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Werkzeugmaschine mit hydraulisch bewegtem Vorschubschlitten Die Erfindung
betrifft eine Werkzeugmaschine mit hydraulisch bewegtem Vorschubsclitten, insbesondere
zum Bearbeiten von zylindrischen Werkstücken.
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Derartige Maschinen benutzt man beispielsweise zum Bearbeiten der
Lagerstellen von Kurbelwellen, Zapfen, Bolzen usw. in großen Serien von vielen hundert
oder tausend Stücken mittels eines umlaufenden oder feststehenden Werkzeuges, z.
B. eines Diamanten, einer Werkzeugscheibe od. dgl. Eine Hauptforderung ist dabei,
die Abmessungen der Werkstücke untereinander gleich zu halten. Die Abweichungen
dürfen selten o,oI mm überschreiten. In vielen Fällen wird, sogar eine Genauigkeit
von o,oo2 bis o,oo5 mm gefordert. Es ist klar, daß derart hohe Anforderungen im
Dauerbetrieb nicht durch von Hand gesteuerte Maschinen erzielbar sind. Das Bestreben
geht daher seit langer Zeit dahin, den Bedienungsmann zu entlasten und die Maschine
zu automatisieren.
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Diesem Wunsche stellen sich aber bei den genannten Bedingungen außerordentliche
Schwierigkeiten entgegen, denn die Betriebszustände der Maschine und des Werkzeugas
ändern sich fortgesetzt. So verringert sich z. B. bei umlauf Werkzeugen durch Abnutzung
der Werkzeugdurchmesser. Bei Diamanten ändert sich deren Lage zum Werkstück. Dies
halt zur Folge, daß auch bei peinlichst genauem Einhalten gleicher Endstellungen
des Schlittens die Werkstücke ungleich werden. Die Erwärmung der Maschäne unterliegt
im Laufe des Tages erheblichen Schwankungen. Bedenkt man, daß eine Erwärmung von
Stahl um nur 5° C bereits auf IOO mm eine Längeniänderung
von mehr
als o,oo5 mm hervorruft, dann erkennt man, daß auch die Temperaturschwankungen einen
wesentlichen Einfluß auf die Genauigkeit der Arbeit haben. Von entscheidender Bedeutung
ist vor allem der Spannungszustand, der Maschine zwischen dem Werkstrück und dem
Werkzeug, der sich praktisch der Beherrschung entzieht. Werkstücke und Werkzeuge
werden bekanntlich um so mehr abgedrückt, je stumpfer die Werkzeugschneiden und
je härter oder zäher die Werkstücke sind. Daraus folgt wiederum, daß bei der gleichen
Stellung des Vorschubschlittens unterschiedliche Werkstückabmessungen entstehen
können. Läßt man nach dem Abschalten der Spannzustellung zum Ausgleich dieses Spannungszustandes
das Werkzeug sich frei schneiden oder ausfunken, bis kein Span mehr weggenommen
wird, dann entstehen wieder andere Nachteile. Es hat sich gezeigt, daß durch das
Freischneiden das unvermeidliche Spiel in den Getriebeelementen des Vorschubschlittens,
in dien Lagerstellen des Werkzeuges usw. zur Auswirkung gelangt. Das Werkzeug schneidet
dann unter dem Einfluß der Erschütterungen noch nach.
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Gemäß der Erfindung werden die genannten Maschinen, bei denen eine
das Werkstückmaß bestimmende Meßvorrichtung angeordnet ist, mit deren Hilfe die
aufs schnellem Herandahren, grobem Spannvorschub und anschließender Feinzustellung
bestehende Schlittenbewegung gesteuert wird, dadurch verbessert, daß von der Meßeinrichtung
ausgehende Steuerimpulse eine schwimmende Bewegung des den Vorschub bewirkenden,
zwei hydraulisch betriebene Kolben enthaltenden Schlittengetriebes drosseln und
umsteuern. Mit schwimmender Bewegung des oder der Steuerkolben ist gemeint, daß
der Kolben beiderseitig hydraulisch betätigt wird.
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Erfindungsgemäß sind diese Maschinen ferner so ausgebildet, daß die
Meßeinrichtung, die beim ersten Impuls eine Drosselvorrichtung des Zustellkolbens
betätigt und beim zweiten Impuls die schwimmende Bewegung umsteuert, über eine nur
einseitig vom Treibmittel durchflossene Umgehungsleitung die Drosselvorrichtung
überbrückt.
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Hierdurch ergeben sich wesentliche Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit
der Arbeit. Da eine schwimmende Bewegung des die Beistellung bewirkenden Kolbengetriebes
gesteuert wird, stehen Werkstück und Werkzeug bis zum letzten Augenblick unter einer
geringen Spannung. Dadurch können Erschütterungen keine schädlichen Auswirkungen
des Spieles in den Verstellgliedern, in den Lagerstellen usw. und damit kein unbeabsichtigtes
tieferes Einarbeiten zur Folge haben, denn die Verspannung drückt alle Antriebselemente
in eine spielfreie Lage. Durch das Steuern der schwimmenden Bewegung ist die erzielte
Genauigkeit unabhängig von den unkontrollierbaren Temperaturschwankungen der Maschine
und des Treiböles. Auch der Zustand des Werkzeuges, beispielsweise die Schärfe seiner
Schneiden oder die Sauber- i keit der Poren, spielt für die Genauigkeit der Arbeit
keine entscheidende Rolle. Desgleichen ist die Härte des Werkstückes ohne maßgebenden
Einfluß auf das Endergebnis.
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Wichtig ist, daß die Meßeinrichtung so auf die Steuerung einwirkt,
daß beim Erreichen des genauen Werkstückmaßes, die Rückführung des Vorschubschlittens
trotz der außerordentlich langsam erfolgenden Vorwärtsbewegung rasch erfolgt. Dadurch,
daß nach der Erfindung die Meßeinrichtung unmittelbar auf eine an sich bekannte
Umgehungsleitung einwirkt, die nur einseitig von dem Treibmittel durchflossen wird
und die Drosselvorrichtung überbrückt, ist dieser Forderung entsprochen. Von großer
Bedeutung ist ferner bei der Steuerung der schwimmenden Bewegeng des Zustellkolbens
durch die Meßeinrichtung die Steuerung der Drosselorgane für die Feinzustellung,
derart, daß der bei jeder Werkstückumdrehung bzw. bei jedem Werkstücklängshub zugestellte
Betrag kleiner als die Hälfte der zulässigen Werkstücktoleranzen ist. Dies wind
dadurch erreicht, daß die von der Meßeinrichtung gesteuerte Drossel zur Regelung
des Vorschubs aus zwei Gliedern besteht, von denen je eines für die Grob- und Feinzustellung
vorgesehen ist und jedes unabhängig von dem andere eingestellt werden kann.
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Die Erfindung vermittelt ferner die Lehre, die Steuerung so durchzuführen,
daß entsprechend der Vergrößerung der Grobzustellgeschwindigkeit (durch Elinregeln
der Grobzustelldrossel) der Betrag des Weges der von der Meßeinrichtung gesteuerten
Feinzustellung zu vergrößern ist. Dies erfolgt beispielsweise durch Verstellen des
Abstandes der Zeiger der Meßeinrichitung, die die Steuerimpulse gibt. Es hat seich
nämlich gezeigt, daß durch die Änderung der Grobzustellgeschwindigkeit eine Veränderung
des Spannungszustandes zwischen Werkstück und Werkzeug die Folge ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht schließlich darin, die
von der Meßeinrichtung beeinflußten Steuerglieder mit einem Handschalter zu verbinden,
so daß unabhängig von der selbsttätigen Steuerung der Rücklauf der Vorschubeinrichtung
von Hand steuerbar ist.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung veränschaulicht.
Es bezeichniet α das an seinem Umfang zu bearbeitende Werkstück, b das Werkzeug
und c die Meßeinrichtung. Dias Werkzeug ist im Vorschubschlitten d gelagert, der
durch die hydraulischen Motoren e und f zum Werkstück α hin und von ihm weg
bewegt wird. Der hydraulische Motor e dient zum schnellen Heranführen und Rückführen
dies Vorschubschilttens d in die Arbeitsstellung oder Ausgangslage und wird durch
einen Kolbenschieber g, h gesteuert. Die werkstücknahe Endlage des Kolbens e ist
durch einte in seinem Zylindergehäuse eingeschraubte Anschlagmutter i begrenzt,
die mittels eines Zahnrades k und einer Zahnstange m verstellbar ist. Die Zahnstange
m ist mit dem zweiten hydraulischen Kolben f verbunden, der dazu dient, den Span.vorschub
des Werkzeuges zu bewirken. Der Kolben f ist gleichfalls durch deal Kolbansch,ieber
g, h. gesteuert. Außerdem sind in dem hydraulischen Getriehe f
noch
zwei regelbare Drosseleinrichtungen n und o vorgesehen, die wahlweise mittels eines
Steuerkolbens p und p' mit, der oberen Zylinderseite des hydraulischen Motors f
verbindbar sind und die von einem Magneten q beeinflußt werden. Die Drossel n dient
zur Regelung der Grobzustellung, die Drossel o gestattet dagegen eine feinfühlige
Einregelung von allerkleinsten Geschwindigkeiten. Die eben erwähnte Zylinderseite
des hydraulischen Motors f ist darüber hinaus über eine Leitung r unter Umgehung
der Drosseleinrichtungen n und o mittels des Steuerkolbens s unmittelbar mit der
Druckleitung verbindbar. Die Steuerkolben g, h, s sitzen auf einer gemeinsamen Kolbenstange
und werden entweder von Hand mittels des Hebels x oder mittels eines Magneten t
geschaltet. Schließlich ist in dem hydraulischen Motor f ein von Hand einstellbarer
Anschlag u vorgesehen, der die Rückzugbewegung des hydraulischen Motors f begrenzt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: In der gezeichneten
Lage ist der hydraulische Motor e bereits so weit schnell in die werkstücknahe Lage
verfahren, daß das Werkzeug b am Werkstück α angreift. Auch der hydraulische
Motor f ist bereits ein wenig nach oben verschoben und hat über das Getriebe m,
k die Anschlagmutter i ein wenig aus dem Zylinder e herausgeschraubt, so daß der
Vorschubschlitten d unter der Wirkung des vom hydraulischen Motor e ausgehenden
Druckes sich nach rechts bewegt. Die Geschwindigkeit des hydraulischen Motors f
ist durch die von Hand eingestellte Drossel n so eingestellt, daß ein verhältnismäßig
grober Span vom Werkstück α abgearbeitet wird. Der Taster des Meßgerätes c,
dessen Bewegung von zwei von Hand gegeneinander einstellbaren Zeigern v und w in
beispielsweise hundertfacher Vergrößerung angezeigt wird, bewirkt beim Arbeiten
eine Bewegung der beiden Zeiger v und w in der eingezeichneten Pfeilrichtung. Hierbei
gelangt der Zeiger v in an sich bekannter Weisse vor eine Photozelle z, die dadurch
einen elektrischen Impuls auslöst und, dem Magneten q Strom zuführt. Wichtig ist
die Einstellung der Meßeinrichtung so, daß beim Vergrößern der Grobzustellgeschwindigkeit
die Zeiger v und, w entsprechend auseinandergestellt werden. Hierdurch ergibt sich
ein gleichartiger Spannungsabfall zwischen Werkzeug und Werkstück. Zieht der Magnet
q an, so verstellt er dabei dien Steuerkolben p, p' derart, daß das Drosselorgan
n vom Ablauf abgesperrt wird, dagegen das Treibmittel von der oberen, Seite dies
hydraulischen Motors f durch die vorher abgesperrt gewesene Drossel o abfließen
kann. Diese Drossel ist so eingestellt, daß die Geschwindigkeit des Motors f wesentlich
verlangsamt wird und beispielsweise nur noch O,OOI mm pro Werkstückdrehung beträgt,
wenn eine Genauigkeit von O,OO3, mm erreicht werden soll. Natürlich können, auch
entsprechend der Verschiedenartigkeit der zu bearbeitenden Werkstücke, der verwendeten
Werkzeuge usw. auch andere Geschwindigkeiten für diesen Feinvorschub angewendet
werden. Stets muß diese Geschwindigkeit aber kleiner sein als die Hälfte der zulässigen
Werkstücktoleranzen. Dies ist eine wesentliche Forderung nach der Erfindung. Beim.
langsamen Nachrücken des Zeigers w wird der Zelle z ein zweiter Impuls gegeben.
Hierdurch wird der Steuerkolben s, g, h nach rechts gezogen und verbindet dabei
die linke Seite des Motors e und die untere Seite dies Motors f mit dem Abfluß,
während auf die rechte Seite dies Motors e sowie mittels der Umgehungsleitung r
auf die obere Seite des Motors f Dirucköl gelangt und somit von dem zweiten Impuls
die nur einseitig vom Treibmittel durchflossene Umgehungsleitung r die Drosseleinrichtung
überbrückt, wodurch die rasche Rückführung des Schlittens d bewirkt wird.
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Das gegenseitige Verstellen der Zeiger v und w kann bei Verstellen
der Grobzustellgeschwindigkeit in gewünschtem Maße von Hand erfolgen. Es können
aber auch Mittel vorgesehen sein, welche die Mittel zum Einstellen der Grobzustelldrossel
n so kraftschlüssig mit den Zeigern v und w bzw. mit deren Anschlägen verbindet,
daß jeder Änderung der Stellung der Drossel, n zwangsläufig die Veränderung der
gegenseitigen Stellung der Zeiger v und w zur Folge hat.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
An Stelle des umlaufenden Werkzeuges könnte auch ein Diamant od. dgl. treten, dessen
Vorschub den Span bestimmt.