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Vorrichtung zum Begrenzen der Eindringtiefe des Werkzeugs in das Werkstück,
insbesondere bei Graviermaschinen Sollen Werkzeuge mit einer genau bestimmten Tiefe
in die Oberfläche von Werkstücken eingeführt werden, so ist es schwierig, die Eindringtiefe
des Werkzeugs auch dann konstant zu halten, wenn die zu bearbeitenden Werkstücke
an der Angriffsstelle des Werkzeugs untereinander Höhenunterschiede aufweisen. Wollte
man jedesmal vor Beginn des Arbeitsganges die Maßabweichung des einzelnen Werkstücks
ermitteln und danach das Werkzeug im Werkzeughalter jeweils einstellen, so wäre
dies zeitraubend und insbesondere schwierig, wenn die Eindringtiefe des Werkzeugs
nur wie beim Gravieren ganz gering ist. Bei gröberen Arbeiten wird in bekannter
Weise dabei die Eindringtiefe des Werkzeugs durch einen neben dem Werkzeug angeordneten
Anschlagkörper begrenzt, der um einen die Eindringtiefe entsprechenden Betrag weniger
aus dem Werkzeughalter herausragt als das Werkzeug und der dann das Eindringen des
Werkzeugs blockiert, sobald er gegen die Oberfläche des Werkstückes stößt. Dieser
Weg scheidet aber aus, wenn Werkzeuge in feinbearbeitete Oberflächen eingeführt
werden sollen und Oberflächenbeschädigungen vermieden werden müssen. Man behilft
sich deshalb bei solchen Arbeitsgängen mit Nachführeinrichtungen, bei denen ein
gewichtsentlasteter, praktisch somit druckfrei aufliegender T astfühler auf die
Oberfläche des Werkstückes aufgesetzt wird, der durch Übertragung seiner Tastbewegungen
auf den Werkzeughalter mit Hilfe elektrischer oder elektromagnetischer Steuerungsmittel
die Eindringtiefe des Werkzeugs ständig gleich-hält. Solche Mechanismen werden aber
infolge ihres komplizierten Aufbaues teuer und anfällig, so daß ihre Verwendung
nicht immer wirtschaftlich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen mechanischen Mitteln eine
Vorrichtung zu schaffen, die auftretende Höhenunterschiede von Werkstück zu Werkstück
selbsttätig berücksichtigt, so daß die Eindringtiefe des Werkzeugs immer die gleiche
ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begrenzen der Eindringtiefe
des Werkzeugs in das Werkstück, und das Neue besteht in einem in einer in Zustellrichtung
im Maschinengestell abgestützten Schiebehülse gegen die Werkstückoberfläche verschieblich
gelagerten Taster als Abstandshalter, der mit einer bei Zustellen des Werkzeugs
wirksam werdenden Sperre in der Schiebehülse feststellbar ist, und einem Getriebe,
das die Schiebehülse bei weiterem Zustellen des Werkzeugs von ihrem Widerlager im
Maschinengestell um ein bestimmtes Maß abhebt. Vorzugsweise werden dabei für die
Sperre und das Umlenkgetriebe, mit dem der Taste7- im Tastergehäuse festgeklemmt,
gehoben und gesenkt wird, Kugeln verwendet, die sich beim Aufwärtsbewegen des Tasters
entriegeln. Der Taster kann dadurch bei unbeabsichtigter Überlastung um einen bestimmten
Betrag ausweichen, ohne Beschädigung zu nehmen: Beim Abheben des Werkzeugs wird
der Taster selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückbewegt.
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Abgesehen davon, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung aus wenigen
Teilen zusammensetzen läßt und dadurch billig herzustellen ist, daß ferner ihre
Meßgenauigkeit sehr fein abgestimmt werden kann und daß weiterhin ihre Meßzuverlässigkeit
auch bei längerem Gebrauch kaum beeinträchtigt wird, da die bewegten Teile keinem
nennenswerten Verschleiß unterworfen sind, liegen die besonderen Vorteile in der
universalen Anwendbarkeit.
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Die Vorrichtung kann entweder als ein für sich selbständiger Bauteil
ausgebildet sein, der sich im beliebigen Wechsel und in beliebiger Art mit einem
Werkzeug zu einer Baueinheit zusammenschließen läßt, oder mit dem von ihr einzustellenden
Werkzeug eine Einheit bilden.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt-durch eine Vorrichtung,
bei der der Anschlagkörper mit seinem Gehäuse als für sieh selbständiger Bauteil
ausgebildet ist, Fig. '2 bis 4 Querschnitte durch die Vorrichtung in den Ebenen
II-II, III-III und IV-IV der Fig. 1, Fig. 5 bis 7 einzelne von Fig. 1 abweichende
Stellungen,
Fig.8 und 9 ein Ausführungsbeispiel als bauliche Einheit
von Werkzeug und Tiefenbegrenzungsvorrichtung und Fig. 10 bis 15 Anwendungsmöglichkeiten
der Vorrichtungen bei Pantographen und mehrspindeligen Graviermaschinen.
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Ein Gehäuse 1 ist in einem (nicht dargestellten) das Werkzeug führenden
Teil eines Gravier-Pantographen eingespannt zu denken. Der (nicht dargestellte)
einzustellende Gravierstichel ist seitlich vom Gehäuse 1 gelagert; er ist im Pantographen
in der Höhe für eine beabsichtigte mittlere Eindringtiefe eingestellt. Die den jeweiligen
Höhenabweichungen der Werkstücke entsprechende Korrektur der mittleren Einstellage
hält die Eindringtiefe des Gravierstichels konstant. Bewirkt wird diese Korrektur
durch das Zusammenwirken eines Tasters 2 mit einem Anschlagbolzen 3, die beide im
Gehäuse 1 auf und nieder bewegbar gelagert sind, und von denen der Anschlagbolzen
3 seine jeweilige Höheneinstellung mit Hilfe eines Armes 4 erhält, der als Hebel
ausgebildet ist und den Gravierstichel trägt. Die Fig. 1 zeigt den Anschlagbolzen
3 und den Arm 4 in der oberen Stellung. Das Gehäuse 1 ist dabei im (nicht dargestellten)
Pantographen so befestigt, daß zwischen der Tasterkuppe bzw. dem Tasterunterteil2a
und der mittleren Höhenlage der zu bearbeitenden Oberflächen ein Zwischenraum von
der Größe x verbleibt. Dieser Zwischenraum wird bestimmt durch die Baumaße der Vorrichtung
und die größte Höhendifferenz der Werkstücke. Da der Taster 2 mit seinem verstärkten
Oberteil 2 b auf einer ringförmigen Einschnürung 3 a des Anschlagbolzens 3 aufliegt,
dieser Anschlagbolzen 3 aber von unter her durch eine sich auf den Boden des Gehäuses
1 abstützende Feder 5 nach oben gedrückt wird, verharren die beweglichen Teile der
Vorrichtung in dieser Ausgangslage, solange nicht von oben her vom Arm 4 aus ein
Druck auf den Anschlagbolzen 3 ausgeübt wird, der ihn abwärts schiebt.
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Dabei liegt eine Kugel 7 in druckloser Fühlung mit der Wandung des
Anschlagbolzens 3 auf einer unteren Abstufung des Gehäuses 1. Die durch eine Feder
8 nach unten gedrückte Schiebehülse 9 sitzt dabei auf einer oberen Abstufung, dem
eigentlichen Widerlager 9a, des Gehäuses 1 auf. Eine Kugel 10 ruht zunächst in einer
Ausfräsung des Anschlagbolzens 3, steht in loser Fühlung mit dem Taster 2 sowie
der Schiebehülse 9 und dient einem unter der Wirkung einer Feder 11 stehenden, konisch
abgeschrägten Fußteil des Drucktellers 12 zunächst als Auflage.
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Fig. 2 zeigt, daß der Anschlagbolzen 3 nach dem Schnitt II-II in seinem
Querschnitt drei symmetrisch angeordnete Ausfräsungen besitzt. Wie Fig. 3 in Schnitt
III-III erkennen: läßt, liegen die Kugeln 10, 13 und 14 in Ausfräsungen, die die
Kugelsperre der Vorrichtung bilden. In Fig.4 nach dem Schnitt IV-IV lagern
in entsprechender Weise die für das Verschieben der Sperre und für das Umlenken
des Tasters 2 dienenden Kugeln 7, 15, 16. Wird durch Tiefersenken des Armes 4 der
Anschlagbolzen 3 um den Betrag x niedergedrückt, so setzt sich der Taster 2 mit
seinem Unterteil bzw. seiner Kuppe 2a auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes
17 auf, und zwar vermöge seines Eigengewichtes oder gegebenenfalls unter Verwendung
einer noch zusätzlich anzuordnenden Feder, deren Druckkraft aber so klein bemessen
ist, daß die Oberfläche des Werkstückes nicht beschädigt werden kann.
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Wird gemäß Fig. 5 mittels des Armes 4 der Anszhlagbolzen 3 tiefer
gedrückt, so wird dadurch die Wirkung der Kugelsperre (10, 13, 14) eingeleitet.
Durch Senken des Anschlagbolzens 3 wird die Lage der Kugeln verändert. Die Fläche
des abgeschrägten Fußteiles des Drucktellers 12 und der obere Konus der Schiebehülse
9 bestimmen zunächst die formschlüssige Lage der Kugeln 10, 13 und 14. Diese Kugeln
gleiten nach unten, und zwar bis zur Anlage an dem Tasteroberteil 2 b. Die neu gewonnene
Anlage der Kugeln bewirkt mit der Druckfeder 11 das Festklemmen zwischen dem Oberteil
2 b des Tasters 2 und der Schiebehülse 9.
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Weiteres Senken des Anschlagbolzens 3 ergibt, daß die konische Abschrägung
3 b die unteren Kugeln 7, 15, 16 berührt.
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Eine weitere Abwärtsbewegung des Bolzens 3 gemäß' Fig. 6 schiebt die
Kugeln 7, 15, 16 nach außen und die Schiebehülse 9 zwangsweise nach oben, indem
sich diese von ihrem Widerlager 9a anhebt. Sind jedoch die Kugeln 7, 15, 16 so weit
nach außen gedrückt worden, daß sie den Konus des Anschlagbolzens 3 verlassen haben
und an dessen äußerster Zylinderfläche anliegen, so ist dieser Hub, beendet. Die
Schiebehülse 9 würde somit um einen Betrag x1 verschoben. Da die Schiebehülse 9
durch die Kugelsperre 10, 13 und 14 sowie mit dem Druckteller 12 den Oberteil 2
b des Tasters 2 verklemmt hält, wird auch der Taster 2 um den gleichen Betrag x1
mit nach oben geführt, und anschließend setzt sich der Anschlagbolzen 3 mit seiner
Innenfläche auf den Oberteil 2 b des Tasters 2 auf. Damit ist die erstrebte Arbeitsstellung
des Gravierstichels gegenüber der Werkstückoberfläche erreicht. Der Gravierstichel
18 (Fig. 7) ist gegenüber der Tasterunterkante 2 a. um den Betrag x., tiefer eingestellt.
Mit konstant bleibender Eindringtiefe kann er nun mit Hilfe des Armes 4 in die Oberfläche
des zu bearbeitenden Werkstückes geführt werden, während sich die Tasterunterkante2a
im Abstand x1 über die Oberfläche bewegt. Die Eindringtiefe des Gravierstichels
18 beträgt x2 - x1.
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Die Besonderheit der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 8 und 9 liegt
darin, daß die Vorrichtung mit dem von ihr einzustellenden Gravierstichel zu einer
Baueinheit und in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt ist.
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Fig.8 veranschaulicht die Vorrichtung vor dem Arbeitsbeginn über einem
Werkstück 17, und Fig. 9 zeigt sie in der Arbeitsstellung. Sie besteht aus einem
Spindelträger 19, einer Spindelbüchse 20, in welcher der Gravierstichel 21 gelagert
ist, und aus einem zwischen dem Spindelträger 19 und der Spindelbüchse 20 zwischengeschalteten
Taster 2, der mit Hilfe der Kugeln 24 und 25 sowie der Federn 5 a, 8 a und
11 a
zur Wirkung gelangt, wenn der Arm 4a gesenkt wird.
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Um das Maß der konstant zu haltenden Eindringtiefe des bewegten Gravierstichels
21 festzulegen, ist auf der Spindelbüchse 20 ein in seiner Höhe angeordnetes Einstellglied
27 vorgesehen, mit dem sich der spätere Abstand x2 zwischen der Tasterunterkante
2a und der Spitze des Gravierstichels 21 einstellen läßt.
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Der Taster 2 besteht aus einer zylindrischen Hülse, die in ihrem mittleren
Teile mehrfach durchbrochen ist und sich mit der Oberkante dieser Durchbrüche 2
b auf als Anschlag dienende Ringnocken 23 stützt, die fest auf der Spindelbüchse
20 angeordnet sind. Im Prinzip ist die Wirkungsweise der Teile 23, 24, 25, 26 und
28 die gleiche wie im zuerst dargestellten Ausführungsbeispiel. Die konischen Abschrägungen
der im Spindelträger 19 auf- und abwärts verschiebbar angeordneten Schiebehülse
26 entsprechen den konischen Abschrägungen der Schiebehülse 9 in den
Fig.
1, 5, 6 und 7. Die untere Abschrägung der Ringnocken 23 wirkt im gleichen Sinne
wie die konische Abschrägung 3 b des in diesen Figuren veranschaulichten Anschlagbolzens
3. Entsprechende Wirkungen haben auch die Federn 5 a, 8 a, 11 a und Teil 28.
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In Fig. 10 ist eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 an einem Pantographenarm
29 mit Schwenkachse 33 gezeigt. Der Gravierstichel 18 ist in einer Spindelbüchse
20 gelagert, die senkrecht verschiebbar im Pantographenarm 29 sitzt und durch den
als Schwenkhebel ausgebildeten Arm 4 angehoben oder gesenkt werden kann. Ist die
Spindelbüchse 20 so im Pantographenarm 29 eingestellt, daß der Gravierstichel 18
seine normale Arbeitshöhe für eine beabsichtigte mittlere Eindringtiefe besitzt,
so wird durch Niederdrücken des Armes 4 auf den Anschlagbolzen 3 der Taster mit
seiner eigentlichen Tastkuppe 2a gegen das Werkstück 17 geführt, so daß der Anschlagbolzen
3 nach erfolgtem Klemmen, Abheben und Anschlagen gegen den Taster 2 den Arm 4 und
damit auch den getrennt gelagerten Gravierstichel 18 in einer die Maßabweichung
des Werkstückes korrigierenden Höhe x2 hält. Fig. 11 zeigt Entsprechendes zur Ausführungsform
gemäß Fig. 8 und 9.
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Gemäß Fig. 12 ist der Taster 2 abgewandelt. Die eigentliche Tastkuppe
ist vom Taster 2 konstruktiv getrennt. Zur Abtastung der Oberfläche des Werkstückes
17 dient ein an einem Winkelarm 31 fest angelenkter Fühler 30, der seine Bewegungen
auf den Taster 2 überträgt.
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In Fig. 13 ist der Fühler 30 an einem Gelenkparallelogramm 32 angeordnet.
In Fig. 14 ist der Fühler 30 wie in Fig. 12, jedoch in Verbindung mit der Vorrichtung
gemäß Fig. 8 und 9 dargestellt.
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Fig. 15 zeigt das Anwenden der Vorrichtungen bei einer Mehrspindelmaschine
zum Gravieren von Ob jektivringen 17. Die Vorrichtungen 1, 1 a, 1 b, 1 c, 1 d
sind
in einer Reihe hintereinander angeordnet, und entsprechend sind auf einem verschiebbaren
Träger 35 die Obj ektivringe 17, 17 a, 17 b, 17 e, 17 d aufgespannt.
In der Figur ist durch nach oben geführte Linien angedeutet, daß alle Tiefenbegrenzer
1 gleichzeitig angehoben und gesenkt werden können.