DE1502077C3 - Programmgesteuerte Fräsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine programmgesteuerte Fräsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Werkzeugmaschine dieser Gattung ist aus der US-PS 28 95 386 bekanntgeworden. Die räumliche Bewegung des Werkzeuges wird durch Abtastung des als Schablonen vorliegenden Programms gesteuert. Das Werkzeug ist ein mit seinem Umfang schneidender Fräser. Die damit diesem zu bearbeitenden Werkstücke sind solche, bei denen die in im wesentlichen einer Ebene umlaufenden Kanten verschiedene Umfangsformen und Neigungen bekommen müssen (F i g. 11 der Vorveröffentlichung). Um den verschiedenen Umfangskonturen und Neigungen der Umfangsflächen folgen zu können, ist der Antriebsmotor des Fräsers mit einer senkrechten Verschiebeführung, einer waagerechten Verschiebeführung und einer mit dem einen Teil der waagerechten Verschiebeführung zusammengebauten etwa 45° umfassenden bogenförmigen Führungsanordnung zu einer Baueinheit (F i g. 7) vereinigt, die mittels eines Drehlagers als Schwenkträger um 360° drehbar ist. Dieses Drehlager steht jedoch senkrecht zur

ίο Werkstückaufspannfläche und ist wiederum zur waagerechten Verfahrbarkeit in zur erstgenannten waagerechten Verschiebeführung rechtwinkeliger Richtung an einer Gewindespindel angebaut, und diese Gewindespindel wiederum sitzt in einem rechtwinkelig zur genannten Gewindespindel über der Werkstückaufspannfläche verfahrbaren Gestell. Aufgrund der mittels des Drehlagers um einen vollen Kreisbogen drehbaren bogenförmigen Führungsanordnung kann also die Werkzeugspindel jede beliebige Winkelstellung innerhalb des durch die bogenförmige Führungsanordnung umschreibbaren Kegels einnehmen und auch längs der drei Koordinatenachsen verfahren werden.

Zur Steuerung der Werkzeugspindel ist nun mit einem das Drehlager der genannten Baueinheit tragenden Rahmen ein Tastaggregat für eine Schablonenanordnung zusammengebaut. Das Tastaggregat hat einen ersten Taster mit einer ebenen Fläche, welche die Umfangsform der Schablone abtastet und durch flächenhafte Anlage an der Umfangsform dafür sorgt, daß die die Werkzeugspindel tragende Baueinheit jeweils immer entsprechend der Kurven- oder Krümmungsform des Umfangs gedreht wird. Ein anderer an dem Tastaggregat vorgesehener Taster arbeitet mit einer Schablone zusammen, welche für die gewünschte Neigung der Umfangskante gegenüber der Senkrechten charakteristisch ausgestaltet ist und steuert die Neigung der Spindelachse entsprechend. Ein weiterer Taster arbeitet mit einer Schablone zusammen, welche senkrechte Höhenversetzungen der Umfangskante des Werkstücks angibt und die Baueinheit entsprechend hebt und senkt, um den Fräser entsprechend gegenüber dem Werkstück zu verstellen. Bei allen diesen Einstellungen ist immer vorgesehen, daß der Fräser mit seinem Umfang tangential an der herzustellenden Kantenform anliegt, wobei der Drehpunkt für die kardanische Verstellung der Spindelachse jeweils am Fräserumfang liegt. Die Schwenkachse, die durch die bogenförmige Führungsanordnung für die Fräsereinstellung gegeben ist, ist also, obwohl durch das

so Werkzeugende an der vorderen Fläche des Umfangsfräsers gehend, jeweils um den Fräserradius gegenüber der Werkzeugspindelachse versetzt. Deshalb läßt sich diese Versetzung mittels der an der Baueinheit vorgesehenen waagerechten Verschiebeführung ändern und theoretisch bis zum Schnitt der Schwenkachse des Schwenksegmentes mit der Spindelachse verstellen.

Für den praktischen Betrieb der bekannten Maschine war es also immer erforderlich, eine komplizierte Schablonenaordnung zu erstellen, die insbesondere ein getreuliches Abbild der Umfangsform und darüber hinaus eine Spezialschablone zur Anzeige der Umfangsneigung in einem Höhenmaß sowie eine weitere Spezialschablone zur Anzeige senkrechter Versetzung der Umfangskante aufwies.

Für die zweidimensionale Bearbeitung von Werkstükken, also zur Durchführung von Fräsvorgängen od. dgl. in einer Ebene sind außerdem optische Tastvorrichtungen bekannt, die den Linien einer Zeichnung folgen und

die Bewegungen eines Werkzeuges entsprechend steuern können (US-PS 30 32 881, Spalte 11). Es ist bisher aber noch keine Werkzeugmaschine für die dreidimensionale Bearbeitung eines Werkstückes geschaffen worden, die sich allein aufgrund der optischen Abtastung einer Zeichnung steuern läßt.

Weiterhin sind Modell-Kopierfräsmaschinen bekannt (US-PS 28 63 361), bei denen der Fräser auf einem Schwenksegment waagerecht und mit dem Schwenksegment senkrecht verfahrbar auf einer Säule sitzt, die ihrerseits mittels eines weiteren Schwenksegmentes um eine zur ersten senkrechte zweite Schwenkachse begrenzt drehbar ist, wobei das Steuerprogramm aus Modell und Steuerleisten gebildet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß die aus einer Zeichnungsabtastung stammenden XVZ-Koordinaten und an zwei Koordinatenebenen orientierten Winkelwerte einer gezeichneten Bearbeitungslinie unmittelbar zu einer an keine Koordinatenebene gebundenen räumlichen Einstellung der Werkzeugspindel auf die Normale zur Tangential-Ebene des jeweiligen Bearbeitungspunktes benutzt werden können.

Dieser Aufgabenstellung liegt ein älterer Vorschlag gemäß dem deutschen Patent 12 09 195 zugrunde, der eine Vorrichtung zur direkten mehrspurigen Aufnahme von unmittelbar aus Rissen technischer Zeichnungen gewonnenen Signalen betrifft, die die ΛΎΖ-Koordinaten und die Winkeleinstellung der räumlichen Normalen zu den Koordinatenebenen längs der in mehreren Rissen gezeichneten Bearbeitungslinien angeben. Während in diesem (nicht vorveröffentlichten) älteren Vorschlag bereits auf die Möglichkeit einer Steuerung einer Werkzeugmaschine nach Maßgabe solcher Signale hingewiesen worden war, sind dem älteren Vorschlag keine Hinweise zu entnehmen, wie man eine solche Werkzeugmaschine zur Erreichung des gesteckten Zieles nun tatsächlich ausgestalten solle.

Die durch die vorliegende Erfindung erbrachte Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegeben.

Bei einer derartigen Anordnung der Werkzeugspindel kann man nicht nur die Änderungen der ΛΎΖ-Koordinaten unmittelbar zur Verlagerung der Werkzeugspindel längs der Verschiebeführungen verwerten, sondern zieht auch zwei der Winkelwerte der Neigung ein und derselben Linie bzw. ihrer Normalen unmittelbar zur räumlichen kardanischen Verschwenkung der Werkzeugspindel um ihre beiden Schwenkachsen heran. Man braucht also beispielsweise von einem Karosserieteil nur eine Seitenansicht und einen Aufriß herzunehmen, und dann mittels optischer Taster die einander entsprechenden Linien abzutasten, wie sie in den beiden Zeichnungen erscheinen, und erhält dann die Signale für die richtige räumliche Werkzeugführung.

Die beanspruchte Überschneidung der Schwenkachsen der Werkzeugspindel mit der Spindelachse an der Werkzeugspitze eines Stirnfräsers stellt auch sicher, daß die entsprechend den in zwei Koordinatenebenen abgetasteten Linienführungen gesteuerte Werkzeugspindel die genauen Koordinaten der Bearbeitungsstelle niemals verläßt.

Man kann außerdem durch gerinfügige Verstellung der das Werkstück bearbeitenden Werkzeugspitze längs der Spindelachse das erstellte Werkstück um ein einer Blechstärke entsprechendes Stück größer oder kleiner als in den Zeichnungen dargestellt, herstellen.

Das erweist sich als nützlich, um bei der Herstellung von Patrizen und Matrizen aufgrund einer Zeichnung des Werkstückes die Blechstärke zu berücksichtigen, da ja zwischen Patrize und Matrize ein der Blechstärke entsprechender Spalt bleiben muß. Man kann also die Werkstücke auch gegenüber der Zeichnung maßstäblich verändert herstellen.

Für eine Maschine der erfindungsgemäßen Art, die für die Herstellung dreidimensionale Werkstücke, wie

ίο Karosserieteile, einfach aufgrund der optischen Abtastung von zwei zueinander rechtwinkeligen Zeichnungsdarstellungen bestimmt ist, ist es auch von besonderer Wichtigkeit, daß die Werkzeugspindel tatsächlich den häufig erheblichen Krümmungen in den einzelnen Ansichten oder Rissen folgen kann. So weist beispielsweise die Mittellinie einer Kühlerhaube einen Umfangswinkel von manchmal 180° auf. Bei der eingangs als bekannt erläuterten Werkzeugmaschine war die kardanische Schwenkbarkeit der Werkzeugspindel durch das Schwenksegment auf einen umschriebenen Kegel mit Spitzenwinkel von etwa 60° beschränkt. Die Drehbarkeit der das Schwenksegment tragenden Baueinheit um volle 360° kann dabei nur sicherstellen, daß tatsächlich ein voller Kegel mit Spitzenwinkel von 60° umschrieben wird, wobei jedoch der Spitzenwinkel selbst durch das Schwenksegment beschränkt ist und die bekannte Maschine überdies nur die Ausnutzung des halben Spitzenwinkels für die Bearbeitung von Umfangskanten ermöglichte. Dabei ist im übrigen offensichtlich auch der für den Schwenkwinkel des Schwenksegmentes zur Verfügung stehende Raum aufgrund der besonderen Anordnung der genannten Baueinheit in einem die Spindelachse umgebenden Drehlager beschränkt, und es ist daher praktisch nicht möglich, dem erwähnten, durch die Werkzeugspindel umschreibbaren Kegel einen Spitzenwinkel von beispielsweise 180° zu geben, der zur Bearbeitung eines Werkstückes wie einer Kühlerhaube aufgrund der optischen Abtastung zweier Zeichnungsdarstellungen erforderlich wäre.

Bei der vorliegenden Erfindung wird daher gemäß einer vorteilhaften Ausgestalltung (Anspruch 2) die Anordnung so getroffen, daß der eine bogenförmige Führungsanordnung tragende Schwenkträger einen Schwenkbereich von annähernd 180⁰C hat. Damit kann die Werkzeugspindel einen Bereich bearbeiten, der auf einer durch die bogenförmige Führungen gegebene Winkelbreite von beispielsweise 60°, einen Schwenkbogen von 180° umfaßt. In Verbindung mit einer Drehbarkeit der Werkstückaufspannfläche (Anspruch

3) lassen sich auf diese Weise die verschiedensten aus Zeichnungen abgetasteten Linienverläufe räumlich nachformen. Durch die Vereinigung der baulich leichter zu verwirklichenden Schwenkbarkeit der Werkzeugspindel um zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen mit der Drehbarkeit des Werkstückaufspanntisches um 90° wird es ermöglicht, einen Bereich mit Krümmungen bis 180° oder mehr zu bearbeiten.

Eine solche Anordnung fördert nicht nur die universelle Bearbeitbarkeit an vielen verschiedenen Stellen und unter beliebigen Winkeln des auf dem Drehtisch aufgespannten Werkstückes, sondern es kann auch der Drehtisch zum Aufspannen des Werkstückes zunächst in eine bequeme waagerechte Lage geschwenkt und dann für die Bearbeitung in eine senkrechte Lage geschwenkt werden.

Nachfolgend wird das in der Beschreibung und den Zeichnungen schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel erläutert; es zeigen

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße magnetbandgesteuerte Fräsmaschine mit dem an ihr befindlichen äußeren Steuerkreis, wobei der Spannteil und die Grundplatte aus Gründen der zeichnerischen Klarheit weggelassen sind,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Maschine von Fig. 1, wobei der äußere Steuerkreis und die Grundplatte aus Gründen der zeichnerischen Klarheit weggelassen sind,

F i g. 3 eine Stirnansicht der Maschine von F i g. 1 mit dem durch die punktierten Linien und durch »A« gekennzeichneten maximalen Arbeitsbereich des Schneidwerkzeugs, wobei der äußere Steuerkreis weggelassen ist,

F i g. 4 eine Seitenansicht der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Maschine, wobei das äußere Steuersystem gleichermaßen weggelassen ist und die vordere Säule für den Supportschlitten nach hinten weggeschnitten wurde, um den Aufbau dahinter sichtbar zu machen, und mit den maximalen oberen und unteren, in punktierten Linien gezeichneten Arbeitsstellungen des Werkzeugs,

F i g. 5 eine schematische Ansicht der für das Schneidwerkzeug erforderlichen Stellung, wie in F i g. 3 von der Seite gesehen, wobei der Vertikalwinkel α der Schneidwerkzeugachse gezeigt ist und

Fig.6 eine ähnliche Ansicht wie Fig.5, die den Horizontalwinkel β des in F i g. 1 gezeigten Schneidwerkzeugs kennzeichnet.

Die Maschine ist auf die Einrichtung nach dem deutschen Patent 12 09195 abgestimmt, mit der die Herstellung von Magnetsteuerbändern für Fräsmaschinen unmittelbar von den Zeichnungen möglich ist.

Das Mehrspur-Magnetsteuerband wird dazu benützt, die Arbeitsbewegungen der Maschine zu steuern, dessen Fräser dabei automatisch mit seiner Achse senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche gehalten wird.

Um dies zu ermöglichen, wird der Fräser so geführt, daß sich seine Schnittkante dort, wo sie die Drehachse trifft, immer an dem Punkt im Raum befindet, wo die X-, Y- und Z-Achsen des rechtwinkligen Koordinatensystems sich gegenseitig schneiden (F i g. 5 und 6). Diese Achsen sind die Bezugsachsen für die auf dem Magnetband gespeicherten Werte. Dadurch, daß die Achse des Fräsers konstant senkrecht oder radial zu der Werkstückoberfläche, die bearbeitet wird, gehalten wird, ist ein ständiger Wechsel des Stellungswinkels notwendig, weil die Werkstückoberfläche entweder flach, regelmäßig gekrümmt oder unregelmäßig gekrümmt sein kann. Auf diese Weise läßt sich ein Vormodell oder ein Gesenk maschinell schnell und genau entsprechend den sich fortwährend ändernden Befehlen, die von dem Magnetsteuerband empfangen werden, herstellen. Beim Erzeugen von konvexen oder negativen Gesenken oder Matrizen kann die Länge des Fräsers aiich bis über den Schnittpunkt der X-, Y- und Z-Koordinatenachsen hinaus verändert werden, wodurch für die Dicke des Bleches, das mit dem Gesenk verformt ausgestanzt werden soll, eine Zugabe gemacht wird, und durch Schaltungsänderung der Stromkreise das Bild umgekehrt wird, so daß das konkave Gesenk in gleicherweise maschinell von demselben Magnetsteuerband hergestellt werden kann, weil die Stellungswinkel dieselben bleiben.

F i g. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Fräsmaschine, die elektrisch mit einem Magnetbandsteuersystem, das allgemein mit 12 bezeichnet ist, verbunden ist und durch dieses System gesteuert wird. Zunächst soll der Aufbau der Maschine 10 und darauf das Magnetbandsteuersystem 12 beschrieben werden, die zusammenwirken und gemeinsam die magnetbandgesteuerte Maschine bilden, die allgemein mit 14 bezeichnet ist. Aus den F i g. 2,3 und 4 geht hervor, daß die Maschine 10 auf der Oberseite 16 eines Fundaments 18 montiert ist, das zum Beispiel aus Beton bestehen kann, in das eine flache Grube 20 eingeformt ist. Die Maschine 10 besteht aus zwei zwar getrennten aber zusammenwirkenden Anordnungen oder Einheiten,

ίο nämlich einer Werkstückhalteeinheit, die allgemein mit 22 bezeichnet ist, und einer Bearbeitungseinheit, die allgemein mit 24 bezeichnet ist (F i g. 2 und 4). Diese sind fest mit einer U-förmigen Grundplatte 25 verbunden, die getrennte Arme 26 und 28 aufweist, zwischen denen sich die Grube 20 befindet.

Auf den Grundplatten 26 und 28 sind zwei nach oben führende Ständer 30 und 32 aufgeschweißt oder aufgeschraubt (F i g. 2 und 4), die an ihren oberen Enden mit Gleitlagerteilen 34 und 36 versehen sind, die ihrerseits auf den äußeren gegenüberliegenden Enden eines abgesetzten Kippsteges 42 angeordnete gegenüberliegende Gelenkzapfen oder Gelenkwellen 38 und 40 drehbar tragen. Der Kippsteg 42 ist in seiner horizontalen und vertikalen Lage mit feststehenden Dübelanschlägen (nicht gezeigt) ausgerüstet oder anderenfalls mit einer runden, eingravierten Gradskala (nicht gezeigt), die sich auf dem Ständer 30 oder 32 befindet und einen Nullpunkt und eine Feineinstellung besitzt. Auf dem flachen inneren oder vorderen Teil 44 des Kippsteges 42 ist der Grundkörper 45 eines Drehtisches 46 drehbar montiert, auf dem das Werkstück oder Modell W befestigt ist. Der Drehtisch 46 wird mit Hilfe einer Schraube und eines in dem Steg 42 befindlichen Schneckenradmechanismus (nicht gezeigt) um eine Achse gedreht, die senkrecht zu der Achse der Gelenkzapfen 38 und 40 des Steges 42 liegt. Der Schneckenradmechanismus läßt isch mit Hilfe eines Handrades 48 verdrehen, das mit der Schneckenwelle 50 verbunden ist. Der Umfang 52 des Drehtisches 46 ist vorzugsweise mit einer Gradeinteilung (nicht gezeigt) versehen, die in Grade und Minuten unterteilt ist und sich rund um seinen ganzen Umfang erstreckt, wobei die Messung von einem Nullpunkt ausgeht und mit einer Feineinteilung auf dem Grundkörper 45 des Drehtisches ausgeführt wird. Auch die Fläche 54 des Drehtisches 46 ist mit einem Gitternetz (nicht gzeigt) versehen, das auf der Fläche eingraviert ist und dazu dient, die Maschine am Anfang mit Hilfe eines Richtfernrohrs und vorderer und hinterer Zielmarken, die mit der 90°-Mittellinie des Drehtisches 46 zusammenfallen, auszurichten. Durch dieses Ausrichten wird die genaue Zentrierung des Werkstücks oder Modells W und der Nullstellung erreicht, von der aus der Bearbeitungsvorgang anläuft. Das Werkstück oder Modell Wist entweder unmittelbar auf der Fläche 54 befestigt oder (nicht gezeigt) auf einer getrennten Montageplatte, die durch Dübel und Schraubenbolzen mit dieser verbunden ist. Auch ist die Vorderfläche 54 des Drehtisches 46 mit einer Reihe T-förmiger Schlitze (nicht gezeigt) versehen, die im rechten Winkel zueinander liegen und nicht die eingravierten Gradlinien stören. Diese Schlitze dienen zur Befestigung des Werkstückes oder Modells W mit Hilfe von Schraubenbolzen auf dem Drehtisch. Im praktischen Fall werden auf der Vorderfläche 54 des Drehtisches 46 Gradlinien mit einem Abstand von 25,4 cm vorgesehen.

Mit dem Lagerzapfen 40 ist zum Zwecke des Antriebes desselben eine Schneckenwelle 56 (Fig.4)

verbunden, die eine Schnecke 58 kämmt, welche durch ein Reduziergetriebe 60 von einem Elektromotor 62 angetrieben wird. Der Motor 62 steuert und bewirkt die Verschwenkung des Steges 42 rund um die Achse der Lagerzapfen oder Gelenkwellen 38 und 40 (F i g. 2) und verändert demzufolge den Neigungswinkel des auf dem Drehtisch 46 befestigten Modells oder Werkstücks W. Der Elektromotor 62 kann ein Synchronmotor oder ein Schrittschaltmotor sein, der seine Umdrehung gemäß den von dem Steuersystem 12 empfangenen Impulsen schrittweise ausführt, wobei das Steuersystem 12 seinerseits auf die auf dem Magnetband befindlichen Befehle reagiert. Der Motor 62 ruht auf einer Konsole 64 (Fig.4), die von dem Ständer 32 nach hinten herausragt.

Durch Verschweißen oder Verschrauben sind auf den Grundplatten 26 und 28 auch zwei hohle Säuren 66 und 68 (F i g. 2 und 3) befestigt, die parallel zueinander liegen und an ihren benachbarten Flächen mit genau gearbeiteten, senkrechten Führungsschienen 70 versehen sind. Auf den Führungsschienen 70 lassen sich nach oben und nach unten zwei Supportschlitten 72 und 74 verschieben, die in senkrechter Richtung mit Gewinde versehen sind, in denen sich Schraubenwellen 76 befinden. Durch Drehen der Schraubenwellen 76 lassen sich die Supportschlitten 72 und 74 nach oben und nach unten bewegen. Dieser Vorgang wird durch Schneckenräder 78 (F i g. 3) ausgeführt, die an den oberen Enden der Schraubenwellen 76 zum Zwecke des Antriebs derselben befestigt sind, wobei die unteren Enden der Schraubenwellen bei 80 in den Grundplatten 26 und 28 geführt werden. Die Schneckenräder 78 befinden sich in den Getriebekästen 82, die oben auf den Säulen 66 und 68 angeordnet sind und den oberen Lagerträger für die Schraubenwelle 76 bilden. Innerhalb der Getriebekästen 82 kämmen mit den Schneckenwellen 78 die Schnecken 84, die von den Schrittschaltmotoren 86 aufgrund der von dem Steuersystem 12 empfangenen Impulse gedreht werden, wie dies im folgenden beschrieben ist. An den Supportschlitten 72 und 74 sind die unteren Enden von elastischen Gliedern 88, zum Beispiel Ketten oder Kabel, befestigt, die über die Scheiben 90 laufen, welche auf den Achsen 89 montiert sind. Die Achsen 89 werden von den Armen 91 getragen, die sich von der Oberseite der Säulen 66 und 68 aufwärts erstrecken. An den anderen Enden der elastischen Glieder 88 sind schwere Gegengewichte 93 angebracht, die den Gewichten der Supportschlitten 72 und 74 und den von ihnen getragenen Vorrichtungen das Gleichgewicht halten. Die Gegengewichte 93 laufen innerhalb der hohlen Säulen 66 und 68.

Die Supportschlitten 72 und 74 sind mit horizontalen Führungen 92 versehen, längs denen sich horizontale Querschlitten 94 bewegen. Die Querschlitten 94 sind in horizontaler Richtung mit Gewinde versehen, in denen horizontale Schraubenwellen % auf den Supportschlitten 72 und 74 gedreht gelagert sind, und tragen Schneckenräder 98, die von innerhalb der Getriebekasten 102 befindlichen Schnecken 100 gedreht werden, wobei die Getriebekästen 102 auf den hinteren Enden der Supportschlitten 72 und 74 angeordnet sind. Auch sind auf den Querschlitten 94 koaxiale Lagerzapfen oder Gelenkwellen 106 (F i g. 1 und 2) mit einer gemeinsamen Drehachse 107 befestigt. Neben den Wellen 106 und koaxial zu diesen sind halbrunde Zahnradtriebe 108 angeordnet, die sich zusammen mit den Querschlitten 94 bewegen.
Auf den Gelenkwellen 106 ist ein horizontaler Schwenkträger 110 drehbar befestigt, der mit Hilfe der Antriebsritzel 112 (Fig.3 und 4), die mit den Zahnrädern 108 kämmen, um einen Winkel von annähernd 180° verschwenkbar. Die Ritzel 112 werden von den Schneckenwellen 114, Schnecken 116 und Schrittschaltmotoren 118 entsprechend den Impulsen, die auf sie von dem Steuersystem 12 gemäß den auf dem Magnetband befindlichen Befehlen übertragen werden. Der Schwenkträger 110 ist mit oberen und unteren

to schwalbenschwanzförmigen Führungen 120 (Fig.4) versehen, in denen ein Querschlitten 122 dadurch hin- und herbewegt wird, daß er mit einer querliegenden Schraubenwelle 124 (F i g. 2) verbunden ist, die in einer horizontalen, quer durch ihn hindurchlaufenden, mit Gewinde versehenen Bohrung liegt und von den an ihr befindlichen Schneckenrädern 126 über die Schnecken 128 gedreht wird. Die Schnecken 128 werden von den Schrittschaltmotoren 130 gemäß den auf die Motoren von dem Steuersystem 12, das von dem durch das System hindurchlaufende Magnetband gelenkt wird, übertragenen Impulse angetrieben, wie im folgenden erklärt wird.

Der Querschlitten 122 ist mit bogenförmigen Führungen 132 versehen, deren Mittelpunkt 134 im Raum mit der Drehachse 107 des Schwenkträgers 110 und auch mit der Spitze des Stirnfräsers oder eines anderen rotierenden Schneidwerkzeugs zusammenfällt, wenn das Werkstück oder Modell Wseine Endbearbeitung erhält. In F i g. 2 und 3 befindet sich der Querschlitten 122 auf der rechten Seite seiner Arbeitsstellung. Ein Schneidschlitten 136 ist bogenförmig verschiebbar in den Führungen 132 angeordnet, die aus konzentrischen Bogennuten oder -rippen bestehen. Der Querschlitten 122 neben den gebogenen Führungen 132 ist mit oberen und unteren gebogenen Zahnstangen 138 versehen, die an ihm befestigt sind. Von den Schneckenrädern 142 angetriebene Ritzel 140 (F i g. 4) kämmen mit den gebogenen Zahnstangen 138, wobei Schneckenräder 142 ihrerseits über die Schnecken 144 (F i g. 2) von den Schrittschaltmotoren 146 in Umdrehung versetzt werden. Die Motoren wiederum laufen aufgrund der Impulse, die sie von dem Steuersystem 14 empfangen, das, wie im folgenden erläutert wird, von dem durchlaufenden Magnetband gelenkt wird. Der Schneidschlitten 136 ist mit parallelen, radialen Führungsbahnen 148 ausgerüstet (F i g. 2 und 3), in denen ein Werkzeugsupport 150 mit Hilfe einer mit Gewinde versehenen und von einem Handrad 154 (F i g. 3 und 4) gedrehten Schraubenwelle 152 auf das Werkstück oder das Modell W zu oder von ihm weg bewegbar ist. Innerhalb des Werkzeugsupports 150 ist eine Hohlwelle 156 (Fig.2) angeordnet, in der eine rotierende Schneidwelle 158 drehbar gelagert ist. Auf der Schneidwelle 158 befindet sich der Stirnfräser 160, der in einem Futter oder einer Hülse befestigt ist. Wie im vorhergehenden erläutert wurde, wird die Spitze 162 des Stirnfräsers 160 durch Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung des Werkzeugsupport 150 mit Hilfe des Handrades 154 so eingestellt, daß sie bei der Endbearbeitung am Mittelpunkt 134 der konzentrischen, gebogenen Führungsbahnen 132 und auf der Achse 107 der Lagerzapfen oder Gelenkwellen 106 liegt. Die Werkzeugwelle 158 wird von einem Motor 164 angetrieben, der im Werkzeugsupport 150 sitzt.

Das Magnetbandsteuersystem 12, mit dem die verschiedenen Bewegungen der Maschine 10 vorgenommen und gesteuert werden (Fig. 1), weist ein Gehäuse 170 mit einer Energiequelle auf, die elektrisch

an einer äußeren Stromquelle angeschlossen ist. Sie ist außerdem über die Stromverteilungsleitungen 172 und 174 mit einem Magnetbandabgriff 176 und einer Verbindungsplatte bzw. -Tafel 178 verbunden, wobei die letztere austauschbare Verbindungen herstellt und gewöhnlich als Schalttafel bekannt ist. Die Schalttafel 178 ist ihrerseits über die Stromkabel 180, 182 und 184 mit dem Bandabgriff 176, einem Bewegungsanzeigeoder Darstellungsfeld 186 und einem Steuerpult 188 verbunden. Der Bandabgriff 176 ist unmittelbar über die Leitung 190 an das Darstellungsfeld 186 angeschlossen. Das Darstellungsfeld 186 enthält die Instrumente 192, 194, 196 und 198, die die Bewegung der Spitze 162 des Schneidwerkzeugs 160 (sie fällt mit dem Punkt 134 zusammen) anzeigen, und zwar vom Ursprungspunkt oder gemeinsamen Schnittpunkt der X-, Y- und Z-Koordinaten oder von einem vorher angenommenen Ausgangspunkt, der von dem Koordinatenursprungspunkt einen bekannten Abstand aufweist. In dem Darstellungsfeld 186 befinden sich auch Instrumente 200, 202 und 204, die die Neigungswinkel <x, β und γ anzeigen, die die Achse des Fräsers 160 mit der X-, Y- und Z-Ebene bildet, wodurch es möglich ist, die Fräserachse jederzeit senkrecht zur Bearbeitungsfläche M auf dem Werkstück zu halten, wie dies unten erläutert ist. Auch das Steuerpult 188 ist für die Bedienungsperson mit Steuereinrichtungen und Instrumenten 206,208, 210 und 212 ausgerüstet, die die Zahl der durchfahrenen Schritte anzeigen, nachdem die Bedienungsperson den Startpunkt gewählt hat, der von dem Ursprungspunkt der X-, Y- und Z-Koordinaten einen Abstand aufweist, wie dies beim Startpunkt des photoelektrischen Linienabtasters der Fall war, der auf das Magnetband die X-, Y- und Z-Koordinaten der Zeichnungslinie aufgenommen hat.

Von dem Darstellungsfeld 186 und dem Steuerpult 188 läuft ein gemeinsamer Leitungsstrang 214 zu dem Motor 62, der die Verschwenkung des Steges 42 (F i g. 2) und des Werkstücks oder Modells Wum die horizontale Achse der Gelenkwellen 38 und 40 bewirkt und auf diese Weise seinen Neigungswinkel bezüglich der Drehachse des Fräsers 160 verändert. Dies ist die einzige Verbindung des Steuerkreises 12 mit der das Werkstück oder das Modell haltenden Einheit 22. Die übrigen Verbindungen des Darstellungsfeldes laufen zu der Bearbeitungseinheit 24. Die von dem Magnetband in dem Bandabtaster 176 übertragenen Impulse werden durch eine Abzweigleitung 216 geleitet, die von einer elektrischen Verbindung mit dem Instrument 206 für die A"-Achse auf dem Steuerpult 188 zu den Schrittschaltmotoren 86 führt, die die senkrechten Schraubenwellen 76 antreiben. Dies so von dem Magnetband in dem Bandabtaster 176 übertragenen Impulse dienen zur Ausführung der Vertikalbewegung der Schlitten 72 und 74 entlang der Säulen 66 und 68, um dadurch den Schnittweg des Fräsers 160 in Richtung der X-Koordinate von dem auf ihr befindlichen Startpunkt quer über die Oberfläche M des Modells oder Werkstücks W zu verändern, wenn auf der Fläche hintereinanderfolgende Schnitte vorgenommen werden. Die von dem Magnetband im Bandabtaster 176 übertragenen Impulse verursachen die horizontale Bewegung des Quersupports 94 entlang der Supportschlitten 72 und 74 in Richtung auf das Modell oder Werkstück W oder von ihm weg. Diese Bewegung erfolgt dabei in Richtung der Z-Koordinate vom auf der Koordinatenachse liegenden Ausgangspunkt und wird über ein Abzweigkabel 218 gesteuert, das von einer elektrischen Verbindung mit dem Z-Achseninstrument 212 auf dem Schaltpult 188.zu den Schrittschaltmotoren 104 führt, die die horizontalen Schraubenwellen 96 drehen, wodurch diese Bewegung bewirkt wird.

Die von dem Magnetband in dem Bandabtaster 176 übertragenen Impulse, die die horizontale Bewegung des Querschlittens 122 entlang des Schwenkträgers 110 und parallel zu der Drehachse der Gelenkwellen 48 und 40 des Steges 42, der das Werkstück oder Modell W in

ίο Richtung der V-Koordinate in einer der beiden vom Startpunkt aus entgegengesetzten, mit Vi-Koordinate und WKoordinate bezeichneten Richtung trägt, werden durch ein Abzweigkabel 220 geleitet, das von den elektrischen Verbindungen mit den Vi- und VrAchseninstrumenten 208 und 210 auf dem Schaltpunkt 188 zu den Schrittschaltmotoren 130 führt, die die Bewegung ausführen.

Die Winkelneigung der Achse des Stirnfräsers 160 wird von den Winkeln <x, β und γ bestimmt, die zu jedem Zeitpunkt auf den Rundskalen der Winkelmeßinstrumente 200, 202 und 204 angezeigt werden. Der Winkel <x, den die Drehachse des Fräsers 160 mit einer Horizontalebene bildet, nämlich einer Ebene, in der sich die horizontalen Quersupports 94 längs ihrer entsprechenden Führungen 92 bewegen, wird durch die Signale bestimmt, die über ein Zweigkabel 222 übertragen werden, das von einer elektrischen Verbindung mit dem den α-Winkel anzeigenden Instrument 200 zu den Schrittschaltmotoren 118 läuft, die die Ritzel 112 antreiben und sie veranlassen, bogenförmig auf den stationären, halbkreisförmigen Zahnradtrieben 108 abzurollen. Der Winkel ß, den die Drehachse des rotierenden Schneidwerkzeugs 160 mit einer Vertikalebene bildet, die durch die Spitze 162 oder 134 des Fräsers verläuft und mit dieser zusammenfällt, wird durch Signale bestimmt, die über ein Zweigkabel 224 übertragen werden, das von einer elektrischen Verbindung mit dem den j3-Winkel anzeigenden Instrument 202 zu den Schrittschaltmotoren 146 läuft, die die Ritzel 140 antreiben und damit bewirken, daß sie auf gebogenen Zahntrieben oder Zahnstangen 138 abrollen. Die Winkel α und β sind in den F i g. 5 und 6 gezeigt. Sie bestimmen automatisch den dritten Winkel γ, da diese drei Winkel automatisch auf den Skalen der Instrumente 200,202 und 204 angezeigt werden, wenn der Fräser 160 auf der Oberfläche M des Modells oder Werkstücks den Bearbeitungsvorgang ausführt.

Die Winkelbeziehungen sind in den F i g. 5 und 6 dargestellt. Diese stimmen mit denjenigen überein, die die Achse des photo-elektrischen Linienfolgers zu den X-, Y- und Z-Koordinaten der Zeichnung bei der Programmaufnahme mit der Einrichtung nach dem erwähnten Patent 12 09195 eingenommen hat. Die gegenseitig abhängigen Winkel <%, β sind bestimmend dafür, daß der Stirnfräser 160 konstant rechtwinklig oder radial zu dem augenblicklichen Punkt auf der gekrümmten Oberfläche gehalten wird, die sich sätndig in ihrer Umrißform ändern kann. Die Fig.5 und 6 zeigen deshalb die Winkel α und β der Achse A des Schneidwerkzeugs 160 an irgendwelchen, sich zeitlich entsprechenden Punkten 134, die von der Spitze 162 auf einer bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks oder Modells Wm Seitenansicht durch den Linienzug S-S in F i g. 5 und in Stirnansicht durch den Linienzug F-F in F i g. 6 verkörpert werden. Der Winkel tx in F i g. 5 ist der Winkel zwischen der Achse A des Fräsers und der Z-Achse, dagegen ist der Winkel β der Winkel zwischen der Achse A des Fräsers und der V-Achse in F i g. 6. Der

dritte Winkel γ ist, wenn die Winkel <x und β bekannt sind, bestimmbar. Der Ursprung der X- V-Z-Koordinaten liegt auf der Achse 107 der Gelenkwellen 106 und ist immer der Scheitel der Winkel tx, β und γ, wie auch bei der Bearbeitung der Werkstückfläche der Schnittpunkt der Fräserspitze 162 in der Rotationsachse des Stirnfräsers 160 liegt.

Im folgenden wird der Einstellvorgang der magnetbandgesteuerten Maschine beschrieben. Zusammen mit dem analogen Magnetband erhält die Betriebsperson ein Verfahrensblatt mit Einstell- und Startdaten. Unter diesen ist die annähernde Größe des Werkstücks oder Modells in Rohform, wie auch seine Lage auf dem Drehtrisch. Auch sind auf dem Blatt der Startpunkt auf den X-, Y- und Z-Achsen und die Startwinkel <x, β und γ in Abhängigkeit von dem Startpunkt auf dem Werkstück oder Modellzuschnitt W genau angegeben. Ebenso ist dort die Lage der Befestigungsschrauben verzeichnet, die zur Feststellung des Werkstücks oder Modells dienen, damit der Tisch 46 gedreht werden kann.

Wie schon oben erwähnt wurde, besitzt der Drehtisch 46 zu Einstellzwecken eine 25,4 cm Gradeinteilung, die auf ihm eingraviert ist, ferner vorn und hinten eine Ausrichtmarke, die zusammen mit einem gewöhnlichen, vorgesehenen Meßfernrohr verwendet werden und mit den 90° -Mittellinien des Drehtisches zusammenfallen, wodurch eine genaue Zentrierung des Werkstücks oder Modells W und Nullpunkteinstellung aller Meßzähler möglich ist. Wie ebenfalls schon erwähnt, weist der Drehtisch an seinem Umfang eine Unterteilung in Grad und Minuten auf und ist mit einer Noniusgradeinteilung zusammen mit einem festen Paßstift versehen. Bei 0°, 90°, 180° und 270° ist vorzugsweise ein fester Paßstift vorgesehen, um eine genaue Ausrichtung sicherzustellen. Auch befinden sich auf der Drehtischfläche 54 eine Reihe T-Schlitze, die im rechten Winkel zueinander liegen und nicht die 25,4 cm-Linien stören. Zur Erleichterung des Einrichtens ist der Steg 42 in seiner Horizontal- und seiner Vertikalstellung mit einem feststehenden Paßanschlag ausgerüstet, wo hingegen in anderen Winkelstellungen der Nonius oder die auf dem Drehtischumfang 52 eingravierte Gradskala jede Winkeleinstellung, die gewünscht wird, erleichtert.

Zur Einstellung des Werkstückes oder Modells Wund für die genaue Anordnung der Spitze 162 des Fräsers 160 ist ein gewöhnliches Meßfernrohr mit Fadenkreuzsucher 230 (Fig.2) koaxial zur Drehachse 107 des horizontalen Querträgers 110 befestigt. Hinter dem Steg 42, der den Drehtisch hält, befindet sich eine vertikale Bezugsfläche und eine horizontale Bezugsfläche, die zu Meßzwecken mit einem normalen Höhenmaßstab dienen. Diese Flächen müssen senkrecht zu den Führungen 70 auf den Ständern 66 der Maschine 10 innerhalb liegen. Auch sollten sie so liegen, daß sie nicht den vollständigen Verschwenkungsbereich des Steges 42 stören, einschließlich des Drehtisches 46 und des Werkstückes W. Auch ist ein gewöhnliches Spiegelkreuz (nicht gezeigt) vorgesehen, das gegen den Fräser 160 vertauscht werden kann, damit das Meßfernrohr 230 im rechten Winkel von seiner Sichtlinie 107 auf den Drehtisch 46 bzw. den beiden optischen Zielmarken, die im Zusammenhang mit dem Drehtisch 46 oben erwähnt worden sind, genau eingestellt werden kann. Auch soll das Spiegelkreuz dazu dienen, die genaue Zentrierung des aufgespannten, rohen oder unbearbeiteten Werkstücks oder Modells W sicherzustellen und damit auch das Werkstück zu überprüfen, wenn der Bearbeitungsvorgang beendet ist. Nachdem der Steg 42 um seine Gelenkwellen 38 und 40 durch Inbetriebsetzung des Motors 62 in seine horizontale Lage verschwenkt worden ist, wird das unbearbeitete Werkstück W mit einem über Kopf laufenden Kran in seine richtige Stellung gebracht, wobei dieser Vorgang durch Verwendung des Meßfernrohres in Verbindung mit dem Spiegelkreuz unterstützt wird. Die Bedienungsperson schraubt darauf das Werkstück oder Modell W auf dem Drehtisch 46 oder einer in richtiger Lage auf dem Drehtrisch durch Bolzen befestigten Aüfspannplatte fest. Mit Hilfe des Motors 62 schwenkt die Bedienungsperson darauf den Steg 42 in eine senkrechte Lage gegenüber der das Schneidwerkzeug 160 haltenden Antriebswelle 156. Durch Drehen des Handrades 50 läßt sich der Drehtisch 46 zur weiteren Einstellung der Werkstückposition bewegen.

Die Bedienungsperson entfernt darauf das Spiegelkreuz, befestigt den Fräser 160 in der Hohlwelle 156 und stellt dessen Länge für den Schnitt ein, der ausgeführt werden soll. Zur rauhen Bearbeitung, d. h. zum Schruppen, wird die Spitze 162 des Fräsers 160 so eingestellt, daß sie 6,35 mm von der Linie des Meßfernrohres, die die Mittellinie des Querträgers 110, d. h. die Drehachse der Gelenkwellen 106 darstellt, entfernt liegt, wo hingegen die Spitze 162 des Fräsers für die Feinbearbeitung auf die genaue Mittellinie oder Schwenkachse des Querträgers 110 eingestellt wird. Wie auf dem Verfahrensblatt angegeben, wird darauf der Quersupport 122 so eingestellt, daß die Schneidwerkzeugspitze 162 auf den X-, Y-, Z-Koordinaten des Startpunktes liegt. Auch werden die Schrittschaltmotoren 118 und 146 so betätigt, bis die Drehachse des Fräsers 160 räumlich in der Winkelstellung liegt, die von den Winkeln oc, β und γ gebildet wird. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, übernimmt das Magnetband die Steuerung aller Funktionen. Dazu wird dieses in den Bandabtaster 176 eingebracht, der die auf den verschiedenen Spuren des Magnetbandes aufgezeichneten Instruktionen in Impulse umsetzt, die über die Darstellungstafel 186 und das Steuerpult 188 an die verschiedenen elektrischen Leitungen 216,218,220,222 und 224 und damit an die verschiedenen Schrittschaltmotoren der Werkzeugmaschine 10 übertragen werden, die dadurch veranlaßt werden, gemäß diesen Befehlen zu laufen.

Wenn, wie dies gewöhnlich der Fall ist, die einander entsprechenden Startpunkte auf den Linien der Zeichnung nicht mit dem Ursprung der X-, Y- und Z-Koordinaten zusammenfallen, aber von diesem Ursprung in angenommenen und bekannten Entfernungen angeordnet sind, die zu der Zeit, zu der das Magnetband hergestellt wurde, aufgenommen wurden, dann veranlaßt die Bedienungsperson an dem Steuerpult 188, bevor sie den Bearbeitungsvorgang auf der Werkzeugmaschine 10 ablaufen läßt, daß Impulse, die diesen Startpunktentfernungen entsprechen, in die Leitungen 216,218 und 220 eingeleitet werden, wodurch die Spitze 162 des rotierenden Fräsers 160 dazu gebracht wird, ihren Schneidvorgang räumlich an derselben Stelle zu beginnen, die dem Startpunkt der Linienabtastvorgänge entspricht, die die Herstellung des Bandes bestimmen. Diese Startimpulse beim Einrichten der Maschine 10 werden auf den auf dem Steuerpult 188 befindlichen Skalenscheiben 206, 208, 210,212 angezeigt.

Die Betriebsperson setzt dann den Bandabtaster 176 in Betrieb, und wenn der Fräser 160 durch den Motor in

seinem Schlitten 150 in Rotation versetzt wird, so wird seine Achse automatisch schräggestellt. Dieses Schrägstellen erfolgt aufgrund der Befehle, die von dem Magnetband in Form elektrischer Impulse durch die Winkel α, β und γ empfangen werden, die zur selben Zeit auf den Skalenscheiben der die Winkel anzeigenden

Instrumente 200, 202 und 204 angezeigt werden. Gleichzeitig werden auch die Abstände der Fräserspitze 162 von dem Startpunkt in Form von Impulsen unter den Instrumentenscheiben 192, 194, 1% und 198 angezeigt, so daß die Betriebsperson am Steuerpult 188 ständig den Betrieb verfolgen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Programmgesteuerte Fräsmaschine zur dreidimensionalen Bearbeitung eines Werkstücks, z. B. eines Karosserie-Preßwerkzeugs, das auf einer in einer von zwei Koordinatenrichtungen liegenden Aufspannebene festgespannt ist, ferner mit einem am Ende mit Schneiden versehenen Werkzeug, das in einer umlaufenden Spindel befestigt ist, ferner mit Lagerung der Spindel auf einem mittels steuerbarer motorischer Antriebe längs der Drei-Raum-Koordinaten relativ zur Werkstückaufspannfläche verschiebbaren Schlitten, ferner mit Anordnung der Spindel auf dem Schlitten zwecks räumlicher Winkeleinstellbarkeit des Werkzeuges an einem Schwenkträger, der mittels steuerbarer motorischer Antriebe um zwei durch das Werkzeugende als Achsen-Schnittpunkt gehende Achsen auf dem Schlitten verschwenkbar ist, wobei eine der beiden Achsen parallel zur Werkstückaufspannfläche und eine Achse parallel zu einer der drei Koordinaten-Richtungen verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bearbeitung mittels Stirnfräsers (160) nach Maßgabe von die Koordinaten-Werte der Frässpitze (162) und die Normalstellung der Fräserachse auf die Tangentialebene der Bearbeitungsstelle angebenden Signale die Achse (107) des Schwenkträgers (110) sowohl parallel zur Werkstückaufspannfläche (46) als auch parallel zu einer der drei Koordinatenrichtungen (Y) verläuft und die Spitze (162) des Stirnfräsers (160) auf den Achsen-Schnittpunkt fest einstellbar ist.

2. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine bogenförmige Führungsanordnung (132) für die Werkzeugspindel tragende Träger (110) einen Schwenkbereich von annähernd 180° hat.

3. Fräsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufspannfläche (54) um eine zu den beiden Schwenkachsen der Werkzeugspindel (158) rechtwinklig einstellbare dritte Achse in an sich bekannter Weise dreheinstellbar ist.

4. Fräsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Werkstückaufspannfläche (54) ihrerseits drehbar auf einem Grundkörper (45) sitzt, der wiederum seinerseits um Gelenkzapfen (38, 40) um eine rechtwinklig zur Drehachse des Drehtisches laufende Achse kippbar ist, die parallel zu der Schwenkachse (107) des Schwenkträgers (110) verläuft.