt..
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Es ist an sich bei Vorrichtungen zum Schneiden von Metallen mit einem
Schneidbrenner bekannt, diesen nach einer Schablone zu führen unter Verwendung einer
an der Schablone sich abwälzenden, magnetisch haftenden Rolle. Ebenso ist es bei
Kopierfräsmaschinen bereits vorgeschlagen -worden, durch einen Fühler erst eineZwischensteuerung
zu betätigen, die ihrerseits -die Bewegungen der Arbeitsschlitten steuert. Die Erfindung
besteht- in der sinngemäßen Benutzung und Anpassung dieser Merkmale zum Erzielen
des angestrebten Zwecks.
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Bei gleichem Weg der Führungsrolle einerseits und eines Arbeitsschlittens
andererseits ist die Kraft, mit der die Arbeitsschlitten betätigt werden, ein beliebiges
Vielfaches der Kraft, durch welche die Bewegung der Steuerschlitten erfolgt. Der
Arbeitsschlitten kann unmittelbar oder mittelbar über ritz - I:bersetzttttgsgetriebe
das Werkzeu- (>der ZCei-kstück bewegen.
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Die Anordnung im einzelnen ist beliebig. Man kann z. ß. die Führungsrolle
ortsfest anbringen und den als Kreuzschlitten ausgebildeten Steuerschlitten das
'Muster tragen lassen oder von dem einett der Schlitten (Ies Kreuzschlittens die
Führungsrolle und voll dem anderen das Muster tragen lassen.
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Die sich kreuzenden Steuerschlitten können auch auf einem oder auf
beiden Arbeitsschlitten geführt sein. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil,
daß einer oder beide Steuerschlitten nur einen sehr kleinen Hub auszuführen brauchen,
vollkommen unabhängig- von der Werkstückform und insbesondere von der Werkstücklänge.
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Die Einrichtung nach her Erfindung läßt sich vorteilhaft zum Fräsen
von Raumkurven verwenden, wenn die Steuerrolle mit ihrem Zubehör und die Arbeitsschlitten
'in drei Ebenen verstellbar angeordnet sind.
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Die Zwischensteuerung kann auf elektrischem oder auf hydraulischem
Wege erfolgen. Bei der elektrischen Zwischensteuerung ergibt sich eine zweckmäßige
Ausführung, wenn in- dem Steuerstromkreis eine über Kontakte an dem Arbeitsschlitten
und über Kontaktzungen an dem Steuerschlitten elektromagnetisch betätigte Wendekupplung
vorgesehen ist, über die das -Drehmoment eines Elektromotors in beiden Richtungen
durch ein Schneckengetriebe auf -einen Kohledruckregler übertragen wird,
der zur Drehzahlveränderunh entsprechend der Bewegung des Steuerschlittens im Stromkreis
eines Elektromotors liegt, der eine im Arbeitsschlitten lagernde .Mutter antreibt,
deren Gewindespindel durch einen anderen Elektromotor mit gleichbleibender Geschwindigkeit
angetrieben wird.
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Bei der hydraulischen Zwischensteuerung werden durch die Steuerschlitten
Schieber von Servomotorgetrieben bewegt, die. mit den Arbeitsschlitten so verbunden
sind, daß dies.. den Bewegungen der Steuerschlitten folgen.
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In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der Einrichtung
nach der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. i den Grundriß einer
Vorrichtung, bei welcher eine elektrische Zwischensteuerung verwendet wird, während
Abb. a eine Ausführungsform der Erfindung mit einer hydraulischen Zwischensteuerung
zeigt.
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Der Aufbau der in Abb. i veranschaulichten Ausführungsform einer zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung mit elektrischer
Zwischensteuerung ist folgender:
In der Einrichtung nach Äbl). i
ist mit i der Steuerquerschlitten bezeichnet, an welchem die durch einen Elektromotor
2 angetriebene Magnetrolle3 vorgesehen ist. 4 ist der Steuerhingsschlitten, auf
welchem d'ie Schablone 5 befestigt ist. Der Steuerquerschlitten i ist in Richtung
des Doppelpfeiles 6 beweglich, während der- Steuerlängsschlitten 4 in Richtung (las
Doppelpfziles 7 verschiebbar angeordnet ist.
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Der Arbeitsquerschlitten 8 ist ebenfalls ,in Richtung des Doppelpfeiles
6 verschiebbar und der Arbeitslängsschlitten 9 in Richtung des Doppelpfeiles- 7.
Auf dem Arbeitsquerschlitten 8 sitzt der in geeigneter Weise angetriebene Fräser
io, während auf dem Arbeitslängsschlitten das zu bearbeitende Werkstück i i, in
diesem Fall eine Pleuelstange, befestigt ist. Der Steuerqüerschlitten i wird am
Arbeitsquerschlitten 8 geführt, während der Stenerlängsschlitten - q. . auf dem
Arbeitslängsschlitten 9 verschiebbar gelagert i.-st.
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Es besteht -nun,eine besondere Verbindung zwischen den Steuerschlitten
und den Arbeitsschlitten; die bei dem Ausführungsbeispiel wie folgt gestaltet ist:
Am Schlitten,:[ ist ein- Gestänge 12 vorgesehen, welches einen Kontakthebel 13 am
Arbeitsschlitten 8 betätigt, der wahlweise mit den beiden Kontakten 14 und- 15 in
Berührung kommt. Der Kontakthebel 13 ist aneirne Gleichstromquelle, z, B. eine Akkumulatorenbatterie,
angeschlossen.
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In ähnlicher-Weise ist der Schlitten 4 mit dem Schlitten g verbunden,
und zwar durch ein Gestänge 16, das einen Kontakthebel 17 betätigt, um wahlweise
die Kontakte 18 und i9 zu berühren.. Der Kontakthebel 17 ist ebenfalls an eine Gleichstromquelle
angeschlossen.
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Der Antrieb des Arbeitsquerschlittens 8 und des- Arbeitslängssehlittens
9 wird wie folgt vorgenommen In dem Maschinengestell ist ein Drelistromelektromotor
2o angebracht, der mit konstanter Drehzahl läuft. Die von dem Elektromotor 2o angetriebene
Schnecke 21 kämmt mit einem Schneckenrad 22, welches auf einer TransportsPindel
23 befestigt ist.
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Die Transportspindel 23 erstreckt sich bis in- den Schlitten 8 hinein,
und auf dieser Spindel -ist im Schlitten 8 eine Mutter 24 angeordnet, die als Schneckenrad
ausgebildet ist. Dieses Schneckenrad kämmt wieder mit einer Schnecke 25, die von
der Welle 26 eines Gleichstromelektromotors 27 angetriebenwird, der an geeigneter
Stelle auf dem Schlitten 8 angebracht ist. Der Elektromotor 27 ist ein in seiner
Drehzahl regelbarer Motor. Die gleiche Anordnung ist für den Antrieb des Schlittens
9 vorgesehen.
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Die beiden Elektromotoren 27 des Arbeitsquer- und Arbeitslängsschlittens
werden nun durch eine besondere Drehzahlregelvorrichtung beeinflußt, die unten beschrieben
wird.
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In dem Stromkreis 28, 29 der Schaltvorrichtung 13, 14, 15 befinden
sich zwei Elektromagnete 30 und 31, die auf einen bei 32 drehbar angeordneten
doppelarmigen Anker 33 einwirken, durch den mittels des Gestänges 3q. eine Wendekupplung
35 betätigt wird, durch welche über einen kleinen Elektromotor 36 und ein Zwischengetriebe
37 unter Verwendung eines weiteren Schneckengetriebes 38 ein Nocken 39 gedreht wird,
der beispielsweise einen Kohledruckwiderstand 4o betätigt. Dieser Kohledruckwiderstand
ist durch die Leitung 41' -mit der Feldwicklung 42 des Elektromotors 27 in Reihe
geschaltet. Durch Veränderung des Widerstandswertes des Kohledruckreglers 40 erfolgt
eine Drehzahlveränderung des Elektromotors 27. Die gleiche Anordnung ist für den
Schlitten 9 getroffen, in welchem die Stromkreise der Schalteinrichtung 17, i8,
i9 ebenfalls mit 28 und 29 bezeichnet sind.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Der Elektromotor 2
und die Elektromotoren 20, 27 und 36 werden eingeschaltet. Durch den Elektromotor
:2 wird die Rolle 3 angetrieben und wälzt sich auf der Schablone 5 durch,die magnetische
Haftung ab. Zu Beginn dieser Bewegung wird der Schlitten i um ein geringes Maß mit
Bezug auf die Zeichnung nach, oben bewegt. Durch diese Bewegung kommt der Kontakthebel
13 in Berührung mit -dem Kontakt 15. Der Elektromagnet 30 wird eingeschaltet
und betätigt die Kupplung 35 derart, daß über den Elektromotor 36, das Getriebe
37 und das Schneckengetriebe 38 der Nocken 39 derart gedreht wird, daß er einen
Druck auf den Kohlewiderstand 4o ausübt. Die -dadurch erzielte Widerstandsverringerung
bedingt .eine Verringerung der Drehzahl des Elektromotors 27, die sich auf die Mutter
24 auswirkt, so daß nun, weil der Elektromotor 20 mit konstanter Drehzahl läuft,
die Spindel 23 auch den Arbeitsschlitten 8 mit Bezug auf die Zeichnung nach oben
bewegt, bis der Schlitten 8 dem Schlitten i so weit gefolgt ist, daß eine Unterbrechung
zwischen dem Kontakt 15 und dem Kontakthebel 13 erfolgt.
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Ist inzwischen die Magnetrolle 3 an der Schablone 5 so weit gelaufen,
daß die in Richtung des Schlittens i nach oben gerichtete Geschwindigkeitskomponente
kleiner wird, als der Arbeitsschlitten 8 Bewegung hat; dann kommt der Kontakthebel
13 mit dem Kontakthebel 14 in Berührung, der Elektromagnet 31 wird betätigt, und,
ähnlich wie oben, erfolgt nun umgekehrt eine Bewegung des Nockens 39, wodurch eine
Widerstandserhöhung des Widerstandes 40 erfolgt, die sich auf den
Elektromotor
27 als Drehzahlerhöhung auswirkt. Die Mutter 24 läuft nun schneller, und der Schlitten
8 wird in seiner Bewegung verzögert, da für die Bewegung des Schlittens 8 die Relativbewegung
zwischen der Spindel 23
und der Mutter 24 maßgebend ist.
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In gleicher Weise erfolgt die Steuerung des Arbeitslängsschlittens
9 in Zusammenwirkung mit dein Schlitten 4. I11 der Zeichnung sind die gleichen Bezugszahlen
für die Elektromotoren der Längs- und Querschlitten und die dazugehörigen Regelvorrichtungen
gewählt worden.
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Die oben beschriebene Vorrichtung bat den besonderen Vorteil, daß
die Bearbeitung von beliebig geneigten geradlinigen Flächenstufen-, los erfolgt,
während nicht geradlinig verlaufende Flächen nahezu stufenlos bearbeitet werden
können. Die zuletzt beschriebene Bearbeitungsweise unterscheidet sich auch noch
grundlegend von den bekannten Anordnungen, weil die _ sehr .kleinen Stufen, die
entstehen, nicht durch geradlinige Flächen gebildet werden, sondern selbst flache
Kurven bilden.
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Wird aus irgendwelchen Gründen kehr besonderer Wert auf die stufenlose
Bearbeitung von Werkstücken gelegt, dann können die bei der obigen Vorrichtung beschriebenen
Gleichstromelektromotoren 27 mit ihren Regelvorrichtungen 3o bis 41 in Fortfall
kommen, und die Schlittere 8 und 9 «,erden dann ausschließlich durch die Drehstromelektromotoren
2o mit den Spindeln 23 bewegt ohne Benutzung der angetriebenen Mutter 24. Die Schalteinrichtungen
13, 14, 15 bzw. 17, i8, i9 werden dann an Stelle mit den Elektromagneten
30,31 mit Schaltschützen verbunden, welche die jeweilige Drehrichtung der
Elektromotoren 2o bestimmen. .In. .den Antrieb der Elektromotoren 2o können auch
elektromagnetische Kupplungen eingebaut werden, die durch die oben beschriebenen
Schaltschützen betätigt werden, um dadurch die Bewegungsrichtung der Schlitten zu
bestimmen.
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Bei der in Abb. 2 dargestellten Einrichtung mit hydraulischer Zwischensteuerung
ist mit dem Schlitten i ein Steuerschieber 47 eines Servomotorgetriebes verbunden,
das aus einem mit dem Schlitten 8 verbundenen Zylinder 48 und einem Kolben 49 besteht,
dessen Kolbenstange 5o mit dem Arm 43 verbunden ist.
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Der Steuerschieber 47 gleitet in einem Zylinder 51; von diesem führen
einerseits Kanäle 52 und 53 zu den Enden des Zylinders 48, und andererseits sind
an ihn eine Druckleitung 54 und Abflußleitungen 55 angeschlossen.
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Der Längsschlitten 9 ist mit einem Zylinder 56 versehen, dessen Achse
senkrecht zur Achse des Zylinders 48 steht. Ein zugehöriger Kolben 57 ist am Gestell
46 befestigt. Zur Steuerung dieses Getriebes dient ein Schieber 58, der mit dem
Schlitten 4 verbunden ist und in einem Zylinder 59 gleitet. Dieser hat einen Zufluß
6o und Abflüsse 61. An den Zylinder 59 ist der Zylinder 56 durch Kanäle 62 und
63 angeschlüsseli.
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Laie Wirkungsweise der dargestellten Maschine ist folgende: Wenn die
Rollei in Bewegung gesetzt wird, wälzt sie sich an der Schablone 5 ab und
zwingt die Schlitten i und 4. zu Bewegungen in den Richtungen der eingezeichneten
Pfeile 6 und 7 infolge ihrer gegenseitigen Führung und der Führung auf dem Arm 4.3.
Jede Bewegung in Richtung des Pfeiles 7 hat eine Verschiebung des Schiebers 47 zur
Folge. Bei der dargestellten Bewegungsrichtung der Rolle beispielsweise wird der
Schieber 47 mit dem Schlitten i eine kleine Bewegung nach unten mit Bezug auf die
Zeichnung machen. Durch diese Verschiebung wird über den Kanal 53 Druckmittel in
den Zylinder 48 unterhalb des Kolbens 49 eintreten und sich dadurch der Schlitten
8 mit ,dem Fräser io im Sinne des Pfeiles 44 nach unten bewegen und dabei
einen entsprechenden Teil des Werk stückes bearbeiten. Die genaue Übereinstimmung
der Bewegung des Arbeitsschlittens mit dem Abwälzen der Führungsrolle ergibt sich
selbsttätig durch die ständig schließende Bewegung des Arbeitsschlittens gegenüber
der öffnenden Bewegunz des Steuerschiebers. Die Form des Musters bedingt, daß der
Schlitten i und mit ihm Schlitten 4 eine Bewegung nach rechts (in der Zeichnung)
machen. Dies hat eine entsprechende Verschiebung des Schiebers 58 zur Folge, so
daß das Druckmittel über Zufluß6o und 63 hinter den Kolben 57 des Zylinders 56 tritt
und eine Bewegung des Schlittens 9 mit dem Schlitten 8 nach rechts veranlaßt, wobei
das Werkstück entsprechend bearbeitet wird.
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Die in den Abbildungen.dargestellten Vorrichtungen lassen sich auch
verwenden, wenn statt der flachen Formstücke solche herzustellen sind, wie z. B.
Gesenke, deren Querschnitte in verschiedenen Ebenen verschieden sind. Dann ist nur
zusätzlich eine Einrichtung zu treffen, daß die beiden KreuZSchIitten mit Rolle
3 und Werkzeug io parallel zu sich selbst`in senkrechter Richtung verstellt werden
können. Das Werkstück wird dann in vielen Schnitten nacheinander bearbeitet, wobei
das Werkzeug entsprechend ausgebildet werden muß.
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Das Andrücken der Rolle 3 an die Schablone 5 kann außer durch magnetische
Anziehung auch auf andere Weise, z. B. durch Federkraft, herbeigeführt werden, wobei
etwa Muster und Rolle topfförmig gestaltet sind und durch einen federnden Bügel
aneiiiandergepreßt werden.
Zur Sicherung der genauen Abwälzung der
beiden Teile aufeinander läßt sich eine feine Verzahnung oder Aufrauhung anbringen.