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Dokumentenidentifikation DE3934661A1 26.04.1990
Titel Futterkopfeinheit für automatische Werkzeugmaschinen
Anmelder Jobs S.p.A., Piacenza, IT
Erfinder Sartori, Marco, Piacenza, IT
Vertreter Magenbauer, R., Dipl.-Ing.; Reimold, O., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Vetter, H., Dipl.-Phys. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 7300 Esslingen
DE-Anmeldedatum 18.10.1989
DE-Aktenzeichen 3934661
Offenlegungstag 26.04.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.1990
IPC-Hauptklasse B23Q 5/10
IPC-Nebenklasse B23Q 1/12   B23B 47/30   B23C 1/12   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Futtereinheit für einen Arbeitskopf für automatische Werkzeugmaschinen, bei der der Arbeitskopf eine Gabel enthält, die am Ende eines beweglichen Arms angebracht ist und die mit einer Anzahl von Freiheitsgraden versehen ist und an der die Futtereinheit angelenkt ist; die Futtereinheit enthält ein Futter und eine Vorrichtung, die dazu dient, das Futter in Drehung zu versetzen, derart, daß es axial gleitet. Die erfindungsgemäße Anordnung ist zur Verwendung mit einem bürstenlosen Motor und mit einer automatischen Einrichtung bestimmt, welche die Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen dem Motor und dem Futter verändert und variiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Futterkopfeinheit für automatische Werkzeugmaschinen, die ein Futter, das an einem Träger mit mehreren Freiheitsgraden verstellbar ist, und eine Antriebseinrichtung besitzt, die zum Antreiben des am Träger verstellbaren Futters dient. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einheit zum Antreiben eines Werkzeugs oder eine Spannfuttereinheit für die Arbeitsköpfe von automatischen Werkzeugmaschinen, die dazu bestimmt sind, ihre Arbeitsoperationen bei verschiedener Geschwindigkeit mit konstantem Drehmoment auszuführen. Dieses Merkmal bedeutet, daß ein hohes Drehmoment dem Werkzeug bei geringer Umdrehungsgeschwindigkeit übermittelt werden kann, so daß die Maschine ideal für die Bearbeitung von Materialien wie Titanium bzw. Titan ist.

Es sind automatische Werkzeugmaschinen bekannt, die einen Arbeitskopf besitzen, der aus einer Gabel besteht, die an einem beweglichen Arm angebracht ist, der entlang einer Anzahl von Achsen beweglich ist und an der eine Spannfuttereinheit angelenkt ist, die ein Spannfutter und einen Antrieb besitzt, der zum Drehantrieb dieses Futters dient. Die italienische Patentanmeldung 44 804 A/88 (deutsche Patentanmeldung P 39 06 380.1) beschreibt einen Arbeitskopf der vorgenannten Art, der eine Einrichtung enthält, die dazu bestimmt ist, begrenzte Bewegungen des Futters entlang seiner Achse während seiner Drehbewegung zu kontrollieren und zu steuern. Dieses System besitzt jedoch gewisse Grenzen, im besonderen, wenn Titaniumbzw. Titanteile bearbeitet werden sollen, da dieses Metall eine geringe Werkzeuggeschwindigkeit erforderlich macht. Die bekannten Geräte und Einrichtungen sind jedoch nur in der Lage, dann genügend Kraft dem Werkzeug mitzuteilen, wenn dieses mit einer hohen Drehgeschwindigkeit umläuft, mit einer hohen Anzahl von Umlaufbewegungen.

Aus dem obigen Grunde ist eine Vorrichtung erwünscht, die es gestattet, daß dem Spannfutter ein konstantes Drehmoment bei jeder Umlaufgeschwindigkeit mitgeteilt wird. Eine solche Vorrichtung sollte es vorzugsweise ermöglichen, daß mehrere Geschwindigkeitsverhältnisse verwendet werden können, ohne daß man an Präzision verliert, wobei man die Kompaktheit beibehält, die bei den ähnlichen besten Vorrichtungen und Maschinen von heutzutage erreicht worden ist.

Um das obige Problem zu lösen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die neue Futterkopfeinheit eine Apparatur enthält, die dazu dient, das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Futter und der Antriebseinrichtung selbsttätig zu verändern, wobei zweckmäßigerweise der Antriebsmotor als bürstenloser Motor ausgebildet ist. Die Erfindung schlägt also eine Arbeitskopf-Futter-Einheit für automatische Werkzeugmaschinen vor, bei der ein bürstenloser Motor mit dem Futter über ein Mehrgeschwindigkeits-Getriebe verbunden ist, mit dem das Futter angetrieben wird.

Es sind geeignete Kraftüberträger oder Transducer vorgesehen, welche die Stellung der verschiedenen Bestandteile der Antriebseinheit kontrollieren, steuern und regulieren, so daß das Geschwindigkeitsverhältnis automatisch geändert wird, ohne daß ein Eingriff von Hand erforderlich ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Futterkopfeinheit gemäß der Erfindung in einer Vorderansicht, teilweise geschnitten,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie C-C der Fig. 1 und

Fig. 4 eine Futterkopfeinheit gemäß der Erfindung in einer Ansicht entgegengesetzt zu derjenigen nach Fig. 3, teilweise geschnitten.

Wie bereits erwähnt worden ist, ist die Werkzeughaltereinheit an einer Gabel angebracht, so daß sie sich um eine Achse X-X in Fig. 2 dreht.

Dieselbe Figur zeigt einen der Träger, die es ermöglichen, daß der Komplex auf der Trägergabel 1 angebracht wird, der mit 1 bezeichnet ist. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, enthält die Antriebseinheit gemäß der Erfindung ein Spannfutter 3, einen Motor 4, der das Spannfutter über eine Übertragungseinheit, die mit 5 bezeichnet ist, in Drehung versetzt, und einen Motor 6, der die Axialbewegungen des Spannfutters steuert, wobei alle diese Teile an einem gehäuseartigen Träger oder Rahmen bzw. Gestell 2 angebracht sind.

Das Spannfutter ist in einer Büchse 7 drehbar gelagert und ist fest verbunden mit einer mit Nuten versehenen Welle 8, die innerhalb einer Hülse 20 gleiten kann, die innen mit Nuten versehen und auf Lagern gelagert ist.

Die Büchse 7 ist fest verbunden mit einem spiralförmig ausgebildeten Schlitten 9, der an einer Rezirkulations- Rollenschraube 10 angebracht ist, die um ihre eigene Achse durch den Motor 6 mit Hilfe eines Zahnriemens 11 od.dgl. in Umdrehung versetzt wird.

Der Motor 6 kann dazu verwendet werden, die Schraube 10 sich drehen und den Schlitten 9 gleiten zu lassen und auf diese Weise die Büchse 7 sich entlang ihrer eigenen Achse und mit dieser die mit Nuten versehene Welle 8 und das Futter 3 bewegen zu lassen.

Der Antriebsmotor 4 für das Futter ist als bürstenloser Motor ausgebildet, der von einem Auflöser oder Rechengerät bzw. Resolver 12 bekannter Art gesteuert wird.

Auf der Welle des Motors 4 ist ein Ritzel 13 aufgekeilt, das mit einem Zahnrad 14 kämmt, das an einer mit Nuten versehenen Welle 15 angebracht ist, die an der Vorrichtung über Lager gelagert ist. Zwei Zahnräder 16 und 17, die fest miteinander verbunden sind, sind an einer mit Nuten versehenen Welle 15 angebracht und können entlang dieser gleiten. Die Zahnräder 16 und 17 sind so bemessen, daß sie mit den Zähnen der entsprechenden Räder 18 und 19, die auf der Hülse 20 aufgekeilt sind, kämmen können. Am Zahnrad 16 greift eine Gabel 22 an, die mit der Kolbenstange eines pneumatischen Kolbens 22 verbunden ist, der über die Gabel die Bewegungen der Zahnräder 16 und 17 entlang der mit Nuten versehenen Welle 15 steuert.

Die Winkelstellung der Welle 8 und demzufolge auch diejenige des Spannfutters 3 und der Zahnräder 18 und 19 wird kontrolliert und überwacht zunächst durch einen Sensor 23 (Fig. 4), mit dem ein Paar von Stiften 24 od. dgl., die an dem Rad 19 befestigt sind, zusammenwirkt, und sodann, mit größerer Genauigkeit, durch einen Resolver oder Auflöser 25, der an der Welle des Zahnrades 26 angebracht ist, mit den Rädern des Zahnrades 18 eingreift.

Alle oben beschriebenen Vorrichtungen und Einrichtungen sind mit dem elektronischen Gerät verbunden, das die verschiedenen Funktionen der Maschine steuert.

Die Einheit arbeitet folgendermaßen: Wenn die Vorrichtung bereitgemacht worden ist, wobei das Werkzeug am Futter 3 befestigt worden ist, können die Arbeitsoperationen beginnen, indem man den Motor 4 über den Resolver 12 startet. Mit Hilfe des Zahnrads 13 dreht der Motor das Zahnrad 14 und mit diesem die mit Nuten versehene Welle 15 und die Zahnräder 16 und 17. Es soll angenommen werden, daß der Kolben 22 sich in der in Fig. 2 gezeigten unteren Stellung befindet. In diesem Falle greift das Zahnrad 16 mit dem Zahnrad 18 ein, wobei die Welle 8 und das Spannfutter 3 mit höchster Geschwindigkeit angetrieben werden. Um zu einer geringeren Umlaufgeschwindigkeit zu gelangen, muß die Maschine angehalten werden, bis die Zähne der Räder 16, 17, 18 und 19 in Phase gebracht worden sind; die Zahnräder 16 und 17 werden nunmehr verschoben, bis das erste vom Zahnrad 18 freikommt und das zweite mit den Zähnen des Rades 19 kämmt.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bewirkt alle diese Abläufe automatisch.

Die Geschwindigkeit des Motors 4 wird durch die Steuervorrichtungen verringert, und wenn der Sensor 23 das Vorhandensein des Stiftes 14 detektiert oder ermittelt, wird die Bewegung angehalten. Die Ausrichtung zwischen den Zähnen der verschiedenen Räder zueinander ist jetzt ungefähr vollzogen. Der Resolver 25 wirkt, um diese in ihre genaue Stellung einzustellen; wiederum über die Steuervorrichtung oder die Maschine kontrolliert und überwacht er die Drehbewegung der Welle 8, bis die verschiedenen Zahnräder zueinander ausgerichtet sind. Sodann kommt der Kolben 22 zur Wirkung, der die Backe 21 nach oben bewegt; diese letztere bewirkt, daß die Zahnräder 16 und 17 sich entlang der Welle 15 verstellen, bis ein Eingriff mit dem Zahnrad 19 stattgefunden hat. Die Maschine kann nunmehr die Arbeit mit einem Spannfutter aufnehmen, das sich mit geringerer Geschwindigkeit dreht.

Die oben beschriebenen Ausrichtvorrichtungen dienen nicht nur dazu, die Zähne der verschiedenen Zahnräder in Phase zueinander zu bringen, sondern auch zum genauen Positionieren des Futters für den automatischen Werkzeugwechsel.

Ein Fachmann auf dem hier in Frage stehenden Gebiet könnte zahlreiche Änderungen und Variationen ersinnen, die aber alle innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Anmeldung liegen.


Anspruch[de]
  1. 1. Futterkopfeinheit für automatische Werkzeugmaschinen, die ein Futter, das an einem Träger mit mehreren Freiheitsgraden verstellbar ist, und eine Antriebseinrichtung besitzt, die zum Antreiben des am Träger verstellbaren Futters dient, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Apparatur enthält, die dazu dient, das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Futter und der Antriebseinrichtung selbsttätig zu verändern.
  2. 2. Futterkopfeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor als bürstenloser Motor ausgebildet ist.
  3. 3. Futterkopfeinheit für automatische Werkzeugmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile enthält:
    1. a) ein Spannfutter, das an einer Büchse gleitbar angeordnet ist, die ihrerseits unter Vermittlung von Lagern an einem Träger mit mehreren Freiheitsgraden gelagert ist;
    2. b) eine mit dem Futter fest verbundene, mit Nuten versehene Welle, die im Innern einer Hülse gleitbar ist, die unter Vermittlung von Lagern am Träger gelagert ist;
    3. c) ein erstes Paar von Zahnrädern, die auf der Hülse aufgekeilt sind;
    4. d) ein zweites Paar von miteinander fest verbundenen Zahnrädern, die an einer zweiten, mit Nuten versehenen Welle derart gleitbar angeordnet sind, daß sie abwechselnd mit dem einen oder anderen Rad des ersten Paars kämmen;
    5. e) motorische Mittel, welche die zweite, mit Nuten versehene Welle in Drehung versetzen können;
    6. f) Antriebsmittel, die am zweiten Paar von Zahnrädern angreifen können, um deren Verstellbewegung an der zweiten Welle zu steuern.
  4. 4. Futterkopfeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Steuermittel besitzt, welche die Winkelstellung der Zahnräder erfühlen und sodann in entsprechender Weise auf die Steuerorgane einwirken.
  5. 5. Futterkopfeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine von einem pneumatischen Kolben betätigbare Backe enthält, die an dem zweiten Paar von Zahnrädern angreifen kann, um auf diese Weise deren Verstellbewegung entlang der mit Nuten versehenen Welle zu steuern.
  6. 6. Futterkopfeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel zum Ermitteln der Winkelstellung der Zahnräder aus Sensoren bestehen, welche die Annäherung von erhabenen Partien an den Zahnrädern erfühlen und mit Vorrichtungen verbunden sind, die das Anhalten der Maschine steuern.
  7. 7. Futterkopfeinheit nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Resolver bzw. Drehgeber besitzt, der derart mechanisch mit den Zahnrädern verbunden ist, daß er ihre genaue Winkelstellung ermittelt, und der auf Einstellmittel einwirkt, die mikrometrische Drehbewegungen der Zahnräder steuern, um sie in Phase zu bringen.






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