DE3914059C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Festlegung der Eingriffstiefe eines Gravierstichels in ein zu gravierendes Werkstück nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Gravieren von Werkstücken besteht das Problem, die Eingriffstiefe des Gravierstichels konstantzuhalten. Dieses Problem beginnt bereits bei plattenförmigen, weitgehend ebenen Werkstücken, deren Oberfläche bzw. Materialdicke nicht überall konstant ist, so daß das Werkstück eine Krümmung besitzt. Solche leichten Krümmungen werden in der Regel bereits durch eine gute Aufspannung des Werkstücks an der Graviermaschine beseitigt. Außerdem kann das zu gravierende Werkstück örtlich unterschiedliche Wandstärken aufweisen oder selbst in sich gewölbt ausgebildet sein, so daß bei gegebener z-Achsen-Steuerung unterschiedlich große Eindringtiefen resultieren. Damit ergeben sich örtlich unterschiedlich breite Gravierstriche, je nach der Eindringtiefe, weil der Gravierstichel in der Regel kegelförmig ausgebildet ist.

Um dem aufgezeigten Problem zu begegnen, ist bereits eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aus der DE 81 20 988 U1 bekannt. Dabei wird der Schaft des den Gravierstichel tragenden Gravierkopfs in der z-Achse, also in vertikaler Richtung, axial beweglich an der Spanneinheit gelagert. Es ist ein Abtastfinger vorgesehen, der an der Gravierspindel feststehend gelagert ist und auf der Oberfläche des Werkstücks während des Graviervorgangs aufliegt. Der Gravierstichel ist mit einem der Eindringtiefe entsprechenden Überstand gegenüber dem Abtastfinger montiert. Der Abtastfinger schleift beim Gravieren über die Oberfläche des zu gravierenden Werkstücks. Auf diese Art und Weise wird die Eingriffstiefe konstantgehalten. In vorteilhafter Weise ist es damit möglich, die Eingriffstiefe unabhängig von der Materialstärke des Werkstücks in etwa konstantzuhalten. Jedoch entsteht zwischen dem Abtastfinger und der Oberfläche des zu gravierenden Werkstücks eine entsprechende Flächenpressung, verursacht durch das Auflagegewicht der Gravierspindel und des Abtastfingers einschließlich des Gravierstichels. Diese nicht unerhebliche Flächenpressung bewirkt auch, daß aus dem zu gravierenden Werkstück herausgeholte Späne von dem Abtastfinger in die Oberfläche des Werkstücks eingedrückt werden, so daß erhebliche Schleif- und Kratzspuren auf der Oberfläche des zu gravierenden Werkstücks entstehen können, insbesondere bei empfindlicher Oberfläche, durch die die Werkstückoberfläche unansehnlich wird, so daß nicht nur der Graviervorgang umsonst durchgeführt wurde, sondern auch noch das Werkstück unbrauchbar geworden ist. Durch den Abtastfinger wird weiterhin die Späneabfuhr von der Werkstückoberfläche erheblich behindert. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß durch die axiale Lagerung des Schafts des Gravierkopfs mit dem Gravierstichel notwendigerweise Lagerluft vorgesehen sein muß, weil die Lagerung leichtgängig ausgebildet ist. Diese Lagerluft beeinträchtigt jedoch die Sauberkeit des Gravierbilds. Weiterhin ist nachteilig, daß der Steigungswinkel am Werkstück begrenzt bzw. beschränkt ist. Gewölbte Oberflächen können auf diese Art und Weise nur bedingt bearbeitet werden. Da die axiale Lagerung des Schafts des Gravierkopfs gegenüber der Spanneinheit eine nur vergleichsweise kurze axiale Länge aufweist, ist auch der Hub des Gravierkopfs entsprechend begrenzt. Die Eingriffstiefe ist an dieser bekannten Vorrichtung nur mit großem mechanischen Aufwand und darüberhinaus manuell schwer durchführbar veränderbar.

Die vorstehend als bekannt beschriebene Vorrichtung stimmt mit dem Gegenstand des DE 81 20 988 U1 überein. Dort ist keine CNC-Steuerung vorgesehen. Andererseits weist diese Vorrichtung eine Verstellschraube für den Überstand des Gravierstichels gegenüber dem Abtastfinger auf. Durch die Verstellschraube wird die Lage des Abtastfingers gegenüber dem Spindelgehäuse des Gravierkopfs verstellt. Eine problemlose Veränderung der Eingriffstiefe während des Gravierens ist hierdurch jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß die Möglichkeit besteht, die Eingriffstiefe des Gravierstichels auch weiterhin konstant zu halten, jedoch bei wesentlich geringerem Anpreßdruck des Abtastfingers.

Zwar ist eine Lösung der Aufgabe im Prinzip bereits aus der DE-AS 10 78 475 bekannt, jedoch sind in dieser bekannten Druckschrift keine konkreten Lösungsmittel angegeben, die in naheliegender Weise zum beanspruchten Gegenstand führen könnten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen und Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Mit der neuen Vorrichtung werden Fehler vermieden, die sich insbesondere bei sich kreuzenden Gravierlinien, z. B. bei einer Oberflächenstruktur des Werkstücks, sonst einstellen würden. Der Sensor, also das eigentliche Element, welches den Regelkreis mitbestimmt, ist nicht mehr wie bei der bekannten Steuerung direkt an dem Abtastfinger und damit im Bereich der Oberfläche des Werkstücks angeordnet, sondern nunmehr außerhalb der Oberfläche lediglich im Bereich des Federwegs des Abtastfingers. Die Vorrichtung kann über den gesamten Verfahrweg der z-Achse ausgenutzt werden, so daß der mögliche Hub erheblich ausgeweitet ist und nicht mehr auf die Relativbewegungsmöglichkeit zwischen dem Spindelgehäuse des Gravierkopfs und dem Halter begrenzt ist. Auch ist vorteilhaft der Neigungswinkel an der Oberfläche eines Werkstücks, der mit der Vorrichtung noch beherrschbar ist, wesentlich vergrößert. Auch die Graviergenauigkeit wird gesteigert, da die Spindel straffer geführt ist; es entfällt die bewegliche Lagerung der Spindel. Hierdurch erhöht sich vorteilhaft auch die Steifigkeit der Vorrichtung bis in den Bereich des Gravierstichels.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Stellglied zur Veränderung des Sollwertes für die Auswerteeinheit vorgesehen ist. Mit einem solchen Stellglied kann eine feinfühlige Einstellung auch sehr niedriger Anpreßdrücke des Abtastfingers erfolgen, so daß auf diese Art und Weise auch sehr empfindliche Werkstücke mit vergleichsweise dünner, gewölbter Wandstärke bearbeitet werden können, ohne daß der Abtastfinger das Werkstück in unzulässiger Weise eindrückt o. dgl.. Das Stellglied ist schließlich eine sehr einfach, schnell und sicher zu handhabende Möglichkeit, um die Eingriffstiefe variabel einstellbar zu machen.

Die Auswerteelektronik weist in der Regel einen Verstärker für das von dem Sensor abgegebene Signal auf, wie es für die Ausbildung im Regelkreis und das Ansprechen des CNC-Antriebs für die z-Achse erforderlich ist. Die Auswerteelektronik kann im Fall der Anordnung eines Stellglieds einen Differentialverstärker für das von dem Sensor abgegebene und das von dem Stellglied überlagerte Korrektur- oder Einstellsignal aufweisen.

Als Sensor können ganz verschiedene Elemente eingesetzt werden. So ist es möglich, als Sensor eine Differentialspule, eine Hall-Sonde, eine kapazitive oder induktive Meßdose oder eine Kraft-Meßdose oder auch ein Linear-Potentiometer o. dgl. vorzusehen.

Die Vorrichtung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht der Vorrichtung in ihrem mechanischen Aufbau,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Regelkreises und

Fig. 3 einen weiteren möglichen Regelkreis.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, so daß die vertikale z- Achse 1 in der Zeichenebene liegt. Der CNC-Antrieb 2 für diese z-Achse 1 ist hier nur ganz schematisch wiedergegeben. Der CNC-Antrieb 2 wirkt auf einen Halter 3 ein, mit der ein Spindelgehäuse 4 eines Gravierkopfs 4, 5 fest verbunden ist, so daß über den CNC-Antrieb 2 der Halter 3 und das damit verbundene Spindelgehäuse 4 in vertikaler Richtung gemäß z- Achse 1 verfahrbar sind. In dem Spindelgehäuse 4 des Gravierkopfs 4, 5 ist über eine Spindel 5 ein Gravierstichel 6 rotierend angetrieben, wobei ein Lager 7 für die drehbare Lagerung der Spindel 5 des Gravierkopfs 4, 5 in dem Spindelgehäuse 4 vorgesehen ist. Es ist ein Ausschnitt aus einem Werkstück 5 im Schnitt dargestellt, welches eine Oberfläche 9 aufweist, in die die Spitze des Gravierstichels 6 mit einer Eingriffstiefe 10 eingreift und dabei den gewünschten Gravierstrich hinterläßt bzw. in die Oberfläche 9 und das Werkstück 5 einformt.

Mit dem Halter 3 und damit auch mit dem Spindelgehäuse 4 des Gravierkopfs 4, 5 ist ein Sensorgehäuse 11 fest verbunden, welches die dargestellte offene Ringform aufweist und im Bereich eines federnden Schenkels 12 mit einem Abtastfinger 13 versehen ist. Der federnde Schenkel 12 kann auch direkt als Abtastfinger 13 verlängert sein. Das an sich ringförmige Sensorgehäuse 11 ist an einer Stelle 14 offen bzw. durchbrochen ausgebildet, so daß sich hier ein Fühler 15, der mit dem federnden Schenkel 12 verbunden ist, entsprechend einem Federweg 16 in vertikaler Richtung relativ zu einem Sensor 17 verschieben kann, der im Sensorgehäuse 11 dem Schenkel 12 gegenüber gelagert ist. Der Fühler 15 kann auch Bestandteil des Sensors 17 sein. Er führt auf jeden Fall die Bewegungen des in Verbindung mit dem Schenkel 12 federnd nachgiebigen Abtastfingers 13 aus, wobei die Vertikalbewegung freilich entsprechend dem Hebelgesetz bzw. den Federungseigenschaften zwischen Abtastfinger 13 und federndem Schenkel 12 verkleinert ist. Über den Sensor 17 wird eine Auswerteelektronik 15 angesteuert, die letztlich mit dem CNC- Antrieb 2 im Steuersinn verbunden ist, wobei der CNC-Antrieb 2 entsprechend der z-Achse 1 wiederum die Spanneinheit 3 und damit auch das Sensorgehäuse 11 in der vertikalen Richtung verfährt, so daß insbesondere ein Regelkreis gebildet ist. Der reduzierte Auflagedruck des Abtastfingers 13 nicht mehr unmittelbar für die Eingriffstiefe 10 verantwortlich, vielmehr wird diese durch den CNC-Antrieb 2 festlegt.

In Fig. 2 sind die wesentlichen elektrischen Teile der Vorrichtung anhand des Regelkreises prinzipiell verdeutlicht. Der Sensor 17, der ein Signal entsprechend dem Federweg 16 abgibt, ist mit der Auswerteelektronik 15 bzw. einem in dieser vorgesehenen Differentialverstärker 19 verbunden. Zweckmäßig ist auch ein Stellglied 20 mit dem Differentialverstärker 19 bzw. der Auswerteelektronik 15 verbunden. Nachfolgend wird über einen Lageregelkreis 21 die entsprechende Aussteuerung an den CNC-Antrieb 2 aufgegeben, der wiederum den Sensor 17 steuert, so daß damit der Regelkreis geschlossen ist. Vorteilhaft ist also in diesem Regelkreis nicht nur das Stellglied 20 vorgesehen, sondern auch noch ein Lageregelkreis 21.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsmöglichkeit des Regelkreises ohne Stellglied und ohne Lageregelkreis, so daß hier nur der Sensor 17, der Verstärker 15 und der CNC-Antrieb 2 in der gezeigten Weise zusammengeschaltet sind, wobei im Verstärkerteil eine Auswerteelektronik und ein fest eingestellter Sollwert für nur eine einzige konstante Graviertiefe vorgesehen ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Festlegung der Eingriffstiefe eines Gravierstichels in ein zu gravierendes Werkstück, mit einer Spindel in einem Spindelgehäuse, einem das Spindelgehäuse in fester Anordnung aufnehmenden Halter und mit einem die Oberfläche des Werkstücks berührenden, mit dem Halter für das Spindelgehäuse verbundenen Abtastfinger, wobei der Gravierstichel von der Spindel gehalten und damit drehbar gelagert ist und wobei der Halter eine lineare Bewegbarkeit auf das Werkstück zu und von diesem weg aufweist, welche mittels des Abtastfingers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastfinger (13) in Verbindung mit einem Schenkel (12) steht, welcher gegenüber dem Halter für das Spindelgehäuse federnd ausgebildet ist, und daß die Bewegung des Abtastfingers (13) als Federweg (16) des Schenkels (12) mittels eines Sensors (17) erfaßt wird, der je nach Federweg (16) unterschiedliche elektrische Signale an eine Auswerteeinheit (15) abgibt, über die ein der Z-Achse des Halters (3) zugeordneter CNC-Antrieb (2) der Vorrichtung ansteuerbar ist, wobei die Auswerteeinheit (15) sowohl einen vorgegebenen Sollwert als auch die vom Sensor ermittelten Istwerte vergleicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied (20) zur Veränderung des Sollwertes für die Auswerteeinheit (15) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (15) einen Verstärker für das von dem Sensor (17) abgegebene Signal aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (15) einen Differentialverstärker (19) für das vom Stellglied (20) abgegebene und das von dem Sensor (17) abgegebene und das von dem Stellglied (20) überlagerte Korrektur- und Einstellsignal aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (17) eine Differentialspule, eine Hall-Sonde, eine kapazitive oder induktive Meßdose oder eine Kraftmeßdose oder ein Linear-Potentiometer vorgesehen ist.