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Kopiervorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken Die I?rfiiidung
betrifft eine Kopiervorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere
durch Drehen, Fräsen od. dgl. mit einer gegenüber der Herzustellenden Form vergrößerten,
einen Taster steuernden Schablone. Bei sogenannten \achformmaschinen, insbesondere
Drehbänken oder Fräsmaschinen, werden heute mechanische, elektrische oder hydraulische
Fühler verwendet, welche an sogenannten Kopierschablonen oder Musterstücken entlang
geführt werden. Durch die Form der Schablone erhält der Fühler Impulse, welche er
über geeignete Steuerelemente dem Werkzeugträger übermittelt. Der Werkzeugträger
bewegt sich alsdann im wesentlichen entsprechend dem Fühler, so daß er auf dem Werkstück
eine der Schablonenform mehr oder weniger entsprechende Form erzeugt. Besondere
Verbreitung und Bedeutung hat dieses @ Verfahren beim sog. Kopierdrehen erlangt.
Hierbei ist der Kopierfühler beispielsweise mit dem Quersupport der Drehbank, die
Kopierkurve mit dem Drehbankbett verbunden. Während der Drehbanksupport in der Drehbankachse
mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit vorwärts bewegt wird, tastet der Fühler
die Schablone ab und übermittelt damit in der beschriebenen Weise dem Quersupport
der Drehbank eine Bewegung, die über das Werkzeug das Werkstück formt. Die erreichbare
Arbeitsgenauigkeit der heute verwendeten Verfähren ist dadurch begrenzt, daß die
Lagerung des Fühlers bzw. seine Fähigkeit, durch die Form der Kopierkurve erteilte
Impulse zu verarbeiten, beschränkt ist. Zum Beispiel spricht ein hydraulischer Fühler
erst an, wenn die Kopierkurve ihn um mindestens 0,02 mm aus seiner Normallage verdrängt.
Die Genauigkeit der kopierten Form kann daher niemals höher als beispielsweise 0,04
mm sein.
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Es wurden nun bereits Kopiervorrichtungen mit einem zwischen dem Kopierstift
und dem Werkzeugschlitten angeordneten verstellbaren Übersetzungshebel
vorgeschlagen,
welcher u. a. auch eine ins Größere übersetzte Bewegung des Kopierstiftes ermöglicht.
Die Vergrößerung ist jedoch in diesem Falle nur quer zur Längsbewegung des Supports,
nicht dagegen in Längsrichtung vorgesehen. Die bekannte Vorrichtung kann daher auch,
mindestens in Längsrichtung der Supportbewegung, nicht zur Erhöhung der Genauigkeit
ausgenutzt werden. :huch lassen sich steile Flächen nicht oder nur schwer kopieren.
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Demgegenüber sieht die Erfindung eine Vergrößerung der Kopierbewegung
sowohl in Längsals auch in Querrichtung vor. Hierdurch kann eine große Genauigkeit
beim Kopieren in jeder Bewegungsrichtung erzielt werden. Die Vergrößerung des Maßstabes
bei der Kopierbewegung kann in beiden Richtungen gleich oder ungleich sein. So ist
es vor allem in letzterem Falle möglich, durch eine die Vergrößerung der Querbewegung
übertreffende Vergrößerung der Längsbewegung des Tasters oder Fühlers relativ zur
Kopierkurve auch solche Konturen des Werkstückes ohne Schwierigkeiten zu kopieren,
welche unter einem besonders steilen Winkel zur Längsbewegung des Supports verlaufen.
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hi einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist
in der Querrichtung zwischen Taster oder Fühler und Arbeitsschlitten ein Hilfsschlitten
eingeschaltet, der die Tasterbewegung über eine der Schablonenvergrößerung entsprechende
Untersetzung auf den Arbeitsschlitten überträgt, während in der Längsrichtung der
Hilfsschlitten'oder die Schablone mit einem zusätzlichen Antrieb im Verhältnis der
Schablonenvergrößerung versehen ist. Der Hilfsschlitten und der Arbeitsschlitten
sind hierbei zweckmäßig in an sich bekannter Weise auf einem Support verschiebbar
angeordnet. Die Übertragung der Kopierbewegung des Hilfsschlittens auf den Arbeitsschlitten
kann mechanisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf sonstige geeignete
Weise erfolgen.
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Dadurch, daß infolge der Verwendung vergrößerter Schablonen die beim
Abtasten der Schablone durch den Fühler, z. B. infolge der Lagerung des Fühlers
oder Kopierstiftes oder durch dessen Form, verursachten Übertragungsfehler sich
entsprechend dem gewählten übersetzungsverhältnis verkleinern, können gegebenenfalls
an Stelle von Kurven auch Aufrisse oder Zeichnungen der zu kopierenden Formen verwendet
werden. Durch die Wahl unterschiedlicher Vergrößerungen in beiden Bewegungsrichtungen
lassen sich alle zu kopierenden Formen so zerlegen, wie es für eine größtmögliche
Genauigkeit und zur Vermeidung zu starker Steigungen erwünscht ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht@darin, daß der relativ
große Hub des Fühler- oder Hilfsschlittens zur Betätigung von Steuerorganen ausgenutzt
werden kann, welche die Drehzahl der Arbeitsspindel und damit die Schnittgeschwindigkeit
so regeln, daß sie dem wechselnden Durchmesser des Werkstückes angepaßt sind.
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In der Zeichnung ist in drei Beispielen der Gegenstand der Erfindung
schematisch dargestellt; und zwar zeigt Fig. i eine Ausführung mit mechanischer
Übersetzung, Fig.2 eine Ausführung mit elektrischer Übersetzung und Fig. 3 eine
Ausführung mit hydraulischer Übersetzung der Kopierbewegung.
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In Fig. i bewegt sich auf dem Drehbankbett io der Support i i in Vorschubrichtung
h bzw. h'. Quer zu dieser Bewegung sind auf dem Support der Arbeitsschlitten
12 und ein Hilfsschlitten 13 in Richtung q bzw. q' geführt. Der Arbeitsschlitten
12 trägt den Werkzeugstahl 14 zur Drehbearbeitung eines durch 15 angedeuteten Werkstückes,
während der Hilfs- oder Fühlerschlitten 13 den Fühlerstift 16 trägt, der an der
Kopierkurve 17 entlang geführt wird. Beide Schlitten 12 und 13 stehen Tiber einen
auf dem Support gelagerten Hebel 18 miteinander in Verbindung, derart, daß die Abstützstellen
i9 des Hilfsschlittens und 2o des Arbeitsschlittens verschiedenen Hebelarmen des
Hebels 18 entsprechen. Die Bewegung der Schlitten in Querrichtung erfolgt hierbei
unter der Wirkung einer Kraft, welche in der Zeichnung durch ein in die Zeichenebene
umgelegtes, versetzt gezeichnetes Gewicht 21 angedeutet ist, das mittels eines über
eine Umlenkrolle 22 geführten Seiles 23 am Arbeitsschlitten 12 angreift, derart,
daß dieser über den Hebel 18 den Hilfsschlitten 13 gegen die Kopierkurve 17 drückt.
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Wie ersichtlich, wird, wenn bei einer Bewegung des Supports i i in
Pfeilrichtung h der Hilfsschlitten 13 an der Kopierkurve 17 entlang geführt wird,
die Bewegung des Hilfsschlittens 13 in Querrichtung q, q' entsprechend der
Übersetzung des Hebels 18 auf den Arbeitsschlitten 12 in verkleinertem Maßstab übertragen,
so d@aß auch die Ungenauigkeiten an der Kopierkurve 17 sich in entsprechend verkleinertem
Maßstab am Werkstück 15 auswirken.
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Damit eine Übersetzung der Kopierbewegung und damit eine Verringerung
der Ungenauigkeiten nicht nur in Querrichtung q, q', sondern auch in Längsrichtung
h, h' erzielt werden kann, wird der-Kopierkurve zugleich eine Bewegung in
Längsrichtung relativ zum Support i i erteilt. Zu diesem Zweck ist die Kopierkurve
oder Schablone 17 am Drehbankbett io in Längsrichtung k bzw. k' verschiebbar gelagert
und wird durch eine Spindel 24 angetrieben, welche ihren Antrieb mit einer geeigneten
Übersetzung, z. B. mittels einer über die Kettenräder 25, 26 geführten Kette 27,
von der den Vorschub des Supports bewirkenden Antriebsspindel 28 erhält, und zwar
zur Erzielung einer auch in Längsrichtung vergrößerten Kopierkurve derart, daß bei
einem Vorschub des Supports i i in Richtung h die Kopierkurve eine entgegengesetzt
gerichtete Bewegung in Richtung k ausführt.
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Durch geeignete Wahl der Übersetzung des Hebels 18 einerseits und
der Kettenräder 25, 26 andererseits bzw. durch entsprechende Wahl der Steigungen
an den Spindeln 24 und 28 kann erreic
1it werden, ciaß die Übersetzung
der Kopierbewegung des Fühlers 16 in die Arbeitsbewegung des Werkzeugstahles 14
srnvohl in Richtung h als auch in Richtung q gleich groß ist, die Nachformung des
Werkstücks 15 also proportional der Kopierkurve 17 erfolgt. Gewünschtenfalls kann
aber auch die Bewegungsübersetzung in den beiden Bewegungsrichtungen unterschiedlich
gewählt sein, indem z. B. der Kopierkurve 17 eine relativ höhere Geschwindigkeit
in Richtung k erteilt wird, so daß sie gegenüber der am Werkzeug zu erzeugenden
Kontur relativ flach verläuft. Herzustellen.die steile Flächen können auf diese
Weise leichter kopiert werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fi . 2 erfolgt die Übertragung
er ewegung des Hilfsschlittens auf den Arbeitsschlitten i2 auf elektrischem Wege,
z. 13. mittels sog. elektrischer Willen.
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Der zum Kopieren dienende Hilfsschlitten ist in diesem Falle als Kreuzschlittenaggregat
ausgebildet, welches aus den Schlitten 29 und 3o besteht. Der Längsschlitten 29
wird hierbei auf einer Fährung des Maschinenbettes io durch einen z. B. an das Netz
angeschlossenen und z. B. von 'außen regell>arei#rie s or i mittels einer
Spindel 32 angetrieben, während der auf dem Schlitten 29 in Querrichtung geführte
Schlitten 3o durch den Antriebsmotor 33 mittels der Antriebsspindel 34 angetrieben
werden kann. Zur Regelung des Motors 33. e\'enttiell auch des '-\'lotors 31, dient
ein im Schlitten 30 gelagerter axial federnder Fühlerstift 35, welcher bei
der Bewegung des Schlittens 29 die Kopierkurve oder Schablone 17 abtastet, wobei
in an sich bekannter Weise je nach der auftretenden Bewegung des Fühlerstiftes 35
der Motor 33 bzw. 31 in genau geregelte langsamere oder schnellere Umdrehung in
der einen oder anderen Richtung versetzt wird.
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Die Motoren 3 uuci_33 sio.. durch-.Vtrmlftlung der Asynchronmotoren16
_ zw._3@_in an s,_bekannterWeise .nach r'@z s__e@ektrisc @r wen mit
Iren itriehs@ir @8 bzifür_-dj,L-Werkzeti g chlitten i i bz«-. ,_r ;",..1lppelt,
welche ihren Antrieb durch die Spindeln 28 bzw. 4o erhalten. Hierdurch werden einerseits
die Schlitten 29 und 11
in einem- genau vorbestimmten _ÜbersetzungsverlräTtnis_
in Richtung le oder h@ angetrieben und andererseits die Schlitten 30 und
12 in einem ebenfalls genau, vorherbestimmte>-Übersetzungsyerhältnis diirch
den Fü'hlerstift-35_ gesteuert, so daß ni s s r zeugs 14 r _MI
de - We #k- - -' d ie Konturen der Kopierschablone 17
auf das angedeutete Werkstück 15 übertragen werden. Die Übersetzungen in._Richtung
h und q können w ied lär,h groB-oder@Yerschieden sein. hie gewünschte Übersetzun
kann z:7.' -dadurc'h erzie w _ en, c@ä ie - rbeitsspindeln 32, 34 bzw.@?A, 40-verschiedene
verschiedene Steigung besitzen oder entsprechende VoreleZe 41, 42 zwischen
denn riebsr>ätitexen. 38"-39--und.. den Spindeln 28, .4o zwich@er#gese#haltet°@strad#
Gegebenenfalls kann-- äüch das Übersetzungsverhältnis durch Auswechseln der Vorgelegezahnräder
beliebig geändert werden. Eine der Fig. 2 prinzipiell entsprechende Steuerung auf
hydraulischem Wege zeigt die Fig. 3. Das Hilfsschlittenaggregat besteht wieder aus
einem am Maschinenbett io geführten Längsschlitten 29 und einem auf diesem geführten
Querschlitten 30, welcher den Fühlerstift 35 trägt. Der Schlitten 29 ist mit einem
Antriebskolben 43, der Schlitten 30 mit einem Kolben 44 verbunden. Der Schlitten
30 mit dem Fühlerstift 35 ist gegen den Schlitten 29 derart federnd abgestützt,
daß sich der Fühlerstift ständig gegen die Kopie rkürve17 anlegt.
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Der Antrieb des Supports i i und des Längsschlittens 29 erfolgt durch
die von außen angetriebene Kolbenstange 45, welche die Kolben 46 und 47 trägt, die
in fest am Maschinenbett angeordneten Zylindern 48 und 49 gleiten. Die beiden Kolbenseiten
des Kolbens 46 stehen durch Leitungen 5o und 51 mit den beiden Kolbenseiten des
Kolbens 43 in dem ebenfalls fest am Maschinenbett angeordneten Zylinder
52- gleichen oder verschiedenen Durchmessers in Verbindung, während der Zylinder
49 mit einem Zylinder 53 größeren Durchmessers verbunden ist. Im Zylinder 53 gleitet
der Kolben 54, welcher mit dem Support i i fest verbunden ist.
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Die Kolbenseiten des Kolbens 44 im Zylinder 55 stehen durch
Leitungen 56, 57 über Kreuz mit den beiden Kolbenseiten des im Zylinder 58 gleitenden
Kolbens 59 in Verbindung. Letzterer ist mit einem im Zylinder 6o gleitenden Steuerschieber
61' verbunden. Der Zylinder 58 ist fest auf dem Support i i angeordnet, während
der Zylinder 6o auf dem Support in Richtung q q' verschiebbar gelagert ist.
Dem Zylinder wird Oldruck durch die Leitungen 62 und 63 zugeführt. Durch vom Steuerschieber
61 gesteuerte Leitungen 64, 65 steht er mit einem am Support fest angeordneten Zylinder
66 in Verbindung, dessen Arbeitskolben 67 einerseits, wie bei 68 schematisch angedeutet,
mit dem Zylinder 6o und andererseits durch die Kolbenstange 69 mit einem Kolben
70 verbunden ist, der im Zylinder 71 gleitet. Letzterer steht seinerseits
wieder mit dem Zylinder 72 größeren Durchmessers in Verbindung. Der in diesem Zylinder
gleitende Kolben 73 ist mit dem Arbeitsschlitten 12 gekuppelt. Die Zylinder 71,
72 sind auf dem Support i i angeordnet.
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Die Zylinder 48, 52 mit den Leitungen 5o, 51, die Zylinder 49, 53
mit der Umlaufleitung 74, die Zylinder 55, 58 mit den Leitungen 56, 57 und
die Zylinder 71, 72 mit der Umlaufleitung 75 sind nach außen dicht abgeschlossen
bzw. mit einer Druckmittelquelle verbunden und ständig mit Flüssigkeit, z. B. ()1,
gefüllt. Zur Aufrechterhaltung des Kraftschlusses im hydraulischen Gestänge zwischen
47 und 54 bzw. 70 und 73 können auch gegebenenfalls statt der Umlaufleitungen
74 und 75 Federn 76 und 77 vorgesehen sein. .
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 3 ist folgende: Durch
Antrieb der Kolbenstange 45 in Richtung 1c bzw. h' wird einerseits mittels
des Kolbens 46 und die Leitungen 51 bzw. 50 ohne oder mit Übersetzung der Kolben
43 und andererseits durch den Kolben 47 der Kolben 54 angetrieben.
Entsprechend
der hierbei vorgesehenen hydraulischen Übersetzung werden damit auch der Längsschlitten
29 und der Support i i in Richtung la bzw. 77 bewegt. Infolge der Bewegung des Schlittens
29 gleitet der Fühlerstift 35 an der Kurve 17 entlang und bewegt hierdurch
den Kolben 44 und damit über das hydraulische Gestänge 56, 57 und den Kolben 59
auch den Steuerschieber 61. Bewegt :ich dieser z. B. in Richtung q', also in Fig.
3 nach oben, so gelangt Drucköl über 63, 65 auf die Unterseite des Kolbens 67, während
dessen Oberseite mit einer Rückleitung verbunden wird. Hierdurch wird auch der Kolben
70 und damit entsprechend der hydraulischen Übersetzung mit geringerem Hub
auch der Kolben 73 und der Arbeitsschlitten 12 in 1Zichtung q' angetrieben. Gleichzeitig
mit dem liolben 67 wird jedoch auch der Zylinder 6o verstellt, welcher auf diese
Weise dem Steuerschieber t>i folgt, und zwar so lange, bis der Fühlerstift bzw.
der Schlitten 30 seinen Hub in Richtung q' beendet hat und die Leitung 65
wieder durch den Steuerschieber 61 abgesperrt wird. Hierdurch ist gewährleistet,
(iaß der Arbeitsschlitten 12 eine entsprechend der hydraulischen Übersetzung 70,
73 verkleinerte Bewegung des Querschlittens 30 in genauer Abbildung der Kopierkurve
17 ausführt.
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I)ie Übertragung der Bewegungen kann natürlich auch in geeigneter
anderer Weise erfolgen. So kann beispielsweise, sofern es z. B. aus räumlichen Gründen
zweckmäßig ist, einer der beiden Kolben 43 oder 54 direkt angetrieben werden, wobei
die Kolbenseiten dieser beiden Kolben z. B. über Kreuz unmittelbar miteinander verbunden
sein können; die Kolben 46, 47 können hierbei in Fortfall kommen. Ferner kann der
Antrieb des Steuerschiebers 61 durch den Schlitten 30 oder die mit dem Kolben 67
synchrone Bewegung des Zylinders 6o auf beliebig andere geeignete Weise, z. B. mechanisch
oder hydraulisch, erfolgen. Des weiteren kann sich die Führung des Längsschlittens
29 bzw. unmittelbar die Führung des Querschlittens 3o am Support i i befinden, in
welch letzterem Falle von einer Übersetzung in Längsrichtung h, h' abgesehen
ist. Doch ist auch in allen Fällen ein zusätzlicher Antrieb der Kopierkurve 17 in
Längsrichtung der Maschine möglich.
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Entsprechendes gilt sinngemäß auch für die Ausführungsbeispiele mit
mechanischer oder elektrischer Bewegungsübertragung.