DE19616165A1 - Spanabhebende Bearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 eine spanab­ hebende Bearbeitungsmaschine, wie Hobel- oder Kehlmaschine, mit min­ destens einem oder mit mehreren Zerspanungswerkzeugen, wie Hobelköp­ fen, Fräsköpfen o. dgl. an antreibbaren, quer zu ihrer Längsrichtung ver­ stellbaren Werkzeugwellen.

Mit einer derartigen Maschine werden im allgemeinen Werkstücke mit über ihre Länge gleichbleibenden Querabmessungen hergestellt. Es gibt jedoch auch Anwendungsfälle, bei denen über die Werkstücklänge unterschiedli­ che Querabmessungen erwünscht sind, wie bei einem einseitig konischen Brett. Eine solche konische Brettbearbeitung kann beispielsweise sinnvoll sein, um beim Treppenbau eine bessere Holzausnutzung zu erzielen oder um schlechte Brettbereiche, wie Astlöcher, zu entfernen. Im letztgenannten Falle können mehrere einwandfreie konische Bretter wieder zu einem Brett gleichbleibender Querabmessung zusammengefügt werden. Bei der Her­ stellung konischer Bretter ist es bekannt, diese nach dem Prinzip der Ko­ pierfräsung mit einer Schablone herzustellen. Diese Herstellungsweise ist relativ aufwendig und setzt die Herstellung sowie Abtastung einer Schablo­ ne voraus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe Zug runde, eine Bearbei­ tungsmaschine der im Oberbegriff genannten Art mit einfachen Maßnah­ men so auszubilden, daß Werkstücke mit über ihre Länge unterschiedli­ chen Querabmessungen, wie von einseitig konischen Brettern, ohne An­ wendung von Schablonen einfach herstellbar sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Bearbeitungsmaschi­ ne der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus, nämlich dadurch, daß eine querverstellbare Werkzeugwelle mit ihrem zu­ gehörigen Zerspanungswerkzeug mit einem gleichartig querverstellbaren, motorisch angetriebenen Schlitten in der Querverstellrichtung mechanisch verbunden ist, wobei der Schlitten Andruckmittel zum definierten Andrüc­ ken des Werkstücks gegen ein in Längsrichtung der Bearbeitungsmaschi­ ne verlaufendes Führungslineal aufweist, daß ein die jeweilige Längspositi­ on eines Werkstücks innerhalb der Bearbeitungsmaschine erfassender In­ krementgeber vorhanden ist und daß der Ausgang des Inkrementgebers mit dem Eingang einer Recheneinheit zum Steuern der motorischen Quer­ verstellung des Schlittens als Funktion der Ausgangsgröße des Inkrement­ gebers und weiterer Eingangsgrößen der Recheneinheit, wie von Anfangs- und Endbreiten sowie der Länge eines Werkstücks, entsprechend einem bestimmten, in der Recheneinheit abgelegten Funktionszusammenhang verbunden ist.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß beispielsweise ein sich entgegen der Bewegungsrichtung einseitig konisch erweiterndes Brett ohne Kopier­ fräsung leicht und genau sowie wesentlich preiswerter herstellbar ist. Die jeweilige Längsposition des Werkstücks wird vom Inkrementgeber erfaßt und als Eingangsgröße für die Recheneinheit benutzt der auch weitere Eingangsgrößen zuführbar sind, wie die erwünschten Anfangs- und End­ breiten sowie die Länge eines Bretts. Aus einem festen Funktionszusam­ menhang der Recheneinheit, wie demjenigen für eine konische Ausbildung kann diese den querverstellbaren Schlitten mit dem Zerspanungswerkzeug entsprechend so ansteuern, daß die erwünschte Werkzeugform entsteht.

Die Weiterbildung von Anspruch 2 ist besonders bevorzugt, weil dann unmittelbar nach dem anfänglichen Erfassen des Werkstücks durch den Inkrementgeber, bzw. durch dessen Sensor, der Verstellmotor für den Schlitten bis zum Erreichen einer erforderlichen gleichbleibenden Drehzahl hoch laufen kann, ehe das Werkstück das Zerspanungswerkzeug erreicht.

Eine Ausbildung des Inkrementgebers mit einem rollenförmigen, am Werk­ stück zur Anlage kommenden Sensor nach Anspruch 2 ist besonders ein­ fach, preiswert und genau. Grundsätzlich wären aber auch beispielsweise optische Sensoren in Verbindung mit Längsmarkierungen am Werkstück denkbar.

Wenn sich der Inkrementgeber, bzw. dessen Sensor, gemäß Anspruch 2 vor dem Zerspanungswerkzeug befindet, ist es erforderlich, eine entspre­ chende Korrektur vorzunehmen, da die entsprechende Stellung des sich ab der anfänglichen Werkstückerfassung laufend querverstellenden Zerspa­ nungswerkzeugs für die erwünschte Anfangsabmessung des Werkstücks erst später vorliegt, nämlich dann, wenn das Werkstück das Zerspanungs­ werkzeug erreicht. Bei der Herstellung eines sich einseitig konisch verbrei­ ternden Brettes eignet sich die weitere Ausgestaltung gemäß Anspruch 4, wonach das Zerspanungswerkzeug anfänglich auf eine Breitenposition ge­ bracht wird, die kleiner als die Anfangsbreite des Werkstücks ist.

Gemäß Anspruch 5 ist ferner eine geeignete, abschließende und im we­ sentlichen weiterhin gleichförmige Korrekturverstellung am Ende der Werk­ stückbearbeitung erforderlich, nämlich dann, wenn das Werkstück den In­ krementgebers bzw. dessen Sensor bereits verlassen hat und aber endsei­ tig noch weiterhin konisch bearbeitet wird.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 6 und 7 haben sich als sehr vorteilhaft erwiesen, weil dadurch ein relativ einfacher Verstellmotor verwendbar ist und dennoch ein sehr genaues Betriebsergebnis ermöglicht wird.

Die Ausgestaltung von Anspruch 8 erlaubt ein sehr genaues, gleichblei­ bendes sowie schonendes Führen des Werkstücks und damit eine sehr ex­ akte Werkstückbearbeitung.

Durch die Weiterbildung von Anspruch 9 kann verhindert werden, daß das Werkstück durch die auftretenden Zerspanungskräfte abgelenkt wird. Somit ergibt sich durch entsprechende Aufnahme von Bearbeitungskräften eine bessere Bearbeitungsstabilität.

Mit der weiteren Ausbildung gemäß Anspruch 10 ist es möglich, genauere Regelvorgänge mit der Folge noch besserer und vielseitigerer Betriebser­ gebnisse durchzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in einer stark vereinfachten Figur in Draufsicht dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Bearbeitungsmaschine in Form einer Hobelmaschine. Seitlich neben einer nicht dargestellten Werkstück-Trans­ portabstützung (mit einem einlaßseitigen Werkstück-Aufgabetisch und einem auslaßseitigen Werkstück-Abnahmetisch) befindet sich ein in Maschinen­ längsrichtung bzw. in Werkstück-Bewegungsrichtung erstreckendes Füh­ rungslineal mit einem einlaßseitigen Einlauflineal 10 und einem auslaßseiti­ gen Auslauflineal 12 für ein die Maschine durchlaufendes Werkstück 13.

Die Maschine besitzt im vorliegenden Fall ferner vier durch nicht näher dar­ gestellte elektromotorische Antriebe drehbare Werkzeugwellen, an denen je­ weils ein Zerspanungswerkzeug lös- bzw. auswechselbar gehalten ist. Es sind zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks im vorliegenden Fall zwei zur seitlichen Bearbeitung dienende, seitlich verstellbare Werkzeug­ wellen mit je einem rechten bzw. vorderen und einem linken bzw. hinteren Zerspanungswerkzeug 14 und 16 sowie zwei zur unter- und oberseitigen Bearbeitung dienende, vertikal verstellbare Werkzeugwellen vorhanden, nämlich eine erste oder vordere Werkzeugwelle mit einem Zerspanungs­ werkzeug als sogenannte Abrichte 18 und eine zweite oder hintere Werk­ zeugwelle mit einem Zerspanungswerkzeug als sogenannte Dickte 20.

Im vorliegenden Fall geht es um die Herstellung eines Werkstücks 13 in Form eines einseitig konischen Brettes, das entgegen der durch einen Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung breiter wird. Bei seinem Transport durch die Maschine wird das Werkstück 13 definiert gegen das Einlauflineal 10 sowie das Auslauflineal 12 gedrückt und dabei von dem linken Zerspa­ nungswerkzeug 16 seitlich konisch bearbeitet. Dabei wird das Zerspanungs­ werkzeug 16 zunehmend weiter von dem Führungslineal wegbewegt.

Ein nur schematisch dargestellter, quer zur Bewegungs- bzw. Maschinen­ längsrichtung motorisch verstellbarer Schlitten 22 ist mit der ebenfalls quer­ verstellbaren Werkzeugwelle des linken Zerspanungswerkzeugs 16 mecha­ nisch gekoppelt. Der Schlitten 22 trägt ferner eine Andruckvorrichtung 24, die eine vordere Andruckrollenanordnung 26 und eine hintere Andruckrollen­ anordnung 28 aufweist. Die sich vor und hinter dem Zerspanungswerkzeug 16 befindenden Andruckrollenanordnungen 26, 28 sind mit großhubig gefe­ derten, am Werkstück 13 zur Druckanlage kommenden Andruckrollen aus­ gebildet, die das Werkstück 13 gegen das Führungslineal drücken.

Unmittelbar vor dem Zerspanungswerkzeug 16 trägt der Schlitten einen ebenfalls großhubig gefederten Druckschuh 30, der gegen das Werkstück 13 drückt und dieses an einem unerwünschten Ausweichen aufgrund der auftre­ tenden Bearbeitungskräfte hindert.

Während sich das Werkstück 13 durch die Maschine bewegt, wird der Schlitten 22 zusammen mit der Werkzeugwelle des Zerspanungswerkzeugs 16 und der Andruckvorrichtung 24 mit ihren genannten drei Andruckteilen in Maschinenquerrichtung kontinuierlich vom Führungslineal wegbewegt, so daß sich nach vollständigem Werkstückdurchlauf letztendlich die zeichnerisch dargestellte konische Form des Werkstücks 13 ergibt.

Gemäß der Darstellung erfaßt ein am Werkstück 13 zur Ablaufanlage kom­ mender Sensor 32 in Form einer Rolle den Durchlauf des Werkstücks 13. Dieser Sensor 32 gehört zu einem Inkrementgeber 34, der pro Dreheinheit der Rolle bzw. pro Längeneinheit des Werkstücks 13 einen Impuls abgibt. Der Inkrementgeber 34 ist ausgangsseitig mit einem Eingang E1 einer Re­ cheneinheit 36 verbunden. Dieser können über einen Eingang E2 weitere Eingangsgrößen eingegeben werden, wie im vorliegenden Fall eine er­ wünschte Anfangsbreite AB sowie eine erwünschte Endbreite EB und die Länge L eines konisch zu bearbeitenden Brettes. Hieraus kann in der Re­ cheneinheit 36 die konische Steigung aus dem Formelzusammenhang S = (EB - AB) / L bestimmt werden. Über die Steigung S kann in jedem Punkt der durch den Inkrementgeber 34 erfolgenden Längenmessung die neue Position des Zerspanungswerkzeugs 16 kontinuierlich ermittelt werden. Das Programm läuft ständig in Schleifen und bekommt stets neue Werte.

Die Recheneinheit 36 ist ausgangsseitig mit einem Frequenzumformer 38 verbunden, der entsprechend den Vorgaben der Recheneinheit 36 aus der Netzfrequenz f_N eine geeignete Betriebsfrequenz f_B (beispielsweise zwi­ schen 0 und 150 Hertz) für einen nachgeschalteten Drehstrommotor 40 er­ zeugt. Die Drehzahl des Drehstrommotor 40 ergibt sich zu N = Betriebsfre­ quenz f_B / Polzahl des Motors. Dieser sorgt für geeignete Querverstellungen des Schlittens 22 sowie der mit diesem mitbewegten Teile.

Während der konischen Bearbeitung wird der Schlitten 22 mit der erforderli­ chen Drehzahl des Motors 40 kontinuierlich nach außen gefahren. Da sich der Sensor 32 vor dem Zerspanungswerkzeug 16 befindet, muß eine ent­ sprechende anfängliche Korrektur vorgenommen werden. Bevor das Werk­ stück 13 am Zerspanungswerkzeug 16 ankommt, wird dieses mit dem Schlitten 22 auf eine anfangliche Breitenposition gebracht, die zunächst klei­ ner als die Anfangsbreite AB des Werkstücks ist und die dann bis zum Ein­ treffen desselben am Zerspanungswerkzeug durch eine inkrementgesteuer­ te, im wesentlichen gleichförmige, motorische Verstellung des Schlittens 22 genau bis auf die Anfangsbreite AB vergrößert wird, wobei sich diese im we­ sentlichen gleichförmige Verstellung des Schlittens bis zum Erreichen der Endbreite EB fortsetzt. Die erwähnte anfängliche Breitenposition K für die anfängliche Korrektur beträgt K = AB - S × Abstand zwischen Sensor 32 und Zerspanungswerkzeug 16. Eine direkte Gegenüberanordnung des Sensors 32 und des Zerspanungswerkzeugs 16 hätte den Nachteil, daß dann der Verstellmotor nicht rechtzeitig schon mit der erforderlichen Drehzahl läuft.

Am Ende der Bearbeitung des Werkstücks 13 muß ebenfalls eine Korrektur vorgenommen werden, weil in diesem Bereich der Inkrementgeber 34 mit dem Sensor 32 keine Längenwerte mehr übermittelt und dennoch eine weite­ re Verstellung des Schlittens 22 bis zum Erreichen des Werkstückendes erfolgen muß. In diesem Endabschnitt von beispielsweise etwa 70 mm muß die Konizität des Werkstücks dieselbe Steigung S erhalten. Über die gesam­ te Längenmessung wird pro Programmdurchlauf eine bestimmte durch­ schnittliche Anzahl von Inkrementimpulsen übermittelt. Mit den ermittelten Durchschnittsimpulsen wird ein rechnerischer Wert angegeben. Hierdurch wird erreicht, daß das Zerspanungswerkzeug 16 weiterhin kontinuierlich ge­ öffnet wird, bis der impulsfreie Endabschnitt von beispielsweise etwa 70 mm durchlaufen und somit die erwünschte Endbreite EB erreicht ist.

Grundsätzlich ist es möglich, für genaue Regelungsvorgange die jeweilige Stellposition des Schlittens 22 in Maschinenquerrichtung zu erfassen und als Rückführgröße einem Eingang E3 der Recheneinheit 36 zuzuführen.

Die beschriebene Ausführungsform ist beispielhaft, und es können im Rah­ men der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen vorgenommen wer­ den. So sind abgesehen von einer konischen Ausbildung des Werkstücks grundsätzlich auch andere Formelzusammenhänge und damit Randkonfigu­ rationen eines Werkstücks darstellbar.

Claims (10)

1. Spanabhebende Bearbeitungsmaschine, wie Hobel- oder Kehlma­ schine, mit mindestens einem oder mit mehreren Zerspanungswerk­ zeugen, wie Hobelköpfen, Fräsköpfen o. dgl. an antreibbaren, quer zu ihrer Längsrichtung verstellbaren Werkzeugwellen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine querverstellbare Werkzeugwelle mit ihrem zugehörigen Zerspanungswerkzeug (16) mit einem gleichartig querverstellbaren, motorisch angetriebenen Schlitten (22) in der Querverstellrichtung mechanisch verbunden ist, wobei der Schlitten Andruckmittel (24, 26, 28, 30) zum definierten Andrücken des Werkstücks gegen ein in Längsrichtung der Bearbeitungsmaschine verlaufendes Führungsli­ neal (10, 12) aufweist,
daß ein die jeweilige Längsposition eines Werkstücks (13) innerhalb der Bearbeitungsmaschine erfassender Inkrementgeber (34) vor­ handen ist und
daß der Ausgang des Inkrementgebers (34) mit dem Eingang einer Recheneinheit (36) zum Steuern der motorischen Querverstellung des Schlittens als Funktion der Ausgangsgröße des Inkrementge­ bers und weiterer Eingangsgrößen der Recheneinheit, wie von An­ fangs- und Endbreiten sowie der Länge eines Werkstücks, nach ei­ nem bestimmten Funktionszusammenhang verbunden ist.

2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die jeweilige Längsposition des Werkstücks (13) erfassender Sensor (32) des Inkrementgebers (34) zur Vorbereitung sowie Erzie­ lung gleichförmiger Bearbeitungsverhältnisse in Werkstück- Bewegungsrichtung in einem Längsabstand vor dem zugehörigen Zerspanungswerkzeug (16) angeordnet ist.

3. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (32) in Form einer mit dem Werkstück (13) in me­ chanischen Kontakt tretenden Ablaufrolle ausgebildet ist.

4. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 2 oder 3 zum Herstellen ei­ ner sich entgegen der Bewegungsrichtung von einer Anfangsbreite bis zu einer Endbreite konisch erweiternden Randbegrenzung des Werkstücks, wie eines einseitig konischen Brettes, gekennzeichnet durch eine beim anfänglichen Erfassen eines Werkstücks (13) durch den Sensor (32) erfolgende anfängliche Korrekturverstellung des Zerspanungswerkzeugs (16) sowie des Schlittens (22) auf eine Breitenposition, die kleiner als die Anfangsbreite des Werkstücks ist und die dann bis zum Eintreffen desselben am Zerspanungswerk­ zeug durch eine inkrementgesteuerte, im wesentlichen gleichförmi­ ge, motorische Verstellung des Schlittens (22) genau bis auf die Anfangsbreite vergrößert wird, wobei sich diese im wesentlichen gleichförmige Verstellung des Schlittens bis zum Erreichen der Endbreite fortsetzt.

5. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ei­ ne den Längsabstand zwischen dem Sensor (32) und dem Zerspa­ nungswerkzeug (16) berücksichtigende abschließende Korrektur­ verstellung in der Weise, daß nach erfolgtem Vorbeilaufen der Werkstücks (13 ) an dem Sensor (32) die im wesentlichen gleich­ förmige Verstellung des Zerspanungswerkzeugs und des Schlittens (22) bis zum Erreichen der Endbreite fortgesetzt wird.

6. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch einen Drehstrommotor (40) zum Querstellen des Schlittens (22) und des Zerspanungswerkzeugs (16).

7. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehstrommotor (40) ein von der Recheneinheit (36) ge­ steuerter Frequenzumformer (38) vorgeschaltet ist, der die jeweilige Ausgangsgröße der Recheneinheit in eine geeignete Betriebsfre­ quenz für den Drehstrommotor und damit in eine geeignete polzahlabhängige Drehzahl desselben umwandelt.

8. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der motorisch querverstellbare Schlitten (22) eine mitbewegbare Seitenandruckvorrichtung (24) mit einer groß­ hubig gefederten vorderen Andruckrollenanordnung (26) vor dem Zerspanungswerkzeug (16) und mit einer großhubig gefederten hinteren Andruckrollenanordnung (26) hinter dem Zerspanungs­ werkzeug zum definierten Gegendrücken des Werkstücks (13) ge­ gen das Führungslineal (10,12) aufweist.

9. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenandruckvorrichtung (24) ferner unmittelbar vor dem Zerspanungswerkzeug (16) einen am Werkstück (13) zur Anlage kommenden großhubig gefederten Druckschuh (30) als Widerlager zum kompensierenden Aufnehmen von auftretenden Bearbeitungs­ kräften aufweist.

10. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Position des Schlittens (22) in Querverstellrichtung erfaßt und der Recheneinheit (36) als Ein­ gangsgröße zugeführt wird.