DE3643832A1 - Kopierfraes- und -schleifmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopierfräs- und -schleif­ maschine mit einem Maschinengestell, einem am Maschinen­ gestell beweglich gelagerten Fühler, einem gleichlaufend synchron mit dem Fühler bewegten Fräs- oder Schleifwerk­ zeug und einem Arbeitstisch zum Befestigen eines zu be­ arbeitenden Werkstückes und/oder abzufühlenden Modells.

Mit bekannten Maschinen dieser Art können meist nur ein­ fach geformte Modelle und Werkstücke behandelt werden, nicht aber feinkonturierte Gegenstände, wie beispiels­ weise Zahnprothesen, Hörgeräte, Kontaktlinsen, Brillen­ gestelle oder dergleichen, und es sind insbesondere Hinter- oder Unterschneidungen in der Regel überhaupt nicht ausführbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Maschine so auszubilden, daß mit ihr feinfühlig gear­ beitet werden kann und insbesondere auch die Ausbildung von Hinter- oder Unterschneidungen möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

• A. ein auf dem Maschinengestell in X-Richtung gleitver­ schieblicher, erster Schlitten;
• B. ein auf dem Maschinengestell in Y-Richtung gleitver­ schieblicher, zweiter Schlitten;
• C. ein auf dem ersten Schlitten in Z-Richtung gleitver­ schieblicher, dritter Schlitten;
• D. eine auf dem zweiten Schlitten angeordnete Werkstück- und/oder Modellaufnahme;
• E. ein am dritten Schlitten in der Y-Z-Ebene schwenkbar gelagerter, erster Schwenkarm mit einer parallel zu seiner Längsachse verlaufenden Gleitführung für ein oszillierendes Gehäuse des Fühlers, wobei die Oszilla­ tionsbewegung des Fühlers derart ist, daß seine Achse die Schwenkachse des Schwenkarms schneidet;
• F. ein am dritten Schlitten in der Y-Z-Ebene schwenkbar gelagerter, zweiter Schwenkarm mit einer parallel zu seiner Längsachse und senkrecht zur Schwenkachse ver­ laufenden Gleitführung für ein oszillierendes Gehäuse des Werkzeuges, wobei die Oszillationsbewegung des Werkzeuges derart ist, daß seine Achse die Schwenk­ achse des Schwenkarms schneidet;
• G. Mittel zur Synchronisierung der Schwenk- und Oszilla­ tionsbewegungen der Schwenkarme bzw. Gehäuse von Fühler und Werkzeug derart, daß die Schwenkarme stets parallel zueinander und die Gehäuse gleichlaufend be­ wegt sind.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeich­ nung der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht einer Kopierfräs- und -schleifmaschine;

Fig. 2 eine Draufsicht der Maschine aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Frontansicht;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Modells oder Werkstücks und

Fig. 8 eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 6.

Die auf der Zeichnung dargestellte Kopierfräs- und -schleifmaschine umfaßt ein auf einer Unterlage fest abgestütztes Maschinengestell 1, auf dem in einer schematisch angedeuteten (Fig. 1) Gleitführung 2 ein erster Schlitten 3 in X-Richtung horizontal verschieb­ lich ist. Der Schlitten 3 kann über eine Gewindespindel 4 (schematisch in Fig. 3 angedeutet) durch einen Motor 5 mit Kupplung 6 oder ein Handrad 7 mit Mikrometereintei­ lung in X-Richtung hin- und herverschoben werden.

Auf dem Maschinengestell 1 ist weiterhin, einen Sockel 8 des ersten Schlittens 3 überbrückend, ein zweiter Schlitten 9 angeordnet, der in Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung mittels einer schematisch in Fig. 3 an­ gedeuteten Gleitführung 11 horizontal verschieblich ist. Der Schlitten 9 kann durch einen Motor 12 mit Kupplung 13 oder ein Handrad 14 mit Mikrometerein­ teilung in Y-Richtung hin- und herbewegt werden.

Schließlich ist auf dem als vertikaler Ständer ausge­ bildeten Schlitten 3 in einer weiteren Gleitführung 15 (Fig. 2) ein dritter Schlitten 16 in Z-Richtung senkrecht zur horizontalen X-Y-Ebene verschieblich. Zur Hin- und Herbewegung des Schlittens 16 entlang der Z-Achse dient eine Schraubspindel 18 (Fig. 3), die von einem Motor 19 oder einem Handrad 21 in der ge­ wünschten Richtung angetrieben wird.

Auf dem zweiten Schlitten 9 ist eine Modell- und/oder Werkstückaufnahme 22 fest angeordnet, die also die Be­ wegungen dieses Schlittens in Y-Richtung mitmacht. Die Aufnahme 22 umfaßt zwei Drehtische 23, 24, auf denen in herkömmlicher Weise ein Modell bzw. ein dem Modell nachzuformendes Werkstück angeordnet werden können. An der Aufnahme 22 ist, wie in Fig. 5 schematisch dar­ gestellt, eine Welle 25 drehbar gelagert, die von einem Motor 26 mit Kupplung 27 oder einem Handrad 28 mit Mikrometereinteilung in der einen oder anderen Richtung verdreht werden kann. Die Welle 25 trägt zwei Schnecken 29, 31, die mit Schneckenrädern 32 bzw. 33 kämmen, wobei die letzteren drehfest mit den Drehtischen 23 bzw. 24 verbunden sind. Auf diese Weise können diese Drehtische und das von ihnen getragene Modell bzw. Werk­ stück in einer bestimmten Winkellage in der X-Y-Ebene eingestellt werden.

An der Vorderseite des dritten Schlittens 16, welche der Modell- und Werkstückaufnahme zugekehrt ist, ist in der Y-Z-Ebene ein erster Schwenkarm 34 gelagert. Die Schwenkachse ist mit 35 bezeichnet. Am Schwenkarm 34 ist mittels einer nicht dargestellten Gleitführung, die parallel zur Längsachse 36 (Fig. 1) des Schwenkarms und senkrecht zu dessen Schwenkachse 35 verläuft, zur Vorderseite der Maschine hin abstehend ein Arm 37 ver­ schieblich gelagert. Am Arm 37 ist freitragend und bis über die Modell- und Werkstückaufnahme 22 vorstehend ein Trägergehäuse 38 für einen nach unten parallel zur Achse 36 abstehenden Fühler 39 befestigt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, schneidet die Längsachse des Fühlers 39 die Schwenkachse 35 des Schwenkarmes 34.

Somit ist durch die beschriebene Anordnung auch der Fühler 39 um die Schwenkachse 35 schwenkbar und kann gleichzeitig mittels des gleitverschieblich am Schwenk­ arm 34 befestigten Armes 37 hin- und herbewegt werden. In jeder Winkellage des Schwenkarmes 34 bewegt sich dabei der Fühler 39 mit seiner Längsachse parallel zur Y-Z-Ebene. Der Schwenkbereich des den Fühler 39 tragen­ den Gehäuses 38 ist aus Fig. 6 ersichtlich. Er kann bei­ spielsweise zwischen 110 und 140, vorzugsweise 120° be­ tragen.

Wichtig bei der beschriebenen Anordnung ist es, daß in jeder Schwenkstellung des Schwenkarmes 34 die hin- und hergehende Bewegung des Fühlers 39 immer so verläuft, daß die Längsachse des Fühlers die Schwenkachse 35 schneidet, vergl. wiederum Fig. 6.

Am dritten Schlitten 16 ist, wie aus Fig. 1 hervorgeht, neben dem Schwenkarm 34 ein weiterer Schwenkarm 44 schwenkbar gelagert, und zwar um eine zur Achse 35 des Schwenkarms 34 parallele Achse 45. Am Schwenkarm 44 ist wiederum mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Gleit­ führung ein Arm 47 (Fig. 3) parallel zur Längsachse 46 des Schwenkarms 44 verschieblich. Der Arm 47 ragt mit seinem freien Ende bis über die Modell- und Werkstück­ aufnahme 22 und trägt dort ein Trägergehäuse 48 für ein rotierend im Gehäuse 48 gelagertes Werkzeug 49, bei­ spielsweise ein Schleif- oder Fräswerkzeug. Auf dem Gehäuse 48 ist ein Motor 50 befestigt, der das Werkzeug 49 drehend antreibt.

Über Schraubspindelantriebe und Motoren 51, 52 werden die Arme 37 bzw. 47 mit dem daran befestigten Fühler 39 bzw. Werkzeug 49 hin- und hergehend bewegt.

Das Werkzeug 49 kann aufgrund der beschriebenen Anord­ nung die gleichen Bewegungen in der Y-Z-Ebene ausführen, wie der Fühler 39. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersicht­ lich, liegen der Fühler 39 und das Werkzeug 49 in ein und derselben Y-Z-Ebene.

Die Bewegungen des Fühlers 39 und des Werkzeuges 49, nämlich die Schwenkbewegungen um die Achsen 35 bzw. 45 und die translatorischen Bewegungen entlang den Achsen 36 bzw. 46 sind bei der beschriebenen Kopiermaschine genau miteinander synchronisiert. Die Synchronisierung der Schwenkbewegung ist am besten aus Fig. 4 ersichtlich. Über einen am dritten Schlitten 16 gelagerten Elektro­ motor 55 oder ein mit Mikrometerteilung versehenes Hand­ rad 56 kann eine im Schlitten 16 gelagerte Welle 57 ver­ dreht werden, auf welcher drehschlüssig zwei Schnecken 58, 59 sitzen. Diese Schnecken kämmen mit Schnecken­ rädern 60 bzw. 61, die ihrerseits drehfest auf im Schlitten 16 gelagerten Wellen 62 bzw. 63 sitzen, wobei mit diesen Wellen drehfest die Schwenkarme 34 bzw. 44 verbunden sind (vergl. auch mit Bezug auf den Schwenkarm 34 die Darstellung in Fig. 3). Zwischen Motor 55 und Welle 57 ist, wie in Fig. 4 angedeutet, wiederum eine Kupplung 64 angeordnet.

Die genau synchron und gleich laufende, von den Motoren 51, 52 bewirkte Verschiebebewegungen von Fühler 39 und Werkzeug 49 erfolgt mit Hilfe einer an sich bekannten, mit den Motoren 51, 52 verbundenen Steuerschaltung, die schematisch in die Fig. 2 und 3 eingezeichnet und dort mit dem Bezugszeichen 65 versehen ist.

Mit der beschriebenen Maschine kann in folgender Weise gearbeitet werden: Mit dem schwenkbaren und oszillie­ renden Fühler 39 wird zunächst die Außenkontur eines Modells abgetastet, welches auf dem Drehtisch 23 be­ festigt wird. In Fig. 3 ist ein solches Modell ge­ strichelt eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 70 versehen. Die Abtastung erfolgt nacheinander in ver­ schiedenen Y-Z-Ebenen bei verschiedenen Winkellagen des Schwenkarms 34, wobei der Fühler jeweils ausgehend von einer Ausgangsstellung bis zum Auftreffen auf das Modell vorgeschoben wird. Die jeweiligen Werte mit Bezug auf die betreffende Y-Z-Ebene, die Winkellage des Schwenk­ arms 34 und die erforderliche Vorschubbewegung 39 bis zum Auftreffen auf den betreffenden Punkt des Modells werden in bekannter Weise gespeichert.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die abzutastende Außenkontur des Modells 70. In Fig. 7 sind die verschiedenen Winkel­ lagen des Schwenkarms 34, strahlenförmig von der Schwenk­ achse 35 ausgehend, dargestellt. Weiterhin sind in Fig. 7 die jeweiligen Endstellungen beim Auftreffen des Fühlers 39 auf das Modell 70 dargestellt. Die Fig. 7 repräsentiert die Abtastung für eine bestimmte Y-Z-Ebene. Verschiedene, nacheinander in der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise ab­ zutastenden Y-Z-Ebenen sind in Fig. 8, welche eine Dar­ stellung der X-Z-Ebene ist, durch mehrere Striche 71 angedeutet. Die einzelnen Y-Z-Ebenen, in denen nachein­ ander die Abtastung erfolgt, werden sukzessive durch entsprechende, nacheinander vorgenommene Verschiebungen des Schlittens 3 in X-Richtung mittels des Motors 5 oder des Handrades 7 eingestellt. Auf diese Weise läßt sich die Kontur des Modells 70 entlang der X-Achse genau abtasten, wobei insbesondere auch, wie aus Fig. 7 ersichtlich, Hinter- oder Unterschneidungen des Modells präzise aufgenommen werden können. Falls, wie in Fig. 8 angedeutet, das Modell 70 auch in seinen X-Z-Schnitt­ ebenen Hinterschneidungen aufweist, muß zu deren Ab­ tastung das Modell zusammen mit dem es tragenden Dreh­ tisch 23 um 90° verdreht und in dieser Lage eine ent­ sprechende Abtastung Ebene für Ebene vorgenommen werden.

Um vom Modell 70 eine genaue Kopie anzufertigen, wird ein, beispielsweise roh vorgeformtes Werkstück 72 auf dem Drehtisch 24 befestigt. Mit den vorher entsprechend dem abgetasteten Modell eingegebenen Werten wird nun das Werkzeug 45 entsprechend nacheinander in verschie­ denen Ebenen bei verschiedenen Winkellagen des Schwenk­ arms 44 mit den gespeicherten Vorschubstrecken an das Werkzeug herangeführt, wobei sich automatisch die vor­ her eingespeicherte, räumliche Kontur des Modells 70 ergibt.

Somit können von einem Modell beliebig viele Kopien an­ gefertigt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, durch manuelle Heranführung des Fühlers 39 an ein Modell, dieses abzutasten und gleichzeitig mit Hilfe des synchron und gleichlaufend mitbewegten Werkzeuges 49 eine Kopie anzu­ fertigen. Es ist auch möglich, die zum Herstellen einer gewünschten Raumform eines Werkstückes erforderlichen Koordinatenwerte für das Werkzeug 45 rechnerisch aufzu­ stellen und zu programmieren und auf diese Weise das Werkzeug 45 zu steuern. In jedem Falle kann mit höchster Präzision gearbeitet werden und es bereitet keine Schwierigkeit, auch komplizierte Formen mit Hinter- oder Unterschneidungen herzustellen.

Ein bestimmtes Modell oder eine vorprogrammierte Raum­ form kann auch verkleinert oder vergrößert am Werkstück ausgebildet werden. Hierzu ist es im wesentlichen nur erforderlich, die in den einzelnen Y-Z-Schnittebenen bei den verschiedenen Winkellagen des Schwenkarmes 44 ausgeführten Zustellbewegungen des Werkzeugs 49 ent­ sprechend zu vergrößern oder zu verkürzen, wodurch sich verkleinerte bzw. vergrößerte Formen ergeben, die der Originalform des Modells jeweils ähnlich sind, vergl. beispielsweise die strichpunktiert eingezeichnete, ver­ größerte Kontur des Modells 70 in Fig. 6.

Diese einfache Ausführbarkeit von Vergrößerungen oder Verkleinerungen eines Modells ist ein weiterer, wich­ tiger Vorteil der beschriebenen Maschine und des an ihr zum Ausdruck kommenden, erfindungsgemäßen Kopie­ verfahrens.

Als 0- oder Bezugspunkt für die jeweiligen Positionen und Bewegungen des Fühlers 39 und des Werkzeugs 49 be­ nutzt man vorteilhafterweise die Schnittpunkte der Achse 35 mit der Achse 36 bzw. der Achse 45 mit der Achse 46.

Claims (9)

1. Kopierfräs- und -schleifmaschine mit einem Maschinen­ gestell, einem am Maschinengestell beweglich gelagerten Fühler, einem gleichlaufend synchron mit dem Fühler be­ wegten Fräs- oder Schleifwerkzeug und einer Aufnahme zum Befestigen eines zu bearbeitenden Werkstückes und/oder zu kopierenden Modells, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• A. ein auf dem Maschinengestell (1) in X-Richtung gleitverschieblicher erster Schlitten (3);
• B. ein auf dem Maschinengestell (1) in Y-Richtung gleitverschieblicher zweiter Schlitten (9);
• C. ein auf dem ersten Schlitten (3) in Z-Richtung gleitverschieblicher dritter Schlitten (16);
• D. eine auf dem zweiten Schlitten (9) angeordnete Werkstück- und/oder Modellaufnahme;
• E. ein am dritten Schlitten (16) in der Y-Z-Ebene schwenkbar gelagerter, erster Schwenkarm 34 mit einer parallel zu seiner Längsachse (36) und senk­ recht zur Schwenkachse (35) verlaufenden Gleitfüh­ rung für ein oszillierend bewegliches Gehäuse (38) des Fühlers (39), wobei die Oszillationsbewegung des Fühlers derart ist, daß seine Achse die Schwenk­ achse (35) des Schwenkarms (34) schneidet;
• F. ein am dritten Schlitten (16) in der Y-Z-Ebene schwenkbar gelagerter, zweiter Schwenkarm (44) mit einer parallel zu seiner Längsachse (46) und senk­ recht zur Schwenkachse (45) verlaufenden Gleitfüh­ rung für ein oszillierend bewegtes Gehäuse (48) des Werkzeugs (49), wobei die Oszillationsbe­ wegung des Werkzeuges derartig ist, daß seine Achse die Schwenkachse (45) des Schwenkarms (44) schneidet;
• G. Mittel (57, 65) zur Synchronisierung der Schwenk- und Oszillationsbewegungen der Schwenkarme (34, 44) bzw. Gehäuse (38, 48) von Fühler (39) und Werkzeug (49) derart, daß die Schwenkarme stets parallel zueinander und die Gehäuse gleichlaufend bewegt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Schlitten (3, 9, 16) die beiden Schwenkarme (34, 44) sowie die Gehäuse (38, 48) des Fühlers (39) und des Werkzeuges (49) motorisch angetrieben sind.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schlitten (9) den ersten Schlitten (3) überbrückt.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug- und/oder Modellaufnahme (22) einen Dreh­ tisch (23, 24) umfaßt.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modellaufnahme (23) auf dem zweiten Schlitten (9) neben der Werkstückaufnahme (24) angeordnet ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstück- und Modellaufnahme (23, 24) synchron angetrieben sind.

7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Schwenkwinkel der Schwenkarme (34, 44) zwischen 110 und 140° beträgt.

8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme (34, 44) über Schneckengetriebe (58, 59; 60, 61) synchron angetrieben sind.

9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationsbewegung der Gehäuse (38, 48) von Fühler (39) und Werkzeug (49) durch eine elektronische Steuerschaltung (65) synchronisiert ist.