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Dokumentenidentifikation DE4116873A1 26.11.1992
Titel Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mittels rundlaufender Werkzeuge
Anmelder Gühring Automation GmbH & Co, 7488 Stetten, DE
Vertreter Tiedtke, H., Dipl.-Ing.; Bühling, G., Dipl.-Chem.; Kinne, R., Dipl.-Ing.; Pellmann, H., Dipl.-Ing.; Grams, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 23.05.1991
DE-Aktenzeichen 4116873
Offenlegungstag 26.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.11.1992
IPC-Hauptklasse B23Q 1/08
IPC-Nebenklasse B23F 5/02   B24B 19/00   
Zusammenfassung Beschrieben wird eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mittels rundlaufender Werkzeuge insbesondere eines Schleifwerkzeugs, welches in einem um +/- 90° verschwenkbar an einer Säule gelagerten Schleifkopf gelagert ist. Dabei wird das Werkzeug mit Werkzeugspindel und Werkzeugantrieb gemeinsam verschwenkt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Schleifkopf portalartig ausgebildet ist, das heißt ein das Werkzeug lagerndes Vorderteil und ein den Werkzeugantrieb aufnehmendes Hinterteil sind über ein horizontales Joch gekoppelt, welches die Säule überspannt. Mit dieser Anordnung kann die Steigung einer Wendel bei gleichzeitiger Veränderung des Wendel-Kerndurchmessers beliebig innerhalb einer Schleifoperation programmtechnisch variiert werden, ohne daß dabei Umspannarbeiten an Werkzeug oder Maschine erforderlich sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mittels rundlaufender Werkzeuge insbesondere eines Schleifwerkzeugs in einem verschwenkbaren Werkzeugaufnahmekopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Werkzeugmaschinen finden zum Beispiel als Schneckenformschleifmaschinen Verwendung, die vorzugsweise zum Schleifen von Schnecken für Spritzgußmaschinen, Extruder etc. mit beliebigem, bzw. variablem Profil und mehreren Gängen, aber auch zum Schleifen von Zahnradprofilen einschließlich des Zahngrundes eingesetzt werden. Selbst geradlinige symmetrische Nuten oder Schlitze sind herstellbar. Dabei sind diese Schneckenformschleifmaschinen zumeist so ausgelegt, daß sie in einen vollautomatischen Fertigungsprozeß eingegliedert werden können. Das heißt, daß die Bearbeitung eines einzelnen Werkstücks unter Aufgliederung des gesamten Bearbeitungszyklus in aufeinanderfolgende Fertigungsschritte programmierbar und das Werkzeug in die vorprogrammierten Ortskoordinaten bringbar ist, sowie eine automatische Beschickung der Schneckenformschleifmaschine durch Roboter oder andere geeignete Handhabungseinheiten werkstückabhängig möglich ist. Um die Rentabilität und Wirtschaftlichkeit einer solchen Schneckenformschleifmaschine noch weiter zu erhöhen, ist die Fachwelt darum bemüht, zum einen die Schnittleistung an sich zu steigern, um eine verkürzte Taktzeit und somit eine erhöhte Stückzahl zu erzielen und zum anderen die Automation des Fertigungsablaufs am einzelnen Werkstück durch eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten der Maschine mittels einer vermehrten Anzahl von programmierbaren und automatisch einstellbaren Funktions- bzw. Positionsparametern zu vervollkommenen.

Gemäß dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Werkzeugmaschinen in Form von programmgesteuerten Schneckenformschleifmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, mit denen Schnecken mit nahezu jedem Profil und mehreren Gängen mittels einer Numerik-Steuerung geschliffen werden. Dabei können Schnecken mit variablen Steigungen und konstanten Durchmessern oder Schnecken mit variablen Durchmessern und konstanten Steigungen vollautomatisch gesteuert, realisiert werden. Schnecken mit variablen Steigungen bei gleichzeitigem Variieren des Kerndurchmessers sind jedoch bei diesen gattungsgemäßen Schneckenformschleifmaschinen in einem Fertigungsgang ohne manuelle Umspannung des Werkstücks bisher nicht herstellbar.

In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß Umspannarbeiten, welche bei der Fertigung zum Beispiel von Extruderschnecken mit varierender Steigung und veränderlichem Kerndurchmesser an den herkömmlichen Schneckenformschleifmaschinen bisher unabdingbar waren, einen diesbezüglichen Fortschritt in der Produktions-Automation verhindern und gleichzeitig die laufenden Fertigungskosten pro Werkstück steigern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß zeitaufwendige und kostenintensive Umspannarbeiten bei der Fertigung von komplizierten Werkstücken wie zum Beispiel Antriebs- oder Regelschnecken entfallen können.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Werkzeugaufnahmekopfs mit einem portalartigen Joch, welches das das rundlaufende Werkzeug aufnehmende Vorderteil und das den Werkzeugantrieb aufnehmende Hinterteil koppelt, und zusammen mit dem Vorder- und Hinterteil numerisch gesteuert mindestens um ± 90° um die Säule in Richtung der ersten Rotationsachse A verschwenkbar gelagert ist, ermöglicht ein unbeschränktes Variieren der Werkzeugstellung relativ zum Werkstück im dreidimensionalen Raum und somit eine beliebige Änderung der Steigung eines Schneckenstegs am Werkstück bei gleichzeitigem Verändern des Kerndurchmessers durch eine gesteuerte Translation der Säule entlang einer ersten Translationsachse X innerhalb eines programmgestützten Arbeitszyklus. Dabei kann die Steigung des Schneckenstegs stetig durch langsames, gleichmäßiges Verschwenken des Werkzeugaufnahmekopfs die Rotationsachse A bei gleichzeitig stetiger Änderung des Werkstückvorschubs und der Werkstückumdrehungszahl oder unstetig, das heißt unter Ausbildung eines Schneckenstegknicks durch eine Änderung der Schwenkbewegung des Werkzeugaufnahmekopfs um die Säule und einer synchron gesteuerten Änderung des Werkstückvorschubs und der Werkstückumdrehungszahl variiert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeugaufnahmekopfs lassen sich demnach die programmtechnisch steuerbaren Variationsmöglichkeiten der Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks während eines Fertigungs- bzw. Programmablaufs aufgrund des damit gewonnenen, für jeden Bearbeitungsschritt individuell programmierbaren Parameters erweitern, so daß manuelle Umspannarbeiten entfallen können.

Besonders vorteilhaft erweist sich hierbei die Anordnung des Werkzeugantriebs am Hinterteil des Werkzeugaufnahmekopfs in Höhe der Rotationsachs A, wodurch ein Gegengewicht zum Vorderteil und dem darin gelagerten Werkzeug geschaffen und somit die Belastung der Werkzeugaufnahmekopf-Lagerung an der Säule während des Bearbeitungsprozeßes gemindert wird. Überdies wird der Schwerpunkt des gesamten Werkzeugaufnahmekopfs in den Bereich seiner Rotationsachse A verlegt, so daß eine präzise Positionierung und eine schnelle Verschwenkbarkeit der Werkzeugs aufgrund des relativ geringen Massenträgheitsmoments verwirklicht wird.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 wird die frei programmierbare Parameterzahl um einen weiteren, die Position des Werkzeugaufnahmekopfs in Richtung der Translationsachse V bestimmenden Parameter erhöht und somit die Anzahl an Variationsmöglichkeiten zusätzlich gesteigert. Mit dieser Ausgestaltung ist es beispielsweise möglich, das Werkzeug relativ zum Werkstück mit Bezug zu dessen Rotationsachse C außermittig zu positionieren und asymmetrische Bearbeitungsoperationen am Werkstück vorzunehmen.

Die Ausrüstung der Werkzeugmaschine mit einer zentralen Numeriksteuerung gemäß dem Patentanspruch 3 erlaubt die freie Programmierung der Maschine und damit ihren individuellen Einsatz zur Bearbeitung unterschiedlichster Werkstücke. Die Numeriksteuerung koordiniert dabei die Simultanbewegungen der einzelnen verdrehbaren und verschiebbaren Aufbauten und überwacht gleichzeitig den Ablauf des Schneidvorgangs sowie den Zustand des Werkzeugs und des Werkstücks.

Gemäß der Ausbildung nach Anspruch 4 ist als Werkzeug vorzugsweise eine Schleifscheibe vorgesehen, die vom Werkzeugspindel-Antrieb in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann. Aber auch andere Werkzeuge wie zum Beispiel Fräser, Drehmeißel oder Meßwerkzeuge können in den Werkzeugaufnahmekopf eingesetzt werden. Dabei wird die Antriebskraft gemäß Anspruch 6 mittels eines Keil- oder Zahnriemens übertragen, der im hohlen Joch des Werkzeugaufnahmekopfs untergebracht ist. Dies hat den Vorteil, daß die exzentrische Gewichtverlagerung durch das Joch und durch die Verwendung des relativ leichten Riemens so gering wie möglich gehalten und gleichzeitig Material für eine zusätzliche Riemenabdeckung eingespart werden kann.

Es hat sich gezeigt, daß die Weiterbildung gemäß dem Patentanspruch 7, nämlich die Lagerung des Werkstücks in einer, einen geschlossenen Raum bildenden Führungs- bzw. Schleifbuchse, wie sie in der DE-PS 37 34 676 gezeigt ist, auch bei der verschwenkbaren Lagerung des Werkstückaufnahmekopfs möglich ist, wodurch eine Reduzierung der Kühlmittel- und Kühlleistungsverluste und gleichzeitig eine Optimierung der Strömungsverhältnisse innerhalb der Führungs- bzw. Schleifbuchse erzielt wird. Durch die Bildung eines geschlossenen Raums um die Eingriffstelle des Werkzeugs am Werkstück können vorzugsweise Strömungsgeschwindigkeit und Durchsatz der Kühlflüssigkeit in Abhängigkeit vom Werkstück- und Werkzeugparameter mittels der numerischen Steuerung derart vorteilhaft eingeregelt werden, daß eine Schädigung des Werkstoffgefüges oder ein übermäßiger Verschleiß des Werkzeugs auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten vermieden wird.

Mit der Weiterbildung nach Patentanspruch 8 wird der Vorteil erzielt, daß der unmittelbare Bereich der Werkzeugmaschine insbesondere aber auch empfindliche Maschinenteile selbst vor wegschleudernden Schleifresten oder Bruchstücken der Schleifscheibe geschützt sind. Dabei ist die Schutzhaube derart angeordnet, daß die Schleifscheibe bei einer radialen Abnutzung außerhalb der zugelassenen Fertigungstoleranz durch eine Verschiebung der Säule entlang der Translationsachse X weiter in das Werkstück zugestellt werden kann, wobei sich die ortsfest an der Werkstückauflage anliegende Schutzhaube relativ zur Säule entgegen deren Translationsbewegung verschiebt und damit den abnutzungsbedingten Zustellvorgang ausgleicht. Dabei wird eine ständige Abdichtung zwischen der Schutzhaube und der Werkstückauflage gewährleistet.

Durch den Einbau einer Reinigungs- und Abrichtvorrichtung gemäß Patentanspruch 9 wird der Vorteil erzielt, daß Abrichtvorgänge innerhalb eines geschlossenen, bereits vorhandenen Raumes ausführbar und somit durch keine äußeren Störfaktoren beeinflußbar sind.

Die Abdichteinrichtung für den Bereich der Eintauchöffnung des Werkzeugs in die Führungs- bzw. Schleifbuchse wird in vorteilhafter Weise gemäß Patentanspruch 10 und 11 gestaltet. Durch die Anordnung der die Innenseite der Führungs- bzw. Schleifbuchse bildenden, drehbar gelagerten Platte, die durch eine geeignete Mitnehmervorrichtung in Übereinstimmung zur Schwenkbewegung des Werkstückaufnahmekopfs verdreht werden kann und vorzugsweise bei Beginn des Arbeitsprozeßes vom Werkzeug eingeschnitten wird, wird aufgrund der geringen Spaltbreite zwischen den entstehenden Umfangskanten und den benachbarten Umfangsflächen des Werkzeugs eine optimale Dichtwirkung und damit ein ausreichender Schutz vor einem zu hohen Kühlmittelverlust gewährleistet.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 12, mit der hinsichtlich der Weiterbildung gemäß Anspruch 10 vergleichbare Vorteile erzielbar sind, kann jedoch zusätzlich die Anordnung einer Mitnehmereinrichtung eingespart werden.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken, deren zu bearbeitende Länge über der maximalen Bearbeitungslänge der Werkzeugmaschine liegt, hat sich eine Anordnung in der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 13 und 14 als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch die numerisch steuerbare Umsetzeinrichtung, die im Bereich der Werkstückauflage und der Translationsachse Z montierbar ist, wird eine Fixierung des Werkstücks in seiner letzten Bearbeitungsstellung nach Erreichen der maximalen Bearbeitungslänge ermöglicht, so daß die Vorschubeinrichtung ohne eine Veränderung der Werkstücklage beispielsweise auf ihre Ausgangsposition, das heißt auf maximalen Hub zurückgefahren werden kann.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 15 und 16 wird der Vorteil erreicht, daß sowohl bei der Bearbeitung eines kurzen Werkstücks als auch bei der Bearbeitung eines über die maximale Bearbeitungslänge der Werkzeugmaschine hinausreichenden Werkstücks eine Führung der bereits bearbeiteten Werkstückseite durch die wahlweise Anordnung des Reitstocks oder der Führungsbuchs bzw. Lünette vorgesehen werden kann, wobei die Bestückung des verschiebbaren Reitstockschlittens mittels einer Hebevorrichtung einer Hydraulikvorrichtung vollautomatisch ausführbar ist. Somit können auch hier Umrüst- bzw. Umspannarbeiten an der Werkzeugmaschine eingespart werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte Funktionsskizze der Werkzeugmaschine unter Angabe der Bewegungsmöglichkeiten der einzelnen Aufbauten,

Fig. 2 eine schematische in Perspektive gezeigte Ansicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine schräg von vorne,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umsetzeinrichtung aus dem Blickwinkel wie in Fig. 3.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat ein Maschinenbett 2 mit einem verschiebbaren Schleifkopfschlitten 4, an dem ein um mindestens ± 90° bezüglich einer Ausgangsstellung verschwenkbarer Schleifkopf 12 gelagert ist. Außerdem ist am Maschinenbett 2 ein Träger 36 zur Aufnahme einer Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 und eine Werkstückspann- und Vorschubeinrichtung 30, 136 angeordnet.

In Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in der Form einer Schneckenformschleifmaschine dargestellt. Die Schneckenformschleifmaschine, deren geschweißtes Maschinenbett mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, trägt den Schleifkopfschlitten 4, der in Vorschubrichtung entlang einer Translationsachse X bewegbar ist. Der Schleifkopfschlitten 4 ist auf nicht gezeigten, geschliffenen Führungsschienen und vorgespannten Wälzlagerführungseinheiten gleitgelagert, die eine exakte Führung und Positionierung des Schleifkopfschlittens 4 gewährleisten. Der Vorschub des Schleifkopfschlittens 4 wird durch einen nicht gezeigten Servomotor geleistet, der an der Führungsbahn des Schleifkopfschlittens 4 angeordnet ist. Dabei weist der Schleifkopfschlitten 4 eine vertikal angeordnete, plattenartige Säule 6 auf, deren Breitseiten quer zur Vorschubrichtung des Schleifkopfschlittens 4 ausgerichtet sind. Die Säule 6 ist als Widerlager für einen Drehteller 8 ausgebildet, der vertikal, in der zur Vorschubrichtung weisenden Breitseite der Säule 6 drehbar wälzgelagert ist. Die Drehbewegung des Drehtellers 8 um eine Rotationsachse A wird durch einen weiteren Servomotor 50 bewirkt, der seitlich auf einer Oberseite des Schleifkopfschlittens 4 befestigt ist. Der Drehteller 8 hat ein parallel zueinander verlaufendes Führungsschienenpaar 10, durch das der Schleifkopf 12 am Drehteller 8 gehalten und an diesem in Richtung einer Translationsachse V bewegbar ist. Die Translationsbewegung des Schleifkopfs 12 entlang der Translationsachse V wird wiederum durch einen Servomotor 51 ausgelöst, der seitlich am Schleifkopf 12 angeordnet ist.

Der Schleifkopf 12 ist portalartig ausgebildet, das heißt, ein eine Schleifscheibe 16 lagerndes, am Drehteller 8 verschiebbar gehaltenes Vorderteil 12.1, der Spindelstock, und ein einen Schleifscheibenantrieb 18 aufnehmendes Hinterteil 12.2 sind über ein horizontal ausgerichtetes Joch 20 miteinander gekoppelt. Dabei sind das Vorderteil 12.1 und das Hinterteil 12.2 des Schleifkopfs 12 jeweils auf den sich gegenüberliegenden Breitseiten der Säule 6 angeordnet, wobei eine schmale Seite der plattenartigen Säule 6 vom Joch 20 überspannt wird. Die Rotationsachse A des Schleifkopfs 12 ist im wesentlichen in der Bearbeitungsebene der Schleifscheibe 16 angeordnet.

Das Joch 20 ist als Hohlprofil, vorzugsweise ein Rechteckprofil, ausgebildet, dessen eine Seite durch einen abnehmbaren Deckel gebildet ist. In dem Hohlraum des Jochs 20 ist zur Übertragung einer Drehbewegung des Schleifscheibenantriebs 18 auf eine Spindel 24 der Schleifscheibe 16 ein geeignetes Getriebe 60, beispielsweise ein einfaches und leichtes mittels Rollen vorgespanntes Riemengetriebe, untergebracht. Als Schleifscheibenantrieb 18 wird vorzugsweise ein Elektromotor mit ca. 50 KW Leistung verwendet, der im wesentlichen coaxial zur Lager- bzw. Rotationsachse A des Schleifkopfs 12 angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Massenträgheitsmoment des Schleifkopfs 12 bezüglich der Rotationsachse A minimiert und die Reaktionszeit bei Betätigung des Servomotors 50 zur Verschwenkung des Schleifkopfs 12 herabgesetzt. Außerdem schafft der Elektromotor 18 ein Gegengewicht zur im Spindelstock 12.1 lagernden Schleifscheibe 16 und deren Spindel 24, so daß das den Drehteller 8 aufnehmende Wälzlager so weit wie möglich entlastet ist. Um dem Schleifkopf 12 bzw. dem Joch 20 mehr Stabilität zu verleihen, kann auch für das Hinterteil 12.2 eine drehbare Führung an der Säule 6 vorgesehen sein.

Die Schleifscheibe 16 und die Spindel 24 sind gemäß Fig. 3 von einer Schutzhaube 21 umgeben, die auf einer Vorderseite eine runde, entsprechend der Schleifscheibe 16 geschlitzte, flächige Kappe 22 aufweist, durch die die Schleifscheibe 16 während eines Bearbeitungsprozeßes hindurchgeführt wird. Die Schutzhaube 21 weist auf einer Seite einen schwenkbaren Deckel auf, hinter dem sich sowohl eine nicht gezeigte Reinigungseinrichtung als auch eine Abrichteinrichtung für die Schleifscheibe 16 befindet. Die Schutzhaube 21 selbst ist an der Vorderseite 12.1 des Schleifkopfs 12 entlang der Translationsachse X relativ zum Schleifkopf 12 verschiebbar gelagert, wobei die Relativbewegung der Schutzhaube 21 mittels hydraulischer Stellzylinder ausführbar ist.

Mit dem Bezugszeichen 36 ist ein Träger für eine austauschbare Werkstückauflage 38 bezeichnet, der fest mit dem Maschinenbett 2 verbunden und coaxial zur Translationsachse X des Schleifkopfschlittens 4 angeordnet ist. Die Werkstückauflage 38 ist zur Aufnahme beispielsweise von Schnecken- oder Wendelrohlingen 26 als Führungs- bzw. Schleifbuchse bzw. Kühlkammerbüchse ausgebildet, wie sie zum Beispiel in der DE-PS 37 34 676 beschrieben ist. Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung und Wirkungsweise einer solchen Werkstückauflage wird deshalb an dieser Stelle auf die DE- PS 37 34 676 verwiesen. Grundsätzlich bildet jedoch diese Führungs- bzw. Schleifbuchse zur Verbesserung und optimalen Regelung der Kühlleistung einen geschlossenen Raum um die vorgesehene Eingriffsstelle der Schleifscheibe 16 in das Werkstück 26, wobei eine Seite der Führungs- bzw. Schleifbuchse, nämlich die in Richtung zur Schleifscheibe 16 weisende Seitenfläche, durch eine mit der Schleifscheibe 16 einschneidbare Dichtplatte gebildet wird, die in diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel jedoch drehbar im Gehäuse der Führungs- bzw. Schleifbuchse gehalten wird. Dabei ist an der Dichtplatte eine geeignete Mitnehmereinrichtung, beispielsweise ein Mitnehmerzapfen angebracht, der beim Heranfahren der Schleifscheibe 16 an das Werkstück 26 in einem entsprechende Gegenstück, in diesem Falle eine Ausnehmung, an der Vorderseite der Schutzhaube 21 oder des Spindelstocks 12.1 eingreift und dadurch eine Schwenkbewegung des Schleifkopfs 12 auf die Dichtplatte überträgt, so daß die Relativlage der Schleifscheibe 16 zur Dichtplatte unverändert bleibt. Dabei wird die Kappe 22 der Schutzhaube 21 mit einer bestimmten Anlagefläche der der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 in Anlage gebracht, so daß der gesamte Anlagebereich zwischen dem Schleikopf 12 und der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 einen weitgehend dichten Durchlaß für die Schleifscheibe 16 bildet.

Es ist aber auch denkbar, daß die zur Schleifscheibe 16 hin ausgerichtete Seite der Führungs- bzw. Schleifbuchse eine offene Seite ist, die bei Heranfahren der Schleifscheibe 16 durch die geschlitzte Kappe 22 der Schutzhaube 21 abgedichtet wird, wobei die Kappe 22 gleitfähig an der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 in Anlage kommt und somit eine Seitenfläche der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 bildet.

Gemäß Fig. 1 und 2 erfolgt die Einspannung des Werkstücks mittels eines in Richtung einer Translationsachse Z verschiebbaren Werkstückspindelstocks 30 mit einem hydraulisch betätigbaren frei durchdringbaren Lamellen-Spannzangenfutter 31. Die Translationsbewegung des Werkstückspindelstocks 30 in Z-Richtung wird durch einen Servomotor 32 bewirkt, der am Werkstückspindelstock 30 angeordnet ist und einen nicht gezeigten Gewindetrieb an einer Zugspindel 33 antreibt. Am Werkstückspindelstock 30 befindet sich außerdem ein zweiter Servomotor 34, der als Rotationsantrieb für das drehbar gelagerte Lamellen-Spannzangenfutter 31 eingesetzt wird.

Zwischen dem Werkstückspindelstock 30 und der Werkstückauflage 38 ist eine Werkstückführungseinheit 35 in Form einer hydraulisch betätigbaren Lünette angeordnet, die bei Bedarf an das Werkstück 26 hydraulisch herangefahren oder von diesem zurückgefahren werden kann, so daß ein Vorbeifahren des Werkstückspindelstocks 30 an der Lünette 35 möglich ist. Die obere Lagerbüchsenhälfte der Lünette 35 ist dabei um ca. 75° verschwenkbar, wobei diese Schwenkbewegung ebenfalls hydraulisch ausgelöst wird.

An dem der Einspannseite des Werkstücks 26 gegenüberliegenden Ende ist ein Reitstockschlitten 136 angeordnet, der ebenfalls entlang der Translationsachse Z verschiebbar gelagert und zur Aufnahme und Führung des Werkstücks 26 vorgesehen ist. Der Reitstockschlitten 136 weist dabei einen Reitstock 37 mit einem Aufnahmedorn auf, der in eine Zentrierbohrung an der Stirnseite des Werkstücks 26 in Eingriff bringbar ist. Um den Vorschub des Werkstückspindelstocks 30 mit der Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Reitstockschlittens 136 zu synchronisieren ist der Reitstockschlitten 136 mittels einer Schubstange 138 mit dem Werkstückspindelstock 30 koppelbar. Der Reitstockschlitten 136 weist außerdem eine Hebe- bzw. Hydraulikvorrichtung 40 auf, die den Reitstock 37 rechtwinklig zur Vorschubrichtung abziehen kann, so daß der Reitstock 37 mittels dieser Hydraulikvorrichtung 40 in eine Abstellstation überführbar ist, in der kein Eingriff des Aufnahmedorns am Werkstück 26 erfolgen kann. An Stelle des Reitstocks 37 mit einem Aufnahmedorn ist eine Führungsbuchse bzw. Lünette 41 zur Führung des Werkstücks 26 coaxial zu der Translationsachse Z ausrichtbar, die wiederum mittels der Hydraulikvorrichtung 40 aus der Abstellstation auf den Reitstockschlitten 136 geschoben werden kann.

In Fig. 4 ist eine Umsetzeinrichtung 70 gezeigt, die an der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 im Bereich der Werkstückauflage 38 montierbar ist. Die Umsetzeinrichtung 70 weist einen über einen Hydraulikstellkolben 71 betätigbaren Hebelarm 72 auf, der an einer drehbar gelagerten Torsionswelle 73 befestigt ist. Der Hydraulikstellkolben 71 ist dabei gelenkig mit dem Hebelarm 72 und mit einem fest am Träger 36 angebrachten Ausleger 75 verbunden. Die Torsionswelle 73 steht ihrerseits mit einem nicht gezeigten, im Träger 36 untergebrachten Getriebe in Wirkverbindung, das die Rotationsbewegung der Torsionswelle 73 in eine symmetrische und synchron verlaufende vertikale Translationsbewegung zweier sich gegenüberliegender verschiebbar gelagerter Greifer 74 umsetzt. Dabei sind die Greifer 74 derart am Träger 36 angeordnet, daß ihr Kollisionspunkt im wesentlichen auf der der Translationsachse Z entsprechenden Mittelachse des Werkstücks 26 liegt.

Sämtliche Servo- und Elektromotoren zum Antrieb der einzelnen bewegbaren Aufbauten sowie eine Hydraulikanlage zur Betätigung der vorstehend bezeichneten Hydraulikstellkolben werden durch eine programmierbare, zentrale Numerik- Steuereinheit (nicht gezeigt) überwacht und koordiniert, so daß gemäß eines individuell erstellten Programmablaufs die Bearbeitung des Werkstücks 26 vollautomatisch ausführbar ist.

Im folgenden wird der Betrieb und die Funktionsweise der verschiedenen, vorstehend genannten Aufbauten näher beschrieben.

In Fig. 1 und 2 ist der portalartige Schleifkopf 12 in einer Ausgangs- bzw. Neutralstellung dargestellt, in der der Drehteller 8 so ausgerichtet ist, daß die Führungen 10 in vertikaler Richtung verlaufen. Die Rotationsachse der Schleifspindel 24 ist in diesem Fall ebenfalls vertikal ausgerichtet, so daß die Schleifscheibe 16 in einer Horizontalebene zu liegen kommt. In dieser Neutralstellung ist es möglich, ein zylindrisches Werkstück 26, beispielsweise in Form eines zylindrischen Bohrwerkzeugs oder einer Antriebsschnecke, welches in dem Werkstückspindelstock 30 eingespannt ist, mit geraden Nuten zu versehen. Zu diesem Zweck wird der Schleifkopfschlitten 4 mittels des Servomotors entlang der Translationsachse X so weit an die Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 herangefahren, bis die vorprogrammierte Schleiftiefe durch die Schleifscheibe 16 erreicht ist. Dabei kommt die Schutzhaube 21 mit einem vorbestimmten Anpreßdruck mit der Innenseite der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 in Anlage. Gleichzeitig wird der den Werkstückvorschub bewirkende Servomotor 32 betätigt, wobei das Werkstück 26 auf einer Seite in Richtung der Translationsachse Z in die Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 eindringt, so daß die Schleifscheibe 16 unter Beaufschlagung mit hochkomprimiertem Kühlmittel am Werkstück 26 in Eingriff kommt. Stellt die Numerik-Steuereinheit eine außerhalb der Toleranz liegende Veränderung der Schleifscheibe 16, zum Beispiel eine Abnutzung der Schleifoberfläche fest, wird die dadurch entstehende geringere Schleiftiefe automatisch durch eine entsprechende Zustellung durch den Schleifkopfschlitten 4 ausgeglichen, wobei die Schutzhaube 21 aufgrund ihrer relativen Verschiebbarkeit zum Schleifkopfschlitten 4 ortsfest in Anlage an der Führungs- bzw. Schleifbuchse 38 gehalten werden kann.

Um die Schneckenformschleifmaschine universell, beispielsweise zur Bearbeitung von Bohrwerkzeugen oder Schnecken, einsetzen zu können, ist die Spindel 24 bzw. die Schleifscheibe 16 unter Zuhilfenahme des Drehtellers 8 um ± 90° bezüglich der Neutralstellung in Richtung der Rotationsachse A gemäß Fig. 1 verschwenkbar. Durch die Kopplung des dem Werkstück 26 abgewandten Hinterteils 12.2 des Schleifkopfs 12 an das Vorderteil 12. 1 durch das horizontal ausgerichtete Joch 20 nimmt auch der Schleifscheibenantrieb 18 an dieser Verschwenkbewegung teil. Die Schleifscheibenebene kann auf diese Weise beliebig zur Mittelachse des Werkstücks ausgerichtet werden, so daß jede Schneckenstegsteigung eines Bohrwerkzeugs oder einer Schnecke herstellbar ist, indem das Werkstück 26 während des Vorschubs in Richtung der Translationsachse Z mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit um die Rotationsachse C gedreht wird. Mit dieser Ausführung lassen sich demnach in ein und derselben Aufspannung sowohl Wendelschleif- als auch Flachschleif- und Rundschleifoperationen durchführen.

Zum Schleifen von Wendeln mit veränderlicher Steigung bei veränderlichem Kerndurchmesser, werden die vorstehend einzeln beschriebenen Zustell- und Verschwenkbewegungen des Schleifkopfschlittens 4 bzw. des Drehtellers 8 durch die zentrale Numerik-Steuereinheit simultan überlagert und die jeweilige, aus dem Neigungswinkel der Schleifscheibe 16 sich bestimmende Vorschubgeschwindigkeit entlang der Translationsachse Z und Drehzahl in Richtung der Rotationsachse C über die Servomotoren 32 und 34 angepaßt.

Für das Schleifen von Werkstücken 26, deren Länge über der maximalen durch den Maximalhub des Werkstückspindelstocks 30 sich ergebenden Schleiflänge liegt, tauscht die Numerik- Steuereinheit den mit einem Aufnahmedorn ausgerüsteten Reitstock 37 gegen die Lünette 41 aus, die auf dem Reitstockschlitten 136 aufgesetzt, entlang der Translationsachse Z entsprechend verschiebbar gelagert ist.

Die Bearbeitung des Werkstücks 26 über eine gesamte Hublänge erfolgt entsprechend des vorstehend beschriebenen Funktionsablaufs, wobei das Werkstück 26 jedoch jetzt auf seiner bearbeiteten Seite durch die synchron zum Werkstückspindelstock 30 sich verschiebende Lünette 41 geführt ist. Erreicht die Lünette 41 einen die Translationsbewegung des Reitstockschlittens 136 begrenzenden Anschlag gleitet das bearbeitete Werkstückende 26 übergangslos durch die Lünette 41 hindurch. Nach Bearbeitung einer gesamten Hublänge wird die Umsetzeinrichtung 70 mittels des Hydraulikstellkolbens 71 betätigt, wodurch die vertikal verschiebbaren Greifer 74 das Werkstück 26 zentral in seiner letzten Position während des Schleifvorgangs fixieren. Hierauf wird das Lamellen-Spannzangenfutter 31 geöffnet und der Werkstückspindelstock 30 in seine Ausgangsstellung bzw. an das Ende des Werkstücks 26 zurückgefahren. Nach erneutem Einspannen des Werkstücks 26 in das Lamellen-Spannzangenfutter 31, löst der Hydraulikstellkolben 71 die Einspannung an der Greifern 74, worauf ein erneuter Schleifvorgang gestartet wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken (26) mittels rundlaufender Werkzeuge (16) insbesondere eines Schleifwerkzeugs mit einem Maschinenbett (2) in dem eine Säule (6) zur Aufnahme eines Werkzeugaufnahmekopfs (12) entlang einer ersten Translationsachse X in Richtung zu einer Werkstückauflage (38) verschiebbar gelagert ist, die das Werkstück (26) drehbar um eine erste Rotationsachse C und verschiebbar entlang einer zweiten Translationsachse Z führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmekopf (12) ein einen Spindelstock bildendes Vorderteil (12.1) zur drehbaren Lagerung des Werkzeugs (16), ein Hinterteil (12.2) vorzugsweise zur Aufnahme eines Werkzeugantriebs (18) und ein das Vorder- und Hinterteil (12.1, 12.2) verbindendes Joch (20) aufweist, die zusammen ein die Säule (6) überbrückendes Portal bilden und um eine zweite Rotationsachse A mindestens um ± 90° verschwenkbar an der Säule (6) gelagert sind.
  2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmekopf (12) entlang einer dritten Translationsachse V verschiebbar geführt ist, die im rechten Winkel zur Rotationsachse A verläuft.
  3. 3. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche ausführbaren Bewegungsfunktionen insbesondere entlang der A-, X-, V-, Z-, C- Achse mittels einer zentralen Numeriksteuerung simultan steuerbar und programmierbar sind, welche den gesamten Arbeitsvorgang selbstätig überwacht.
  4. 4. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (16) als eine konventionelle, als eine CBN-Schleifscheibe oder aber als ein anderes rundlaufendes Werkzeug ausgebildet ist.
  5. 5. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmekopf (12) an einem Drehteller (8) geführt ist, der an der Säule (6) wälzgelagert ist.
  6. 6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (16) auf einer Werkzeug- bzw. Schleifscheibenspindel (24) gelagert ist, deren Antrieb über einen Keil- oder Zahnriemen (60) erfolgt, der im Inneren des Jochs (20) geführt ist.
  7. 7. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückauflage (38) als geschlossene Führungs- bzw. Schleifbuchse mit einem integrierten Kühlkreislauf ausgebildet ist, mit dem das Werkzeug (16) und das Werkstück (26) mit einer strömenden Kühlflüssigkeit beaufschlagbar sind, deren Strömungsparameter, wie vorzugsweise Druck und Geschwindigkeit steuerbar sind, wobei das Werkzeug (16) durch eine Öffnung der Werkstückauflage (38) mit dem Werkstück (26) in Eingriff bringbar ist.
  8. 8. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (16) und die Werkzeugspindel (24) teilweise von einer zu öffnenden Schutzhaube (21) umgeben sind, die entlang der X-Achse relativ zum Werkzeugaufnahmekopf (12) verschiebbar gelagert ist, so daß sie in Anlage an eine entsprechende Auflagefläche der Werkstückauflage (38) bringbar ist.
  9. 9. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhaube (21) auf einer Seite eine mittels eines verschwenkbaren Deckels verschlossene Öffnung aufweist, die einen direkten Zugang zu einer numerisch gesteuerten Reinigungseinrichtung und einer Abrichteinrichtung für das Werkzeug (16) erlaubt.
  10. 10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- bzw. Schleifbuchse (38) auf einer dem Werkzeug (16) zugewandten Innenseite durch eine drehbare Platte verschlossen ist, in der eine Öffnung für das Werkstück vorgesehen ist und die durch eine geeignete Mitnehmervorrichtung synchron mit der Schwenkbewegung des Werkzeugaufnahmekopfs (12) drehbar gehalten ist.
  11. 11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in der Platte unmittelbar vom Werkzeug (16) selbst eingeschnitten wird.
  12. 12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Führungs- bzw. Schleifbuchse (38) zugewandten Seite der Schutzhaube (21) durch eine Platte verschlossen ist, in der die Öffnung ausgebildet ist und die an die entsprechend ausgebildete benachbarte Auflagefläche der Führungs- bzw. Schleifbuchse (38) in Anlage bringbar ist.
  13. 13. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Werkzeugauflage (38) eine gesteuerte Umsetzeinrichtung (70) angeordnet ist, mittels der das Werkstück (26) in seiner letzten Bearbeitungsstellung und Position fixierbar ist.
  14. 14. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzeinrichtung (70) durch zwei vertikal bewegbare Greifer (74) gebildet wird, die durch einen Hydraulikstellkolben (71) in Anlage an das Werkstück (26) bringbar sind.
  15. 15. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung des Werkstücks (26) einerseits mittels eines Werkstückträgers bzw. Werkstückspindelstocks (30) mit einem drehbar gelagerten Lamellen-Spannzangenfutter (31) und andererseits mittels einer Werkstückunterstützung bzw. Reitstockschlittens (136) erfolgt.
  16. 16. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reitstockschlitten (136) mittels einer numerisch gesteuerten Hebe- bzw. Hydraulikvorrichtung (40) sowohl mit einem Reitstock (37) als auch einer Führungsbuchse bzw. Lünette (41) automatisch bestückbar ist.
  17. 17. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reitstockschlitten (136) entweder über eine Schubstange (138) mit dem Werkstückspindelstock (30) verbindbar und durch den Werkstückspindelstock (30) bewegbar ist oder einen eigenen Servomotor als Antrieb hat.
  18. 18. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Werkstückspindelstock (30) und Werkstückauflage (38) eine weiter Lünette (35) montierbar ist, deren eine Lagerbüchsenhälfte zur Entnahme des Werkstücks geöffnet werden kann.
  19. 19. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse A des Werkzeugaufnahmekopfs (12) im wesentlichen in der Bearbeitungsebene des Werkzeugs (16) liegt.






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