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Kopiervorrichtung, insbesondere für Werkzeugmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Kopiervorrichtung, insbesondere für Werkzeugmaschinen, bei welcher
ein vorzugsweise magnetisches Tastorgan an einer allseitig ausschwenkbaren umlaufenden
Spindel an einer Schablone entlang geführt wird, wobei die Spindel das Steuerorgan
unmittelbar betätigt, um die Zustellbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zu
steuern.
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Bekannt ist eine selbsttätige Kopierfräs- und Schleifmaschine, bei
welcher der magnetische Fühler auf einer allseitig elastisch ausschwenkbar angeordneten
und stetig umlaufenden Spindel befestigt ist, die im gleichen Schlitten wie das
Werkzeug frei tragend aufgehängt ist. Hierbei sind die Schablone und das Werkstück
auf einem Maschinengestell so angeordnet, daß das Modell und das Werkstück eine
allseitig freie Taumelbewegung durchführen können, bei welcher die Taumelbewegung
des Modells die des Werkstückes steuert. Die Steuerungseinrichtung ist hierbei kompliziert,
da Hauptsteuerventile für einen hydraulischen Antriebskreis des Schlittens in dem
sich bewegenden Schlitten angeordnet sind. Diese Hauptsteuerventile werden mittels
Vorsteueröffnungen mittelbar gesteuert. Die Steuerung erfolgt durch einen zylindrischen
Abschnitt der Fühlerspindel, die auch an dem sich bewegenden Schlitten angeordnet
ist. Bei dieser bekannten Ausführung werden vier feste Vorsteuer-Drosselöffnungen
gesteuert, um einen Druckunterschied zur Steuerung der Hauptventile zu erzeugen.
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Ferner ist es bekannt, eine Zwischensteuerung durch zwei sich kreuzende
Steuerschlitten zu betätigen, wobei die Zwischensteuerung ihrerseits die Bewegungen
eines das Werkstück tragenden Arbeitsschlittens beeinflußt. Die Verwendung von besonderen
Steuerschlitten hat den Nachteil, daß erhebliche Kräfte bei der Durchführung der
Steuerung zu überwinden sind.
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Weiterhin ist es bei Kopiervorrichtungen bekannt, die gleiche Vorschubgeschwindigkeit
durch eine Abwälzbewegung zwischen, einer angetriebenen Führungsrolle an dem Tastorgan
und einer Schablone zu erzielen. Eine derartige Führungsrolle ist in besonderen
Ausführungen als Magnetrolle ausgebildet, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß
die Steuerbewegung bei diesen bekannten Ausführungen allein durch magnetische Kräfte
ausgelöst werden soll, so daß die bekannten Einrichtungen nur schwerfällig und bei
bestimmten Umrißformen zuverlässig arbeiten, es sei denn, daß das bei der Abtastung
verwendete magnetische Feld außerordentlich stark gemacht wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen
sowohl hinsichtlich ihrer Anwendungsmöglichkeit, ihres einfachen Aufbaues sowie
ihrer Wartung zu verbessern, wobei zugleich bessereArbeitsergebnisse erreicht werden
sollen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spindel an dem
Maschinengestell kardanisch aufgehängt ist und das Steuerorgan als Doppelsteuerorgan
gebildet und in an sich bekannter Weise mit bewegbaren Steuerelementen verbunden
ist, um den das Werkstück tragenden Teil zu verschieben.
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Insbesondere für hydraulisch betätigte Kopierfräsmaschinen, bei welchen
zur Betätigung des Antriebes wenigstens zwei um 90° versetzt angeordnete Steuerventile
vorgesehen sind, schafft die Erfindung eine Ausführung, bei welcher jedes Steuerventil
aus einem Zylinder besteht, in dem ein vier auf einer Kolbenstange hintereinander
angeordnete Kolben aufweisendes Stellglied verschiebungsfähig vorgesehen ist. Die
Kolbenstangen sind unmittelbar über einen Bügel an der die magnetischen Mittel tragenden
Spindel angelenkt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steht je eines
der zwei Steuerventile mit einem hydraulischen Motor in Verbindung, der unmittelbar
mit der an sich bekannten Gewindespindel des Werkstücktisches bzw. des Lagerschlittens
in Verbindung stehen kann.
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Im nachstehenden soll die Erfindung, was ihre Hauptanwendung anbelangt,
an Hand der rein beispielsweise mitgelieferten Beschreibung und Zeichnung näher
beschrieben werden, wobei auch sämtliche
im Rahmen der Erfindung-zulässigen
Varianten und Abwandlungen mit einbegriffen sind. In der Zeichnung zeigt Fig. 1
eine schematische.-Darstellung der Arbeitsverhältnisse zwischen Musterschablone
und Tastorgan (bzw. zwischen Werkzeug und Werkstück) in einem Umrißkopierapparat,
Fig.2 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
um erhabene Körper oder geschlossene Hohlräume mit verschiedenen Höhenkurven wiederzugeben,
Fig. 3 ein Schaubild der kompetenten il und i2 und resultierenden a Geschwindigkeiten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.4 die Anwendung der Vorrichtung auf eine
Kopierfräsmaschine, Fig. 5 einen schematischen Aufriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 6 eine im Horizontalschnitt gesehene Vorrichtungseinzelheit.
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Die zu beschreibende Vorrichtung dient - wie bereits oben gesagt-zurAusführung
kompletter Umrisse jeder Art, die von einer mit dem Tastorgan B zusammenwirkenden
Musterschablone A (Fig. 1) kopiert werden, wobei das Tastorgan aus einem magnetischen
Drehtaster gebildet ist.
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Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Möglichkeit, untereinander
verschiedene Profile A-A'-A" usw.in diverser Höhenlage auszuführen.
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Mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6 besitzt die Vorrichtung ein Tastorgan
B, das als ein Zylinderstab 10 aus magnetischem Material durchgebildet und mit der
Spindel 12 fest verbunden ist, welche Spindel zweckmäßig so gelagert erscheint,
daß sie um einen an ihrer Achse liegenden Punkt sphärisch schwingen kann. Die Schwingung
wird mit Hilfe eines Kardangelenks 14 od. dgl. erzeugt, das an der Welle 16 verkeilt
ist, deren Achse im wesentlichen mit der Spindelachse 12 zusammenfällt.
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Die Welle 16 stellt die geführte Welle eines Geschwindigkeitswandlers
18 dar, der geeignet ist, eine dauernde Geschwindigkeitsveränderung zu erzeugen,
und dessen führende Welle mit einem entsprechenden T lotor 20 in Verbindung steht,
welcher der Spindel 12 eine fortlaufende Drehung und die gewünschten Merkmale verleiht.
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An der Spindel 12 sind - in geeigneter Lage -zwei Bunde, vorzugsweise
zwei Kugellager 22, 24, verkeilt, wobei je eines .dieser Kugellager mit einem an
einem zugehörigen Stab 30 bzw. 31 angeordneten Bügel 26, 28 zusammenwirkt.
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Wie in Fig. 6 veranschaulicht, sind die Stäbe 30, 31 untereinander
orthogonal und im wesentlichen gleicheben, parallel zur Ebene, in der die Musterschablone
A liegt, angeordnet.
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An je einem dieser Stäbe ist eine Reihe von Kolben 32, 33 vorgesehen,
die untereinander zweckmäßig entfernt in den zugehörigen Zylindern 34, 35 gleiten
und daselbst die Kammern 36, 38, 40 und 37, 39, 41 begrenzen.
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Die erste und die letzte dieser Kammern 36, 40 und 37, 41 sind untereinander
hydraulisch und über eine Leitung 42 mit einem Ablauf verbunden. Die Zwischenkammern
38, 39 stehen dagegen über entsprechende Rohrleitungen 44 mit der Förderleitung
eines Druckgenerators C in Verbindung, die mit einem Ablaßventil D ausgerüstet ist,
durch das im Stromkreislauf ein konstanter Druck erzielt werden kann.
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In den Zylindern 34 und 35 sind - in geeigneter Lage - die Ringkammern
46, 48 und 47, 49 vorgesehen, wo bzw. je eine Rohrleitung 50; 52 und 51, 53 mündet.
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Dabei stehen die Rohrleitungen 50, 52 und 51, 53 mit entsprechenden
Hydromotoren F, G geeigneter Art, z. B. der in einem früheren Patent desselben Erfinders
-bereits beschriebenen Art, in Verbindung.
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Wie in Fig.4 veranschaulicht, steht der Hydromotor F mit einer Betätigungsvorrichtung
(Schraube und Mutterschraube) des Werkstücktisches H einer Fräsmaschine in Verbindung,
wobei der Hydromotor G das Lager K des Werkstücktisches H betätigt,
das für die Verstellung des Werkstücktisches in orthogonaler Richtung zum erstgenannten
Motor Sorge trägt.
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Zweckmäßig können die Rohrleitungen 50, 52 und 51, 53 anstatt mit
den Hydromotoren F, G mit hydraulischen Zylindern oder elektrischen Kontakten in
Verbindung stehen, um den Gang der elektrischen Antriebsmotoren zu steuern.
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Die soeben beschriebenen Teile (Motor 20, Steuer-Zylinder-Gruppe 32,
34 und 33, 35 nebst Spindel 12) sitzen in einem Gehäuse L, das in einer der am Winkel
M vorgesehenen Senkrechtführungen gleitend angeordnet ist, wobei der Winkel 111
seinerseits wieder in an einer Konsole N vorgesehenen Waagerechtführungen gleitet.
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Die nach diesen beiden - Senkrecht- und Waagerechtrichtung - stattfindenden
Verstellungen werden mit Hilfe von schrauben- und schraubenmutterartigen Antriebsorganen
ausgeführt.
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Die Konsole N ist so durchgebildet, das sie am Fräskopf ,P annehmbar
befestigt werden kann.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende, wobei darauf hinzuweisen
ist, daß der Taster 10 und die Musterschablone A aus magnetischem oder magnetisierendem
Material bestehen.
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Es wird zunächst der Taster 10 mit der Musterschablone A so lange
in Kontakt gebracht, bis das Werkzeug in die gewünschte Arbeitslage zum Werkstück
übergeführt wird.
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In dieser Lage sind die eben genannten Kolben 32, 33 so angeordnet,
daß sie den Durchgang zwischen den Seitenkammern 36, 38, 40 (37, 39, 41) und den
Ringkammern 46, 48 (47, 49) vollkommen verschließen, d. h. die Hydromotoren F, G
in ausgerückter Lage festgehalten werden. Jetzt wird der Motor 20 in Betrieb gesetzt,
so daß er den Taster 10 gleichförmig längs der Schablonenfläche in Drehung versetzt.
Dank der zwischen Taster 10 und Schablone A erzeugten gegenseitigen magnetischen
Wirkung rollt sich der Taster 10 mit konstanter Gleichförmigkeit längs dem gesamten
Umriß der Musterschablone ab. Infolge der durch die magnetische Anziehung zwischen
Taster und Musterschablone erzeugten Reibung verwandelt sich die Rotation des Tasters
in einen peripherischen Vorschub, wodurch der Verstellungswiderstand der beiden
Kontrollkolben überwunden wird. Im Falle die Wirkverbindung zwischen Tastorgan B
und der Musterschablone A gesteigert werden sollte (d. h. wenn die Musterschablone
A zum Taster B im Pfeilsinn X
verstellt wird), wird der Kolben 32 nach
der Richtung X verstellt. Es wird auf diese Weise zwischen den Ringkammern 46, 48
bzw. Zwischenkammern 38, 40 eine hydraulische Verbindung hergestellt. Dabei wird
der Motor F so betätigt, daß der Werkstücktisch H in entgegengesetzter Richtung
zur Pfeilrichtung X bewegt wird.
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Entfernt sich dagegen der Taster B von der Musterschablone A, so tritt
sofort die magnetische Wirkung in Aktion, um den Kontakt zwischen dem Wälz-
Organ
10 und der Oberfläche der Schablone A aufrechtzuerhalten.
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In einem solchen Falle wird der Kolben 32 nach einer zum Pfeilsinn
X entgegengesetzten Richtung hin verstellt, so daß die hydraulische Verbindung zwischen
den Kammern 36, 38 und den zugehörigen Ringkammern 46, 48 hergestellt wird.
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Die Folge davon ist, daß der Motor F nach einer zur oben in Betracht
gezogenen, entgegengesetzen Richtung in Drehung versetzt wird.
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Auf ganz analoge Art und Weise arbeitet die zur ersten Gruppe senkrecht
vorgesehene Zylinder-Kolben-Gruppe 33, 35. Diese zweite Zylinder-Kolben-Gruppe übernimmt
die Kontrolle der Werkzeugverstellung und folglich auch der Musterschablone A im
zum Pfeilsinn X senkrechten Pfeilsinn Y.
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Es ist auf diese Art und Weise möglich, in jeder Winkellage zueinander
versetzte Oberflächen zu bearbeiten.
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Es ist weiter darauf hinzuweisen, daß die oben beschriebene Arbeitsweise
der Vorrichtung bei jeder Winkellage, welche die Vorrichtung zur Musterschablone
A annehmen sollte, möglich ist, ohne daß man dadurch gezwungen wird, zu umständlichen
Vorgängen Zuflucht zu nehmen, um dem Tastorgan die notwendigen Arbeitsverhältnisse
zuzusichern, d. h. der Taster B stets unter gleichen vorteilhaften Bedingungen und
Ergebnissen arbeitet, sei es, daß er um das Kardangelenk 14 von rechts nach links
oder umgekehrt oder von vorn nach rückwärts und umgekehrt schwingt.
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Außer den im Laufe der oben angelieferten Beschreibung angedeuteten
Änderungen und Varianten, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung noch weitere Veränderungen
erfahren, so zum Beispiel kann die magnetische Verbindung zwischen Schablone A und
Tastorgan B auch mit Hilfe von Elektromagneten erzielt werden, die entweder an der
Musterschablone selbst und/oder am Tastorgan vorgesehen sind. Die Speisung der genannten
Elektromagnete kann so erfolgen, daß zwischen dem sich drehenden Tastorgan und der
Musterschablone ungleichnamige Polaritäten erzeugt werden, die eine konstante gegenseitige
Anzugskraft ausüben.
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Mit Bezug auf Fig. 2 ist es einleuchtend, daß die Vorrichtung durch
entsprechende Motoren zur Kontrolle der Senkrechtverstellung des Werkstücktisches
und folglich auch der Musterschablone A zur Ausführung tridimensionellerKopierarbeiten
ergänzt werden kann. Auf analoge Art und Weise können, mit Bezug auf die verschiedene
Anwendung der Vorrichtung, das Werkstück und die Musterschablone A fest und dagegen
das Tastorgan und das Werkzeug beweglich und umgekehrt vorgesehen werden.