<B>Verfahren</B> zum <B>Brechen von</B> Spänen <B>an</B> spanabhebenden <B>Vorrichtungen</B> und Steueranlage zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brechen von Spänen an spanabhebenden Vor richtungen, bei welchem man das spanabhebende Werkzeug in periodische Schwingungen versetzt, so wie eine Steueranlage zur Durchführung des Ver fahrens.
Es ist ein Verfahren zum Brechen von Spänen von Drehstücken bekannt geworden, bei welchem das spanabhebende Werkzeug in vorbestimmter, vom Werkstück bzw. dessen Antrieb unbeeinflusster Art und Weise in Schwingungen versetzt wird. Diese Schwingungen erfolgen ungefähr mit zum Vorschub paralleler Richtung.
Es ist wohl möglich, den Schwingungserreger auf eine der Antriebs-Drehzahl der Drehbank entspre chende Frequenz einzustellen. Wenn aber die Bela stung des spanabhebenden Werzeuges ändert, so ver ändert sich auch die Drehzahl des Werkstückes. Be dingt durch diese Drehzahländerung ändert infolge gleichbleibender Frequenz der schwingenden Werk zeuge die Spandicke, indem sie gleichmässiger wird.
Dies hat zur Folge, dass die ausgesprochen dün nen Sollbruchstellen verschwinden und der Span nicht bricht. Es ist, um diesem übelstand zu begegnen, die Frequenz des Schwingungserzeugers des Werkzeug halters veränderbar gemacht worden. Eine derartige Lösung befriedigt in der Praxis jedoch nicht; denn ein Nachstellen des Spanbrechers von Hand während der Bearbeitung eines Werkstückes ist bei den heute üblichen Automaten eine nicht zumutbare Operation.
Die vorliegende Erfindung behebt diesen Mangel. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Brechen von Spänen zeichnet sich dadurch aus, dass man die Schwingung mit- dem Arbeitszyklus des Werkstückes kuppelt und die Schwingungsfrequenz derart steuert, dass während eines Arbeitszyklus des Werkstückes das Werkzeug bezüglich dem Werkstück eine nicht ganzzahlige Anzahl Schwingungen ausführt, zum Zwecke, dem Span eine vorbestimmte, über die Spanlänge sich periodisch ändernde Dicke zu geben.
Die Steueranlage zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen mit dem Antrieb des Werkstückes synchron laufenden Geberteil und einen das Werkzeug in Schwingungen versetzenden Emp fängerteil.
Die Erfindung wird anschliessend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Figuren zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hy draulischen Steueranlage an einer Drehbank, Fig. 2 eine Variante der Anlage nach Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elek trischen Steueranlage an einer Drehbank.
Fig. 4 einen abgewickelten Span gleicher Dicke im Schnitt, schematisch, Fig. 5 einen Span analog Fig. 4, mit Bruchstellen. In Fig. 1 ist ein abzudrehendes Werkstück 1 er sichtlich, welches zwischen einer Reitstock-Spindel 2 und einer Spindel 3 des Spindelstockes (nicht dar- gestellt) eingespannt ist. Auf der Spindel 3 sind zwei Nockenscheiben 4 und 5 befestigt, von denen jede mit einer Anzahl Nocken 6' versehen ist.
Diese Nocken sind gleichmässig über den Umfang der Scheiben 4 und 5 verteilt. Neben diesen Nockenschei- ben 4 und 5 sitzt ein Zahnrad 7 auf der Spindel 3, das mit einem die doppelte Zähnezahl aufweisenden Zahnrad 8 kämmt. Das Zahnrad 8 ist auf einer im Spindelstock gelagerten Welle 9 angebracht, auf wel cher auch noch eine Schreibe 10 mit einem sich über <B>1800</B> erstreckenden Nocken befestigt ist.
Mit den Scheiben 4 und 5 befinden sich Taststifte 11 und 12 in steter Wirkungsverbindung. Die Tast- stifte 11 und 12 werden von Federn 13 und 14 gegen die Scheiben gepresst. Sie sind an ihren Enden als Durchgangsschieber ausgebildet und in einem Lei tungssystem angeordnet. Zu diesem gehört eine Zahnradpumpe 15 und eine Leitung 16, die einerends an die Pumpe 15 und andernends an einen Arbeits zylinder 17 angeschlossen ist. Ein Steuerkolben 18 dient dazu, diese Leitung in vorbestimmtem Takt frei zugeben oder abzusperren.
Im Zylinder 17 befindet sich ein durch eine Feder 32 belasteter Kolben 19, welcher mit einer Kolbenstange 20 versehen ist. Diese Kolbenstange 20 ist mit einem Werkzeugträger 21 verbunden, der einen Drehstahl 22 trägt.
Nach der Pumpe 15 zweigt von der Leitung 16 eine Leitung 23 ab. Der Taststift 12 ist in seinem, dem Nockenrad 5 abgewandten Ende als Schieber 24 ausgebildet, welcher die Leitung 23 öffnet oder schliesst. Die Leitung 23 ist mit einem zweiten Schie ber 25 versehen, bevor sie in einen -Steuerzylinder 26 einmündet, in welchem sich der Steuerkolben 18 befindet. Parallel zur Leitung 23, zwischen der Pumpe 5 und dem Steuerzylinder 26, ist eine Lei tung 27 vorgesehen, deren Durchfluss ebenfalls mit tels eines Schieberteils 28 des Taststiftes 11 geregelt wird.
Es ist ferner ein Schieberventil 29 angeordnet, welches mit dem Schieber 25 zu einem Doppelschie ber vereinigt ist, der den Durchfluss durch die Lei tungen 23 und 27 in abgestimmter Weise zu über wachen hat. Dieses Ventil 29 steht auf der einen Seite unter dem Drucke einer Feder 30, und auf der anderen Seite ist es als Taststift 31 ausgebildet, welcher an der Nockenscheibe 10 aufliegt.
Die Anlage funktioniert folgendermassen Sie weist die in Fig. 1 ersichtliche Ruhelage auf. Der Motor zur Pumpe 15 wird eingeschaltet. Die Zahnradpumpe 15, welche insbesondere für höhere Drücke durch eine Schraubenpumpe ersetzt werden kann, saugt Öl aus einem Reservoir (nicht dargestellt) und drückt es durch die Leitung 16 in den Zylin der 17.
Das Drucköl verschiebt, entgegen dem Druck der Feder 32, den Kolben 19 und über die Kolbenstange 20 den Werkzeugträger 21 mit dem Werkzeug 22. Das Drucköl nimmt ferner den Weg über die Lei tungen 23 und 27. Da der Schieber 24 offen ist der Taststift 12 liegt zwischen zwei Nocken 6 der Nockenscheibe 5 - fliesst das Öl durch dieses Ven til mit dem offenen Schieber 24 hindurch und ge langt zum Doppelschieberventil 29. Dessen unterer Kolben schliesst die Leitung 23 ab, so dass das Drucköl nicht weitergelangt. Die Leitung 23 ver zweigt sich vor dem Ventil des Schiebers 24.
Das Drucköl wird in der Leitung 27 durch den geschlos senen Schieberteil 28 zurückgehalten, dessen Tast- stift durch einen Nocken 6 der Scheibe 4 in seine Schliesstellung gepresst wird. Der obere Kolben des Ventils 29 befindet sich dagegen in seiner Öffnungs lage. Wird nun die Drehbank in Betrieb gesetzt, so dreht sich die Spindel 3 mit den Scheiben 4 und 5.
Sobald der Nocken 6 vom Taststift 11 abläuft, be wegt sich dieser in die Öffnungslage und das Druck- öl gelangt durch die Leitung 27 in den Steuerzylin der 26, wo es, entgegen dem Druck der Feder 33, den Steuerkolben nach unten schiebt, wodurch das obere Kölbchen die Zuflussleitung 16 abschliesst und damit die Pumpe 15 vom Zylinder 17 trennt. Der auf dem Kolben 19 lastende Druck lässt nach und die Feder 32 schiebt den Kolben 19 in Richtung des Reitstockes. Der Kolbenweg ist sehr gering und be trägt nur ungefähr 1 mm.
Da das Ventil zum Schie berteil 28 sich periodisch im Rhythmus der öffnen den Nocken 6 öffnet und schliesst und sich diese Bewegung auf den Steuerkolben 18 überträgt, führen der Kolben 19 und das Werkzeug 22 im gleichen Takt Schwingungen aus. Diese, von der Werkstück- drehzahl und der Zahl der pro Zeiteinheit über den Taststift 11 streichenden Nocken 6 abhängige Fre quenz bewegt sich normalerweise zwischen ungefähr 25 und ungefähr 120 Hz.
Um einen Span zu erzeugen, welcher an konkre ten, vorbestimmten Stellen bricht, müssen an diesem Span dünne Stellen, sogenannte Sollbruchstellen er zeugt werden. Wenn die Schwingung des Werkzeu- ges 22 nur mittels der Nockenscheibe 4, welche ge- zwungenermassen eine ganze Zahl von Nocken 6 be sitzen muss, erzeugt würde, so hätte der abgewickelte Span nach zwei Umdrehungen des Werkstückes die in Fig. 4 dargestellte Form, in welcher der Span stets gleiche Dicke aufweist und mithin keinen Grund hätte, an vorbestimmten Stellen zu brechen.
U ent spricht einer Umdrehung des Werkstückes. Am be sten bricht der Span dann, wenn er Eins.chnürungen aufweist, somit einem Wellental bei einem Durch gang ein Wellenberg beim nächsten Durchgang ent spricht. Dann entsteht eine Spanform, wie sie Fig. 5 zeigt. Die Dicke des Spanes entspricht derjenigen von zwei versetzten Schwingungen, also ähnlich einer Schwebung mit Knoten und Bäuchen.
Um eine derartige Spanform zu erzeugen, muss demnach beim zweiten Durchgang des Werkzeuges 22 gegenüber dem ersten Durchgang ein Gangunter schied von vorzugsweise @/2 auftreten. Es muss mit andern Worten pro zwei Umdrehungen des Werk stückes 1 eine ungerade Anzahl von Schwingungen des Werkzeuges 22 erzeugt werden, damit die Schwingungen nach einer Umdrehung des Werk stückes 1 den verlangten halben Gangunterschied auf weisen.
Wenn pro drei oder mehr Umdrehungen des Werkstückes eine ungerade Zahl von Schwingungen erzeugt wird, so verschieben sich die entsprechenden Schnittkurven und die dünnen Stellen der Späne wer den immer weniger ausgeprägt, bis bei unendlich vielen Umdrehungen wiederum die in Fig. 4 ersicht liche Spanform entsteht.
Der Gangunterschied bei der Steueranlage gemäss Fig. 1 wird dadurch erzeugt, dass nach einer Um drehung des Werkstückes 1, was einer halben Um- drehurig der Welle 9 und der Einnockenscheibe 10 entspricht, der Nocken der Scheibe 10 den Taststift 31 entgegen dem Druck der Feder 30 in seine untere Lage drückt, in welcher der obere Kolben 29 die Leitung 27 sperrt und der untere 25 die Leitung 23 freigibt. Es wiederholt sich das vorbeschriebene Spiel, nur dass anstelle des Flusses durch die Leitung 27 der Fluss durch die Leitung 23 auftritt.
Da aber die Nocken 6 der im übrigen identischen Nockenscheiben 4 und 5 um eine Nockenbreite gegeneinander ver stellt sind, so dass einem Nockenberg der Scheibe 5 ein Nockental der Scheibe 4 entspricht, vollführt das Werkzeug 22 eine gegenüber der vorhergehenden Umdrehung des Werkstückes .um eine halbe Schwin gung versetzte Schwingung. Es entsteht daher ein Span gewünschter Form gemäss Fig. 5.
Der Gangunterschied kann auch auf sehr ein fache Art gemäss Fig. 2 erfolgen, deren Ausführung grundsätzlich analog ist wie diejenige nach Fig. 1. Anstelle der beiden Nockenscheiben 4 und 5 ist eine Nockenscheibe 74 auf einer Welle 73 angebracht, die mittels Zahnrädern 77 und 78 bezüglich dem Werkstück 1 im Verhältnis 2 : 1 angetrieben wird. Die Nockenscheibe 74 besitzt eine ungerade Anzahl Nocken 76, welche einen Taststift 81 betätigen. Die ser trägt an seinem einen Ende einen Doppelkolben, mit den Kölbchen 79 und 80. Der Doppelkolben ist mittels einer Feder 82 belastet. Der Steuerzylinder des Doppelkolbens ist mit 75 bezeichnet.
Entsprechend der Zähnezahl der Räder 77 und 78 führt bei einer Umdrehung der Nockenscheibe 74 das Werkstück 1 zwei Umdrehungen aus. Es entfallen daher infolge der ungeraden Anzahl Nocken 76 eine ungerade Anzahl Schwingungen des Werkzeuges 22 auf zwei Umdrehungen des Werkstückes 1 und somit auf eine Umdrehung eine Halbschwingung, was dem geforderten Gangunterschied entspricht. Es entsteht ein Span gemäss Fig. 5.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Steueranlage. Bei dieser ist das Werkstück 41 zwi schen den Spindeln 42 und 43 des Reitstockes und des Spindelstockes (nicht dargestellt) eingespannt. Auch auf dieser Spindel 43 sitzen zwei Nockenschei ben 44 und 45 mit Nocken 46 sowie ein Zahnrad 47, das mit einem Zahnrad 48 doppelter Zähnezahl kämmt. Das Zahnrad 48 ist an einer Welle 49 be festigt, die, als Kollektor ausgebildet, mit Kontakt segmenten 53 und 54 versehen ist. Auf diesen Seg menten 53 und 54 reiben Kontaktorgane, z. B. Koh len 55 und 59, welche federnd in Buchsen 64 und 65 angeordnet sind.
In diesen Buchsen sitzen längsver schiebbar zwei Taststifte 51 und 52, welche eben falls federnd gelagert und gegen die Nockenscheiben 44 und 45 gepresst werden.
Ein Stromabnehmer 66, welcher stets mit dem einen oder dem andern der Segmente 53 bzw. 54 in Kontakt steht, ist über eine Leitung 67 mit einem Verstärker 68 verbunden, welcher andernends an einer Magnetspule 69 angeschlossen ist. Der beweg liche Kern 70 bildet das freie Ende einer Kolben- Stange 71 von vier Kölbchen 72, 60, 83 und 84, von welchen die zwei Endkölbchen 72 und 84 der Führung und Dichtung, die beiden mittleren 60 und 83 dem Steuern dienen.
Eine Schraubenpumpe 50 ist über eine Leitung 85 mit einem Ölbehälter (nicht darge stellt) verbunden, während sich an deren Druck seite eine Leitung 56, sowie eine parallel zu dieser verlaufende Leitung 63 anschliesst. Die Leitung 56 führt in die eine Kammer eines Zylinders 57 und die andere Leitung 63 in die andere Kammer des Zylinders 57. Die beiden Zylinderkammern sind durch einen Kolben 58 voneinander getrennt.
Die beschriebene Steueranlage funktioniert wie folgt Die Steueranlage befindet sich in der in Fig. 3 ersichtlichen Ausgangslage. Die Pumpe 50 wird ein geschaltet. Sie fördert Öl aus dem Reservoir durch die Leitung 85 und die freie Leitung 63 in die werk zeugnahe Kammer des Zylinders 57. Der Kolben 58 nimmt die dargestellte Stellung ein.
Wird nun der Drehbank-Antriebsmotor (nicht dargestellt) eingeschaltet, so dreht sich die Spindel 43 mit dem Werkstück 41 und den Nockenscheiben 44 und 45 sowie dem Zahnrad 47. Die Nocken scheibe 45 bzw. die Nocken 46 drücken, entgegen der erwähnten Federkraft, im Rhythmus ihres Über- streichens den Taststift 52 gegen die Kohle 55, wo durch jedesmal ein Kontakt entsteht und durch den Stromabnehmer 66, die Leitung 67, den Verstärker 68 und damit durch die Spule 69 ein Strom fliesst. Dieser Strom erzeugt in der Spule 69 ein Magnet feld, welches den Kern 70 anzieht und damit über die Kolbenstange 71 die Kölbchen 72, 60,
83 und 84 betätigt und in Richtung der Spule 69 anhebt. Das Kölbehen 60 schliesst in seiner oberen Lage den von der Pumpe 50 kommenden Teil der Leitung 63, wäh rend das Kölbchen 83 den entsprechenden Teil der Leitung 56 freigibt. Es erfolgt daher über die Leitung 56 ein Druckstoss in die dem Werkzeug 62 abge legene Kammer des Zylinders 57, der sich auf den Kolben 59 fortpflanzt und diesen in Richtung des Werkzeuges 62 schiebt. Der Weg des Kolbens 58 und mithin des Werkzeughalters 61 und mit dem Werkzeug 62 ist sehr gering.
Er beträgt z.B. zwi schen 0,5 und 1 mm, weshalb es genügt, Stosswellen im Leitungssystem zu erzeugen, um das System zum Vibrieren zu bringen.
Wenn der vorerwähnte Nockenberg vorbeige- dreht hat, drückt die Feder des Stiftes 52 diesen nach oben in das Wellental der Scheibe 45. Der Kontakt zwischen dem Stift 52 und der Kohle 55 wird unterbrochen und die Spule 69 stromlos. Der Kern 70 fällt ab und die Kölbchen 72, 60, 83, 84 kehren in die in Fig. 3 dargestellte Lage zurück. In dieser Lage erfolgt ein Druckstoss auf die andere Kolbenseite und der Kolben 59 bewegt sich mit dem Halter 61 und dem Werkzeug 62 gegen den Reit stock zu.
Auf diese Weise führt das Werkzeug 62 eine Schwingung mit sehr kleiner Amplitude aus, deren Frequenz der Anzahl der pro Sekunde durchgehen den Nocken 46 entspricht.
In der Ausführung gemäss Fig. 3 wird der not wendige Gangunterschied wie folgt erzeugt Nachdem das Werkstück 41 bzw. die Nocken scheibe 45 eine Umdrehung ausgeführt hat, hat sich die Welle 49 um eine halbe Umdrehung gedreht. Bei jedem Durchgang eines Nockens 46 der Scheibe 45 hat der Taststift 52 über das Segment 53 den Strom kreis geschlossen. Das Segment 53 zieht sich nur über die eine Hälfte der Welle 49 hin, während das Segment 54 sich über die andere Wellenhälfte er streckt.
Nach der ersten Umdrehung des Werkstückes 41 wird daher das Kontaktsegment 53 ausser Wirkung gesetzt und an dessen Stelle das Segment 54 treten. Die Nockenscheibe 44 ist derart gegenüber der Scheibe 45 auf der Welle 43 versetzt, dass einem Nockenberg der einen ein Tal zwischen zwei sich folgenden Nocken 46 der andern entspricht. Daher entsteht beim über gang der Steuerung von einer Nockenscheibe 45 zur andern 44 im Schwingsystem eine Phasendifferenz von einer halben Wellenlänge (entsprechend der gegenseitigen Lage der beiden Nockenscheiben 44 und 45) und mithin die gewünschte Spanform gemäss Fig. 5.
Es ist auch möglich, den in Fig. 3 dargestellten Taststift 51 mittels der Scheibe 45 zu steuern, indem man ihn gegenüber dem Taststift 52 so versetzt, dass der erforderliche Gangunterschied entsteht. Es ist dann vorteilhaft, den Antrieb über ein innenver zahntes Kronenrad vorzunehmen und die Kontakt segmente auf dessen Innenseite anzuordnen. Die ein zige Nockenscheibe wäre dann entsprechend breiter auszuführen.
Auch die Ausführung nach Fig. 3 kann im Sinne der Ausführung nach Fig. 2 mit Hilfe nur einer Nockenscheibe gesteuert werden. Dabei entfallen drehende Kontakte und Segmente.
Die vorstehenden Überlegungen können sinnge mäss bei jedem spanabhebenden Automaten zur An wendung kommen, um die entstehenden Späne zu brechen.
Bei einer Hobelmaschine ist z. B. eine Nocken scheibe mit ungerader Nockenzahl rätschend derart zu bewegen, dass sie sich nur beim Arbeitshub und nur um je 1800 dreht. Ein über ein hydraulisches oder elektrisches Steuersystem mit der Nockenscheibe wirkungsverbundenes Werkzeug führt dann wiederum in zwei Arbeitshüben eine ungerade Anzahl Schwin gungen aus, was auf die notwendige Phasenverschie bung zur geforderten Spanbildung führt.
Es ist indessen auch möglich, die Nockenschei ben mit ungerader Nockenzahl bei jedem Hub um 900 gleichsinnig zu drehen, womit ebenfalls der nötige Gangunterschied entsteht.
Die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfin dung hat den Vorteil, die zum Spänebrechen erfor derlichen Bedingungen auch dann zu gewährleisten, wenn die Werkzeugmaschine infolge Änderung der Last, Veränderung der Öltemperatur oder Verände rung der Leistung der hydraulischen Pumpe oder an derer äusserer Einflüsse die Dreh- bzw. Hubzahl des Werkstückes verändert. Eine solche Veränderung tritt insbesondere auch dann ein, wenn die Werkzeugma schine mit einem unter Last schaltbaren Getriebe aus gerüstet ist. Die Erzeugung der Schwingungen kann auch durch :ein elektrisches oder magnetisches Sy stem erfolgen, wobei die Übertragung vom Geber zum Empfänger mittels elektrischer Leitungen erfolgt.
Die Erfindung ist auch auf Werkzeugmaschinen anwendbar, bei welchen das Werkstück stillsteht und das Werkzeug in Bewegung gesetzt wird. Bei still stehendem Werkstück ist es zweckmässig, das Werk stück selber gemäss der vorliegenden Erfindung in Schwingung zu versetzen.