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Dokumentenidentifikation DE4431375C2 19.12.2002
Titel Werkzeugträger an einer Werkzeugmaschine
Anmelder NILES Werkzeugmaschinen GmbH, 13088 Berlin, DE
Erfinder Quandt, Joachim, Dipl.-Ing., 10179 Berlin, DE;
Ulrich, Hans-Joachim, Dipl.-Ing., 10367 Berlin, DE
Vertreter Stenger, Watzke & Ring Patentanwälte, 40547 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 29.08.1994
DE-Aktenzeichen 4431375
Offenlegungstag 07.03.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse B23Q 1/70
IPC-Nebenklasse B23F 23/12   B24B 41/04   G05B 19/402   B24B 49/18   B23B 19/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugträger an einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Genauigkeit und hoher Flexibilität, insbesondere einen Schleifscheibenträger an einer Profilschleifmaschine, der aus einem Werkzeugschlitten besteht, auf dem eine Werkzeugspindel mit einem zugehörigen Antriebsmotor angeordnet ist, wobei der Werkzeugschlitten durch einen Antriebsmotor in axialer Richtung CNC-gesteuert bewegbar ist.

Aus der DE 42 10 710 A1 ist ein Schleifscheibenträger an einer Profilschleifmaschine bekannt. Bei dieser Lösung sind zwei Schleifsupporte auf einem Schwenkteil angeordnet, die je eine Schleifspindel tragen. Jede dieser koaxial angeordneten Schleifspindeln wird von einem zugehörigen Motor angetrieben. Beide Schleifsupporte sind CNC-gesteuert axial verschiebbar. Die Schleifspindeln nehmen je eine Schleifscheibe auf, wobei durch diese Werkzeuganordnung es möglich ist, mit nur einer Schleifscheibe oder mit beiden Schleifscheiben gleichzeitig das Werkstuck zu bearbeiten. Die Schleifscheiben werden üblicherweise von einem Schleifscheiben-Flansch aufgenommen und mit diesem verspannt, der dann auf der Schleifspindel befestigt wird. Nachteilig bei dieser bekannten Lösung ist, daß entsprechend dem Durchmesser des Aufnahmezapfens der Schleifspindel nur Schleifscheiben bis zu einem bestimmten Mindestdurchmesser von der Schleifspindel aufgenommen werden können. Für kleinere Schleifscheiben, die mit ihren Abmessungen ein bestimmtes Maß unterschreiten, läßt sich die vorhandene Schleifspindel nicht mehr verwenden. Demzufolge müssen für Bearbeitungsfälle, die Schleifscheiben geringen Durchmessers erfordern, zusätzliche Schleifspindeln mit unterschiedlichen Durchmessern des Aufnahmezapfens bereitgestellt werden. Dadurch erhöhen sich die Kosten in der Fertigung.

Des weiteren erfordern die genannten Umstände den Austausch der Schleifspindel, was zeitaufwendig ist. Ein schnelles Umrüsten bei veränderten Bearbeitungsaufgaben ist somit nicht möglich, wodurch die Flexibilität der Maschine beeinträchtigt wird. Insbesondere bei häufig wechselnden Bearbeitungsaufgaben, die den Einsatz von Schleifscheiben mit großen Durchmesser-Differenzen erfordern, ist der ständige Austausch der Schleifspindeln ökonomisch nicht vertretbar.

Eine weitere Lösung zu einem Werkzeugträger ist aus der Praxis bekannt. Der Werkzeugträger besteht dabei ebenfalls aus zwei koaxial angeordneten Schleifspindeln. Die beiden Schleifspindeln werden von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben. Auf den Schleifspindeln befinden sich jeweils ein oder mehrere Schleifscheiben. Die eine Schleifspindel ist in der Regel mit einer oder mehreren Schleifscheiben für die Schruppbearbeitung bestückt, während die andere Schleifspindel eine oder mehrere Schleifscheiben für die Schlichtbearbeitung aufnimmt. In Abhängigkeit von den durchzuführenden Arbeitsgängen werden die Schleifscheiben mit dem Werkstück in Eingriff gebracht, so daß sich wahlweise eine der Schleifspindeln in Arbeitsstellung befindet.

Im übrigen zeigt die DE 33 34 001 A1 eine Schleifspindel für eine Schleifmaschine, welche in einem äußeren Gehäuse eine Mitnehmerwelle für das an einem Ende fliegend gelagerte Schleifwerkzeug aufweist. Die Schleifspindel ist ebenso wie die Mitnehmerwelle geteilt, wobei die beiden Teile der Schleifspindel über einen Bajonettverschluß miteinander verbunden sind. Die beiden Teile der Mitnehmerwelle weisen zur Drehmomentübertragung vom Antrieb auf das Schleifwerkzeug einen Formschluß auf.

Für das Schleifen des Werkstückes werden hochwertige CBN-Profilschleifscheiben eingesetzt. Diese bestehen aus einem auf das gewünschte Profil geschliffenen Stahlgrundkörper, der einschichtig mit CBN galvanisch belegt ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Schleifspindel in ihren Abmessungen und ihrer Werkzeugbestückung den jeweiligen Bearbeitungsaufgaben angepaßt sein muß. Bei unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben ist demzufolge der Austausch der Schleifspindel unumgänglich. Beim Schleifen unterschiedlicher Werkstücksortimente ergeben sich daraus hohe Lagerhaltungskosten für die Schleifspindeln. Bedingt durch den notwendigen Wechsel der Schleifspindeln entstehen beim Umrüsten der Maschine stets hohe Nebenzeiten. Eine universelle Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke ist dadurch nur mit Einschränkungen möglich.

Beide genannten Lösungen haben den Nachteil, daß nach jedem Wechsel der Schleifspindel die Schleifscheibe zum Werkstück neu positioniert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugträger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem unter Verwendung einer und derselben Werkzeugspindel Werkzeuge unterschiedlicher Abmessungen zum Einsatz kommen können, ohne daß nach jedem Werkzeugwechsel die Position des Werkzeuges relativ zum Werkstück neu bestimmt werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Werkzeugträger einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Genauigkeit und hoher Flexibilität, insbesondere Schleifscheibenträger an einer Profilschleifmaschine gelöst, der aus einem Werkzeugschlitten besteht, auf dem eine Werkzeugspindel mit einem zugehörigen Antriebsmotor angeordnet ist, wobei der Werkzeugschlitten durch einen Antriebsmotor in axialer Richtung CNC- gesteuert bewegbar ist, wobei zwei definierte Werkzeug-Positionen in bezug auf eine axiale Fläche der Werkzeugspindel, an der eine Werkzeugaufnahme zur Anlage kommt, vorgegeben sind, wobei die beiden Werkzeug-Positionen durch unterschiedliche axiale Abmessungen von Werkzeugaufnahmen bestimmt sind, die wahlweise auf dem Aufnahmezapfen der Werkzeugspindel aufnehmbar sind, und die Fügestellen zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Aufnahmezapfen sowie die Kontaktfläche der Werkzeugaufnahme und der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel jeweils als kraftschlüssige Verbindungen ausgebildet sind, und daß der Abstand der beiden Werkzeug-Positionen zueinander ein konstanter Betrag ist, der über eine Steuereinrichtung verrechenbar ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Aufnahmezapfen der Werkzeugspindel als Dehnspannverbindung ausgeführt ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die kraftschlüssige Verbindung an der Kontaktfläche der Werkzeugaufnahme und der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel als Magnetkraftverbindung ausgeführt ist. Die Dehnstellen der Dehnspannverbindung können in vorteilhafter Weise entweder in dem Aufnahmezapfen der Werkzeugspindel oder in der Werkzeugaufnahme angeordnet sein. Für die Erfindung ist es außerdem von Vorteil, wenn in der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel Permanent- Elektrohaftmagnete angeordnet sind, mit denen die Magnetkraftverbindung lösbar herstellbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Werkzeuge mit sehr unterschiedlichen Durchmessern auf einer und derselben Werkzeugspindel aufgenommen werden können. Dadurch entfällt der sonst notwendige Austausch der Werkzeugspindeln bei veränderten Arbeitsaufgaben. Die Lagerhaltungskosten für die Schleifspindeln können gering gehalten werden.

Durch die exakte Anlage der Werkzeugaufnahme an der Anlagefläche der Werkzeugspindel und durch die Gewährleistung von zwei definierten Werkzeugpositionen durch die genauen Abmessungen der Werkzeugaufnahmen wird eine hohe Wiederholgenauigkeit hinsichtlich der Werkzeug-Position erreicht. In Abhängigkeit von der auf der Werkzeugspindel befindlichen Werkzeugaufnahme und dem zugehörigen Werkzeug wird dessen Position über die Steuereinrichtung automatisch berechnet. Bisher nach jedem Werkzeugwechsel notwendige Positioniervorgänge des Werkzeuges zum Werkstück können dadurch entfallen. Der erfindungsgemäße Werkzeugträger ermöglicht somit eine flexible Bearbeitung von Werkstücken bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Qualität.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Werkzeugträgers mit zwei Werkzeugaufnahmen unterschiedlicher Abmessungen

Fig. 2 eine Werkzeugaufnahme mit einer kleinen Schleifscheibe

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Werkzeugträgers auf dem Schwenkteil 9 einer Profilschleifmaschine. Der Werkzeugschlitten 5 ist axial verschiebbar auf dem Schwenkteil 9 gelagert. Die axiale Verschiebung des Werkzeugschlittens 5 wird durch den Antriebsmotor 4 mit dem zugehörigen Spindeltrieb 10 erreicht.

Der Antriebsmotor 4 steht mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung in Verbindung. Der Werkzeugschlitten 5 trägt eine Werkzeugspindel 1, der ein Antriebsmotor 6 zugeordnet ist. Die Kraftübertragung von dem Antriebsmotor 6 auf die Werkzeugspindel 1 erfolgt über den Riementrieb 11. Die Werkzeugspindel 1 nimmt eine Werkzeugaufnahme 2 auf. Die Werkzeugaufnahme 2 ist kraftschlüssig mit dem Aufnahmezapfen 3 der Werkzeugspindel 1 verbunden. Diese kraftschlüssige Verbindung ist als Dehnspannverbindung ausgeführt. Die Dehnstellen 7 der Dehnspannverbindung sind hierbei in dem Aufnahmezapfen 3 der Werkzeugspindel 1 angeordnet.

Die Fig. 1 zeigt die Anordnung zweier unterschiedlicher Werkzeugaufnahmen 2 auf dem Aufnahmezapfen 3 derselben Werkzeugspindel 1. Bei der oberen Darstellung der Fig. 1 handelt es sich um eine Werkzeugaufnahme 2 mit einer Schleifscheibe als Werkzeug 8, die einen großen Durchmesser besitzt. Bei der unteren Darstellung der Fig. 1 handelt es sich um eine Werkzeugaufnahme 2 mit einer Schleifscheibe als Werkzeug 8, die einen kleinen Durchmesser besitzt. Beide dargestellten Werkzeuge 8 befinden sich in exakter Flucht zur Werkstückachse C. Die Positionen A, B der beiden Werkzeuge 8 in bezug auf die axiale Anlagefläche der Werkzeugspindel 1 wird durch die unterschiedlichen axialen Abmessungen der Werkzeugaufnahmen 2 bestimmt. Der Abstand der beiden Werkzeug-Positionen A, B zueinander ist ein konstanter Betrag K.

Die Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Werkzeuges 8 auf der Werkzeugaufnahme 2, die sich auf dem Aufnahmezapfen 3 der Werkzeugspindel 1 im gespannten Zustand befindet. Bei dem Werkzeug 8 handelt es sich um eine sehr kleine Schleifscheibe, die in der zweiten Werkzeug-Position B fluchtend zur Werkstückachse C des Werkstückes 13 angeordnet ist. Die Werkzeugaufnahme 2 ist kraftschlüssig mit dem Aufnahmezapfen 3 und der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel 1 verbunden. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Werkzeugaufnahme 2 und dem Aufnahmezapfen 3 der Werkzeugspindel 1 ist als Dehnspannverbindung ausgeführt. Die kraftschlüssige Verbindung an der Kontaktstelle der Werkzeugaufnahme 2 und der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel 1 ist als Magnetkraftverbindung ausgeführt. In diesem Fall sind die Dehnstellen 7 der Dehnspannverbindung in dem Aufnahmezapfen 3 der Werkzeugspindel 1 angeordnet. Die Magnetkraftverbindung wird über Magnete 12, die in der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel 1 angeordnet sind, erreicht.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Werkzeugträgers ist folgende:

Das Werkzeug 8 wird außerhalb der Werkzeugmaschine mit der Werkzeugaufnahme 2 verspannt. Die Abmessungen des Werkzeuges 8 sind dabei maßgeblich für die Wahl der Werkzeugaufnahme 2.

Die Werkzeuge 8 mit großen Durchmessern werden von Werkzeugaufnahmen 2 aufgenommen, durch welche die erste Werkzeug- Position A bestimmt wird. Diese Werkzeugaufnahmen 2 sind so ausgeführt, daß sich das Werkzeug 8 zur Bearbeitung des Werkstückes 13 in einem möglichst kurzen Abstand zur axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel 1 befindet. Die Werkzeuge 8 mit kleinen Durchmessern werden von Werkzeugaufnahmen 2 aufgenommen, durch welche die zweite Werkzeug-Position B bestimmt wird. Diese Werkzeugaufnahmen 2 sind so ausgeführt, daß sich das Werkzeug 8 zur Bearbeitung des Werkstückes 13 in einem unvermeidbar größeren Abstand zur axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel 1 befindet.

Der Abstand der beiden Werkzeug-Positionen A, B zueinander ist ein konstanter Betrag K, der über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung verrechnet wird.

Infolge der exakten Anlage der Werkzeugaufnahmen 2 an der Anlagefläche der Werkzeugspindel 1, die durch die stets gleiche Magnetkraft erreicht wird, sowie durch die genauen Abmessungen der Werkzeugaufnahmen 2 wird nach jedem Werkzeugwechsel mit hoher Genauigkeit eine der beiden Werkzeug-Positionen A oder B erreicht. Über ein nicht dargestelltes automatisches Erkennungssystem ist es möglich, festzustellen, welche Werkzeugaufnahme 2 auf der Werkzeugspindel 1 angeordnet ist. Diese Informationen werden der ebenfalls nicht dargestellten Steuereinrichtung übermittelt. Erforderlichenfalls wird in Abhängigkeit von der auf der Werkzeugspindel 1 befindlichen Werkzeugaufnahme 2 durch axiale Verschiebung des Werkzeugschlitten 5 um den Betrag K das Werkzeug 8 sofort in die Bearbeitungsposition gebracht.

Hierzu wird der Antriebsmotor 4 des Werkzeugschlittens 5 mit dem zugehörigen Spindeltrieb 10 in Betrieb gesetzt. Der sonst nach jedem Werkzeugwechsel notwendige Positioniervorgang des Werkzeuges 8 zur Werkstückachse C kann somit entfallen. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Werkzeugspindel

2 Werkzeugaufnahme

3 Aufnahmezapfen

4 Antriebsmotor (des Werkzeugschlittens 5)

5 Werkzeugschlitten

6 Antriebsmotor (der Werkzeugspindel 1)

7 Dehnstelle

8 Werkzeug

9 Schwenkteil

10 Spindeltrieb

11 Riementrieb

12 Magnet

13 Werkstück

A erste Werkzeug-Position

B zweite Werkzeug-Position

C Werkstückachse

K konstanter Betrag


Anspruch[de]
  1. 1. Werkzeugträger an einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Genauigkeit und hoher Flexibilität, insbesondere Schleifscheibenträger an einer Profilschleifmaschine, der aus einem Werkzeugschlitten besteht, auf dem eine Werkzeugspindel mit einem zugehörigen Antriebsmotor angeordnet ist, wobei der Werkzeugschlitten durch einen Antriebsmotor in axialer Richtung CNC-gesteuert bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei definierte Werkzeug-Positionen (A, B) in bezug auf eine axiale Fläche der Werkzeugspindel (1), an der eine Werkzeugaufnahme (2) zur Anlage kommt, vorgegeben sind, wobei die beiden Werkzeug-Positionen (A, B) durch unterschiedliche axiale Abmessungen von Werkzeugaufnahmen (2) bestimmt sind, die wahlweise auf dem Aufnahmezapfen (3) der Werkzeugspindel (1) aufnehmbar sind, und die Fügestellen zwischen der Werkzeugaufnahme (2) und dem Aufnahmezapfen (3) sowie die Kontaktfläche der Werkzeugaufnahme (2) und der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel (1) jeweils als kraftschlüssige Verbindungen ausgebildet sind, und daß der Abstand der beiden Werkzeug-Positionen (A, B) zueinander ein konstanter Betrag (K) ist, der über eine Steuereinrichtung verrechenbar ist.
  2. 2. Werkzeugträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Werkzeugaufnahme (2) und dem Aufnahmezapfen (3) der Werkzeugspindel (1) als Dehnspannverbindung ausgeführt ist.
  3. 3. Werkzeugträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung an der Kontaktfläche der Werkzeugaufnahme (2) und der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel (1) als Magnetkraftverbindung ausgeführt ist.
  4. 4. Werkzeugträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnstellen (7) der Dehnspannverbindung in dem Aufnahmezapfen (3) der Werkzeugspindel (1) angeordnet sind.
  5. 5. Werkzeugträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnstellen (7) der Dehnspannverbindung in der Werkzeugaufnahme (2) angeordnet sind.
  6. 6. Werkzeugträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der axialen Anlagefläche der Werkzeugspindel (1) Permanent-Elektrohaftmagnete (12) angeordnet sind, mit denen die Magnetkraftverbindung lösbar herstellbar ist.






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